ZAMANIN
GENİŞLEMESİ
Hareketli saatler,bir miktar yavaş çalışır. Bu
daha yeni tanımlanmış ışık saatleri için olduğu kadar,adi mekanik saatler için
de doğrudur. Gerçekten bu sonuçları tüm fiziksel süreçlerin,kimyasal tepkimeler
ve biyolojik süreçler dahil,hareketli bir çerçevede oldukları zaman, durgun bir
saate göre yavaşladıklarını söyleyerek genelleyebiliriz. Örneğin uzayda hareket
eden bir astronotun kalp atışları,uzay gemisinin içindeki bir saat ile tempo
tutturmuş olsun. Astronotun hem saati hem de kalp atışları durgun bir saate göre
yavaşlamıştır. Astronot uzay gemisinde yaşamın yavaşladığı duygusuna kapılmaz.
Zaman genişlemesi,çeşitli deneylerle doğrulanmış olan gerçek bir olgudur.
Örneğin müonlar bir elektronunkine eşit yüke ve elektronunkinden 207 kez büyük
bir kütleye sahip olan kararsız elemanter parçacıklardır. Müonlar,kozmik
ışınların,atmosferin yukarı kesimlerinde,soğurulması sonucu oluşabilirler.
Müonların yerdeki gözlemciye göre ömürleri,
müonlar la birlikte hareket eden gözlemciye göre daha büyük gözlenmiştir.
1976'da CERN laboratuarında yapılan müon deneylerinde hareketli müonların
ömrü,binde iki hata ile, göreliliğin öngörüsüyle uyumlu olarak,durgun
müonunkinden yaklaşık 30 kez daha uzun olarak ölçüldü. Hafele ve Keating
tarafından rapor edilen bir deneyin sonuçları(1972), zaman genişlemesi olgusu
için dolaysız kanıt oluşturuyor. Deneyde,çok kararlı sezyum demeti atom saatleri
kullanıldı. Uçan bir jette bulunan böyle dört saat ile ölçülen zaman aralıkları,
ABD Deniz Gözlemevi'ne yerleştirilmiş referans atom saatleriyle ölçülen zaman
aralıkları ile karşılaştırıldı. Yere bağlı bir saat,yerin ekseni etrafındaki
dönmesi nedeniyle, gerçek bir eylemsizlik çerçevesinde değildir. Bu sonuçları
kuram ile karşılaştırmak için birçok faktör dikkate alınmalıydı. Bunlar
arasında yere göre hızlanma ve yavaşlamanın periyotları,hareketin yönündeki
değişimler ve yere bağlı saate göre uçan saatlerin uğradığı daha zayıf çekim
alanı gibi faktörler bulunur. Onların sonuçları,özel görelilik kuramının
öngörüleriyle iyi bir uyuşma gösteriyordu. Hafele ve Keating makalelerinde şunu
rapor ettiler: "ABD Deniz Gözlemevi'nin atomik zamana göre,uçan saatler doğuya
doğru gittiklerinde 59+10 ns kaybettiler ve batıya doğru gittiklerinde 273+7 ns
kazandılar... Bu sonuçlar, makroskopik saatlerde ortaya çıkan ünlü saat
paradoksunun belirsiz olmayan bir ampirik çözümünü verir."Uzay gemisindeki
saatin yavaşlaması, fizikçilerin “zamanın genişlemesi” deyimlerine bir örnektir.
Bu, Einstein’ın denklemlerinin bir sonucudur ve ışık hızının sabit oluşundan
ileri gelmektedir. Zamanın genişlemesi, ilk anda kurnazca bir düşünce oyunu, dış
dünyaya uygulanması mümkün olmayan yararsız matematiksel bir oyun gibi
görülebilir. Bununla birlikte, Einstein bunun bir beyin jimnastiği olmadığını
daima hissetmiştir. Einstein, zaman genişlemesinin gerçek dünyanın(alemin)
gerçek bir özelliği olduğuna inanıyordu. Bir uzay gemisiyle dünyadan hızla
uzaklaşan insanın, saatini yavaşlamasını gerçekten fark edeceğini ısrarla iddia
ediyordu. Bundan başka, böyle bir insanın dünyaya dönüşünde değer verdiği her
şeyin (ailesinin, memleketinin, uygarlığının) tamamen yok olduğunu görmesi de
mümkündür. Işık hızına yakın hızla çevremizdeki bir yıldıza yapılacak yolculuk
insana bir kaç senelik gibi gelebilir. Yolcu, biyolojik bakımdan gerçekten
birkaç yıl yaşlanır. Ama dünyaya döndüğü zaman, burada yüzyılların geçmiş olması
ve bıraktığı her şeyi değişmiş bulması mümkündür.
Zamanın genişlemesi Einstein tarafından ileri
sürüldükten 13 yıl sonraya kadar, ispat edilememiş bir kuram olarak kaldı. Daha
sonra, bu gecikmenin gerçek fiziki örnekleri, bilim adamları tarafından parçacık
fiziğinde gözlenmeye başlandı. Örneğin, mezon adı verilen ve kütleleri elektron
ve proton kütlelerinin arasına isabet eden, atomdan daha küçük bir takım
parçacıkların parçalanmasında buna rastlanır. Normal koşullar altında bu
parçacıklar son derece kısa ömürlüdür; kendiliklerinden elektron ve nötrinoya
ayrılırlar. Fizikçiler, ışık hızına yaklaşan son derece yüksek hızlarda bu
parçalanmanın bir miktar geciktiğini saptamışlardır.
Bir gözlemciye göre hareket eden bir saat,
gözlemcinin saatine göre daha yavaş tik-tak sesi verir. Yani uzay aracındaki bir
kimse, uzay aracı içinde iki olay arasındaki zaman aralığını diyelim bir dakika
bulursa, yeryüzündeki biz iki olay arasındaki aralığın daha uzun süre olduğunu
buluruz. Bu etkiye zaman genleşmesi denir. Her gözlemci kendisine göre hareket
halindeki saatlerin durgun hallerine göre daha yavaş çalıştığını bulur. Bir
cismin kütlesi, hareket halinde daha büyüktür. Bu nedenle salınım yapan bir
cismin periyodu hız arttıkça büyür. Bu bakımdan, birbirine göre durmakta olan
bütün saatler bütün gözlemcilere göre, ister saat grubunun ister gözlemci
grubunun sabit hızdaki hiçbir hareketine bakılmaksızın aynı davranıştadır.
Zamanın göreli karakterinin pek çok sonuçları vardır. Örneğin bir gözlemciye
aynı anda oluyor izlenimi veren olaylar, göreli harekette olan başka bir
gözlemciye göre aynı anda oluyor değildir. Peki kim doğrudur? Her iki gözlem de
doğrudur; çünkü her ikisi de yalnızca gördüklerini ölçmektedir. Kısaca
eşzamanlılık mutlak değildir, görelidir. Enerjinin korunumu ilkesini alalım. Bu
ilke evrende toplam enerjinin sabit kaldığını anlatır. Buna göre evrenin
herhangi bir noktasında belli bir miktar enerji yok olurken aynı anda eşit bir
enerji mi ortaya çıkmalıdır? Aynı anda olması için enerji aktarılması gerekir.
Aynı anda olma göreli olduğundan kimi gözlemciler enerjinin korunmadığını
bulacaktır. Ama kuram, yitik enerjinin , enerji aktarımı olmadan başka bir yerde
kendiliğinden ortaya çıkabileceğini de yasaklamaz. Enerji akışı için pek çok yol
vardır. Bir yerde kaybolan ve başka yerde ortaya çıkan enerji, birinci yerinden
ikinciyle akmıştır. Buna göre yalnız tüm evren dikkate alındığında değil, uzayın
herhangi bir bölgesinde ve herhangi bir anda dahi enerji yerel olarak korunur.
Zaman göreli bir nicelik ise de,
günlük deneyimlerimizle edindiğimiz zaman kavramı da tümüyle yanlış değildir. En
başta hiçbir gözlemciye göre zaman tersine işliyor gözükmez. Art arda oluşan bir
olaylar dizisi her yerdeki tüm gözlemciler için yine aynı sırada görünür; ancak
her olay çifti arasındaki zaman aralıkları aynı olmayacaktır. Buna bağlı olarak
hiçbir gözlemci, bir olayı olmadan önce göremez. Aynı şekilde bir olayı, hareket
durumu ne olursa olsun uzaktaki bir gözlemci, olaya daha yakın bir gözlemciden
önce göremez. Çünkü ışık hızı çok büyüktür ;ama sonludur ve sinyaller bir l
uzaklığını kat etmek için l/c minimum zaman periyodunu gerektirir. Geçmiş
olayların zamansal (ve uzaysal) görüntüleri farklı gözlemcilere farklı gözükürse
de, geleceği gözlemenin hiç bir yolu yoktur.
Kaynak: Arthur Baiser, Çağdaş Fiziğin Kavramları