Evrendeki zaman kavramı dünyadaki zaman kavramından farkı nedir?
Öncelikle dünyanın da evrenin içinde olduğunu anlamamız gerekli. Yani dünyaya özel bir durum yok. Zamandaki farklılık aşağıda değineceğim konular sayesinde çıkmaktadır. Zaman ile ilgili belli konulara değinmek istiyorum. Değineceğim konular tamamen sorduğunuz soru ile ilgili.
Işığın hızını tanımlayalım. Bize hep; Işığı boşluktaki hızı geçilemez denildi. Peki bunu nereden biliyoruz?
Newton göreliliğine göre örneğin v hızı ile giden bir araçtaysak ve dışarıya ışık tutarsak dışarı çıkan ışığın hızı dışarıdaki sabit gözlemciye göre c+v olmalıdır.
Maxvell kuramına göre ışık sinyalleri boşlukta ışık hızına eşit hızla yayılmalıdır. Yani ilerlemek için maddeye ihtiyaç duymaz.
19. Yüzyılda fizikçiler eter maddesinden bahsederler. Işığın yayılmak için bir maddeye ihtiyaç duyduğunu söylerler. Eter ise serbest uzayda bile bulunan bir madde olarak tanımlanmıştır. Eterin bir kütlesi olmamalıydı ve gezegenlerin hareketini etkilememeliydi (yani karanlık maddeden bahsetmiyorlar). Eğer v eterin yere göre bağıl hızı ise, rüzgarla aynı yönlü ilerlediğinde ışığın hızı c+v olmalıydı. Rüzgarla zıt yönlü ilerliyorsa ışığın hızı c-v olmalıydı.
Bunu ispatlamak için Michelson-Morley bir deney yaptı. Bu deneyin kanıtlamak istediği şey eterin varlığıydı. Yani ışık rüzgarla aynı yönde gidiyor ise ışığın hızı c+v olmalı, zıt gidiyorsa c-v olmalı. Fakat bu deneyde gözlemledikleri tek şey, ışığın hızının değişmemesiydi.
Bununla ilgili başka bir deney ise şöyledir: Dünyanın dönüş yönüne bir ışık atması gönderilmesi, ve tam tersi yönde bir ışık atması gönderilmesiydi. Bu deneyi yaptıklarında ışığın hızı her iki türlü de sabit kaldı.
Bu deneylere göre ışığın hızı değişmiyordu. Ortada bir eter madde yoktu. Maxvell haklıydı.
Peki bunları neden anlattım? Amacımız Einsteinin düşünce deneylerinden bir tanesini anlamaktı.
Bir tren düşünün. Bu trenin içinde bir gözlemci(x) ve dışında bir gözlemci(y) tanımlayalım. Tren bir hız ile sağa doğru ilerliyor. Bu sırada 2 tane şimşek çakıyor. Sağdaki şimşek(A) soldaki şimşek (B)
Bir şeyi görmek için o cisimden bize ışık yansıması gerekir.
Sağa doğru trenin içinde ilerleyen x gözlemcisine sağdaki A şimşeği, soldaki B şimşeğinin ışığından daha kısa sürede gelir. Çünkü mesafeler daha azdır.. Dolayısıyla önce A şimşeği çakmış, sonra B şimşeği çakmış gibi görür.
Y gözlemcisi tam ortada olduğu için A ve B şimşeğinin ışığını aynı anda görür.
Işık hızının değişmediğini biliyoruz.
Burada ortaya çıkan farklılığa göre şunu söyleyebiliriz; ‘’Zaman aralığı ölçümleri, ölçümün yapıldığı referans sistemine bağlıdır.’’ ‘’eşzamanlılık mutlak bir kavram olmayıp, gözlemcinin hareketine bağlıdır.’’ Yani her iki gözlemci de haklıdır. Buna göreliliğin eş zamanlılığı diyoruz.
Başka bir deney yapalım. Bir tren ilerlerken içeriden aynaya doğru lazer ışını gönderelim ve hareket süresini, aldığı yolu gözlemcilere göre nasıl değiştiğini görelim.
Trendeki gözlemci/trenin dışındaki gözlemcinin gördüğü /trenin dışındakine göre ışığın aldığı yol
2d=c.t’
t=dışarıdakine göre ışığın tekrar kaynağa döndüğü süre
t’=içeridekine göre ışığın tekrar kaynağa döndüğü süre
Üçgende Pisagor yaparsak
(c.t/2)²=d²+(v.t/2) ²
c².t²-v².t²/4=d²
t²(c²-v²)/4=d²
t²=4d²/c²-v²
t=2d/√c²-v²
t=2d/c√1-v²/c²
t=t’/√1-v²/c²
(Bu formülde bulduğumuz 1/√1-v²/c² ⋎(gama) sembolü ile gösterilir ve lorentz faktörü ile bilinir.)
Görüldüğü üzere hız arttıkça newtonun öngördüğü zaman sapıyor.
Daima t>t’ , buna göre hızlanan gözlemci, zamanın daha az geçtiği kanısına varır. Buradaki etki zaman genişlemesi olarak bilinir.
Dünyaya gelen kozmik ışınlar atmosferin alt katmanlarında atom çekirdeği ile etkileşmesi sonucu pionlar oluşmaktadır. Saçılan pionlar bozunarak müonlara dönüşürler.
Müonlar elektronunkine eşit yüke ve elektronunkinden 207 kez büyük bir kütleye sahip olan kararsız elementer parçacıklarıdır. Bu parçacıklar 2,2ʮs’lik bir ömre sahiptir. Müon ışık hızının %99,8 i kadarı bir hıza sahiptir. X=v.t formülüne göre müon başka parçacıklara bozunmadan önce yaklaşık 0,6km lik bir yol gidebileceklerini buluruz. Buna göre, oluştukları atmosferin yukarı kesimlerinden yere ulaşamazlar. Bununla birlikte deniz seviyesinde bu parçacıkları (10km yol aldıklarını) gözlemleyebiliyoruz.
Müonun ömrü dışarıdaki gözlemciye göre 34,8 ʮs olarak algılanır. Bunun sebebi zaman kaymasıdır. Yani zaman görecelidir.
Müonla aynı hızda giden bir gözlemci düşünelim. Artık müonun ömrü bize göre 34,8ʮs değil 2,2 ʮs oldu. Biz müonla aynı hızda gittiğimiz için tekrardan 0,6km yol aldığımızı gördük. Dışarıdaki gözlemci bizim 10km yol aldığımızı görür. Buradaki etki de uzunluk kısalmasıdır. Yani uzunluk ta görecelidir.
Zaman genişlemesi aynı zamanda büyük kütleli cisimlerin yakınında dolanırken de karşımıza çıkar.
Not:Bu 2 boyutlu gösterim, gösterimin ve işlemlerin kolay olması için yapılmıştır. Gerçekte evren 2 boyutlu değildir. Sağdaki gibi bükülür.
Bunu geometrik olarak, kara deliğe doğru radyal olarak hareket ettikçe zaman boyutunun "sıkıştığını" hayal edebilirsiniz. Bu daha sonra yerçekimi zaman genişlemesi dediğimiz etkiyle sonuçlanır. Zamanın evrensel bir kavram değil, genel görelilikte yalnızca bir koordinat olduğu gerçeğinden geliyor .
Bu anlattıklarıma göre zaman görecelidir ve gözlemciye göre değişebilir. Mutlak doğru yoktur.
