Özel Görelilik, Kendi Optik İllüzyonunu Yaratıyor!

Özel görelilik, özellikle birinin hızı arttıkça zaman algısının yavaşladığını göstermesiyle bilinir. Aynı zamanda ilgi çekici ufak bir optik illüzyon da yaratır: Düz bir çizgideki cisimlerin bükülüp dönmesine neden olur. Fotoğrafta gördüğünüz örnek, Joesph Choi tarafından tasarlanmıştır.

Einstein'ın özel görelilik teorisi birçokları tarafından bilinir; çünkü hemen herkesin anlayabileceği kadar basittir. Ancak garip bir şekilde üzerinde düşündükçe şaşkınlığımız artar. İki insandan biri yol kenarında duruyorsa ve diğeri araba içerisinde ilerliyorsa, saatlerini kıyasladığımızda, duran kişi, hareket halindeki kişinin saatini daha yavaş ilerliyor gibi görecektir. Hareket halindeki kişi ise saatinin gayet normal çalıştığını zannedecektir. Ve ikisi de haklıdır!

Görelilik ve Fiziksel Değişimler

Zamanın sizin bulunduğunuz noktaya göre esnetilebilir bir şeye dönüşmesi oldukça gariptir. Daha da kafa karıştırıcı olan, uzunluk sıkışması gibi şeylerin varlığıdır. Araba içerisindeki kişi, içerisinde bulunduğu arabayı hareket etmeden önceki durgun halindekiyle birebir aynı uzunlukta görecektir. Yolun kenarında duran kişiye göreyse araba birazcık daha kısalmış gibidir ve arabanın hızı arttıkça kısalmaya devam eder. İki gözlemci birbirinden farklı şeyler görürler. Ve yine, ikisi de haklıdır.

Ancak ufak bir sorun var: Aslında yol kenarında duran kişi bunları görmemektedir. Her ne kadar uzunluk sıkışması oldukça gerçek olsa da, göreliliğin mantıklı bir düşünce silsilesinin bir ürünüdür ve arabalar kadar büyük cisimlerde gerçekten gözlenebilir bir şey değildir. Gerçekte gözlenememesinin kısmi nedenlerinden biri, hareket halindeki araba (veya tren) ışık hızının %80 hızına ulaştığı anda "yolun kenarında oturan" kişinin ölecek olmasıdır. Bir diğer kısmi nedeni ise araba gibi cisimler üzerine etki eden diğer kuvvetlerin, uzunluk sıkışmasını hesaba katmayacak kadar etkili olmasıdır.

Etrafımızı ışık sayesinde görmekteyiz. Üstelik gördüklerimize güvenebiliyoruz, çünkü ışık gördüğümüz cisimlerin yüzeyini terk ettiği andan itibaren, gözümüze ulaşana kadar pek fazla değişmiyor. Ancak hareket eden cisim ışık hızına yaklaştıkça, yüzeyden ayrılan ışık gözümüze gelene kadar çok fazla değişebilir ve bu da ilginç illüzyonlara (göz yanılgılarına) neden olur.

Terrell-Penrose Dönüşünün Garipliği

Terrell-Penrose Dönüşü'nün ismini bulmak oldukça zor olmuştur. James Terrell ve Roger Penrose'un ikisi de bu olgu hakkında 1959 yılında birer makale yayımlamışlardır ve o zamandan beri verilen isimlerin (Terrel Dönüşü, Terrell-Penrose Dönüşü, Penrose-Terrell Dönüşü gibi) her biri, çeşitli bilim insanları tarafından reddedilmiştir. Ancak her ne isim verirseniz verin, bu olgu harika bir optik illüzyonu tanımlamaktadır.

Bir yolun kenarında oturduğunuzu ve önünüzden bir arabanın yavaşça geçtiğini düşünün. Arabanın pencelerinin ardında gördüğünüz uzak dağlardan gelen ışıklar da dahil olmak üzere, görebildiğiniz tüm ışıklar, geldikleri cisimlerin sizden olan uzaklığı önemli olmayan mesafelerdedirler. Dolayısıyla ne kadar uzaktaki cisimlere baktığınız önemsizdir. Işığın oralardan gözünüze gelene kadar harcadığı süre, saniyenin önemsenmeyecek kadar küçük bir dilimidir.

Ancak araba örneğin ışık hızının %80'ine ulaşacak olursa, arabanın burnu ile arkasından gelen ışıklar arasındaki fark ciddi anlamda önemli olacaktır. Size doğru gelen bir arabanın arka tamponunu göremiyor olmanızın bir nedeni vardır: arka tampona çarpan ışık, yansıdıktan sonra size doğru yöneldiğinde, araya arabanın gövdesi girer, bu sebeple oradan gelen ışık gözünüze ulaşamaz ve arka tamponu göremezsiniz. Ancak araba söz ettiğimiz hızlara ulaşacak olursa, işler değişir.

Diyelim ki bir fotonun arabanın bir yanından diğer yanına ulaşması 1 saniye alsın. Gerçekte bir fotonun sıradan genişlikte bir araba için bu hareket yaklaşık saniyenin 186.000'de biri kadar sürer; ancak diyelim ki bu süre 1 saniye olsun. Dolayısıyla uzaktaki yandan yansıyan foton, arabanın size yakın olan yanından gelene göre sizin gözünüze 1 saniye daha geç ulaşacaktır. Ancak bu sırada, araba ışık hızına yakın bir hızda ilerlediği için, öte yandan gelecek fotonun önünde artık bir engel yoktur. Sözün tam anlamıyla araba, fotonun yolundan çekilmiştir. 

1 saniye sonra araba sizin hizanızda olsun. Tabii ki siz bunu daha bilemezsiniz, çünkü henüz arabadan çıkan fotonlar gözünüze ulaşmadı. Eğer ki araba ışık hızına yakın bir şekilde hareket etmeseydi de, duruyor olsaydı, gerçek hayatta gördüğümüz gibi arabanın bize dönük olan yanını tam olarak görecektik. Ancak araba aşırı hızlı gidiyor olduğundan, yandan gelen fotonların yol arkadaşları vardır: arka tampona çarpan o tek foton, son saniyeyi arabanın genişliği boyunca ilerlemek için kullanmıştır. Dolayısıyla tüm fotonlar gözünüze ulaştığında, normal şekilde arabanın yan tarafını görmekle kalmaz, aynı zamanda arka tampondan gelen tüm fotonları da görürsünüz. Yani arabanın hem yanını, hem de arkasını aynı anda görebilirsiniz.

Bunu muhtemelen araba sanki bir anda bizden uzak tarafa doğru dönüp, bir miktar uzaklaşmış gibi algılardık. İşte buna Terrell-Penrose Dönüşü adı verilir. Tabii ki bu dönüş dolayısıyla cisimler kusursuz görünmezlerdi. Genel olarak göreceğiniz şey, arabanın yan tarafının tamamı ile arka tarafın bir kısmı olacaktır. Aynı zamanda garip, kübist bir görüntüsü de olacaktır. Sonuç olarak araba sanki dönmüş gibi gelecektir; halbuki araba başından beri sadece düz bir çizgide ilerlemektedir. İşte bu bir optik illüzyondur ve yalnızca ışığa yakın hızlardaki cisimlerde böyle bir olguya rastlanır.