Belgeci.com – Bilgi Paylaştıkça Çoğalır

Einstein’in Esdegerlik Ilkesi

Genel göreliligin temelleri, Galile ve Newton’un esdegerlik ilkesine kadar geri gider. Newton’un görüsüne göre esdegerlik ilkesi söyle anlatilabilir:” Tüm cisimler,kütleleri ve bilesimleri ne olursa olsun,bir kütle çekim alaninda ayni oranda ivmelenir.” Bu esdegerlik, yaklasik 100 yil önce Macar fizikçi Baron Lorand von Eötvös tarafindan yapilan klasik deneylerle ve Princeton ve Moskova Devlet Üniversiteleri’nde yapilan deneylerle yillar boyunca tekrar tekrar dogrulandi. Bu testlerin dogrulugu yüz milyarda birden daha iyidir. Albert Einstein, serbest düsen bir laboratuvarin içindeki bir gözlemciye göre,bu esdegerligin bir sonucu olarak,yalnizca cisimlerin sanki kütle çekimi yokmus gibi yüzmeleri gerektigini degil,ayni zamanda elektromanyetizma ve kuantum mekanigi gibi gravitasyonal olmayan olaylarin tüm yasalarinin da sanki kütle çekimi gerçekten yokmus gibi davranmalari gerektigini kabul etti. Bu düsünce simdi Einstein’in esdegerlik ilkesi olarak bilinir ve degisim içerdigi için bir anahtar adimdir: yeryüzündeki bir laboratuvar gibi kütle çekiminin bulunmadigi bir referans çerçevesinde,kütle çekiminin fizik yasalarina etkisi,yasalari serbest düsen bir çerçeveden laboratuvar çerçevesine basitçe, matematiksel olarak dönüstürmekle elde edilebilir. Diferansiyel geometri olarak bilinen matematik dalina göre bu, uzay-zamanin kavisli oldugunu söylemekle ayni seydir. Böylece, kütle çekiminin etkisi,kavisli uzay-zamanda bulunmasinin etkisinden ayirt edilemez.

Özel görelilik kuramini açiklamak için kullandigimiz tren yerine Dünya’dan uzakta bir uzay gemisinde oldugumuzu varsayalim. Roket motorlari çalistirildigi zaman, uzay gemisi hareket etmeye baslar,önce yavas sonra daha hizli ve daha hizli hareket eder. Hiz artmakta oldugu için, bu bir ivmeli harekettir. Yani uzay gemisinin hareketi düzgün dogrusal hareket degildir. Uzay gemisi içinde bu hizlanma olayini bir kuvvetin bizi tabana dogru çekisi seklinde hissederiz. Roket motoru gemiyi hizlandirdigi sürece bu kuvveti hissetmeye devam ederiz.

Uzay gemisinin hizlanisi nedeniyle olustugunu bildigimiz bu kuvvetin kütlesel çekimden ayirt edilemeyecegine dikkat edilmelidir. Hizlanmakta olan uzay gemisi içinde farkli kütlede taslar düsürürsek, bunlar tabana ayni hizla düsecektir- tipki bu isi Dünya’da yaptigimiz zaman olacagi gibi. Taslari biraktigimiz anda, uzay gemisi tarafindan hizlandirilmalari durumu sona erer-serbest düsme durumundadirlar- ve biz onlarla temas kurmakta acele eden seyin uzay gemisinin tabani oldugunu düsünebiliriz.

Bu olay genel görelilik kuraminin ilk ana fikrini-ivmeli bir hareketle kütlesel çekim etkisini ayirt etmenin mümkün olmadigini- açiklar. Yildizlar ve gezegenler arasi boslukta, bir uzay gemisi içinde yolculuk yaptigimizi bilmezsek, hissettigimiz “kütlesel çekim” etkisinin tüm geminin hizlanan hareketinden ileri geldigini belirleyemeyiz. Hizlanma gibi ivmeli bir hareketi, kütlesel çekimden fiziksel olarak ayirt edemeyisimiz gerçegi fiziksel esdegerlilik -tek biçimli olmayan hareket ile kütlesel çekimin esdegerliligi-olarak bilinir.

Genisleyen Evren

Einstein, genel görelilik kuramini evrenin bütününe uygulayarak sonlu ve sinirsiz bir evren modeli kurdu ve bununu matematiksel yapisini gelistirdi. Ama 1929’da ABD’li astronom Edwin Powell Hubble gerçeklestirdigi gözlemlerle uzak gökadalarinin isiginin kirmiziya kaydigini, buradan kalkarak da bunlarin Dünya’dan uzaklastigini ortaya koydu. Böylece, genisleyen evren modeli Einsitein’in duragan modelini geçersiz kildi.

–Standart Evren Modeli

 

–Büyükpatlama Kuramı

 

–İlk kozmik yapılar

 

Einstein tüm bunlarin uyum içinde oldugunu gördügü zaman, yaratici ani ‘yasamimin en mutlu düsüncesi’ dedigi seyi kaydetti:
[“1907 yilinda Radyoaktivite ve Elektronik yilligi için özel görecelik kurami üzerinde çalisirken, Newton’un kütlesel çekim kuramini özel görecelik kuramina uyacak sekilde degistirmeye çalistim. Bu dogrultudaki girisimler bu isi yapma olasiligini gösteriyordu, fakat, fiziksel bir temel olmadan önermeyle desteklenmeleri gerektigi için, beni tatmin etmiyorlardi. O noktada bende, asagidaki sekilde, yasamimin en mutlu düsüncesi uyandi:tipki bir elektromanyetik indüksiyonda bir elektrik alaninin üretilisi gibi kütlesel çekim alani da benzer bir göreceli varliga sahiptir. Böylece bir evin çatisindan serbest düsme durumunda bir gözlemci için, düsüsü sirasinda hiçbir kütlesel çekim alani- en azindan hemen yakininda-yoktur… Eger gözlemci bazi nesneleri birakirsa, bu nesneler, kimyasal veya fiziksel yapilarindan bagimsiz olarak, kendine göre, hareketsiz veya tek biçimli bir hareket durumunda kalacaktir.(Bu degerlendirmede, havanin direnci ihmal edilmelidir.) Bu nedenle gözlemci, kendi konumunu ‘hareketsizlik’ olarak nitelemede hakli olacaktir.
Ayni yerçekimi alaninda tüm nesnelerin ayni hizlandirma ile düseceklerini belirten son derece ilginç deneysel yasa, bu degerlendirmenin ardindan derin bir fiziksel anlam kazandi. Çünkü bir kütlesel çekim alaninda digerlerinden farkli sekilde düsen bir nesne bile olsa,gözlemci o nesne kanaliyla,onun içine düsmekte oldugunu ayirt edecektir. Fakat böyle bir sey mevcut degilse- deneyimin büyük bir kesinlikle dogruladigi gibi- gözlemci, kendinin bir kütlesel çekim alani içinde düsmekte oldugunu düsünme konusunda herhangi bir nesnel nedene sahip olmayacaktir. Tersine, kendi durumunu, hareketsizlik ve çevresinin durumunu,alansiz olarak (kütlesel çekime göre) düsünmekte hakli olacaktir. Bu nedenle, deneyimden bilinen, serbest düsmedeki hizlanmanin maddeden bagimsiz oldugu gerçegi,görecelik önermesinin birbirine göre tek biçimli olmayan sekilde hareket etmekte olan koordinat sistemlerine uzatilmasi gerektigi konusunda güçlü bir nedendir.”]
Einstein kütlesel çekim etkisinin tek biçimli olmayan bir harekete esdeger oldugunu anladi. Yeryüzünde durarak,yerçekiminin bizi topraga çektigini hissederiz. Bir tasi düsürürsek düser. Simdi, çatidan düsüsümüz sirasinda bir tas düsürürsek, tas bizim önümüzde yüzer. Bu durum hizlanmakta olmayan bir uzay gemisinde bulunmaya benzer-serbest düsme durumunda oluruz, kütlesel çekim yoktur. Roket motorlari kapatilip hizlanma durdugu zaman, astronotlar kütlesel çekimi olmayan bir ortamda olduklarini hissederler.
Hizlanan uzay gemisi içinde odamizda, bir tas düsürürsek, yukariya dogru hizlanan seyin taban oldugunu fark edebiliriz. Yeryüzünde, yasadigimiz yer çekimi etkisinin zeminin yukari dogru hizlanmasina esdeger oldugu açik degildir. Fakat esdegerdir-yer çekimi kesin olarak tek biçimli olmayan harekete esdegerdir.
Genel görelilik kuraminda,Einstein, tek biçimli olmayan sekilde hareket etmekte olan iki gözlemci (örnegin bir gözlemci hizlanan bir uzay gemisinde, digeri yer çekimi olmayan uzayda yüzer durumda) tarafindan yapilan uzay ve zaman ölçümleriyle ilgili yasalari bulmustur. Bu yasalarin degerlendirilmesi Enistein’i, egri uzayin geometrisi olan matematiksel Riemann Geometrisi disiplinine-egri uzayin geometrisine- götürdü.
Burada Einstein, matematikçi bir dostu ve eski sinif arkadasi olan Marcel Grosmasman ’in yardimini istedi. Ancak Einstein,görelilik ilkesini genellemek için bu matematik arastirmalari yapmadan önce bile sonucu sezmisti. O, “Riemann’in eserini ilk olarak, genel görelilik kuraminin temel ilkesinin açikça kavranmis oldugu bir zamanda ögrendim” diyordu. Genel göreliligin yaratilisi bir fizikçinin, sezgilerini ifade etmek için dogru dili bulmak üzere mevcut bir matematik disiplinine dönüsünün bir örnegini sunmaktadir
Bilim adami deneyim ve deneylerin dünyasi ile isine baslar. Fiziksel sezgiden baska bir sey olmayan bir temelde, deneyimden bir mutlak önermenin soyutlamasina geçer-tipki Einstein’in esdegerlilik ilkesinin, kütlesel çekimin geometri oldugu anlamina geldigini kavramasi gibi. Einstein bu kavramsal siçramayi, herhangi bir deneyin onu kontrol edebilecegi yerin çok ötesinde ve herhangi bir destekleyici kanita sahip olmadan önce yapmisti. Böyle bir kanit nasil olabilirdi? Hiçbir fizikçi kütlesel çekimin geometriyle iliskisini hiç düsünmemisti bile. Bir sonraki adim, önermeyi, deneysel olarak kontrol edilebilen özel kuramsal sonuçlar çikarmak üzere kullanmakti. Genel görecelik kurami açisindan bu sonuçlar, Merkür’ün yörüngesindeki kayma gibi kestirimlerdir. Herhangi bir deney, kuramsal sonuçlarin yanlis oldugunu gösterirse, bu ayni zamanda, bu sonuçlarin dayandigi önermenin de yikilisini getirir. Mutlak önermenin, sonucun yanlisliginin bulunmasindan zarar görebilmesi, pozitivist yöntemin bir parçasidir.
Fakat, Einstein’in yönteminde merkezi durumda olan kuvvetli bir antipozitivist unsur, ilk yere mutlak önermeyi koyan deneyimden sezgisel bir siçramadir. Teorisyen, mutlak önermeyi rasyonel olarak deneyimden çikaramaz; çünkü o deneyimi asar. Yalnizca sezgi, ilham olarak gelen bir tahmin önermeyi icat edebilir. Bu Einstein’in “Bir teorinin yaratilisi için, yalnizca kaydedilmis fenomenler toplulugu hiçbir zaman yeterli degildir-her zaman maddenin kalbine hücum eden, insan zihninin özgür bir bulusu eklenmis olmalidir” derken kastettigi seydir. Fizikte çok miktarda yaratici çalisma, sezgiyi ilk adim olarak alan bu yöntemle ilerler, bu bilimsel yaraticiligin rasyonel olmayan ama dogrulabilir bir yönüdür.
Birinci Dünya Savasini izleyen yillarda, Einstein’in ünü artti ve dünya çapinda ünlü oldu. Düsünebildigim kadariyla, böyle dikkat çeken baska bir tek kisi vardi, o da ahlaki bir önder olarak ilgi toplayan, ünlü bir kisi olusunu Hindistan’in sömürgecilikten kurtulmasina önderlik etme araci olarak kullanan Gandhi idi. Gandi için söyle diyor: “Hiçbir dis yönetim tarafindan desteklenmemis bir halk lideri: Basarisi kabiliyete ve teknik aletlerin gücüne dayanmayan,sadece kisiliginin ikna etme gücünden dogan bir politikaci;kuvvet kullanimini her zaman küçümsemis olan zafer dolu bir savasçi;amaç ve sasmaz kararlilik ile donanmis bilge ve alçak gönüllü bir insan: Bütün gücünü halkinin yücelmesine ve geleceklerinin güzellesmesine adamis bir kisi; sadece insan olarak Avrupa’nin eziyetlerine karsi gelmis ve her zaman zafer kazanmis bir insan.Gelecek nesiller böyle bir kisinin yasayip,bu dünya üzerinden geçtigine belki de inanmayacaklar”

Einstein hiçbir zaman ünlü bir kisi olmak istemedi-yine de öyle olunca, ününü inandigi seyleri gelistirmek için kullandi. Bu Einstein olayi nasil açiklanabilir?
Burada etki olan çesitli faktörler vardir: Ilki okur yazarligin artisiyla baglantili olarak radyo ve kitlesel dolasimi olan gazetelerin çikisiydi. Ikinci olarak, Avrupa savas nedeniyle yorgun ve harap düsmüstü, özellikle Almanya’nin yenilgiden bir seyler kurtarmasi gerekiyordu. Halkin ilgisi politik dünyadan çok uzak görünen ve Almanlara kendi büyük bilimsel kültürlerini hatirlatan Einstein’a ve basarilarina döndü. Savas sirasinda, Einstein, her zamanki gibi kendi yolundan gitti. Bu tavrin hiyanete es sayildigi bir zamanda o bir barisseverdi (pasifistti). Pek çok Alman Yahudisi kendi kimliklerini gizleyip assimile olurken, O Yahudi olmakla övünüyordu. Bunlar popüler olmayan özeliklerdi; ama Einstein’in ilkeli adamlarin nadir bulundugu bir zamanda kamuoyunda ilkeli adam olarak taninmasini sagladi. Son olarak Avrupa’da o yillar ideolojik tartisma ve çeliski yillari idi. Rusya’da 1917 devriminin sonucu olan bir iç savas vardi. Her yerde fasizm yükselmekteydi. Sosyal ve dini filozoflar, doganin açiga çikisinda bir sonraki adim oldugu açik hale gelmis olan Einstein’in yeni teorilerinde kendi görüsleri için destek aradilar. V. Fock ’un önderlik ettigi Sovyet fizikçileri, göreceligi, idealizmin saldirilarina karsi savunmayi ve onun, Sovyet devletinin ideolojik temeli olan Lenin’in materyalizmi ile siki bir uyum içinde oldugunu belirtmeyi gerekli gördüler. Ingiltere ve Amerika’da bazi bilim adamlari, Einstein’in görelilik kuraminin, insanin ahlaki degerlerinin sosyal ve kültürel ortamlarina göre, göreli olarak degistigini savunan bir felsefe olan, ahlaki veya kültürel görelilik ile hiçbir iliskisi bulunmadiginda israr ettiler. O zamanlar bu felsefe üniversitelerde popüler idi ve geleneksel dinleri tehdit ediyordu. Kendisi bir kveykir (bir mezhep) olan Arthur Eddington, dindar insanlari evrende Tanri ve Ruh için hala bir yer bulundugu konusunda temin ediyordu. Bu gelismeler karsisinda, Einstein kendisi, on yirmi yas arasi yillarinda formüle edilmis olan kozmik felsefesini, evrenin insanoglu ve onun problemlerine karsi kayitsiz (Kozmik Kod 1 s:53) oldugunu yineledi. Fakat ahlaki sorunlarin insanin varligi için son derece önemli oldugunu ve insanligin kendi kurtulusu için bir ahlaki düzen yaratmasi gerektigini belirtti.
Einstein’in ünü büyürken ve evren konusundaki görüsü kamu oyunun bildigi bir sey haline gelirken bile, fizigin kendisi büyük adimlarla ilerliyordu. 1920’lerde, atomik fenomenlerin kuantum kurami yaratildi. Einstein bunun, yanlis oldugu için degil( deneyler konusunda ayni görüste idi), onun fiziksel gerçeklik konusunda tam olmayan bir tanim verdigini hissettigi ve dünyanin nesnelligi ve determinizmini reddettigi için, reddetti. Niels Bohr ile büyük tartismalari basladi(Bu konu, Einstein ve Kuantum Kurami baslikli dosyamizda bulunmaktadir). 1920’lerin sonlarinda ve 1930’larda, yen kuantum kuramini kabul eden ve büyük basariyla uygulayan yeni bir fizikçiler nesli ortaya çikti. Kimyasal baglar kurami kesfedildi, yeni kuantum kurami kimyanin temellerini açikladi. Yeni kuantum kuramindan kati halli maddeler, metaller, elektriksel iletkenlik ve manyetizma kuramlari gelistirildi. Nükleer fizik basladi. Einstein’in bu gelismelerle çok az ilgisi oldu. 1926’dan sonra fizik yan isi oldu. Aslinda Einstein, yeni kuantum kuraminin yeterince radikal olmadigini düsünüyordu. Einstein, kuantum kuraminin bir birlesik alan kuraminin-elektriksel, manyetik ve kütlesel çekim alanlarini birlestiren ve genel göreliligin ötesine geçen bir kuram- sonucu olabilecegini düsünüyordu.1938’de Einstein “simdi yirmi yildan fazla bir süre, bu temel elektrik sorunu ile mücadele etmis bulunuyorum ve onu birakamamakla birlikte cesaretim oldukça kirildi” dedi. Elektrik ve kütlesel çekimi birlestirmeyi basaramamissa da dogadaki tüm kuvvetleri birlestirmeye çalismanin önemini vurgulayan ilk fizikçilerden biriydi. Bu konu, fizigin ancak son yillarda üzerinde büyük ilerleme saglamis oldugu amaçlardan biri idi. Tüm çalismasi içinde, genel görecelik disinda, yaptigi her seyin onsuz kesfedilmis olabilecegini düsünüyordu. Bu onun yaraticiliginin ve bir bilim olarak klasik fizigin taci idi. Fakat, en azindan gelecek yarim yüzyil için, fizikte ilerlemeye giden yol, baska bir yerde buluyordu.

Albert Einstein çalismalarinin asil agirligini, görelilik kuramini daha genel bir çerçeveye yerlestirme çabasi üzerinde yogunlastirmisti. Bu amaca yönelik olarak, gözlemcilerin birbirlerine göre sabit degil, degisen hizlarda yani ivmeli olarak hareket ettikleri durumda ortaya çikan olaylari arastirmaya giristi ve elde ettigi kuramsal bulgulari 1916’da Annalen der Physik ’te Genel Görelilik Kuraminin Temelleri baslikli makalesinde yayimladi. Bu kurama göre uzaydaki herhangi bir noktada kütle çekimi ile hizlanma hareketinin etkileri esdegerdir ve birbirinden ayirt edilmez. Bu hipotez, kütle çekiminin bir kuvvet degil, uzay-zaman sürecinde, bir kütlenin etkisiyle olusan egrilmis bir alan oldugunu öngörür. Bu nedenle, büyük kütlelerin yakinindan geçen kuantumlu isik isinlarinin dogrultusunda bir sapmaya ortaya çikar. Genel görelilik kurami yalnizca Newton fiziginden degil Öklitçi geometriden de kopusu simgeliyordu ve dört boyutlu uzay-zaman yerine “egri” bir zay zaman tanimini getiriyordu. Genel görelilik, özel görelilikten daha devrimci bir kuramdi. Çünkü herhangi bir kuramsal geçmisi bulunmuyordu. Genel görelilik kuraminin en önemli yani, kütlesel çekim kavraminin, bir kuvvet kavrami olmaktan çikarilmasiydi. Einstein, gerçekte kütlesel çekim kuvveti diye bir sey olmadigini söyledi. kütlesel çekim olarak düsündügümüz kuvvetin yerine evrenin geometrisi (Riemann’in gelistirdigi egri geometri) sorumluydu artik. Einstein egri uzayi, bir uzay-zaman süreklisi olarak adlandirdi. Uzay-zaman süreklisi bir ölçüde trampoline benziyordu. Trampolin (üzerinde akrobosi hareteleri yapilan gergin bez ya da ag) üzerine bir gülle koyarsaniz sonuçta büyük bir çukur olusur. Bir portakal ise daha küçük bir çukur yaratacak ve daha derin çukura dogru yuvarlanma egiliminde olacaktir. Yildizlar ve gezgenler de uzayda, toplarin trampolin üzerinde gösterdigi etkiyi yaratir. Gökcisimleri gerçekte çevrelerinde çukurlar olusturarak uzayin geometrisin belirlerler. Bu çukurlu egri uzayda, büyük nesneler tipki trampolin üzerindeki gülle örneginde oldugu gibi daha az kütleli nesneleri kendilerine dogru çekme egilimi gösterir.

Kurama Duyulan Güven

1914 yilinda baslayan Birinci Dünya Savasi, modern fizikteki atilimi birden kesintiye ugratti. Savas, bazi bilim adamlarini kendi hizmetine aldi; ama bunlar, çogunluk degildi. Bunlarin savasa hizmet etmedigi yerlerde bile, tarafsiz ülkelerin disinda, hareketleri sinirlanmis deneyci bilim adamlarinin saf bilimsel arastirmalari geri biraktirildi. Ama kuramsal bilim adamlari, çogunlukla çalismalarini sürdürdüler ve insanoglunun düsünce tarihinin en büyük asamalarindan biri bu dönemde gerçeklestirildi: Einstein’in 1915 yilinda genel görelilik kuramini tamamlamasi.

Günes Tutulmasindan Gelen Destek

Bir sonraki test,isigin Günes tarafindan saptirilmasiydi. Kuramin bu dogal olayla denenmesi daha zordu. Einstein’in denklemleri, uzak bir yildizdan gelen isigin, tipki uzay gemisi asansöründeki isik demeti gibi,Günes çevresindeki kütlesel çekim alaninin etkisiyle bir miktar egilecegini gösteriyordu. Denklemlere göre sapmanin tam olarak 1.75 saniyelik bir yay olmasi gerekiyordu. Bu düsüncenin sinanmasi için uygun tek zaman Günes’in tam tutulmasi aniydi. Tam Günes tutulmasi, genel göreliligin yayimlanmasindan yaklasik üç yil sonra, 29 Mayis 1919’da Güney yarimküresinde gözlenecekti. Ingiliz Kraliyet Dernegi, Afrika’nin bati kiyilari açigindaki bir adaya bir arastirma ekibi gönderdi.

Yil 1919. Ingiltereli astronom Arthur Eddington, Einstein’ in kuramini duymustu. 29 Mayis 1919’da Einstein’i dogrulayan Günes tutulmasi sonuçlarini Royal Society kurulusuna sundu. Bu konudaki haberler ilk olarak tarafsiz bir ülke olan Hollanda’daki fizikçi Hendrik Lorentz‘ e geldi. Lorentz, o sira Berlin’ de bulunan Einstein’ e bir telgraf çekti. Telgraf, Einstein’ in eline geçtiginde odada bir ögrencisi de vardi. Telgrafi ögrencisine uzatarak ” Bu seni ilgilendirebilir” dedi. Ögrenci telgrafi açti ve kuraminin dogrulandigini bildiren satirlari okuduktan dan sonra bir sevinç çigligi atti. Einstein ise kim bilir hangi beyinsel ve ruhsal firtinalarin içinde yüzüyor ki heyecanlanmadi ve

” Kuramin dogru oldugunu biliyordum, sen süphe mi ediyordun ?”dedi.

Ögrenci saskinca sordu:

” Peki ya deney, genel görelilik kuramini dogrulamasaydi ne diyecektin ?”

Einstein kuramindan emindi, ama Tanri için endiseliydi:

“O zaman, sevgili Tanri için üzülecektim. Kuram dogrudur.”

Iste bu Einstein’a yarasan bir dahi özgüvenidir.

Jean Bernal Bilimler Tarihi‘nde söyle der:”Görelilik, aslinda, 20. yüzyilin biliminden çok 19. yüzyilin biline aittir. 20. yüzyil biliminin esasi süreksizlik ve atomizmdi; öte yandan görelilik, hâlâ, bir süreklilik ve alan kuramidir. Yalniz görelilik alanlari, Maxwell’in elektromanyetik alanlarindan çok daha genellestirilmistir. Bunlar, yeni “uzay-zaman” kavramlaridir. Einstein’in 1905 yilinda ortaya koydugu özel görelilik kurami, yalnizca, göreli hareket gözlenebileceginden, gözlemcinin hareketine bagli olarak, uzay ve zamanin bir dereceye kadar birbirleriyle degistirilebilir karakterde olduklarini göstermisti. On yil sonra Einstein, o zamana kadar keyfi ve muammali bir durumda kalmis çekim kuvvetini genel bir mekan-zaman çerçevesine oturtmayi basardi; ama bunu yaparken de hem Newton mekaniginden ve hem de Öklit’in temelleri hala çok güçlü olan geometrisinden ayrilmasi gerekiyordu.”

Zaman mutlak degilse, uzayla zamani birbirinden ayirma olanagi da yoktur. Gerçekten de hareket, uzayda zamanin akisiyla yakalanan bir yer degistirmedir; ama zamanin akisinin kendisi de hareketin hizina, yani uzayda asilan uzakliga baglidir. Artik dört boyutlu bir uzaydan söz etmeliyiz.

Merkürünü Yaramazligi

Einstein, iki dogal olayin, egri uzayin gerçekligini kanitlayacagindan emindi. Bunlardan birincisi Merkür yörüngesindeki sapmaydi. Merkür’ün izledigi yörünge,Newton fizigince tanimlanmis olan eliptik yörüngeye uymuyor ve çizdigi elipsin ekseni yüzyilda 43 yay-saniyelik bir öteleme gösteriyordu. Küçük ama 19. yy teknolojisiyle ölçülebilen bu farki hiç kimse açiklayamadi. Einstein’in alan denklemleri, Merkür’ün yörengesi için uygulandiginda kesinlikle 43 saniyelik bir fark öngörüyordu. Einstein’in yeni denklemleriyle, Merkür gezegeninin günberi noktasinda ortaya çikan sasirtici düzensizlikleri ve daha güçlü kütle çekim alanlarinda bulunan yildizlarin, tayfin kirmizi ucuna daha yakin isik yaymalarinin nedenini açiklamak olanakli duruma geldi.

Merkür gezegeni, eliptik yörüngesinde öbür gezegenlerin düzenliligi ile dönmez. Her yil küçük ölçüde yörüngesinden sapar. Merkür’ ün bu yaramazligi uzun süre çözülemedi. Newton mekanigi de sorunu açiklayamamisti. Einstein’ in genel görecelilik kurami olayi aydinlatti. Merkür, Günes’ e en yakin gezegendir. Küçüktür ve büyük bir hizla döner. Newton yasalarina göre bu etkenler sapmayi açiklayamaz.; hareketin öbür gezegenlerle ayni olmasi gerekir. Einstein yasalarina göre ise Günesini yer çekim alaninin siddeti ve Merkür’ün büyük hizi bir degisiklik yapar. Merkür’ ün yörünge elipsi, Günes çevresinde 3 milyon yilda tamamlanir. Günes’ in kütle çekim alaninin siddeti ve Merkür’ ün büyük hizi eliptik yörüngede sapmaya yol açar. Eistein’ in bulmayi basardigi çok baska bir sorun da kütle çekiminin isik üzerine etikisini önceden öngörmesidir. Simdi bu konuyu inceleyecegiz.

Gravitasyonal Kirmiziya Kayma

Einstein’in esdegerlik ilkesinin hemen görülen bir sonucu,gravitasyonal kirmiziya kayma etkisidir. Bu, Einstein öyle olduguna inandigi halde,yalnizca genel göreliligin bir sonucu degildir. Bir tür kirmiziya kayma deneyimde, bir kütle çekim alaninda,farkli yüksekliklerde bulunan durgun,iki özdes saat (yani iyi tanimlanmis,kararli frekansta sinyal üreten herhangi bir aygit) arasindaki frekans kaymasi ölçülür. Esdegerlik ilkesinden frekans kaymasini çikarmak için,saatin sinyalini yaydigi anda, bu saate göre durgun olan,serbest düsen bir çerçeve düsünülür. Bu çerçevede özel görelilik geçerli oldugu için,sinyalin frekansi bir saatten ikinci saate yaklasirken çerçeve, serbest düsen gravitasyon alaninda oldugundan, asagi dogru bir hizla pike yapar ve bu nedenle düsen çerçeveden bakildiginda ikinci saat yukari dogru hareket etmektedir.

Böylece ikinci saatten görülen frekansin, Doppler etkisiyle standart degerinden kaydigi görülecektir.

Ilk ve en ünlü yüksek duyarlikli kirmiziya kayma ölçümü, Pound-Rebka’nin 1960’taki deneyinde gerçeklestirildi. Bu deneyde, Harvard Üniversitesinde Jefferson fizik laboratuvarinin kulesine çikarken ya da inerken demir-57’nin bozunmasinin çikan gamma isini fotonlarinin frekans kaymasi ölçüldü. Bugüne kadar basarilmis en dogru gravitasyonel kirmiziya kayma deneyi 1976 Haziran’inda yapilan bir roket deneyi idi. Bir “hidrojen maseri” olan atom saati bir Scout D roketinde 10 000 km‘lik bir yükseklige çikarilmis ve bunun frekansi,yerdeki benzer bir saatinkiyle radyo sinyalleri araciligiyla karsilastirilmisti. Roketin hareketinin etkisi dikkate alindiktan sonra,gözlemler yüzde 0.02’lik bir gravitasyonel kirmiziya kayma oldugunu dogruladilar.

Bu tür deneyler nedeniyle,simdi fizikçiler uzay-zamanin egrilmis oldugundan ve dogru bir kütleçekim kuraminin egrilmis uzay-zamana dayandirilmasi gerektiginden emindirler. Gerçekten Günes ya da bir yildiz uzay-zamani eger. En büyük egrilik yildizin yüzeyinin hemen üzerinde olur. Yildizlardan çok uzakta,kütle çekiminin zayif oldugu yerde,uzay-zaman hemen hemen mükemmel olarak düzdür. Bununla birlikte,bu konudaki tek kuram bu olmadigi için,genel göreliligi otomatik olarak içermez. Uzay-zaman egriliginin miktari ve dogasi hakkinda genel görelilige özgü öngörüleri sinamak için baska deneyler gereklidir. Bu deneylerden ilki, Einstein’in adini her gün kullanilan bir sözcük yapan bir sinama idi:isigin sapmasi.