Elektromanyetik Teorideki Büyük Eksiklik

Han Erim

11 Temmuz 2013

Günümüzün Elektromanyetik Teorisi birbirine göre hareket halindeki frameler arasındaki etkileşimi kapsamamaktadır. Bu eksiklik fizikçilerin çok büyük bir ihmalinden kaynaklanmıştır. Hareketli bir frame'e doğru giden bir ışığın hızını ölçmeden kararlar verilmiş ve bunun sonucunda elektromanyetik teori eksik bir matematik üzerine inşa edilmiştir.

Burada size iki olayı örnek vererek bu eksikliği size göstereceğim. Anlatacaklarım karmaşık olaylar değildir. Hatta onlar hakkında tereddüt dahi etmeyeceksiniz. Ama gelin görün ki bu vesile ile fizikte bazı şeylerin yanlış bildiğinin farkına varacaksınız. Burada önce kendinize sonra da başkalarına yardımcı olmanızı rica ediyorum. Önemli olan da bu olmalı.

OLAY 1
Hareket halindeki bir frame'e iki lamba ve orta noktaya da bir ışık sensörü yerleştiriyoruz. Işıklar aynı anda yanarsa ışıklar merkezdeki sensöre aynı anda varır. (imaj 1)

OLAY 2
Bir O noktasının sağında ve solunda ve eşit uzaklıklarda iki ışık sensörü vardır. Sensörler merkezdeki O noktasına doğru eşit hızlarla gelmektedirler. Bu esnada sensörlerin arkalarından ve O noktasına eşit uzaklıklardan birer ışık demeti gönderiyoruz. Işıklar ve sensörler O noktasında aynı anda buluştukları takdirde, sensörlere ışıklar aynı anda varmış olacaktır. (imaj 2)

Doğal olarak, anlatılan her iki olay DOĞRU'dur diyeceğinizi düşünüyorum. Çünkü fizikte bizlere öğretilen budur. Ancak bu iş hiç de böyle değildir.

1 doğru ise 2 yanlıştır.
2 doğru ise 1 yanlıştır.

Burada 1'in doğru, 2'nin yanlış olduğunu size göstereceğim. OLAY 2'de anlatılan durumun gerçekleşmesinin imkansız olduğunu anladığınız andan itibaren fiziğin sizin için çok güzel ve büyüleyici bir şekle dönüştüğünü göreceksiniz.

Öncelikle size burada kullanacağımız aleti tanıtayım. Alet her iki yanında birer ışık kaynağı bulunan havası vakumlanmış bir tüptür. Tüpün içinde de ray üzerinde hareket eden iki adet kızak vardır. Kızakların üzerinde, her iki yanında merkeze eşit uzaklıkta olan iki sensor ve kızağın tam orta noktasında üçüncü bir sensor vardır. Bu sensorlar ışığa duyarlıdır ve ışığın kızağın kenarlarına ve orta noktasına varma anını tespit etmeye yaramaktadır. Kızaklar kendilerine gelen ışığın hızını ölçebilmektedir. Kumanda paneli kullanılarak kızakların hızı 0 ila c (ışık hızı) arasında herhangi bir değere set edebilmektedir. Tüpün yanlarında bulunan her iki lamba bir düğme düzeneği vasıtasıyla istenilen bir anda yakılabilmektedir. Aletin kontrolü tümüyle dışardan yapılabilmektedir ve burada onu siz kontrol edeceksiniz. Aşağıdaki figür aleti ve kısımlarını göstermektedir. Lütfen inceleyelim.

Alet simetri prensibine uygun olarak dizayn edilmiştir.

Şöyle ki;
Her iki ışık daima aynı anda tetiklenir.
Kızakların hızları daima eşittir, ancak zıt yönlüdür.
Kızakların simetri eksenine uzaklıkları göre daima eşittir.

Işıkları tetikleme zamanı sağa sola kaydırılabilen kahverengi küçük üçgen düğmeler vasıtasıyla ayarlanmaktadır. Bu düğme ile kızağın alt-orta konumunda bulunan turuncu renkli üçgen düğme birbirine temas ettiği anda ışık tetiklenmektedir.

Alet simetri prensibine uygun olarak dizayn edildiği için şunu rahatlıkla söyleyebiliriz: Simetri ekseninin sol tarafında gerçekleşen olaylar, simetri ekseninin sağ tarafında da aynı şekilde gerçekleşecektir. Misal olarak sol taraftan ilerleyen ışık bir kızağa vardığı anda sağ taraftan ilerleyen ışık da diğer kızağa varacaktır. Bu konuda hiç bir tereddüde kapılmamıza gerek yoktur.

Amacımız kızaklar hareket halindeyken her iki yandan gelen ışıkların kızağın orta noktasındaki sensora aynı anda varmasını sağlamaktır. Kızaklar hareket halindeyken ışığı geç veya vaktinden erken yakarsak elbette ki ışıklar orta sensora aynı anda varmayacaktır. Işıklar ancak uygun zamanında yakılırsa bu durum gerçekleşir. Dolayısıyla, kızakların hızını ve ışıkların yanma anını istediğimiz şekilde kontrol edebildiğimize göre, her iki ışığın kızağın orta sensoruna aynı anda varabildiği bir durum mutlaka ve mutlaka vardır.

Yukarıda paragrafı bir kural haline getirelim:

ALTIN KURAL: Kızakların hızını ve ışıkların yanma anını istediğimiz şekilde kontrol edebildiğimize göre, ışıkların kızağın orta sensoruna aynı anda vardığı bir durum mutlaka ve mutlaka vardır. Öte yandan, alet simetri prensibine göre çalıştığından göre, ışıklar her iki kızağın orta sensoruna aynı anda varacaktır.

Altın kurala itiraz edebileceğinizi hiç sanmıyorum. Çünkü altın kuralın gerçekleştiği bir durumun mutlak şekilde var olduğu aşikardır. Bu kuralın önemi şudur ki, Altın Kuralı sağlayan şarttı bulabildiğimiz taktirde "Elektromanyetik Teorideki Büyük Eksiklik Nedir?" sorusunun cevabını da vermiş oluruz. Aşağıdaki aleti kullanarak Altın kuralı sağlamaya çalışın.

Cevabın basit olduğunu düşünüyorsanız, yanıldığınızı söyleyeyim. Altın kural durumunu sağlayabilecek tek bir koşul olduğunu ve bunun da şu şekilde olması gerektiğini düşünebilirsiniz: kızakların orta noktaları simetri ekseni üzerine vardığı anda, ışıklarda simetri eksenine varmalıdır, bu taktirde Altın Kural sağlanacaktır (Figür 2. Show Button) Bu tür bir önerme mantıklı gözükse de kesin olarak yanlıştır.

Yanlıştır çünkü, kızakların her iki yanında bulunan sensorlar bize bu mantığın yanlış olduğunu gösterir. Tek bir kızağı ele alarak düşünelim. Fizikte şunu kesinlikle biliyoruz ki, eğer kızağın orta noktasına bir lamba yerleştirseydik ve bu lambayı yaksaydık ışıklar her iki kenardaki sensorlara aynı anda varırdı. Kızağın hareket halinde olması veya olmaması bu durumu değiştirmez. Tersini de düşünebiliriz. Kızağın her iki yanındaki sensorlara birer lamba yerleştirseydik ve onları aynı anda yaksaydık, ışıklar orta sensora aynı anda varırdı. Kızağın hareket halinde olması veya olmaması bu durumu gene değiştirmezdi. O halde şu şekilde zorunlu bir sonuç vardır: Işıkların orta sensora aynı anda varması için öncelikle ışıkların yanlarda bulunan sensorlara aynı anda varması gerekmektedir. Ancak bu gerekli şart sağlandığı taktirde ışıklar orta sensora aynı anda varabilir. (Figure 3) 

İşte şimdi işlerin birdenbire karıştığını görüyoruz. Çünkü, biraz önce yürüttüğümüz mantığı incelersek ışıkların kenarlarda bulunan sensorlara aynı anda varmayacağını kolaylıkla görürüz. Gerçek bir paradoks ile karşı karşıyayız. Bu paradoksu üç madde halinde açık bir şekilde yazalım.

Kızakların merkez noktaları simetri eksenine vardığı anda, ışıklar yanlarda bulunan sensorlara varmış olsun. Fakat bu taktirde ışıklar orta sensorlara aynı anda varmayacaktır. Bu bir. (Figüre 4-A)

Eğer, ışıklar orta sensorlar ile simetri ekseni üzerinde buluşmuşsa, bu taktirde de ışıklar yandaki sensorlara aynı anda varamamış olacaktır. Bu iki. (Figüre 4-B)

Simetri prensibini ihlal eden hiç bir çözüm yolu geçerli olmayacaktır. Işıklar her iki kızağın yanlarındaki sensorlarına aynı anda varmalı ve ardından orta noktasındaki sensora aynı anda varmalıdır. Bu da üç.

Altın kuralı sağlayan bir çözümün imkansız olduğunu öne süremeyiz, çünkü bir çözüm yolunun var olması gerektiği açık bir gerçektir. Her iki yandan ışıkları yolluyorsunuz ve hiç bir koşulda ışıklar orta sensora eşzamanlı olarak varamıyor. Böyle bir tez öne sürmek gerçekten çok gülünç kalır. Öte yandan ışıkların kızağın her iki yanındaki sensora eş zamanlı varmadan ortadaki sensora aynı anda varacağını öne sürmek mevcut bütün fizik bilgimizi ihlal eder ki bu daha da gülünç bir tez olacaktır. İşimizi zorlaştıran bir diğer husus da simetri prensibidir. Çözüm için simetri prensibini ihlal ederek, yalnızca tek bir kızak için gerekli bütün şartların sağlandığı bir durum öne süremiyoruz.

Gördüğümüz gibi alet elimizi kolumuzu bağlamış durumdadır. Kendi dizaynına ve prensiplerine aykırı hiç bir çözüm yoluna izin vermemektedir. Öte yandan gerçek şudur ki, doğaya ait fizik yasası, her nasıl bir şey ise Altın Kuralı sağlayan durumla temsil edilmektedir. Bunu bulmak zorundayız.

Şimdi fizikçi arkadaşlarımıza hitaben bir şeyler söylemenin vakti geldi. Elektromanyetik Teoriyi bildiğinizi ve mevcut bilgilerinizi kullanarak ve buradaki prensipleri ihlal etmeden Altın Kuralı sağlayan bir çözüm yolu üretebileceğinizi düşünebilirsiniz. Ancak aletin buna hiç bir şekilde izin vermeyeceğini göreceksiniz. Önerdiğiniz çözüm yolunda, ışıklar her iki kızağın yan taraflarına aynı anda varmalı, ardından orta noktasına aynı anda varmalı ve bütün bunlar olurken simetri prensibi hiç bir şekilde ihlal edilmemelidir. Buna ilave olarak önereceğiniz çözüm yolu içinde matematiksel olarak her şeyi aşama aşama gösterebilmelisiniz. Herhangi bir t anında hem ışıkların, hem de kızakların pozisyonlarını yazabilmek durumundasınız. Açıklıkla söylüyorum ki bu paradoksu mevcut bilginizle çözemezsiniz. Çünkü Elektromanyetik Teorinin matematiği bu paradoksu çözemez. Fizik üzerine aldığınız eğitim ve mevcut bilgi birikiminiz burada sizi yarı yolda bırakacaktır. Bu aşamada sizin yerinizde olsam, bu açık meydan okumaya karşılık olarak, kalemi kağıdı elime alır ve Altın Kuralı sağlayan çözümü bulmaya çalışırdım.

Şurası gerçektir ki, eğer Altın Kural'a ulaşılmak isteniyorsa mevcut fizik bilgilerimizde bazı eksikliklerin olduğunu kabul etmek gerekir ki burada Elektromanyetik Teorinin eksikliğinden söz ediyorum. Burada çözüm yolu Albert Einstein'ın matematiği içinde de değildir. Onun matematiğine dayanan space contraction, time dilation gibi kavramları kullanarak da bu paradoksu çözemezsiniz. Bu demek oluyor ki, eğer Altın Kuralı bulmak istiyorsanız bu aşamadan sonra yolunuza kendi başınıza devam etmeniz gerekir.

Altın Kural

Çözüme ulaşmak için düşüncelerimizi aletten çıkan ışıklar üzerine yoğunlaştırmamız gerekiyor. Işık bildiğimiz gibi fotonlardan oluşur. Bir ışık demeti içinde sayısız miktarda foton vardır. Dolayısıyla, kızaklara doğru giden ışık demetinin içinde de sayısız miktarda foton bulunacaktır. Bu noktadan hareketle, ışık demetinin kendisi ile değil de, ışık demetinin içindeki fotonlarla düşünelim ve şöyle bir öneride bulunalım; her foton kendi varma hedefine göre c sabit hızıyla gitsin. Bu tür bir öneri elbette ki mevcut fiziğin bilgisi dışında olacaktır, ama bunun hiç bir önemi yoktur. Çünkü Einstein'ın matematiğinin dahi bir çözüm yolu çıkartamayacağını anladığımız andan itibaren, bizi sınırlayan bu eşik noktasını kendiliğinden aşılmış olur. Önemli olan, Altın Kuralı sağlayan çözüm yolunu bulabilmektir.

Düşünürsek böyle bir çözüm yolunda, her fotonunun kendi varma hedefine göre c hızıyla gitmesinden dolayı başlangıçta tek parça olan ışık demetinin giderek ayrışması gerekir. Buradaki örneğimizde, fotonların varış hedeflerinde farklı yönlere giden iki kızak olduğu için ışık demeti iki parçaya ayrışacaktır. (Figur 5)

"Her foton kendi varma hedefine göre c sabit hızıyla gitmektedir" şeklindeki bu yeni önerme çözüme ulaşmak için yeterlidir. Bu taktirde Altın Kural hiç bir prensip ihlal edilmeden sağlanır. Işığın davranışı ise aşağıdaki şekilde olacaktır. Her foton kendi hedefindeki kızağa göre c hızıyla hareket edecektir. Aşağıda aleti kullanarak Altın Kuralı elde edebilirsiniz. (Figur 6)

Çözüm yolu, ışıkların ne zaman yanması gerektiğini de bize tereddütsüz bir şekilde gösterir. Eğer ışıkların kızakların orta noktalarındaki sensorlara aynı anda varması isteniyorsa, ışıkların yanma anı için tek bir konum varır: Kızakların orta noktaları simetri ekseni üzerine vardığı anda ışıklar yanmalıdır. Bu durumda bütün gerekli şartlar sağlanır. Işıklar önce kızakların yanlarında bulunan sensorlara varır ve ardından orta noktadaki sensora varır. Simetri prensibi de korunur. Hızları ne olursa olsun, kızakların kendilerine gelen ışığın hızını her koşul altında daima c olarak ölçtüğüne ayrıca dikkat edelim (Figürdeki Checkbox'u kullanın).

Bu andan sonrası artık kolaydır, bu davranış şeklinin bize emrettiği şekilde Elektromanyetik Teorinin matematiği (c+v) (c-v) matematiği olacaktır.

Han Erim