Görelilik Neden Var Olmak Zorunda

Işık hızına yaklaşan hızlarda uzay ve zamanın davranışları gerçekten de tuhaflaşır. Ancak bu davranışların kimse için sürpriz olmasına da gerek yok. Her ne kadar doğanın yavaş kulvarındaki gündelik deneyimlerimiz bize, bir kişinin zaman aralığının bir başkasının zaman aralığı ve bir kişinin uzay aralığının da bir başkasının uzay aralığıyla aynı olduğunu öğretmiş olsa da, aslında bu konudaki inançlarımız oldukça temelsiz varsayımlara dayanmaktadır.

Zamanı ele alalım. Tüm yaşamınızı zamanı tanımlamak için boş yere harcayabilirsiniz. Öte yandan Einstein tek kullanışlı olanın, pratik bir tanım olduğunu fark etti. Zaman aralıklarını saatlerimizle ölçeriz. Dolayısıyla Einstein da, “Zaman, bir saatin ölçtüğü şeydir,” demiştir (işte, bazen apaçık ortada olan bir durumu ortaya koymak için dahi olmak gerekebiliyor)

Eğer herkes iki olay arasında aynı zaman aralığını ölçecek olursa, bunun anlamı herkesin saatinin aynı hızda işlediği olacaktır. Ancak bu hemen hiçbir zaman olmaz. Çalar saatiniz biraz yavaş çalışırken, kol saatiniz biraz hızlı olabilir. Günümüzde, saatlerimizi arada bir ayarlayarak gündelik problemlerin üstesinden gelmeye çalışıyoruz. Örneğin birine saatin kaç olduğunu soruyor ve saatimizi ayarlıyoruz. Ya da BBC’de her saat başı gelen bip’leri bekliyoruz. Ancak bu bip’leri kullanırken varsaydığımız nokta, BBC stüdyosundan gönderilen bip’lerin radyomuza ulaşmasının hiç zaman almadığı. Radyoda spikerin saatin altı olduğunu söylediğini duyduğumuzda, basit bir şekilde saatin altı olduğunu kabul ediyoruz.

Gönderimi hiç zaman almayan bir sinyalin sonsuz hızla yol alması gerekir. Hiç zamanın geçmemesi ve sonsuz hızla yol alma tümüyle eşdeğerdir. Fakat evrenimizde sonsuz hızla yol alabilen hiçbir şey olmadığını da biliyoruz. Aslında çıplak gözle görülemeyen bir ışık türü olan radyo dalgalarının hızı öylesine yüksektir ki, vericiyle aramızdaki iletişimde herhangi bir gecikme fark etmeyiz. Radyo dalgalarının mesafeleri sonsuz bir hızla katettiğine yönelik düşüncemiz, her ne kadar yanlış olsa da, şartlar göz önüne alındığında o kadar da kötü bir varsayım sayılmaz. Peki ama, vericiyle aramızdaki mesafe artarsa ne olur? Diyelim ki, verici Mars’taysa?

Dünyaya en yakın olduğu noktada, Mars’tan gönderilen bir sinyalin bize ulaşması beş dakika alır. Mars radyosundan bir spikeri saatin altı olduğunu söylerken yakalar ve saatimizi altıya ayarlarsak, bu yanlış olacaktır. Yapmamız gereken sinyalin gönderim süresini hesaba katmak ve saatimizi 6:05’e ayarlamaktır.

Elbette burada her şeyin dayandığı nokta, Mars’tan gönderilen sinyalin ulaşma süresinin bilgimiz dahilinde olmasıdır. Pratikte bu süreyi, dünyadan Mars’a bir sinyal gönderip yankısını dinleyerek çıkarabiliriz. Sinyalimizin bize geri dönmesi 10 dakika aldığında, aramızdaki iletim süresinin de beş dakika olduğunu anlarız.

Bu bağlamda, sonsuz hızlı iletim yollarından yoksun olmamız, saatlerimizi senkronize etmede bir sorun yaratmaz. Işık sinyallerini ileri-geri göndererek ve gecikmeleri hesaplayarak bu yapılabilir. Buradaki sorun, bu yöntemin ancak herkes sabit olduğunda işe yarayacak olması. Ancak evrendeki her bir kişi diğer herkese göre hareket halindedir ve de hareket halindeki gözlemciler arasında ışık sinyalleri göndermeye başladığınız anda, ışık hızının değişmezliği ciddi bir karmaşaya neden olur.

Öncelikle, dünya ve Mars arasında bir uzay mekiği olduğunu ve bu mekiğin, dünya ve Mars’ın durağan görünmesine neden olacak kadar hızlı yol aldığını düşünelim. Ve az önce olduğu gibi, bir kez daha Mars’a bir radyo sinyali gönderdiğinizi ve Mars’a çarpan bu sinyali tekrar dünya üzerinde aldığınızı varsayalım. Sinyalin gel-git seferi 10 dakika süreceğinden, sinyalin Mars’a vardığını ancak beş dakika sonra anlarsınız. Bir kez daha, Mars’tan saatin altı olduğunu söyleyen bir sinyal aldığınızda, yaşanan gecikmeyi hesaba katarak saatin 6:05 olduğunu çıkarırsınız.

Şimdi de, siz dünya üzerinden sinyali gönderdiğiniz anda, tam gaz Mars’a doğru yola çıkmış olan uzay mekiği için duruma bakalım. Mekikteki bir gözlemci radyo sinyalinin Mars’a vardığını ne zaman görür?

Gözlemcinin bakış açısıyla Mars yaklaşmakta olduğundan, radyo sinyalinin katetmesi gereken mesafe daha kısadır. Ancak sinyalin hızı sizin için de, mekikteki gözlemci için de aynıdır. Sonuçta, ışığın karakteristik özelliklerinden en temel olanı herkes için aynı hıza sahip olmasıdır.

Hızın, bir objenin belli bir zamanda katettiği mesafe olduğunu anımsayın. Bu nedenle, uzay mekiğindeki gözlemci radyo sinyalinin daha kısa bir mesafe katettiğini görmesine rağmen halen aynı hızda olduğunu ölçüyorsa, gözlemcinin daha kısa bir zaman ölçmesi gerekir. Diğer bir ifadeyle, gözlemci, sinyalin Mars’a ulaştığını size nazaran daha önce anlayacaktır. Gözlemci için, Mars’taki saatler daha yavaş işlemektedir. Eğer gözlemci Mars’tan saatin altı olduğunu söyleyen bir zaman sinyali alırsa, daha kısa süreli bir gecikmeyi hesaba katması gerekir. Diyelim ki, sizin 6:05 olarak bir sonuca varmanızdan ziyade, o saatin 6:03 olduğu sonucuna varacaktır.

Birbirlerine göre hareket halinde olan iki gözlemci, uzaktaki bir olay için asla aynı zamanı tayin edemez. Saatleri her zaman farklı hızlarda işleyecektir. Dahası, bu fark temel bir kaidedir de. Saatleri ayarlamada ne kadar ilerleme kaydedilirse kaydedilsin, bu değişmeyecek bir durumdur.