Mach İlkesi ve Newton'un Kovası

Bir trene bindiğiniz zaman sıklıkla başınıza gelen bir şey de yan peronda bulunan trenin hareket etmesiyle bir an sanki içinde bulunduğunuz trenin hareket ettiği hissine kapılmışsınızdır. Peki aslında hangi tren hareket ediyor? Bunu ispatlamanın bir yolu var mı? İşte hareketin anlaşılması için ortaya konan Mach ilkesi de bu soruları yanıtlıyor.^[1]

Mach ilkesi, belirli bir bölgedeki hareketin başka bir referans noktasına göre hareketin belirlenmesi büyük ölçekteki madde dağılımına dayalı olduğunu belirtir. Başka bir deyişle Mach ilkesini anlatmak gerekirse " oradaki kütle buradaki eylemsizliği etkiler" diyebiliriz.

Uzayın Tanımı

Newton uzayı mutlak bir arka plan olarak tanımlıyordu. Ona göre uzay ızgara şeklinde bir koordinat sistemiydi. Her zaman homojen ve kıpırdamazdı.

Mutlak uzay, doğası gereği kendi dışında hiçbir şeye referansı olmadığından, her zaman homojendir ve kıpırdamaz.

Isaac Newton, 1687

Mach ise bunların tam tersini düşünüyordu. Ona göre hareket bir ızgara sistemine göre değil ancak başka bir nesneye göre ölçülürse anlamlıydı. Bir başka nesneye göre olmayan hareketin ne anlamı olabilirdi ki? Mach'a göre bir top yuvarlanırken Fransa'da da Avusturalya'da da olsa aynı şekilde yuvarlanacağına göre uzayın ızgara sistemiyle alakası yoktu.

Newton, (…) uzayı kendinde bir varlık olarak gören ve 19. yüzyılın ikinci yarısına kadar fizikte neredeyse tek başına hüküm sürmüş olan bir bakış açısına bağlı olmak durumundaydı. Eğer Newton’un kütleçekim mekaniği için, sabit yıldızlardan oluşan gökyüzünün de artık mutlak olarak değişmeyen, hareketsiz, katı bir sistem olarak düşünülemeyeceğini göz önünde bulundurursak, Newton’un tüm dinamiği mutlak bir uzay ve buna uygun olarak mutlak bir zamana göre kurmaya yönelik cüretli çabası bir yere kadar anlaşılır hale gelir. Bize anlamsız gelen bu varsayım, pratikte sabit yıldızların uzay ve zaman koordinatları için referans alınması durumunu değiştirmedi; bu yüzden zararsız olarak kaldı ve uzun bir süre ciddi eleştirilerden kaçabildi.

Tüm Reklamları Kapat

Ernst Mach

Sonuç olarak hareket en nihayetinde uzayın kendi özelliklerine değil, maddenin, yani kütlenin dağılımına bağlı olmalıdır.^[2]

Tam da burada Newton'un kovası deneyine geçmeden bazı kavramların açıklamasını yapmak istiyorum böylece daha anlaşılır olacağını düşünüyorum.

Kütle

Kütle, en kısa haliyle bir nesnenin içerdiği madde miktarı olarak tanımlanabilir. Kütle ve ağırlık birbiriyle karıştırılan iki kavramdır. Kütleniz her yerde aynıdır fakat ağırlığınız uzayda, Ay'da veya Dünya'da farklıdır. Ağırlığınızın değişebilmesi yerçekimi ile alakalıdır.

Eylemsizlik

Eylemsizlik, kütle ile karıştırılan bir kavramdır. Kütleye çok benzer fakat aynı şey değildir. Eylemsizlik (inertia) sözcüğü “tembellik” anlamındaki Latince bir sözcükten gelir. Eylemsizliği büyük olan bir nesne hareketini değiştirmeye direnir. Örneğin bir buzdolabının eylemsizliği bir kalemin eylemsizliğinde büyüktür. Eylemsizlik ilkesini İtalyan gökbilimci Galileo Galilei 17. yüzyılda bulmuştur. Buna göre bir nesne kendi başına bırakılır ve ona hiçbir kuvvet uygulanmazsa, hareketinde bir değişiklik olmaz. Yani hareket halindeyse aynı yönde ve aynı hızla ilerlemesini sürdürür, hareketsizse durmaya devam eder. Newton bu fikri geliştirmiş ve kendi hareket yasalarının ilkini oluşturmuştur.^[3]

Newton'un Kovası

Newton içi su dolu bir kova ile nesneler ile hareket arasındaki ilişkiyi anlatmaya çalıştı. Kova döndürüldüğünde başlangıçta içindeki su sabit kalır, daha sonra su da dönmeye başlar. Su döndükçe kenara doğru yakınlaşır ve ortası çukurlaşır. Bu örnekleme de kovanın dönüp dönmediğini sadece kovaya bakıp anlayabiliriz.^[2] Fakat Mach böyle düşünmüyordu. Ona göre Evrende sadece ve sadece içi su dolu kova olsaydı bizim onun döndüğünü anlamamız imkansız olurdu. Mach' a göre bir nesnenin hareketini anlamlandırabilmemiz için ortamda referans alabileceğimiz başka bir nesnenin olması şarttır.

Bu nedenle de eylemsizlik kavramı başka nesnelerin olmadığı bir evrende anlamsızdır.^[2] Örneğin Evren'de hiç yıldız olmasaydı, Dünya'nın döndüğünü nasıl anlardık?