Zaman Neden Görecelidir?
x,y ve z kartezyen koordinat sistemindeki yer değişiminin büyüklüğündeki farka göre iki farklı gözlemci için zaman iki farklı hızlarda akar.
yani diyelim ki mahmut ve hüso iki farklı kişi olsun ve hüso bir uzay gemisine binip mahmut'un sabit durduğu bir referans sisteminde ışık hızının %90'ı hızda mahmut'tan uzaklaşıyor olsun. bu durumda eğer mahmut'un ve hüso'nun eline iki farklı kronometre verirsek ve aynı anda bu kronometreleri başlatırlarsa, hüso'nun kronometresi ile mahmut'un kronometresi farklı değerler gösterirler. diğer bir deyişle mahmut'un zamanı ile hüso'nun zamanı birbirinden farklı olur. bunun sebebi ışık hızının %90'ı hızda giden hüso'nun ingilizce time dilation olarak bilinen zaman genişlemesi durumunu tecrübe etmesidir. pisagor teoreminden yola çıkarak mahmut'un zamanındaki değişimi matematiksel olarak ifade edebiliriz.
peki nasıl? ayrıca pisagor teoreminin bu durumla ne ilgisi var?
öncelikle zamanın kişiden kişiye değişiklik göstermesinin sebebi ışık hızının tüm perspektiflerden aynı olması, yani sabit olmasıdır. bu maxwell denklemleri ve özel görelilikle ilgili bir durumdur ve bunun açıklaması da başka bir yazının konusudur. bu durumun sebebi daha sonra açıklayacak olmakla birlikte, durumun kendisinin ne olduğunu açıklamak gerekiyor. şimdilik aşağıdaki örneği kabul edip ilerleyelim.
ışık hızı sabittir demek, ışığa nasıl bir perspektiften bakarsanız bakın ışığın sizden aynı hızda uzaklaşıyor olduğunu gözlemlersiniz demektir.
newton fiziğine göre düşündüğümüzde bir cismi gözlemlediğimizde hızını bizim durumumuza göre algılarız. yani diyelim ki biz bir arabanın içindeyiz ve saatte 100 kilometre hızla ilerliyoruz. sol şeritte saatte 110 kilometre hızla ilerleyen bir arabaya bizim gözümüzden bakarsak, o araba sanki saatte 10 kilometre hızla belirli bir doğrultuda bizden uzaklaşıyormuş gibi algılarız.
işte bu durum ışık hızı için geçerli değildir.
yani biz belirli bir referans noktasına göre istersek saatte 100 kilometre hızla ilerleyelim, istersek saatte 100000km hızla ilerleyelim, bizden uzaklaşan bir ışık demetinin bizden uzaklaşma hızını hesaplarsak ışık hızı sabitini buluruz.
yani kısaca biz ne hızda ilerlersek ilerleyelim, ışık bizden aynı hızda uzaklaşır ve bu uzaklaşma değerine de ışık hızı sabiti denir.
ışık hızı sabiti:
bu bilgiyi kullanarak time dilation olarak bilinen zaman genişlemesini ve iki farklı gözlemci için iki farklı zaman akışı olduğunu görebiliriz. peki nasıl mı?
öncelikle bir düşünce deneyi tasarlamamız gerekiyor. bu düşünce deneyi benim olmamakla birlikte, özel görelilik derslerinde öğrencilere zaman genişlemesini anlatmak için çok sık kullanılan bir deneydir.
deneyde mahmut ve hüso isminde iki farklı gözlemcimiz var. mahmut kare şeklinde sabit duran bir gezegen üzerinde dururken, hüso ise ok şeklinde çok yüksek hızlarda ilerleyen bir uzay gemisinin içinde olacak.
iki farklı kişi de kendi bakış açılarına göre bir aynadan sekip geri dönen bir ışık demetini inceleyecekler.
şu şekilde:
şekilde gördüğünüz gibi, iki kişi de ışık hızı sabitinden dolayı aynadan sekip dönen ışığın aynı hızda aynadan sekip döndüğünü görür. ikisinin de aynalarının arasındaki mesafe aynı olduğundan aynalar arası mesafeye l mesafesi diyelim.
mahmut da, hüso da kendi aynalarına bakıp ışığı gözlemlediklerinde de ışığın aynı zaman diliminde 2l mesafeyi kat ettiğini görür. yani ikisi de kendilerince ışığın iki ayna arasındaki gidiş gelişine t zaman der.
şimdi olaya farklı bir açıdan bakmamız gerekecek. olaya yeni bakış açımız mahmut'un durduğu yerden hüso'nun hızla ilerlemekte olan uzay gemisindeki aynaları gözlemlediği bakış açısı olacak.
mahmut hüso'ya baktığında, hüso'nun gemisi mahmut'a göre sürekli olarak belirli bir doğrultuda ilerlediğinden, mahmut hüso'nun aynalarını farklı zaman dilimlerinde farklı yerlerde görecektir.
mahmut'a göre hüso'nun aynası:
şimdi şöyle düşünelim.
mahmut'un bakış açısından kendi yanında duran aynalardaki ışık 2l mesafe kat ederken, hüso'nun gemisinin içindeki ışık 2lm mesafe kat ediyor.
pisagor teoreminden dolayı 2lm mesafesinin 2l mesafesinden daha fazla olduğunu biliyoruz. bu durumda iki seçenek var. genius dizisini izleyenler hatırlayacaklardır, einstein bir sahnede arkadaşı michele besso'ya "ya newton haklı ya maxwell haklı, ikisi de aynı anda haklı olamaz!" tarzı bir cümle kuruyordu ve arkadaşı da ona cevap olarak "newton ile maxwell kapışırsa maxwell iki kaşının arasından vurulur" benzeri bir cevap veriyordu. işte bu kapışma aşağıdaki iki seçeneğin kapışması.
1. seçenek: zaman sabittir ve ışık hüso'nun gemisinde mahmut'un durduğu yerde olduğundan daha hızlı hareket eder, böylelikle hüso'nun ışığı daha uzun bir mesafeyi mahmut'un ışığı ile aynı sürede kat edebilir.
2. seçenek: ışık hızı sabittir ve zaman hüso'nun gemisinde mahmut'un durduğu yere göre farklı bir biçimde akar, böylelikle hüso'nun mesafesini kat edebilmesi için ışığın hızını değiştirmemiz gerekmez.
doğru olan 2. seçenektir. hüso'nun gemisinde akan zaman, mahmut'un zamanından farklıdır. çünkü ışık hızı sabittir.
time dilation, yani zaman genişlemesi dediğimiz şey de hüso'nun zamanı ile mahmut'un zamanı arasındaki farktır.
bir miktar matematik bilen herkes tarafından zaman genişlemesi oranı cebir yaparak bulunabilir ancak şu an bunun üzerine yazmaya fazla vaktim olmadığından belki bir ara matematiksel işlemlerle zaman genişlemesi oranının nasıl bulunduğunu zaman genişlemesi başlığı altında gösteririm.
yine de benim mağara devri yazılarıma bakmak yerine oldukça iyi görselleştirilmiş halini görmek isteyenler için time dilation: