Görelilik Teorisi Gününde Einstein'ın Tüm Teorileri

Kendisi tarafından bulunan, bilim dünyasında yeni bir çığır açan ve kütle-enerji denkliği formülü E = mc2 "dünyanın en ünlü denklemi" olarak adlandırıldı. Fizik ve matematik alanına sağladığı katkılardan dolayı ve fotoelektrik etki yasasının keşfi sebebiyle 1921 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.

1999 yılında Time dergisi tarafından yüzyılın en önemli kişisi seçildi.
 

ÖZEL GÖRELİK KURAMI

19. yüzyılın sonlarında Michelson-Morley deneyi, ses ve başka dalga olaylarının tersine, ışık hızının referans sistemine göreceli olmadığını gösterdi. O dönemde sesin hava aracılığıyla yayıldığı gibi ışığın da esir denen gizemli bir ortamda yayıldığı düşünüldü.

Einstein, ışık hızının sabit olduğunu ve ışığın yayılması için esir ortamının gerek olmadığını ve mekan zaman ve hareketin izafi olaylar olduğunu düşündü. Çalışmalarının sonucuna varırken iki ilkeyi varsaydı: görelilik ilkesi sabit hızla hareket eden bütün gözlemciler için geçerliydi ve ışığın hızı bütün gözlemciler için c'ydi.

Einstein'ın kuramı ile sabit hızla hareket eden iki gözlemcinin matematik hesap ile aynı olayın gözlemcilere göre yer ve zamanı belirlenebildi. Bu kuram, Newton'un her yerde aynı işleyen, herkes için aynı "mutlak zaman" fikrini yıktı.

E=mc² düşüncesinin kökeni bu kuramdı.

GENEL GÖRELİK KURAMI

Özel görelilik kuramı düzgün, doğrusal ve ivmesiz hareket eden sistemlerle sınırlıydı. Genel görelilik kuramı ise birbirine göre ivmeli hareket eden sistemleri de kapsadı. Birinci kuram, kapsamı daha geniş olan ikinci kuramın özel bir hali sayılabiliyor.

Genel görelilik, gravitasyon kavramına yeni bir bakış açısı getirdi. Klasik mekanikte gravitasyon, kütlesel nesneler arasında çekim gücü olarak algılandı. Örneğin dünyayı yörüngede tutan, kütlesi daha büyük Güneş'in çekim gücüydü. Genel görelilik kuramına göre ise gezegenleri yörüngelerinde tutan, yörüngenin yer aldığı uzay kesiminin Güneş'in kütlesel etkisinde kavisli bir yapı oluşturmasıydı. Genel kuram ayrıca gravitasyon ile eylemsizlik ilkesini "gravitasyon alanı" adı altında birleştirdi.

KÜTLE ENERJİ EŞİTLİĞİ

Albert Einstein, enerjinin ışık hızının karesiyle maddenin kütlesinin çarpımına eşit olduğunu bularak kendisine kadar süregelen bir yargıyı yıkarak bilim dünyasında yeni bir çığır açtı. Ondan öncesinde kütle ile enerji arasında bir bağlantı kurulmadı ve ayrı olgular oldukları varsayıldı.

19. yüzyılda kimyagerlerin hassas aygıtları olmadığı için kimsenin dönüşüm sonrası kütle kaybından haberleri yoktu. Basit tepkimeler sonrası oluşan kütle kaybı fark edilemedi. Einstein ise bütün bilinenleri yıkarak çağdaş bilimin temel taşlarını attı. Ona göre her şey enerjiydi, yani maddeler de çok yoğun enerjileriydi. Kimyasal reaksiyonlar sonrası küçük de olsa kütlenin bir kısmı enerjiye dönüşmekteydi. Bu durumu açıklamak için eşitliğin az farklı formülasyonu E=mc² ilk defa Albert Einstein tarafından 1905'te ünlü makalelerinde yayımlandı. Aynı yıl önermiş olduğu özel görelilik kuramının bir sonucu olarak türetti.
 

FOTOELEKTRİK ETKİ

Einstein öncesinde ışık, kimi bilim adamları tarafından tanecikler akımı, kimileri tarafından da dalga devinimi olarak nitelendirildi. 19. yüzyılın başlarında Young’la başlayan, Fresnel ve daha sonra Faraday ve Maxwell’in çalışmalarıyla pekişen deneyler dalga kuramına belirgin bir üstünlük sağladı. Einstein’ın fotoelektrik çalışması, bu gelişmeyi tersine çevirip hem de Planck’ın 1900’de ortaya sürdüğü kuantum teorisini de çarpıcı bir biçimde doğruladı.

Üzerine ışık düşen bazı maddeler elektron salıyorlardı. Parlak ışıklar daha fazla elektron salıyor fakat enerjileri artmıyordu. Sarı ve kırmızı ışıklar pek az elektron salıyorlardı. Klasik fizik bu durumu dalga kuramı ile açıklayamıyordu. Einstein bu soruna Planck kuramını uyguladı. Sonradan foton adı verilen belirli enerjili bir kuanta, maddenin atomu tarafından soğrulmakta, böylece belirli enerjide bir elektron atomdan alınmaktaydı.

Einstein bu çalışması sayesinde 1921 yılında Fizik Nobel Ödülünü kazandı.

BROWN HAREKETİ VE İSTATİKSEL FİZİK

1850’lerde İngiliz botanikçisi Robert Brown, mikroskoplarla polenleri incelerken, taneciklerin su içinde rastgele sıçramalarla devinim içinde olduğunu gözlemledi; fakat bu gözlem 1905'e dek açıklamasız kaldı. Molekül kavramı yeni değildi; ancak en güçlü mikroskop altında bile görülemeyecek kadar küçük olan moleküllerin varlığı, ilk kez bu açıklamayla kanıtlanmış oldu.

Brown'a göre asıltının içinde bulunduğu su, Maxwell ve Boltzman kinetik kuramı çerçevesinde hareket eden moleküllerden oluşuyorsa asıltı parçacıklar gözlendiği gibi titreşiyordu. Su içindeki bütün cisimler her yönden ve sürekli olarak moleküllerle itiliyordu.

Einstein hareket ile molekül büyüklüğü arasındaki matematik ilişkiyi saptamış ve böylece molekül ve atomların büyüklüğünü hesaplamak mümkün olmuştu. Bu açıklamadan üç yıl sonra Perrin, Brown hareketi üzerinde deneyler yaparak Einstein’ın hesaplarını doğruladı.

BOSE-EİNSTEİN İSTATİSTİĞİ

Einstein ve Hint fizikçi Nath Bose, 1925'te yoğun bir gaz kütlesinin mutlak sıfır sıcaklığına düşürüldüğünde, atomlar kendi özelliklerini kaybedecek, bir bütün halinde dev bir tek atoma dönüşecekleri sonucuna vardı.

Bose’un fotonlar için kullandığı metotları ayırt edilemez parçacıklar için genelleştiren Einstein, yaptığı çalışmalarda etkileşmeyen parçacıklardan oluşan bozon gazının tek bir kuantum durumuna yoğuşabileceğini gösterdi.
 

KUANTUM FİZİĞİ VE BELİRSİZLİK İLKESİ

1930 yılında belirlenemezlik ilkesinin zaman ve enerjinin aynı anda ve doğru olarak saptanamayacağı anlamına geldiğini fakat bunun bir deney ile geçersizliğinin gösterilebileceğini açıklıyordu. Bunu dinleyen Bohr, uykusuz bir geceden sonra Einstein’ın düşünüşündeki hataları bularak “belirlenemezlik ilkesinin” yaygın olarak kabulünü sağlıyordu.