Kuram ve Teoriler

Aristoteles Evren Modeli

M.Ö. 4. yüzyılda Platon'un iki küreli evren modeli geçerli olan modeldi. Bu modele göre evren iki küreden ibaretti. Birinci küre, merkezde bulunan Dünyamız, diğeri ise yıldızların oluşturduğu dış küredir ve bir günde bir tam tur dönmekteydi. Gezegenlerde bu iki küre arasında hareket ediyordu. Peki, "Gezegenlerin tek düze ve ard arda hareketinin nedeni nedir?"

Soruya ilk cevap yine Platon'un öğrencilerinden Eudoxus'dan gelmiştir. Euodxus'a göre evren ortak bir merkez üzerinde iç içe geçmiş farklı eğimlerde dönme eksenleri olan kürelerden oluşuyordu. En içte hareketsiz duran küre Dünyamız. İçten dışa doğru Ay, Merkür, Venüs, Güneş, Mars, Jüpiter, Satürn'e ait küreler dizilmektedir. En dışta bir tam turunu bir günde tamamlayan yıldızları içeren küre vardı. Ancak bu kürelerin sayısı, 56'ya kadar çıkmalıydı ki gezegenlerin hareketine uygun bir model olsun, böylece bunu fark eden Aristoteles ile birlikte 56 küreden oluşmuş bir evren modeli elde edilmiş oldu.

Aristoteles, sınıflandırmalar yaparken fizik ve metafizik konular diye ayrım yapmıştır. Fizik konular somut nesnel olanın konusu, metafizik ise "fizik ötesi" konular anlamına gelmektedir. Evren ile ilgili modeli de metafizik konularla ilgili kitabında yer almaktadır. Bu kitapta, Aristoteles Eudoxus'un fikrini değerlendirmeye alıp kendisine göre uyarlamalar yapmıştır.

Aristoteles'e göre her bir kürenin hareketi bir dıştaki küre tarafından yönetilmektedir. En dıştaki küre, yani yıldızları içeren küre ise kusursuz hareket ettirici idi ve ilk hareket ettirici tanrı tarafından harekete geçirilmişti. Çünkü ona göre her hareket eden şeyin bir hareket ettiricisi olmalıydı.

Aristoteles evreni ikiye bölmüştü; Ay'ın üzerinde bulunduğu, Dünya'dan sonraki ilk küreye kadar ki yerler su, hava, ateşi içeren fiziksel dünya, ondan sonrası ise ruhsal alemlerdi. Aristoteles'in evreni sınırlı bir evrendi, çünkü en dıştaki sabit yıldızlar küresi sınırsız büyüklükte olsaydı eğer sınırlı sürede sınırsız yol kat etmek zorunda kalacaklardı, ayrıca sınırsız büyüklükte bir küre olsaydı yıldızlar gökte bir doğru boyunca hareket ediyormuş gibi görünmeliydi; oysa Aristoteles'e göre yıldızlar doğudan batıya doğru çember çiziyordu. Bundan dolayı da doğrusal olan her hareketin bir sonu olacağını, ama çembersel hareketin bir sonu olmasının şart olmadığını, bu yüzden dairesel hareketin kusursuz hareket olduğunu düşünmüştür.

Batlamyus Evren Modeli

Batlamyus'un çalışmalarının temelleri Hipparchus'a dayanır, Batlamyus'un 1400 yıl hükümdarlık süren dünya merkezli evren modeli oluşturmasında çok büyük etkisi olmuştur. Batlamyus, Hipparchus'un 850 yıldız içeren yıldız kataloğunu 1022 yıldıza çıkarmıştır.

Bu arada gezegenlerle de ilgilenen Batlamyus, Aristoteles'in dönen kürelerinin, gezegenlerin hareketini ve parlaklıklarının değişiminin nedenini açıklamakta yeterli olmadığını fark etmiştir. Bu durumu düzeltmek için gezegenlerin Dünya etrafında dolanırken aynı zamanda da Dünya merkezli çember üzerinde dairesel bir hareket (epicycle) yapmaları gerektiğini düşünmüştür.

Böylece gezegenler Dünya'dan farklı uzaklıklarda bulunabilecekti ve buna bağlı olarak parlaklık değişimlerinin nedeni de anlaşılmış olacaktı, çünkü gezegen uzaklaştıkça parlaklık azalacak yaklaştıkça ise artacaktı. Aynı zamanda gezegenlerin farklı hızlarda hareket etmesi de açıklanmış oluyordu.

İyi bir matematikçi olan Batlamyus, ortaya koyduğu modelin gözlemlerle karşılaştırıldığında tam bir doğruluktan uzak olduğunu fark edip bu durumu düzeltmek için Dünya'yı merkezden biraz dışarı yerleştirmiştir. Günümüzde gezegenlerin yörünge düzlemlerinin elips olduğu bilinmektedir.

Batlamyus. Dünya'yı merkezinin dışına taşıyarak bir bakıma elipse yakın bir yörünge önermiş oluyordu. Batlamyus, yörüngelerin elips olduğunu kabul etseydi, modelinin daha basit ve gözlemlere daha uyumlu olacağını biliyordu ama inançları doğrultusunda hareket ettiğinden dolayı dairesel yörüngelerde ısrarcı davrandı.

Aristoteles, dairesel hareketin en kusursuz hareket olduğunu savunmuştur ve Batlamyus da bu geleneğin izinden gitmiştir. Rönesans'a kadar geçerliliğini korumuş kilisenin desteğini almış olan bu model Kopernik Devrimi ile son bulmuştur

Büyük Patlama Kuramı

Temelleri

Şiddetli Büyük Patlama Kuramı, Evren'imizin kökeni ve oluşumuna ilişkin yaygın kabul gören bir teoridir. Bu kuram, iki benzer sütun üzerine dayanmaktadır:

Genel Görelilik Kuramı: Seksen yılı aşkın bir süre önce, Einstein, Evren'de kütlenin dağılımının uzayın geometrisini nasıl belirlediğini betimleyen bu kuramı ileri sürmüştür. Başlangıçta, Kuram, Merkür'ün yörüngesindeki özellikleri ve Güneş'ten gelen ışığın kırılmasını izah etmekteydi. Son yıllarda, kuram bir dizi özenli testten geçmiştir.
Büyük ölçeklerde, maddenin Evren'de dağılımı hemen hemen yeknesaktır. Bu varsayım, hem galaksi incelemeleriyle hem de kozmik mikrodalga fon ışınımlarındaki dalgalanmaların düşük seviyesi ile teyit edilmiş gibi görünmektedir.
Şiddetli Büyük Patlama Kuramı'nda, gözlemlenebilir Evren, kabaca on ya da yirmi milyar yıl önce, aniden genişleyen bir nokta ile başlamıştır. O zamandan beri Evren, gittikçe Galaksimiz ve dış gezegenler arasındaki mesafeyi arttırarak genleşmeye devam etmiştir.
Evren'in genişlemesi, ışık ışınlarını mavi ışığı kırmızı ışığa ve kırmızı ışığı da kızılötesi ışığa dönüştürerek "uzatmaktadır". Bu yüzden, hızla bizden uzaklaşmakta olan uzak galaksiler daha kırmızı görünürler. Bu genleşme aynı zamanda mikrodalga fon ışınımını da soğutur. Böylece, bugün 2,728 Kelvin'lik bir sıcaklığa sahip olan kozmik mikrodalga fon ışınımı ilk Evren'de daha sıcaktı.

Kütle çekimi Evren'in genleşmesini yavaşlatmaktadır. Eğer Evren yeterince yoğun ise, Evren'in genleşmesi sonunda tersine olacaktır ve Evren çökecektir. Eğer yoğunluk yeterince yüksek değilse, o zaman genleşme sonsuza dek devam edecektir. Bu yüzden, Evren'in yoğunluğu kendi nihai kaderini belirleyecektir.

Büyük Patlama Kuramı'nın Testleri

Şiddetli Büyük Patlama Kuramı çok sayıda önemli gözlem ile tutarlıdır:

Evren'in gözlemlenebilir genleşmesi,

Evren'in ilk üç dakikasında birincil olarak bireşimli olduğu düşünülen üç element olan helyum, döteryum ve lityumun gözlemlenebilir bolluğu,

Kozmik mikrodalga fon ışınımının termal (ısıl) tayfı,

Kozmik mikrodalga fon ışınımları uzak gaz bulutlarında daha sıcak görünmektedir. Işık sonlu bir hızla yol aldığından, biz bu uzak bulutları Evren'in tarihinde daha yoğun ve bu yüzden daha sıcak olduğu önceki bir zamanda görürüz.

Büyük Patlama Kuramının Ötesinde

Mevcut şekliyle, Büyük Patlama Kuramı tam değildir. Bu kuram;

Galaksilerin kaynağını ve galaksilerin gözlenebilir büyük ölçekli kümelenmelerini,

Maddenin çok büyük ölçeklerde yeknesak dağılımının kaynağını açıklamamaktadır.

Birçok Evren bilimci, Büyük Patlama Kuramı'nın bir uzantısı olan, Şişirme Kuramı'nın (Inflation Theory) bu soruları cevaplayabileceğinden şüphe etmektedirler

Çeyrek Kuvvet Kuramı

İster fare olun ister fil; vücut kütleniz sizinle ilgili her şeyi belirtiyor. Tarla faresi günlerden bir gün kırlarda koşup oynarken, derinliği bin metreyi bulan bir maden kuyusuna düşer. Kuyunun dibi yumuşak toprakla kaplı olduğu için ölmez; yalnızca düşmenin şokundan biraz sersemler; kendine gelir gelmez de bir delik bularak gözden kaybolur.

Aynı yükseklikten düşen sıçan ölür; insan paramparça olur; at büyük bir gürültüyle ortalığı toza dumana katarak yere çarpar ve düştüğü yerde kalır. Bundan çıkartılacak mesaj çok basittir: Biyolojide önemli olan boyuttur; her şeyi boyut belirler.

Yerçekiminin gücü boyutlar büyüdükçe artmaz. Hayvanlar aleminde boyut, fizyolojik, anatomik, davranışsal ve ekolojik açıdan çok önemlidir. İri hayvanlar küçük hayvanların birebir büyütülmüş şekli değildir; vücüt kütlesi arttıkça kemikler oransal olarak kısalır ve kalınlaşır, metabolizma yavaşlar, kalp atışları azalır, ömür uzar, olgunluğa daha geç ulaşılır, yavru sayısı düşer, nüfus yoğunluğu azalır, yaşam alanının metrakaresi büyür.

Fillerin farenin 200,000 kat büyümüş hali olmadığını öğrenmek kimseye ters gelmez. Ancak canlı türlerinde vücut kütlesi ile yaşam şekli arasında mükemmel bir matematiksel ilişki olduğunu öğrenmek pek çok kişiye şaşırtıcı gelebilir. Yıllardır biyologlar bu konu üzerinde kafa patlatıyor. İçinde bulunduğumuz günlerde iki çevre uzmanı ve yüksek- enerji fizikçisinden oluşan üç kişilik bir araştırma grubu bu ilginç biyolojik olguya açıklama getirdiklerine inanıyor. Bunlara göre yanıt, bitki ve hayvanlardaki besin dağılımının fiziği ve geometrisinde yatıyor.

Ayrıca bu bulgular doğanın bir mucizesine daha ışık tutuyor. Evrimin, Uzay'ın dördüncü boyutuna kadar uzandığını ileri süren bu üç araştırmacı, türlerin bu dördüncü boyuttan yararlanarak dünya nimetlerinden daha fazla pay aldıklarını söylüyor.

Evrim, çok uzun süredir biyologların deyimiyle ''çeyrek-kuvvet ölçeği'' yasasından yararlanıyor. Bu, şu anlama geliyor: pek çok biyolojik değişken, çeyrek veya üç çeyrek oranında büyütülmüş vücut kütlesine bağlı olarak azalma veya çoğalma eğilimi gösterir. Örneğin uzun ömür, bir çeyrek kuvvetine yükseltilmiş vücut kütlesine doğru orantılı olarak artar.

Çeyrek-kuvvet ölçeği biyolojinin en temel kurallarından biridir; ancak yaygın olduğu oranda da şaşırtıcıdır. New Mexico'da Los Alamos Ulusal Laboratuvarın'ndan fizikçi Geoffrey West, söz konusu üç bilim adamından biri. West şöyle konuşuyor:''Böyle bir durumla karşılaştığınız zaman bunun size bir şeyler anlatmaya çalıştığını fark edeceksiniz''diyor. Burada önemli olan ''Bu bir şeylerin neyi anlatmaya çalıştığı?''

Albuquerque New Mexico Üniversitesi'nden Brian Enquist ve Jim Brown söz konusu üçlünün diğer ikisi. Üçü de sorunun yanıtının ünlü çeyrek-kuvvet ölçeği yasasında aranması gerektiğini söylüyor. Öncelikle canlının vücut oranı ile metabolik hızı arasındaki ilişkiye bir göz atmak gerektiğine dikkat çekiyorlar.

Türlerin vücut kütlesi büyüdükçe metobolizma hızının azalması kuralından yola çıkarsak, türlerin büyüdükçe enerjiyi daha verimli bir şekilde kullandığı anlaşılıyor.

West'in son yıllarda çalışmalarına katıldığı Los Alamos Laboratuvarı'ndan biyokimyacı William Wooddruff, çeyrek-kuvvet yasasının tek hücreli yaratıklarda bile geçerli olduğunu belirtiyor.

Yalnızca basit geometrik bilgilerden yararlanarak, küçük hayvanlardaki metabolik hızın, büyük hayvanlardaki hıza erişmeyeceği sonucunu çıkartmak mümkün. Organizmanın boyutları büyüdükçe, geometrisindeki iki özellik değişikliğe uğrar. Yüzey alanı iki boyut üzerinden büyürken, hacmi üç boyut üzerinden değişir.

Organizma, metabolizmanın ürettiği fazla ısıdan kurtulmak için yüzey alanlarından yararlanır. Dolayısıyla metabolizmanın hızı, küçük- büyük farkı gözetmeksizin tüm hayvanlarda aynı kaldığı takdirde, organizmada işlevsel bozukluklar ortaya çıkar.

Örneğin, kedi büyüklüğündeki bir farenin metabolik hızı kütlesine orantılı olarak değişirse, normal büyüklükteki bir fareden yüz misli daha fazla ısı üretmesi gerekir. Ancak farenin yüzey alanı fazla ısıdan kurtulmak için ancak 22 misli büyür. Sonuçta ortaya sımsıcak bir fare çıkar. Daha büyük türlerde aşırı ısınma sorunundan kurtulmak için metabolik hızın daha düşük olması gerekir.

Basit geometrik kuralların geçerli olduğu durumlarda, vücut kütlesi ile metabolizma hızı arasındaki ilişki ikide üç çarpanında olmalıdır. 1930'lu yıllarda bu ilişkiyi ilk kez ortaya çıkartan Amerikalı bilim adamı Max Kleiber, bu çarpanın ikide üç değil, üç çeyrek kuvvetinde olduğunu ileri sürüyordu. Brown bu konuda doğanın geometriden daha becerikli ve daha akıllı olduğunu ileri sürüyor.

Bitkilerde Durum

Brown, uzun yıllardır çalışmalarını ölçek ve enerji akışı arasındaki ilişki konusunda yoğunlaştırıyor. Enquist'in de aralarına katılmasıyla 1990'larda çalışmalarına bitkileri de dahil etti. O güne dek Kleiber'ın kurallarının bitkileri de kapsayıp kapsamadığı bilinmiyordu. ''Organizmanın enerji kaynaklarını gövdenin en uç noktasına nasıl taşıdığı konusu yaşamsal önem taşıyor''diye konuşan Enquist, ''Hayvanlarda olduğu gibi, tüm bitkilerin tek bir sorunu vardır. O da dokularını en mükemmel şekilde nasıl besleyecekleri konusudur'' diyor.

Enquist, bitkiler üzerinde sürdürdüğü birkaç haftalık çalışmasının sonucunda şu bilgilere ulaştı: ''Metabolik hız ile kütle arasında 0.733 gibi ilişki oranı buldum. Bu da hayvanlarda olduğu gibi üç çeyrek kuvvet kuramının bitkilerde de geçerli olduğunu gösteren önemli bir kanıttı.''

Enquist, bunun üzerine organizmalarda kaynak dağılımı konusuna ağırlık verdi. Çok hücreli organizmalar besinleri vücutlarında dolaştırmak için dallara ayrılmış boru şeklindeki şebekeden yararlanır. Bitkilerde bu yapısal özellik damar sistemi olarak ortaya çıkarken, böceklerde trakeal (soluk borusu) dağılım şebekesi, omurgalılarda kan damarları olarak kendini belli eder. Bilim adamları Kleiber Yasası'nı işte bu şebekenin hidrodinamiği üzerinde kanıtlamaya çalışıyor.

Kalp atışlarının vücut kütlesine oranla bir çeyrek oranında azaldığı gerçeğini kabul eden West, küçük veya büyük, tüm hayvanlarda yaşamları boyunca kalp atış sayısının sabit olduğunu keşfetti. West'e göre kalp atış sayısı canlı türünün ait olduğu gruba göre değişiklik gösteriyor. Örneğin memelilerde bu sayı 1.5 milyar civarında.

Bu arada tüm organizmaların ortak noktası olan dağıtım şebekesinin evrensel özellikleri tespit edildi. Üç ana maddede özetlenen bu unsurlar şöyle sıralanıyor. İlk maddeye göre dağıtım şebekesi vücudun her noktasına ulaşmak zorunda; çünkü yeterince beslenemeyen doku ölür.

Beslenme şebekesindeki en ince borunun çapı türden türe değişiklik gösterirken, aynı türdeki organizmalarda çapın sabit kaldığı gözlenir. Bu ikinci özelliktir. Üçüncü özellik ise evrimin, sıvı şebeke içinde dolaşırken enerji kaybını en aza indirgemesidir.

Gizemli Düzen

Enquist, doğada izlenen bu mükemmel düzeni şöyle yorumluyor: ''Çeyrek kuvvet ölçek yasasının temeli matematiğe dayanır. Bu matematiksel modele göre organizmaların besin dağılım tablosu kesirli bir yapıya sahiptir. Kesirli bir yapıya sahip olan bu şebekenin gizi, organizmanın en ücra köşesine en verimli şekilde besin taşımasında yatmaktadır.''

Bu model, yalnızca memelilere özgüymüş gibi sunulmakla birlikte genel olarak diğer hayvanlara ve bitkilere de uygulanabilir. Ancak "Çeyrek Kuvvet Ölçeği Yasası" tek hücreliler kadar, çok hücrelileri de kapsadığı için, enerji nakli sisteminde kesirli bir yön bulunması olasılığı artar.

Biyologlar hücrede enerjinin nasıl üretildiğine ilişkin bilgiye sahip olmakla birlikte, bu enerjinin nasıl taşındığına ilişkin yeterli bilgileri yoktur. Şimdilik yalnızca mitokondriyalardaki enerji nakli konusunda bir şeyler bilen bilim adamları, enerji dağılımını sağlayan şebekeler konusunda yoğun incelemeler yapılması gerektiğine inanıyor.

Kesin olduğuna inandıkları tek nokta ölçekleme kuralının biyo- farklılığı doğurduğu. Başka bir deyimle, metabolik hızın tüm canlılarda aynı olması durumunda, vücut kütlesinin değişmesi son derece çarpık bir biyo-farklılık yaratabilirdi.

Dördüncü Boyut

Sonuçta, üçte-iki kuvvet ölçeğinin varlığı yaşamın dördüncü boyutunun kullanılmasına zemin hazırlıyor. Bu boyutun çalışma şekli şöyle: Doğal seleksiyon, türün enerji verimini en üst dereceye ulaştırıyor. Bu da şebekenin terminal tüplerinin (omurgalılarda kılcal damarlar) yüzey alanını çıkabileceği en üst dereceye vardırıyor.

Terminal tüplerin vücut kütlesiyle aynı oranda artmadığına dikkat çeken West, terminal tüplerinin vücut kütlesinden bağımsız olarak aynı kalmasının, doğal seleksiyonun dördüncü boyutu yaratmasına yol açtığına dikkat çekiyor.

Dolayısıyla organizmalar iki farklı uzaysal dünyaya sahip oluyorlar. Hepimiz üç boyutlu bir dünyada yaşıyoruz. Bu üç boyutlu dünya ile doğrudan temasta bulunan deri, vücut kütlesi arttıkça üçte iki oranında artış göstererek bu üç boyutlu dünyanın kurallarına mükemmel uyum sağlıyor.

West, işte bu noktada dördüncü boyutun ortaya çıktığını söylüyor: ''Bizim içsel anatomimiz ve fizyolojimiz, yani gerçek halimiz dört boyutlu bir dünyada yaşamaktadır. Dört boyutlu dünya yaşam süremizi, olgunluk yaşını, nüfus yoğunluğunu belirliyor. Çünkü sonuçta sistemin dinamiğini enerji kullanımı belirliyor. Sistemin tek bir organizma veya ekosistem olması bu gerçeği değiştirmez.''

Einstein Kuramları

Sicim (Tel) Kuramı Einstein'ın düşünü gerçekleştirebilir: 20. yüzyıl fiziğinin iki karşıt görüşünü bir araya getiren "Büyük Birleşik Kuramı" oluşturmak.

"Beni, yılların kör ve sağır hale getirdiği taş kesmiş bir nesne gibi görüyorlar" diye yakınıyordu Einstein, yaşamının son yıllarında. Ne yazık ki haklıydı. Einstein, yaşamının son otuz yılını "Birleşik Alan Kuramı " nı üretme hayaliyle geçirdi. Bu kuramın denklemleri, birbirleriyle ilişkisiz gibi görünen elektromanyetizma ile kütleçekimi kuvvetleri arasında bir bağ kuracaktı.

Einstein, böylece iki karşıt evren görüşünü uzlaştırmayı umuyordu: "Genel Görelilik İlkeleri" nin tanımladığı (üzerinde yıldızların ve gezegenlerin hüküm sürdüğü) sorun çıkarmayan "sürekli" bir zaman-mekân alanı ile parçacıkların egemenliğindeki, uzlaşmaya yanaşmayan olağanüstü küçük ölçekli kuantum dünyası.

Einstein, bu konu üzerinde çok çalıştı, ancak başarıya ulaşamadı. Fizikçi meslektaşları hiç de şaşırmıyordu. Çünkü eskide kalmış bir bakış açısından yararlandığı için onun zaten boşa kürek çektiğini düşünüyorlardı.

Einstein tüm diğer fizikçilerin aksine, "Birleşik Alan Kuramı" nı oluşturmaktaki temel sorunu, Görelilik İlkelerinin değil, Kuantum Mekaniği'nin yarattığına inanıyordu. 1954 yılında fikrini şöyle dile getiriyordu: "Kuantum belası ile karşılaşmamak için başını görelilik kumuna gömen bir devekuşu gibi görünüyor olmalıyım".

Ne var ki bugün, asıl sorunun Einstein'ın kuramından kaynaklandığını biliyoruz. Olağanüstü küçük ölçeklerde, Einstein'ın zaman ile mekânı (dolayısıyla gerçeklik) büyütecin altında süreksiz ve nokta nokta hale gelen, gazetedeki bir fotoğraf gibi oluyor.

Genel Görelilik Denklemleri, nedensellik ilkesinin yokolduğu ve bir parçacığın A noktasından B noktasına mekânda (Uzay'da) yolalmaksızın ulaştığı böyle bir ortamda işe yaramıyor. Böyle bir dünyada, gelecekteki olay ancak belli bir olasılığa dayanıyor; Kuantum Kuramı da bu olgu üzerine kurulu.

Einstein, kozmosun temelindeki yasaların bir kumar oyunu gibi düzenlediğini asla kabul etmedi. Bu yüzden de Birleşik Alan Kuramı'na ilişkin yazdığı makaleler ilkel kalmaya mahkûmdu. Ancak makaleler, fiziğin en temel problemine çözüm arıyordu. Bu problemin önemini kavramak konusunda Einstein, öylesine ileri görüşlüydü ki, fizik bilimi ancak bugünlerde ona yetişmeye başladı.

Yeni nesil bir grup fizikçi nihayet her şeyi (Einstein'ın deyişiyle "fiziksel gerçekliğin tüm öğelerini") açıklayabilecek "Büyük Birleşik Kuramı" yaratma mücadelesine girdi. Bugün geldikleri noktaya bakılırsa, önümüzdeki yüzyılda, Einstein'ın 1900'lerin başlarında önderlik ettiğinden çok daha heyecan verici bir entelektüel devrime tanık olacağız.

Sicim Kuramı

Aslında bazı kuramsal fizikçiler kütleçekimini doğanın diğer temel kuvvetleriyle bütünleştirmeye yarayacak (en azından böyle görünen) kuramsal çerçeveyi oluşturmak konusunda ilk adımı attılar bile. Bu çerçeve popüler adıyla Sicim (Tel) Kuramı olarak biliniyor.

Sicim (Tel) Kuramı, Evren'i oluşturan en temel, bölünemeyecek kadar küçük bileşenlerin nokta gibi parçacıklardan değil, titreşen minyatür keman tellerine benzeyen sonsuz küçük (infinitezimal) döngülerden oluştuğunu öne sürer. "Sicim Kuramı " nın öncüsü, İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden Edward Witten, bu kuram için "20'inci yüzyılda tesadüfen bulunan bir 21. yüzyıl yapıtı" diyor.

Ancak asıl dert (gelmiş geçmiş en zor bilmeceyi çözene kadar) daha kaç tane farklı şeyle karşılaşacağımızı, ne Witten'in ne de bir başkasının bilememesi.

Columbia Üniversitesi'nden fizikçi Brian Greene'e göre sorunun temel nedeni, kuram oluşturulurken sondan başa doğru bir yol izlenmek zorunda olunması: "Fizikçiler çoğu kuramı oluşturmak için öncelikle her şeyi kapsayan genel bir düşünce yaratır, ardından bunu denklemlerle ifade eder" Greene, "Oysa biz halâ neyin 'gerçek'olduğunu anlamaya çalışmakla meşguluz" diyor.

Kuantum Köpüğü

Sicim (Tel) Kuramı'na duyulan heves yıllar boyu sürekli değişkenlik gösterdi. 1970'li yıllarda oldukça ilgi görüyordu, ancak daha sonra birçok fizikçi Sicim Kuramı üzerinde çalışmayı bıraktı. Oysa Caltech'ten kuramsal fizikçi John Schwartzve Ecole Normale Superieure'deki meslektaşı Joel Scherkazimle çalışmayı sürdürüp, 1974 yılında sabırlarının karşılığını aldılar.

Geliştirdikleri denklemlerin umdukları türden parçacıkları değil, titreşen telleri (sicimleri) temsil ettiğinin zaten bir süredir farkındaydılar. İlk başta bu matematiksel hayaletlerin bir sorundan kaynaklandığını düşündüler. Ancak daha yakından incelediklerinde bu hayaletlerin graviton adlı (kütleçekimini taşıyan ve halâ kuramsal olan) parçacıklar olduğuna karar verdiler.

Parçacıkların yerine sicimleri (telleri) kullanmak, Genel Görelilik İlkeleri'yle Kuantum Mekaniği'ni bütünleştirmeye çalışan bilim adamlarını bezdiren problemlerin en azından bir tanesini çözdü. İşin böylesine zor olması, atomaltı ölçeklerde Uzay'ın (mekânın) sürekliliğini kaybetmesinden kaynaklanıyor.

Mesafeler inanılmaz ölçüde kısa olduğunda Uzay, sürekliliğini yitirir ve fokurdamaya başlar (Bazıları bu olguya Kuantum Köpüğü adını verir). Nokta gibi parçacıklar (gravitonlar da dahil) Kuantum Köpüğü'nde (okyanuslardaki büyük dalgalarla sürekli sallanan bir sal gibi) gelişigüzel savrulur. Oysa sicimler, birkaç dalgayı kaplayacak büyüklükleriyle bu tür rahatsızlıkları yaşamadan "okyanusta" yol alan minyatür gemiler gibidir.

Doğa, karşılığında bir bedel ödetmeden bilim adamlarını neredeyse hiçbir zaman ödüllendirmez. Bu ödül için ödenecek bedel ise olağanüstü karmaşık olan bir problemin üstesinden gelmek. SiciM Kuramı, bildiğimiz dört boyuta (yükseklik, genişlik, uzunluk ve zaman) yedi boyut daha eklemeyi zorunlu kılıyor.

Ayrıca tamamen yeni bir atomaltı parçacık sınıfına (süpersimetrik parçacıklara) ihtiyacımız var. Üstelik bir değil, tam beş tane farklı Sicim Kuramı var. Bilim adamları bu kuramların hiçbirinden vazgeçemeseler de, hepsinin aynı anda doğru olması olanaksız görünüyordu.

Ancak işin gerçekten de böyle olduğu ortaya çıktı.1995 yılında (yaşayan belki de en büyük fizikçi olan) Witten, tüm bu süpersimetrik Sicim Kuramlarının çok daha genel bir kuramın farklı öngörülerine karşılık geldiğini açıkladı. Yeni, daha kapsamlı olan kurama M Kuramı adını verdi.

Bu farklı bakış açısı meslektaşlarına güç verdi ve bir sürü araştırmaya esin kaynağı oldu; araştırmalar sayesinde bugün birçok bilim adamı Sicim Kuramı 'nın doğru iz üzerinde olduğuna inanıyor. Kara Delik ve Genel Görelilik konularında uzman olan Caltech'ten Kip Thorne "Doğruluğun kokusunu alıyorum ve bunu hissediyorum" diyor ve ekliyor: "Bir kuramı geliştirmenin ilk aşamasında sezgilerinizi ve hislerinizi kullanmak zorundasınız"

M Kuramı : Büyük Birleşik Kuramı mı?

Witten, M Kuramı'ndaki M harfinin çok şeyi ifade ettiğini söylüyor: Matrix ("kalıp", bir cisme şekil veren şey), mystery (gizem) ve magic (sihir).

Ancak şimdi listesine murky'i de (bulanık, anlaşılması güç) ekledi. Neden mi? Çünkü Witten bile M Kuramı'nın tam anlamıyla ne olduğunu ifade eden tüm matematiksel denklemleri oluşturamıyor.

Witten, M Kuramı'nın (öngörü yeteneğine sahip) tam bir kuram haline gelebilmesi için onlarca yıl geçebileceğini düşünüyor. "Bu tıpkı dağlarda yürüyüş yapmak gibi birşey" diyor

Witten düşüncelere dalarak, "Bir geçidin zirvesine ulaştığınızda yepyeni bir manzarayla karşılaşıyorsunuz. Manzarının tadını çıkartıyorsunuz, ancak çok geçmeden acı gerçek ortaya çıkıyor: Henüz asıl varmak istediğiniz noktadan çok uzaktasınız".

11 Boyutlu Bir Dünya

Einstein bir dahiydi elbet, ancak çok şanslıydı da. Genel Görelilik Kuramı'nı geliştirirken, yalnızca üç uzaysal boyutu ve bir de zaman boyutu olan bir dünyada çalışıyordu. Sonuçta kendi denklemlerini üretmek ve çözmek için aşırı karmaşık bir matematik kullanmak zorunda değildi.

M Kuramı ile uğraşanlar ise "zar (brane)" adı verilen tuhaf parçacıklarla dolu 11 boyutlu bir dünyada çalışmak zorunda. Bu terminolojide sicim, tek boyutlu "zarlara (brane)", membranlar (membrane) ise iki boyutlu zarlara (brane) karşılık geliyor. Daha fazla boyutlu "zarlar" bulunsa da henüz Witten bile bunlarla nasıl başa çıkacağını bilemiyor. Bu "zarlar" bükülüp katlanarak, üzerinde çalışanları çileden çıkaran bir sürü garip biçime bürünüyor.

Gelecek Umut Dolu

Öyleyse bu garip şekillerden hangileri Evren'in temel yapılarını oluşturuyor? Sicim Kuramı'yla uğraşan teorisyenlerin bu konuda henüz hiçbir ipuçları yok. M Kuramı'nın dünyası öylesine alışılmadık ki, bilim adamları aynı anda hem fizik hem de matematik cephesinde savaşmak zorunda kalıyor.

Belki de Isaac Newton'ın hareket yasalarını oluşturabilmek için diferansiyel ve integral hesabını geliştirdiği gibi, onlar da yeni hesap yöntemleri geliştirmek zorunda kalacak. Üstelik Sicim Kuramı'nın, Kuantum Mekaniği'ndeki gibi deneysel kanıtları da yok.

Önümüzdeki 10 yıl içinde bu durum değişebilir. ABD ve Avrupa'daki dev parçacık çarpıştırıcılarında yapılacak deneyler sonucunda süpersimetriye ilişkin doğrudan kanıtlar ortaya çıkabilir. Bu deneyler, belki de farklı boyutların varlığını da kanıtlayacak. Acaba Einstein böyle çılgın fikirlerin olduğu bir çağda yaşasaydı ne düşünürdü?

Columbia Üniversitesi'nden Greene "Einstein buna bayılırdı" diyor. Greene'e göre, eğer genç Einstein, profesyonel kariyerine 1900'lü yıllarda değil de bugün başlasaydı, Kuantum Mekaniği'ne duyduğu güvensizliği yenerdi. Ayrıca zarları, süpersimetrik parçacıkları ve süpersicimleri benimserdi.

Hatta, geleneksel düşünme tarzını aşmak ve dünyayı hiç alışılmadık yönleriyle algılamak konularında böyle insanüstü bir yeteneği olduktan sonra, Büyük Birleşik Kuramı yaratan kişi de o olabilirdi. Einstein'ın "bitmemiş entelektüel senfonisini" tamamlamak için belki de bir "Einstein" daha gerekecek.

Eylemsizlik Prensibi

Eğer maddesel bir noktanın yeri mutlak bir koordinat eksenler sistemine göre tarif edilirse ve bu maddesel nokta dışarıdan başka cisimlerin etkisi altında bulunmuyorsa bu nokta ivmesiz olarak hareket edecektir; yani ya yani ya hareketsiz duracak veya bir doğru üzerinde sabit bir hızla hareket edecektir.

Newton'un bu ifadesi şöyle açıklanabilir: Bir kuvvetin uygulanmasıyla durumunu değişmeye mecbur edilmediği takdirde, her cisim bulunduğu hareketsiz halinde veya düzgün hareket halinde kalır.Yani daha açık söylemek gerekirse: Hareketsiz halde duran ya da sabit bir hızla hareket etmekte olan bir cisme, herhangi bir başka kuvvet uygulanmadığı sürece bu durağan halini ya da sabit hızlı halini korur.(Otobüs birden durduğunda yolcuların birden öne doğru savrulduklarına dikkat etmişsinizdir. Savrulmanın nedeni, yolcuların durma anından önceki sabit hızlı hareketlerini sürdürmeleridir.)

Bütün deneylerimiz gösterir ki; nerede ve ne zaman bir ivme meydana gelirse, bu ivme iki sebebin yalnız birinden veya her ikisinden dolayı meydana gelir. Bu ivme, kullanılan sistemin mutlak bir eksenler sistemi olmadığından veya başka cisimlerin etkisinden veya her iki sebepten ötürü olabilir. Başka bir sebep mümkün değildir.

Bu iki sebebin mevcut olmaması halinde, maddesel noktanın ivmesi bulunmayacağı hakikati, bazen her noktanın eylemsizliği vardır sözü ile ifade edilir ve bu sebepten mutlak bir eksenler sistemine eylemsiz sistem denir.

Kanunun kendisi, eylemsiz bir sisteminin anlamını genişletmemize imkan verir. Dolayısıyla, herhangi bir S1 eksenler sistemi mutlak bir eksenler sistemine göre ivmesiz olarak hareket ediyorsa, bir P maddesel noktasının S1 sistemine göre ivmesi mutlak bir sisteme göre ivmesinin aynı olacaktır; yani S1 de eylemsiz bir sistem olacaktır. Böylece birinci kanun doğru ise, yukarıda sözü geçen S sistemi çok büyük bir ihtimalle eylemsiz bir sistemdir.

Birinci hareket kanunu, eğer P maddesel noktası başka bir cisim veya cisimlerin etkisi altında kalıyorsa ve bu etkiler birbirini yok etmiyorlarsa, P'nin eylemsiz bir eksenler sistemine göre hareketine ivme verilmiş olacaktır. Başka cisimlerin etkisi altında kaldığı zaman P maddesel noktası kuvvet etkisi altındadır denir. Birinci kanuna göre, bu takdirde , kuvvet sadece ivme ortaya çıkaran bir şeydir. Bu ancak başka cisimler tarafından uygulanır ve ortaya çıkardığı ivme ile ölçülür. Biz kuvvetleri verilen bir veya başka başka (fakat belli) maddesel noktalar üzerinde meydana getirdikleri ivmeleriyle karşılaştırabiliriz

Genel Görelilik Kuramı

Genel Görelilik Kuramı Einstein’ın en büyük başarısı idi; klasik, deterministik dünya görüşünün gününü dolduruşunu temsil ediyordu. Einstein, uzay, zaman ve madde fikirlerini modern biçimlerine getirerek Newton fiziğinin ötesine giderken, fiziğin çerçevesi tamamen deterministik idi. Newton evreninin büyük saati Einstein tarafından değiştirilmişti -çarklar ve bölümler farklıydı- fakat, Einstein saatin hareketinin hala sonsuz geçmiş ve gelecekte tamamen önceden belirli olduğu konusunda Newton ile anlaşıyordu.

Genel Görelilik Kuramı Nasıl Geliştirildi?

Genel Görelilik Kuramı'nı bir tek kişinin yaratmış olduğuna inanmak zordur. Kuram, uzay, zaman, enerji, madde ve geometriyi muazzam bir ufku ve anlamı olan uyumlu bir bütün halinde birleştirmektedir.

Einstein, Zürih’te iken ve Berlin’deki ilk yıllarında, fizikte pozitivizmin büyük savunucusu olan filozof fizikçi Ernst Mach’ın entellektüel etkisi altında kalmıştı.

Mach, kuramsal fizikçilerin, fizikte deneysel işlemlerle kesin, doğrudan bir anlam kazandırılamayan herhangi bir fikir kullanmamaları gerektiğini düşünüyordu. Deneysel dünyayla ilgisi olmayan fikirler, fiziksel kuram için yüzeysel olarak değerlendiriliyordu. Mach’ın yöntemi yeni fiziğin gelişiminde önder bir kuvvet oldu.

Einstein, bu yöntemin ustasıydı. Einstein’ın uzay ve zaman tanımlarını hatırlayın: uzay bir ölçü çubuğu ile ölçtüğümüz şeydir. Ölçme işine doğrudan başvuran bu tanımlar, uzay ve zaman kavramlarının yüzyıllardır taşımış oldukları tüm aşırı felsefi bagajı kesip attılar. Pozitivist, yalnızca, ölçme gibi doğrudan işlemler yoluyla bildiğimiz şeylerden söz etmekte ısrar eder. Fiziksel gerçeklik, kafalarımızdaki fantezilerle değil, fiili deneysel işlemlerle tanımlanır.

Ancak Einstein, Berlin’e yerleştikten sonra, katı pozitivist tutumdan uzaklaştı ve bu durum, kısmen, iş arkadaşı Planck’ın ikna edici tezlerinin sonucunda oldu. Aynı zamanda Einstein’in Genel Görelilik Kuramı konusundaki başarısı ve ona ulaşmak için kullanmış olduğu düşünce yöntemi, onu katı pozitivist yöntemin sınırlılıkları konusunda ikna etti.

Einstein bir pozitivist olarak kalmış olsaydı, genel Görelilik Kuramı'nı keşfetmiş olup olmayacağı şüphelidir. Einstein daha sonra, kendisinin Berlin'de patent ofisinde çalıştığı günlerden arkadaşı olan filozof Maurice Solovine’e yazdığı bir mektupta, kendi yöntemini anlattı. Bu yöntem Einstein’ın önerme yöntemi olarak isimlendirilebilir.

Genişleyen Evren'in Gözlenmesi

Einstein, genel Görelilik Kuramı'nı, Evren'in bütününe uyguladı. Sonlu ve sınırsız bir Evren modeli kurdu ve bunun matematiksel yapısını geliştirdi. Amerikalı astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953), 1920'li yıllarda Evren'in yaşı, oluşumu ve dağılımı konusunda çalışmaları başlatan bilim adamı.

Hubble, 1929'da yaptığı gözlemlerle uzak gökadalarının ışığının kırmızıya kaydığını, buradan kalkarak da bunların Dünya'dan uzaklaştığını ortaya koydu. Evren genişliyordu. Oysa Einstein'in evreni durağandı.

Kuram, büyük kütlelerin yakınından geçen ışık ışınlarının kütleçekim alanının etkisiyle eğileceğini, bu nedenle de uzak bir yıldızın ışığının Güneş'in kenarından geçerken yapacağı sapmanın hesaplanabileceğini öngörüyordu. Birinci Dünya Savaşı ve kötü hava koşulları, ilk gözlemin yapılmasını engelledi. Kuram'ın ilk genel kanıtları iki İngiliz bilim adamından geldi: 29 Mayıs 1919'da Güney Afrika'da (Gine Körfezi'ndeki bir adada) ve Brezilya'da gözlenen Güneş tutulmaları sırasında elde edildi.

Sonuçlar tam Genel Görelilik Kuramı'nı kanıtlayacakken, iki ayrı yerin sonuçları birbirine ters düşüyordu. Daha sonraları da gözlemler ve deneyler, onu doğrulamaya devam etti. 1922'de Güney Afrika ve Brezilya'dan alınan verilerin farklı souçlar vermesi üzerine Lick Gözlemevi'nin yöneticisi William W. Campbell, bir sonraki tutulmayı izlemek için Avustralya'ya gitti.

Tutulma, yaklaşık beş dakika izlenebildiği için "Naif yıldızlarda kaydedilebilecek; böylece Güneş'e yakın gözlenebilir yıldızların sayısı artacaktı" diye açıklama yapıyor Osterbrook ve "gözlem yapanlar 'etkiyi ölçmek için daha iyi bir şans'elde edecekler" diyor.

12 Nisan 1923'te, Campbell, yıldızların görüntülerinin yerleşimleri iki durum için, yani tutulma ve gerçek gece durumundaki yıldızların farklılık gösterdiğini keşfetti. " Einstein'in tahminleriyle karşılaştırıldığında Güneş kenarındaki yıldız ışıkları 1.75 saniyelik bir açıyla saptırılıyor olması, verilen Görelilik Kuramı'na yaklaşabildiğinin bir kanıtıdır" diyordu.

Garip ama, Campbell, kendisini göreli bir Evren'de bulmak istemiyordu. "Tanrım umarım doğru değildir" diyordu. Einstein, tabii ki, göreliliği Evren'in normu olarak görüyordu. Doğrusu Kuram'ın doğruluğu kanıtlandığında "Ama ben zaten Kuram'ın doğru olduğunu biliyordum" diyecekti öğrencisi Schneider'a.

Schneider, Einstein'"eğer tutulmalar, Kuram'ı doğrulamasaydı ne olurdu" diye sorduğunda Einstein " O zaman Tanrı'dan özür dileyerek, Kuram doğru derdim" diyordu.

Genel Görelilik ve Evren Modelleri

Roger Penrose: "Sizlere Einstein’in kütleçekim kuramının temel yapıtaşlarını hatırlatmak istiyorum. Temel yapıtaşlarından birisi Galilei’nin Eşdeğerlik İlkesi adıyla bilinir. Galilei Piza Kulesi’nin tepesinden biri büyük biri küçük iki taş bırakıyor. Bu deneyi gerçekten gerçekleştirmiş olsa da olmasa da, kendisi, hava direncinin yarattığı etkiyi görmezden gelmek koşuluyla, her iki taşın da yere aynı anda çarpması gerektiğini gayet iyi anlamıştı.

Eğer bu taşlar beraberce aşağı doğru düşerlerken bir tanesinin üstüne oturup diğerini seyretme imkanınız olsaydı, onu önünüzde, havada asılı bir halde dururken görecektiniz. Uzay seyahatlerinin yapıldığı günümüzde buna benzer durumlara fazlasıyla alışığız.

Einstein’in Kuramı, bize yerçekimin ortadan kalktığını değil, yerçekimi kuvvetinin ortadan kalktığını söylemektedir. Geriye bir tek şey kalıyor, o da kütle çekiminin yarattığı gelgit etkisi.

Bu etkiye gel git etkisi denmesinin çok makul bir nedeni vardır. Eğer Yerküre’yi Ay’la, parçacıklardan oluşan küre biçimindeki kabuğu da, okyanusların kapladığı Yerküre ile değiştirecek olursanız, o zaman, Ay’ın okyanusların yüzeyi üzerinde Yerküre’nin parçacıklardan oluşan küresel kabuğa uyguladığı etkiye benzer bir kütleçekim etkisi yarattığını görüyoruz.

Ay’a yakın konumda bulunan deniz yüzeyi, Ay’a doğru çekilirken, Yerküre’nin arka yüzünde kalan denizler adeta uzağa doğru itilirler. Deniz yüzeyinin Yerküre’nin her iki tarafında bel vermesinden ve denizde her gün iki kez oluan yükselmeden bu etki sorumludur.

Einstein’in Genel Görelilik Kuramı'nı keşfinin öyküsü, kıssadan hisse önemli bir ders içermektedir. Bir bütün halinde ilk formülleştirildiği tarih 1915'tir. Herhangi bir gözlemsel ihtiyaç sonucunda değil, birtakım estetik geometrik ve fiziksel kaygıların güdüsüyle geliştirilmişti. Temel yapıtaşlarını, farklı kütlelere sahip taş parçalarının aşağı bırakılması nedeniyle örneklenen Galilei’nin Eşdeğerlik İlkesi ve uzay-zaman eğriliğini tanımlamada doğal bir yol olan Öklit-dışı geometrilerin kendine esas aldığı fikirler oluşturmaktaydı. 1915'lerde yapılan gözlemsel çalışmaların bu konuyla pek bir ilgisi yoktu.

Genel Göreliliğin Öngörüleri ve Test Edilmeleri

Genel Görelilik, son biçimi ile formülleştirildiğinde, Kuram'ın kilit noktasında gözleme dayalı üç adet sınamaya yer verdiği görüldü.

Birincisi: Merkür Gezegeni'nin yörüngesinin günberi noktası yer değiştirmekte ve diğer gezegenlerin etkileri hesaba katılsa dahi, Newtoncu kütleçekim etkileşimleri ile açıklanamayan bir dönüş hareketi yapmaktadır. Genel Görelilik, bu kaymayı olağanüstü bir şekilde öngörmekte ve açıklamaktadır.

İkincisi: Işık ışınlarının izledikleri yollar, Güneş'e yaklaştıkça Güneş'e doğru eğrilir (bükülür). Bu da 1919'daki Güneş tutulmasını gözlemlemek amacıyla Arthur Eddington’un başkanlığında gerçekleştirilen ünlü yolculuğun gerçekleştirilme sebebidir. Eddington, yaptığı gözlemler sonunda Einstein’in öngörüsünü destekleyen sonuçlar elde etmiştir.

Üçüncüsü: Kuram, bir kütle çekim etkisi altında saatlerin daha yavaş işleyeceğini öngörmekteydi. Yani yere yakın konumda bulunan bir saat, bir kulenin tepesinde bulunan bir saate göre daha yavaş çalışmalıydı. Bu etkinin de deneysel olarak ölçümü yapılmıştır. Oysa bütün bunlar, o kadar da etkiliyici testler/sınamalar sayılmaz. Çünkü söz konusu bu etkiler her zaman hem çok küçüktür, hem de aynı sonuçlar pekala başka kuramlar tarafından da öngörülebilirdi.

Şimdilerde ise durum artık dramatik ölçüde değişmiştir. Yaptıkları son derece olağanüstü bir dizi gözlemden dolayı Hulse ve Taylor 1993 yılında Nobel Ödülü’nü aldılar.

Bir de Genel Görelilik’e özgü olan ve Newtoncu kütleçekim kuramında hiç mi hiç bulunmayan bir başka özellik vardır. Buna göre, birbiri etrafında dönme hareketi yapan cisimler, kütleçekim dalgaları halında enerji yayar. Bunlar ışık dalgalarını andırsalar da, aslında elektromanyetik alan içinde değil, uzay-zaman içinde oluşan dalgalanmalardır.

Bu dalgalar, sistemden sürekli olarak enerji çeker. Enerjinin çekilme hızı, Einstein’in kuramına başvurularak kesin olarak hesaplanabilir. İkili nötron yıldızı sistemindeki enerji kaybının bu yolla hesaplanan hızı, yapılan gözlemlerle tastamam uyuşuyor. Bu durum, son yirmi yılı aşkın süredir yapılan gözlemlerce, bu nötron yıldızlarının yörünge periyotlarında ortaya çıkan hızlanmaya ilişkin ölçüm sonuçlarında görülmektedir.

Sözkonusu sinyallere ilişkin zamanlama öyle şaşmaz bir doğrulukla saptanmaktadır ki, son yirmli yılı aşkın bir süre boyunca kuramın bilinen doğruluk derecesinin on üzeri ondörtte bir dolaylarında olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu, Genel Görelilik’i bilim tarihi boyunca en duyarlı biçimde sınanan kuram olma konumuna getirmektedir.

Bu öyküde kıssadan hisse bir ders var. Einstein’ı, ömrünün sekiz yılını ya da belki daha fazlasını harcayarak Genel Kuramı geliştirmeye motive eden etkenler, gözlem ve deney sonuçları değildi. İnsanlar zaman zaman şu sözleri dile getirmektedirler:

"Aslında, fizikçiler elde ettikleri deney sonuçları çerçevesinde biçimsel bir düzen arayışı içerisine girerler ve birgün gelir bu sonuçlarla uyuşabilecek zarafette bir kurama ulaşırlar. Bu, fizik ile matematiğin birbirleriyle neden bu kadar iyi geçindiklerini açıklamaya yeterli olsa gerek".

Oysa sözünü ettiğimiz durumda işler hiç de bu şekilde yürümedi. Kuram, özgün biçimiyle hiçcbir motive edici gözlem bulgusuna dayanmadan geliştirildi ve ortaya matematiksel açıdan çok zarif ve fiziksel açıdan da son derece iyi motiflenmiş bir kuram çıktı. Buradaki ana fikir şudur: matematiksel yapı zaten Doğa’nın kendisinde mevcuttur ve kuram asılnda uzayda ait olduğu yerde durmaktadır; bu, herhangi birinin Doğa’ya zorla dayattığı bir şey değildir.

Bu, bu bölümde esas alınan ana noktalardan bir tanesidir. Einstein, zaten yerli yerinde duran bir şeyi açık seçik hale getirmiş oldu. Üstelik, keşfettiği fizik öylesine bir fizik değil, Doğa’da en temelden sahip olduğumuz bir şey:uzayın ve zamanın doğası.

Genel Görelilik'te, fizik dünyasının sergilediği davranışların temelerini gerçekten de olağanüstü kesin derecede kesin bir biçimde belirleyen bir yapıyla karşı karşıya bulunmaktayız. Gerçi Doğa’nın ne yönde davrandığına dikkat etmenin önemi açıkça ortada ise de, dünyamızın sözü edilen temel özellikleri çoğunlukla bu yolla keşfedilmemektedir.

Yalnız bu aşamada bütün diğer nedenler açısından cazip görünen, gelgelelim gerçeklerle uyuşmayan kuramlar yumurtlamamaya dikkat edilmelidir. Oysa burada elemizde, gerçeklerle fevkalede şaşmaz bir biçimde uyuşan bir kuram bulunmaktadır. Kuram'ın içerdiği doğruluk derecesi, Newtoncu Kuram'ın erişebildiği basamak sayısının iki katıdır.

Bir başka deyişle, Newtoncu Kuram'ın duyarlılığı on milyonda birlik bir doğruluk derecesinde iken, Genel Göelilik için bu oranın on üzeri ondörtte bir olduğu bilinmektedir. Bir kuramdan ötekine sağlanan iyileşme, Newton’un kendi kuramının içerdiği doğruluk derecesinde 17. yy’dan bugüne dek geçen zaman içinde görülen artış mertebesindedir. Newton, kendi kuramının binde birlik bir duyarlılıkla doğru olduğunu bilmekteydi; şimdi ise bu duyarlılığın on milyonda bir olduğu bilinmektedir.

Hareket Sorunu

Kopernik'in görüşleri, tipik Rönesans adamı, ozan-düşünür Bruno'nun (1548-1600) engizisyon alevlerinde diri diri yakılmasına, bir başka İtalyan Tommaso Campenalla'nın (1568-1639) zindanlarda çürütülmesine, Galileo Galilei'nin (1564-1642) ise yargılamalarla ölüp ölüp dirilmesine yolaçmıştı.

Galileo, serbest düşen cisimlerin (eğik atışlar dahil) ve eğik düzlem üzerindeki bir cismin hareketini inceleyen, bağıl hareket kavramını ortaya atan ve salınan bir sarkacın, zaman aralıklarını ölçmek için kullanılabildiğini kaydeden İtalyan fizikçisi ve astronomicisidir.

Teleskobu keşfedişinden sonra "ben şimdi zaten aklımdan geçen bildiğim şeyin görünen ispatına sahibim" demiştir. Galilei, astronomide birçok önemli keşif yaptı; Jüpiter'in dört uydusunu ve birçok yeni yıldızı keşfetti, Ay'ın yüzeyini inceledi, Güneş lekelerini ve Venüs’ün evrelerini buldu; Samanyolu'nun, çok sayıda yıldızdan ibaret olduğunu kanıtladı.

Bütün cisimlerin, serbest bırakıldıkları zaman yere hemen hemen sabit ivme ile düşeceği iyi bilinir. Galileo'nun, eğik Piza Kulesi'nden aynı anda serbest bırakılan farklı iki ağırlığın, yere yaklaşık olarak aynı zamanda çarptığını gözleyerek, bu gerçeği ilk kez keşfettiği rivayet edilir.

Bir demir para ile buruşturulmuş bir kağıt parçasını aynı anda bir yükseklikten bırakalım. Hava direnci yokken, her ikisi de aynı hareketi yapacaklar ve yere aynı zamanda çarpacaklardır. Hava direncinin ihmal edilliği, idealleştirilmiş haldeki böyle bir hareket, serbest düşme olarak tanımlanmaktadır.

2 Ağustos 1971'de böyle bir deney, astronot Davit Scott tarafından Ay üzerinde yapıldı. Astronot, bir çekiç ve bir şahin tüyünü aynı anda serbest bıraktı ve Ay'ın yüzeyine aynı anda düştüklerini gözledi. Bu gösteri deneyi Galileo'yu kesinlikle onaylamıştır. Galileo'nun mekanik bilimindeki başarıları, Newton'un Hareket Yasalarının gelişmesinde önemli paya sahiptir.

Fırlatılan bir okun hareketi nasıl oluşur? Aristo'nun bulduğu açıklama şöyleydi: Bir ok ya da benzeri cisim havaya atıldığı zaman, önünde bulunan havanın yerini alır; hava, sürekli olarak okun arkasına geçer ve onu iterek yol almasını sağlar. Doğal olarak bir süre sonra, okun önünden arkasına geçen hava gücünü yitirir ve giderek ok yere düşer.

Aristoteles, bu açıklamayı aslında vakumun olanaksız olduğunu savunmak için yapmıştı. Öyle ya, hareket ancak havanın varlığında gerçekleşebilirdi. Ona göre eğer vakum diye bir şey olsaydı, herhangi bir cismin hareketini değişmez bir hızda ve doğrusal olarak sürdürmesi gerekirdi. Böyle birşey de olanaksız olduğundan vakum da olamazdı.

Bu açıklama, oku ileri doğru meleklerin ittiği düşüncesinden çok ileri olmasına karşın yanlıştı. Ama 2.000 yıl kadar insanlara doğal geldi. İlk bakışta Yeryüzü'ndeki hareketi ile gökyüzündeki cisimlerin hareketi bir diğeriyle ilişkisiz olarak görünür. Gökcisimleri Evren'in merkezi sayılan Dünya etrafında dolanır durur.

Yeryüzü'ndeki cisimler ise doğal olarak hareketsizdir, bir dış kuvvet etkisinde harekete başlatıldıklarında bir doğru üzerinde bir süre yol aldıkktan sonra durdukları gözlenirdi. Bu iki hareket türü karşılaştırıldığında, gökteki cisimlerin sürekli hareketi için bir dış etken, yani bir hareket ettirici aranır ve bu da felsefi tartışmalara konu edilirdi.

Galileo, şu soruyu soruyordu: Bir cisim, kendine etkiyen hiçbir kuvvet yoksa nasıl hareket eder? Bu soru, alışılmışın dışında bir soruydu. 16. yüzyıldan önce yaşamış bilim adamları, maddenin durgun halini onun doğal hali olarak düşündüler. İlk kez Galileo, maddenin doğal hal ve hareketine farklı bir yorumla yaklaşmıştır.

Galileo, sürtünmesiz yüzeylerde hareket eden cisimlerle ilgili bir düşünce deneyi geliştirerek, hareket halindeki cismin durmasının onun doğal hali olmadığını, hiç durmadan yoluna devem etmesi gerektiğini söylemiştir. Ayrıca cisimler hareket halinde iken, durmaya ve hızlanmaya direnme (eylemsizlik) tabiatına sahip olduğu sonucuna da varmıştır.

Her gün çevremizde gördüğümüz hareketi, başka bir ortamda sınama sorusu, günlük deneyin sınırlandırmalarına meydan okuyan bir soru. Çünkü Yeryüzü'nde, ağırlığın etkilemediği, hava ya da suyun direnciyle karşılaşmayan hiçbir hareket yoktur.

Galileo, sınırları zorluyordu. Tarihte ilk kez sistemli deneylerle doğayı sorguluyordu; görüngüleri soyutlayıp ayırarak basitleştirmeler yapmayı başardı. Buradan "Eylemsizlik İlkesi" ni tanımladı. Bu ilke şöyle der: "Kendisini hiçbir hareket nedeninin (sonra buna kuvvet denecektir) etkilemediği bir cisim, düzgün doğrusal bir hareket yapar."

Bilimin, belki de en önemli sorunu, çağlar boyu hareket sorunu oldu. Aristoteles bize düzgün hareketin, ancak onu sürdürecek bir kuvvet olduğu zaman olanaklı olduğunu söylemişti. Bu "gerçek" temelde gözlemlerle uyum içindeydi. Sonra, düşen nesnelerle ilgili gözlemlerinde daha kesin sonuçlar alan Galileo, tam tersini söyledi. Ancak Aristo’nun bilimsel "gerçeği" yüzyıllar boyu geçerli olmuştur.

Modern bilimin öyküsü, bir İtalyan dahisiyle yani Galileo ile başladı. Hareket bilmecesine ilk el atan O'dur. Düşme yasalarını, sarkacı ve teleskopu bulan Galileo, aynı zamanda Kopernik Sistemi'ni savunuyordu.

Galile, Jüpiter'in uydularının, Gezegen çevresinde dolaştıklarını görünce, bunun Güneş merkezli sistemin bir minyatürü olduğu düşüncesine ulaşmakta gecikmedi. Kopernik zamanında, hatta yüzyıllar sonra bile Kopernik Kuramı'nı doğrulayan kanıtlar pek ortada yoktu.

Galile, Jüpiter'le ilgili gözleminin ışığında, benzeyişe dayanarak, Kopernik Kuramı'nın doğruluğunu ileri sürebilirdi. Bu yüzden suçlanmış ve 1616'da Engizisyon Mahkemesi'ne verilmişti. Engizisyon, Evren'in merkezinin Güneş olduğu fikrini budalaca ve saçma bulmuştu.

Papa 5. Paul'un tavsiyesi ile Galileo, bu görüşünden vazgeçmeye çağrılmıştı. O da Kopernik Sistemi'ni bundan sonra savunmayacağına söz vermiş, ant içmişti. Ama bir süre sonra "Dünya'daki İki Büyük Sistem Hakkında Konuşmalar" yayımlanınca (1632), yeniden Engizisyon Mahkemesine sevkedildi.

Pişmanlık duyduğunu söylemesine karşın suçlu sayıldı; Papalığın üç yıl gözetiminde bulunmasına ve her hafta bir kere pişmanlık ilahilerini yüksek sesle okumasına karar verildi. Mahkeme'nin kararından sonra "Bununla birlikte, dönüyor" dedi. Bu büyük adam 1637'de kör oldu; 1642'de köşesine çekildi ve o yıl öldü.

Kilise mensupları onun Hıristiyan Mezarlığı'na gömülmesine bile izin vermemişlerdi. Fakat 19. yüzyılda yalnız İtalya'da değil, birçok ülkede adına anıtlar dikilmiştir."

Galileo, teleskoptan yararlanarak, gökteki Samanyolu'nun aslında çıplak gözle birbirinden ayırtedemediğimiz çok sayıda yıldızdan oluşan bir küme olduğunu ortaya koydu. Güneş'teki lekeleri gözledi. Böylece eskiden beri inanılan, göksel cisimlerin pürüzsüz, kusursuz (yetkin) nesneler olduğu görüşünün yanlış olduğu ortaya çıkıyordu.

Ay yüzeyindeki dağları saptadı; gölgelerini ölçerek, kabaca bu dağların yüksekliklerini hesapladı. Bunlar yalnızca bir başlangıçtı, yüzyılın kalan bölümünde teleskop, astronomide gerçek bir devrim etkisi yapacaktı

Kuantum Kuramı

20. yüzyıla damgasını vuracak iki büyük kuramdan birini, tam da bu yüzyılın başında, 1900 yılında, Max Planck ortaya attı. Enerjiyi, sürekli (kesiksiz) bir akış olarak gören Klasik Enerji Kuramı yerine Kuantum Kuramı'nı ortaya atmıştı. Planck’ın deneysel temellere dayanan önerisi, enerjinin kesik kesik ya da paket paket alınıp verildiği şeklindeydi.

Bu kuramı, 1905 yılında Albert Einstein, fotoelektrik olayını açıklamakta kullandı. Danimarkalı Niels Bohr, 1913'te Kuantum Kuramı'yla, atomdaki elektron düzeninin ilk açıklamalarını yaptı.

Çağımıza damgasını vuran diğer büyük kuram da Görelilik Kuramı'dır. Einstein, 1905'te Özel Görelilik Kuramı'nı, 1915'te de Genel Görelilik Kuramı'nı ortaya koydu. Einstein, kütle ve enerjiyi apayrı şeyler olarak değil, birbirine dönüşen olgular olduğunu ileri sürdü.

O sıralar, Zürih Patent Bürosu'nda memur olarak çalışıyordu. Kütle ve enerjiyi bambaşka iki varlık olarak düşünmeye alışmış bilim çevreleri, kavramları birbirine karıştıran patent bürosunun " zırvaları" üzerinde durmadı bile. Bilim dünyası, onun söylediklerini ancak 15 yıl tartıştıktan sonra hazmedebildi.

Einstein, 1921'de Nobel Ödülü'nü aldı; ama Görelilik Kuramı'ndan değil de foto elektrik olayından. Arthur Eddington’un alkışlanası ukalalığına göre, o zaman bile birçok bilim adamı göreliliği anlamamıştı. Eddington’a, göreliliği, yalnızca üç kişinin anladığının doğru olup olmadığı sorulduğunda, nükteli İngiliz profesör durmuş ve "üçüncü kişinin kim olduğunu bulmaya çalışıyorum" demişti (Time-2000, Frederic Golden’in yazısı).

Kütlenin yoğunlaşmış bir enerji olduğu görüşü, 1927'de denel olarak da destek buldu. Aston, kütle spektrometresi denen bir aygıtı geliştirmişti. Bu alet, atom kütlelerinin çok duyarlı olarak ölçülmesini sağladı. Bu aygıt yoluyla, özellikle nükleer tepkimelerde, bir kısım kütlenin enerjiye dönüştüğü ve bu dönüşümün Einstein'in ünlü denklemine (enerji= kütle x ışık hızının karesi) uyduğu kanıtlandı.

Atom çekirdeğini bulan Rutherford, 1919 yılında, simyacıların ünlü düşünü gerçeğe dönüştürdü. Havanın azotunu, alfa ışınlarıyla bombardıman ederek onun oksijene dönüştüğünü gördü. Simyacılar, her şeyi altına çevirecek filozof taşını hiç bulamadılar; ama bir elementin, insan elinde başka bir elemente dönüştürülmesi, bir düşün gerçek olmasıdır elbette.

Bir element, başka bir elemente dönüşebiliyordu. İnsanoğlunun eli artık atom çekirdeğine gidiyordu. İlk yapay nükleer tepkime, çekirdeğe ilk müdahale. Atom çekirdeği, pozitif yüklüydü; nötral bir atomda elektron sayısı, eile proton sayısının, yani birim negatif yüklü parçacık sayısı ile birim pozitif yükteki parçacık sayısının eşit olacağı açıktı.

Çekirdekte pozitif yükten başka ne var acaba? Bu sorunun yanıtını Rutherford'un öğrencisi James Chadwick verdi: 1932 yılıydı. Alfa ışınlarıyla berilyum çekirdeklerini bombardıman edince yüksüz bir radyasyonun oluştuğunu açıkladı ve buna nötron dedi. Böylece, atomun üç temel parçacığı elektron, proton ve nötron bulunmuş oluyordu. Alfa, kendisi de bir çekirdek (helyum atomunun çekirdeği) olduğu halde, atom çekirdeğine giden yolu aydınlatıyordu.

Bilim tarihinin en büyük kadını Madam Curie, 4 Temmuz 1934'de gözlerini yaşama kaparken, birkaç ay önce damadının ve kızının -Joliot-Curie çiftinin- yapay radyoaktifliği keşfettiklerini biliyordu. Joiot-Curie çifti, alfa ışınlarıyla, alüminyum çekirdeğini bombardıman ettiler. Sonuçta, radyoaktif bir element (radyoaktif fosfor) oluştuğunu buldular. Böylece, bir inanışa daha son verildi: Radyoaktiflik, yalnızca doğadaki elementlerin bir özelliği değildi; onu insanoğlu da "yaratabilir"di.

İnsanoğlu, radyoaktif elementler de üretiyordu artık. Bombardımanda kullanılan radyasyonlar, doğal radyoaktif maddelerden sağlanıyordu. Belli ki, doğal kaynaklara bağlı kalmamak ve doğal olanlardan yayılan parçacıkları hızlandırarak kullanmak nükleer tepkimeleri çeşitlendirecekti. Atlantik'in iki yakasında hemen aynı anda hızlandırıcılar yapılmaya başlandı.

Amerika'da Ennest Lawrence 1930'da, Robert J. van de Graff 1931'de; yine aynı yıl içinde İngiltere'de John Cockroft ile E.T.S. Walton kendi adlarıyla anılan hızlandırıcılar yaptılar. Çok kısa sürede, 3 yıl içinde 1937'de keşfedilen radyoaktif izotop sayısı 200'ü bulmuştu.

H. G. Wells, 1913 yılında, The World Set Free: A Story of Mankind adlı kurgu bilim romanını yayınlamıştı. Bu romanda, bazı tahminler de yer alıyordu. Örneğin, 1933'te yapay radyoaktif maddelerin bulunacağını ve 1956 yılında atom bombasının kullanılacağı hayali savaşları anlatmıştır. O günlerde bunlar neredeyse akıl dışı şeylerdi. Yapay radyoaktiflik, yazarın öngördüğü tarihten bir yıl önce keşfedildi, ama savaşa neden olmadı. Atom savaşı, yani atom bombasının kullanılması ise yazarın öngördüğünden onbir yıl önce gerçekleşti.

Macar doğumlu, Musevi asıllı fizikçi Leo Szilard, 1932 yılında Berlin'de çalışırken, nasılsa bu romanı okuyor ve çok etkileniyor. Ertesi yıl göçe zorlanıyor ve İngiltere'ye gidiyor. Romandan aldığı esinle "zincir tepkimelerine dayalı kanunun patenti" ni 1934 yılında İngiliz Amirallik Dairesi'ne tescil ettiriyor.

Kuantum Kaosu

''Kuantum teorisi karşısında şaşkınlığa uğramayanlar bu teoriyi anlamamış demektir'' diyen Fizikçi Niels Bohr, bu teorinin ne kadar zor anlaşıldığına dikkat çekiyordu. Yüzyılın başlarında fizikçiler, radyasyonun dalga gibi hareket ettiğine inanıyordu. Max Planck'ın enerjinin parçacıklar veya kuvanta tarafından emildiğine ilişkin keşfi, fizikçiler tarafından pek tatmin edici bulunmadı. Planck, bunun üzerine, nesnelerin parçacık şeklinde enerji yaydığını duyurdu. Bundan sonraki 20 yılda bilim adamları, enerji ve maddenin dalga ve parçacık özelliği taşıdığını kabul ettiler.

1927 yılında, Werner Heisenberg, ''Belirsizlik İlkesi''ni bilimsel bir biçime dönüştürdü. Daha sonraları Nazi Atom Enerjisi Projesi'nin başına getirilen Heisenberg, atomdan küçük parçacıkların pozisyon ve momentumlarının aynı anda ölçülmesinin mümkün olmadığını bildirdi. Bu teori Albert Einstein'ı yalnızca şaşırtmadı, bilimsel birikimlerinin altüst olmasına yol açtı.

1920'li yılların ortalarında Alman fizikçi Max Born, elektron gibi parçacıkların belirli bir pozisyonu işgal etmelerinin çok düşük bir olasılık olduğunu ileri sürdü. Einstein, Born'a yazdığı bir mektupta, ''Evren yasalarının şans üzerine kurulu olduğuna inanmıyorum; bence Tanrı kumar oynamaz'' diyerek, Belirsizlik Kuramı'nı onaylamadığını belirtti

Özel Görelilik Kuramı

Einstein, 1905'de esirin gereksiz ve fazla bir kavram olduğunun ilan ettikten sonra Mach'tan etkilenerek kurduğu özel görelilik kuramında zaman ve uzayın Tanrı ile olan ilişkilerini, kopardı ve onları insanlara ilişkin göreli birer kavrama dönüştürdü. Artık zaman ve uzay düşünce ürünü olmayıp ölçülebilen şeyler haline geldi.

Ondokuzuncu yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğu ve bu dalgaları uzak mesafelere taşıyan gözle görülemez, seyrek, esnek ve ağırlıksız bir ortamın (esir) var olduğu kabul ediliyordu. Eğer dünya böyle bir ortamda saniyede otuz km.lik bir hızla hareket ediyorsa zıt yönde bir esir rüzgarının oluşması ve ayrıca bu esir rüzgarıyla birlikte hareket eden ışığın bu rüzgara karşı hareket eden ışığa göre daha büyük bir hıza sahip olması gerekiyordu. Oysa ki 1887 yılında Albert Michelson ile Edward Morley, yaptıkları deneylerle ışık hangi yönde hareket ederse etsin, ışık hızının değişmediğini saptadılar. O halde, acaba esir diye bir şey yok muydu?

Esirin varolduğuna inanan bazı bilim adamları, Michelson ve Morley'in ulaştıkları sonucu yapay olarak etkisiz kılmaya çalıştılar. Örneğin, George Fitzgerald, dünyanın esir içinde hareket ederken hareket doğrultusunda büzüldüğünü ve bu büzüme ile ışığın hızında ortaya çıkacak olan farkın yok olduğunu ileri sürdü. Ne var ki, esirin varlığını savunmak için geliştirilen bu ve buna benzer açıklamalar bilim adamlarını tatmin etmiyordu.

İşte belirsizliğin sürdüğü böyle bir atmosferde, Einstein cesurca esir kavramının bir işe yaramadığını ve fizikten atılması gerektiğini vurguladıktan sonra özel görelilik kuramının iki temel ilkesini ortaya koydu:

1 - Bir deney yalnız göreli hareketi saptayabilir. Başka bir deyişle hiçbir deney mutlak durağanlığı veya düzenli hareketi saptayamaz. (Örneğin, bu ilkeye göre esirin varlığını saptamak olanaksızdır.)

2 - Işık, kaynağına bağlı olmaksızın, boşlukta sabit bir hızla hareket eder.

Einstein, bu iki temel ilkeyi, bazı düşünce deneyimlerini ve matematiği kullanarak Newton fiziğinin ana kavramlarını kökünden değiştirdi. Newton'a göre zaman mutlaktır yani evrensel olarak farklılık göstermez ve geçmişten geleceğe doğru düzenli bir biçimde akar. Sağduyuya uygun olan bu evrensel zaman anlayışına göre eşzamanlılık da evrenseldir.

Mutlak zaman kavramına karşı çıkan Einstein'a göre zaman kavramını içeren önermeler eşzamanlı olaylar hakkında ortaya konan önermelerdir ve eşzamanlılık iki olayın aynı anda gerçekleşmesi anlamına gelmektedir. Örneğin, "Mavi Tren Ankara Garına saat yedide gelecektir" demek saatimin akrebinin yedi üzerine gelmesiyle Mavi Trenin Ankara Gar'ına girmesi olayının aynı anda gerçekleşmesi yani bu iki olayın zamandaş olması demektir.

Ancak Einstein'a göre zaman, daha doğrusu eşzamanlılık, mutlak ve everensel değildir, çünkü bir gözlemci için eşzamanlı olan bir olay genellikle başka bir gözlemci için eşzamanlı değildir. Einstein'ın bu sonuca nasıl ulaştığını anlayabilmek için şu düşünce deneyini gözden geçirebiliriz:

Bir trenin (devingen sistem) orta noktasında iki ışık ışınını ters yönlere aynı anda gönderelim. Tren içindeki gözlemci için ışığın hızı (c) sabit olduğundan onun sistemde bu iki ışık ışını ters yöndeki duvarlara aynı zamanda ulaşır; gene bu gözlemci için bu iki olay (ışık ışınlarının ters yönlerdeki iki duvara çarpması) zamandaş olacaktır. Peki, trenin dışındaki gözlemci ne diyecektir?

Onun için de kendi sisteminde ışığın hızı sabittir; ancak trene baktığında duvarlardan birinin ışıktan uzaklaştığını, diğerinin ışığa doğru ilerlediğini görür. Böylece ona göre, ışık ışını kendisine yaklaşan duvara daha erken, kendisinden uzaklaşan duvar ise daha sonra çarpacaktır. Bundan çıkan kaçınılmaz sonuç şudur: Bir sistemdeki gözlemci için zamandaş olan iki olay, bu sisteme göresel düzgün devinen ikinci bir sistemdeki gözlemci içinse zamandaş değildir.

Acaba bu iki gözlemciden hangisi haklıdır? Einstein'a veya birinci temel ilkeye göre iki gözlemci de haklıdır. Eğer zaman kavramı göreli ise, fiziğin diğer temel kavramları da göreli olmak zorundadır. Örneğin, bir cismin uzunluğunu belirlemek için iki farklı gözlemci farklı zamanlarda ölçümler yapacaklarından (çünkü eşzamanlılık onlar için aynı değildir.) farklı değerler saptayacaklardır.

Özel görelilik kuramındaki olaylar ile Mach'ın algıları (elementleri) arasında bir fark yoktur. Örneğin, saatin akrebinin hareketiyle Mavi Trenin Ankara Garına girmesi aynı anda algılanan olaylardır. Aynı şekilde düşünce deneyimindeki gözlemcilerin gözlemleri de algılardan ibarettir. İşte Einstein'ın kuramında zaman ve uzay kavramaları ölçülebilen ve algılanabilen yani insanlara göre anlam kazanan kavramlar dönüştürüldükleri için Machçılığın Einstein üzerinde önemli bir rol oynadığını iddia edebiliriz.

Nitekim Einstein bile Mach'ın etkisinde kaldığını arkadaşlarına yazdığı mektuplarda açıkça belirtti. Hatta bizzat Mach'a yolladığı mektuplarda onun bir öğrencisi ve izleyicisi olduğunu açıkça itiraf etti. Bununla birlikte Mach hiçbir zaman özel görelilik kuramını tam olarak desteklemedi.

Einstein, zamanın ve uzayın göreli kavramlar olduğunu deneyler yaparak göstermiş değildir, çünkü onun özel görelilik kuramına ilişkin olarak sözünü ettiği deneyler zihninde yaptığı deneylerdir. Ayrıca bu kuramın temel direkleri olan iki ilke tamamen usun ürünleri olduklarından onları deneyimsel yöntemle doğrulama ya da yanlışlama olanağı yoktur.

Özel görelilik kuramının bir sonucu da madde ile enerjinin eşdegerliğini ve birbirlerine dönüşebilirliğini gösteren "E = mc2" nin formülüdür. Bu formülde E enerjiyi, m cismin kütlesini ve c de ışığın hızını temsil etmektedir. Bu formül, çok küçük bir madde parçasının çok büyük miktarlarda enerji içerdiğini ortaya koydu ve böylece nükleer çağa girilmiş oldu

Büyük Patlama'dan Öncesi

Evren'in, "big bang" olarak adlandırılan Büyük Patlama'dan önceki hali, bilim adamları tarafından laboratuvarda oluşturuldu. New York Times Gazetesi'nin birinci sayfadan verdiği habere göre, deney İsviçre`nin Cenevre Kenti'ndeki bir laboratuvarda gerçekleştirildi.

Laboratuvarda meydana getirilen söz konusu maddenin,"quark" ve "gluon" cisimlerinin aşırı derecede sıkıştırılmış gaz hali olduğu bildiriliyor. Bu gazın içinde, bugün Evren'deki tüm maddelerin atomlarını oluşturan proton ve nötronlar yeralıyor.

Deneyin, kısa adı CERN olan Avrupa Parça Fiziği Laboratuvarı`nda meydana getirildiğini de yazan gazete, bilim adamlarının bu sayede Evren'in oluşumuna yol açan bu büyük patlamanın (big bang) gerisindeki itici güçleri anlamaya çalıştıklarını yazdı.

Doğada "quark" ve "gluon"ları birbirinden ayırma olanağı bulunmuyor. Bilim adamları bu olayı laboratuvarda gerçekleştirebilmek için proton ve nötronları sıkıştırdıktan sonra aşırı derecede ısıttılar ve ilk kez quark ve gluon`ların ayrılmasını sağladılar.

Olayı yorumlayan Heidelberg Üniversitesi öğretim üyelerinden Dr. Johanna Stachel, "Böylece ilk kez maddenin yeni bir halinin yaratıldığını" ifade etti.

Maddenin bu haline NA45 adı verildi. Maddenin "big bang" olayından sonra, 10 mikro-saniye (saniyenin milyonda biri) süreyle bu halde kaldığı tahmin ediliyor. Bilim adamları Evren'in, günümüzden 15 milyar yıl önce, bu büyük patlamayla oluştuğuna inanıyor.

Şişirme Kuramı

Şişirme Kuramı, Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra, Evren'in aşırı derecede hızlı (üstel) bir genleşme devresi geçirdiğini ileri sürmektedir.

Büyük Patlama Kuramı'nın Soruları

Büyük Patlama Kuramı, kozmik mikrodalga fon spektrumunu (tayfını) ve hafif elementlerin kökenini başarılı olarak açıklarken, birkaç önemli soruyu da açık bırakmaktadır:

Niçin Evren, en büyük uzunluk ölçeklerinde bu kadar yeknesaktır?

Niçin Evren'in fiziksel ölçeği, kütle çekimin temel ölçeği, bir atomik çekirdeğin boyutunun bir trilyonda bir milyarı olan, Planck uzunluğundan bu kadar çok büyüktür?

Niçin Evren'de bu kadar çok foton vardır?

Maddenin yoğunluğundaki başlangıç dalgalanmasını, hangi fiziksel işlem ortaya çıkarmaktadır?

Şişirme Kuramı

Alan Guth, Andrei Linde, Paul Steinhardt ve Andy Albrecht tarafından geliştirilmiş olan Şişirme Kuramı, bu sorulara ve kozmolojideki birkaç açık soruya da cevaplar sunmaktadır. Bu, Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra Evren'in aşırı derecede hızlı (üstel) bir genleşme devresini ileri sürmektedir.

Bu süre esnasında, Evren'in enerji yoğunluğuna, sonradan maddeyi üretmek için bozulan bir kozmolojik sabit terimi ve bugün Evren'i dolduran radyasyon hakim olmuştur. Şişirme Kuramı, modern fizikteki simetri kırılması ve faz geçişleri gibi önemli fikirleri kozmolojiye bağlamaktadır.

Şişirme Kuramı Kehanetleri

En basit şekliyle, Şişirme Kuramı, birkaç önemli kehanette bulunmuştur:

Evren'in yoğunluğunun kritik yoğunluğa yakın olduğu ve bu yüzden Evren'in geometrisinin düz olduğu.

İlk Evren'de başlangıçtan beri varolan yoğunluktaki dalgalanmaların tüm fiziksel ölçekler üzerinde aynı genliğe sahip olduğu.

Ortalama olarak, kozmik mikrodalga fon sıcaklığı dalgalanmalarında eşit sayıda sıcak ve soğuk noktası olması gerektiği.

MAP, bu tahminleri test edebilecektir