Zaman, Işık Hızına Yakın Yolculuk Yaparken Neden Değişir? Bir Fizikçi Açıklıyor

Kırsalda bir arabada olduğunuzu ve manzarayı izlediğinizi hayal edin. Uzaktaki bir ağaç arabanıza yaklaşır, hemen yanınızdan geçer ve tekrar arkanızda uzaklaşır.

Elbette, o ağacın aslında ayağa kalkıp size doğru veya sizden uzağa yürümediğini biliyorsunuz. Ağaca doğru hareket eden arabadaki sizsiniz. Ağaç sadece size kıyasla veya size göre hareket ediyor - bu, biz fizikçilerin görelilik dediği şey. Ağacın yanında duran bir arkadaşınız olsaydı, onun size doğru hareket ettiğini gördüğünüz hızla sizin ona doğru hareket ettiğinizi görürdü.

Gök bilimci Galileo Galilei, 1632 tarihli "İki Büyük Dünya Sistemi Hakkında Diyalog" kitabında ilk kez görelilik ilkesini tanımladı - biri diğerine göre hareket ettiği için iki kişi bir olayı farklı deneyimlese bile evrenin her zaman aynı şekilde davranması gerektiği fikri.

Bir arabadaysanız ve havaya bir top fırlatırsanız, ona etki eden yerçekimi kuvveti gibi fiziksel yasalar, yolun kenarından izleyen bir gözlemciye etki eden yasalarla aynı olmalıdır. Ancak, siz topun yukarı ve aşağı hareket ettiğini görürken, yol kenarındaki biri topun kendisine doğru veya kendisinden uzağa ve ayrıca yukarı ve aşağı hareket ettiğini görecektir.

 

Özel görelilik ve ışık hızı

Albert Einstein çok daha sonra, o zamanlar sezgisel bir açıklaması olmayan bazı kafa karıştırıcı gözlemleri açıklamak için şimdi özel görelilik olarak bilinen fikri önerdi. Einstein, 1905'te teorisini bir araya getirmek için 1800'lerin sonlarından birçok fizikçi ve gök bilimcinin çalışmalarını kullandı ve iki temel bileşenden yola çıktı: görelilik ilkesi ve ışık hızının her gözlemci için aynı olduğu ve hiçbir şeyin daha hızlı hareket edemeyeceği şeklindeki tuhaf gözlem. Işık hızını ölçen herkes, nerede olurlarsa olsunlar veya ne kadar hızlı hareket ederlerse etsinler, aynı sonucu alacaktır.

Diyelim ki saatte 60 mil hızla giden bir arabadasınız ve arkadaşınız ağacın yanında duruyor. Saatte 60 mil olarak algıladıkları bir hızla size doğru bir top fırlattıklarında, mantıksal olarak arkadaşınızın ve ağacın size doğru saatte 60 mil hızla hareket ettiğini ve topun size doğru saatte 120 mil hızla hareket ettiğini gözlemleyeceğinizi düşünebilirsiniz. Bu doğru değere çok yakın olsa da, aslında biraz yanlıştır.

Zamanın deneyimi harekete bağlıdır.

 

İki sayıyı toplayarak bekleyeceğiniz şey ile gerçek cevap arasındaki bu fark, biriniz veya her ikiniz ışık hızına yaklaştıkça büyür. Işık hızının %75'i ile hareket eden bir rokette seyahat ediyor olsaydınız ve arkadaşınız topu aynı hızla fırlatsaydı, topun size doğru ışık hızının %150'si ile hareket ettiğini  görmezdiniz. Bunun nedeni, hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı hareket edememesidir - top yine de ışık hızından daha düşük bir hızla size doğru hareket ediyormuş gibi görünecektir. Bütün bunlar çok tuhaf görünse de, bu gözlemleri destekleyecek çok sayıda deneysel kanıt vardır.

 

Zaman genişlemesi ve ikizler paradoksu

Gözlemi kimin yaptığına göre değişen tek faktör hız değildir. Göreliliğin bir başka sonucu da, insanların birbirlerine göre ne kadar hızlı hareket ettiklerine bağlı olarak geçen zamanı farklı ölçtüğü zaman genişlemesi kavramıdır.

Her insan zamanı kendine göre normal olarak yaşar. Fakat daha hızlı hareket eden kişi, daha yavaş hareket eden kişiye göre daha az zamanın geçtiğini deneyimler. Ancak yeniden buluşup saatlerini karşılaştırdıklarında, bir saat daha az zaman geçtiğini söylerken diğerinin daha çok zaman geçtiğini söylediğini fark ederler.

Bu, göreliliğin en tuhaf sonuçlarından birine yol açar - ikizlerden birinin yüksek hızlı bir roketle uzaya yolculuk yapması durumunda, ikizlerinin kendilerinden daha hızlı yaşlandığını bulmak üzere Dünya'ya döneceklerini söyleyen ikizler paradoksu. Ölçümleri aynı olmasa bile, zamanın her bir ikiz tarafından algılandığı şekliyle (tam olarak şu anda zamanı deneyimlediğiniz gibi) "normal" davrandığını not etmek önemlidir.

İkizler paradoksu aslında bir paradoks değildir.

 

Merak ediyor olabilirsiniz: Her ikiz de kendilerini durağan ve diğerinin kendilerine doğru hareket ettiğini görüyorsa, ikisi de diğerinin daha hızlı yaşlandığını ölçmez mi? Cevap hayır, çünkü ikisi de diğer ikize göre daha yaşlı olamaz.

Uzay gemisindeki ikiz, yalnızca referans çerçevesinin aynı kaldığı belirli bir hızda hareket etmekle kalmaz, aynı zamanda Dünya'daki ikiz ile karşılaştırıldığında hızlanır. Gözlemciye göre olan hızların aksine, ivmeler mutlaktır. Bir teraziye basarsanız, ölçtüğünüz ağırlık aslında yerçekiminden kaynaklanan ivmenizdir. Bu ölçüm, Dünya'nın güneş sisteminde hareket etme hızına veya güneş sisteminin galakside veya galaksinin evrende hareket etmesine bakılmaksızın aynı kalır.

İkizlerden biri ışık hızına yaklaştıkça, hiçbiri saatlerinde herhangi bir tuhaflık yaşamaz - ikisi de zamanı sizin ya da benim kadar normal deneyimler. Ancak bir araya gelip gözlemlerini karşılaştırdıklarında bir fark göreceklerdir - göreliliğin matematiği tarafından mükemmel bir şekilde tanımlanan bir fark.

 

Michael Lam, Fizik ve Astronomi Yardımcı Doçenti, Rochester Teknoloji Enstitüsü

Bu makale The Conversation'da yayınlanmıştır.