ÖZEL GÖRELİLİK www.hayalkatibi.com.

... konulu sunumlar: "ÖZEL GÖRELİLİK www.hayalkatibi.com."— Sunum transkripti:

1 ÖZEL GÖRELİLİK

2 ÖZEL GÖRELİLİK Özel Görelilik Kuramı ya da İzafiyet teorisi, Albert Einstein tarafından 1905'te Annalen der Physik dergisinde, "Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine" adlı 2. makalesinde açıklanan ve ardından 5. makalesi "Bir cismin atıllığı enerji içeriği ile bağlantılı olabilir mi?" başlıklı makaleyle pekiştirilen fizik kuramıdır. Ayrıca bu teorinin ilk kez Galileo Galilei tarafından 1632'de bulunduğu, Albert Eintein tarafından bu kuramın 1905' te ve 1916'da geliştirildiği iddiaları da bulunmaktadır.[kaynak belirtilmeli] Göreliliğin Özel Teoremi 1905 yılında Albert Einstein tarafından "Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine" isimli yayınında ortaya atılmıştır. Teoreme göre, bütün var­lıklar ve varlığın fizikî olayları izâfidir. Zaman, mekan, hareket, birbirlerinden bağımsız değildirler. Aksine bunların hepsi birbirine bağlı izafî olaylardır. Cisim zamanla, zaman cisimle, mekan hare­ketle, hareket mekanla ve dolayısıyla hepsi birbiriyle bağımlıdır. Bunlardan hiçbiri müstakil değildir, Kendisi bu konuda şöyle demektedir: « Zaman ancak hareketle, cisim hareketle, hareket cisimle vardır. O halde; cisim, hareket ve zamandan birinin diğerine bir önceliği yoktur. Galileo'nin Görelilik Prensibi, zamanla değişmeyen hareketin göreceli olduğunu; mutlak ve tam olarak tanımlanmış bir hareketsiz hâlinin olamayacağını önermekteydi. Galileo'nin ortaya attığı fikre göre; dış gözlemci tarafından hareket ettiği söylenen bir gemi üzerindeki bir kimse geminin hareketsiz olduğunu söyleyebilir. » E=mc² Einstein'ın teorisi, Galileo'nin Görelilik Prensibi ile doğrusal ve değişmeyen hareketinin durumu ne olursa olsun tüm gözlemcilerin ışığın hızını her zaman aynı büyüklükte ölçeceği önermesini birleştirir. Bu teorem sezgisel olarak algılanamayacak, ancak deneysel olarak kanıtlanmış birçok ilginç sonuca varmamızı sağlar. Özel görelilik teoremi, uzaklığın ve zamanın gözlemciye bağlı olarak değişebileceğini ifade ederek Newton'ın mutlak uzay zaman kavramını anlamsızlaştırır. Uzay ve zaman gözlemciye bağlı olarak farklı algılanabilir. Bu teorem, madde ile enerjinin ünlü E=mc² formülü ile birbirine bağlı olduğunu da gösterir (c ışık hızıdır). Özel görelilik teoremi, tüm hızların ışık hızına oranla çok küçük olduğu uygulama alanlarında Newton mekaniği ile aynı sonuçları verir.

3

4 Teoremin özel ifadesiyle anılmasının nedeni, görelilik ilkesinin yalnızca eylemsiz gözlem çerçevesine uygulanış şekli olmasından kaynaklanır. Einstein tüm gözlem çerçevelerine uygulanan ve yerçekimi kuvvetinin etkisinin de hesaba katıldığı Genel Görelilik Teoremini geliştirmiştir. Özel Görelilik yerçekim kuvvetini hesaba katmaz ancak ivmeli gözlemcilerin durumunu da inceler. Özel Görelilik, günlük yaşamımızda mutlak olarak algıladığımız, zaman gibi kavramların göreli olduğunu söylemesinin yanı sıra, sezgisel olarak göreceli olduğunu düşündüğümüz kavramların ise mutlak olduğunu ifade eder. Birbirlerine göre hareketi nasıl olursa olsun tüm gözlemciler için ışığın hızının aynı olduğunu söyler. Özel Görelilik, c katsayısının sadece belli bir doğa olayının -ışık- hızı olmasının çok ötesinde, uzay ile zamanın birbiriyle ilişkisinin temel özelliği olduğunu ortaya çıkarmıştır. Özel Görelilik ayrıca hiçbir maddenin ışığın hızına ulaşacak şekilde hızlandırılamayacağını söyler. 11 Nisan 1905 yılında Albert Einstein tarafından açıklanmış esas olarak zaman ve uzayla meşgul olan ve onlara daha genel bir bakışla, fiziksel olayları açıklayan bir teori. Albert Einstein tarafından ortaya konan bu teori, Kuantum teorisi gibi yirminci yüzyılda fizikte önemli bir değişiklik meydana getirmiştir.

5

6 Özel izafiyet teorisi 1905 yılında Einstein şimdi “Özel İzafiyet Teorisi” diye isimlendirilen teoriyi ortaya koydu. Bu sanki birbirine zıt düşen iki kabule dayanmaktaydı: İzafiyet prensibi olarak bilinen düzgün hareketin izafi olması; Düzgün harekette ışığın hızı her doğrultuda aynı olması. Bu her iki postülat Michelson-Morley tarafından yapılan ve diğer deneylerle de gözlenmiştir. Buna göre ışık kaynağına yaklaşan veya ondan uzaklaşan için ışık hızları, her ne kadar kaynağa doğru koşan daha büyük bir ışık hızı beklerse de, aynıdır. Buna göre ışığa yetişmek için hareket eden bir kimseden, ışık kendi sabit hızı ile kaçacaktır. Sonuç olarak hiçbir cisim ışıktan hızlı hareket edemez. Genel izafiyet teorisi Düzgün hareket eden bir kimse, harekette olduğunu kendi aracında yapacağı deneylerle belirleyemez. Ancak, harekette ivme varsa, bu hareket eden tarafından hissedilir. Bu sonuçlar, 1907’den itibaren Einstein’ın dikkatini çekmişti: Neden sadece düzgün hareket relatif (izafi) ve ivme mutlaktı? Bunların yanında Newton’un kanunları yeni uzay ve zaman kavramıyla uyuşmamaktaydı. Bazı fizikçiler alışıla gelen yolu deneyerek bu uyuşumu sağlamaya çalıştılar. Einstein ise, kütle çekiminin ivme ile birleştirilmesi gerektiği kanaatindeydi.

7

8 ÖNGÖRÜLERİ Özel görelilik, kendi zamanı için inanılması güç pek çok öngörülerde bulunmuştur, bunlardan en önemlileri: Cisimler hızlandıkça zaman cisim için daha yavaş akmaya başlayacaktır, ışık hızına ulaşıldığında zaman durmalıdır. Cisimler hızlandıkça kinetik enerjilerinin bir kısmı kütleye dönüşür, durağan kütleye sahip cisimler hiçbir zaman ışık hızına erişemeyeceklerdir. Cisimler hızlandıkça hareket doğrultusundaki boyları kısalmaya uğrayacaktır. Özel görelilik, mantığımıza ve sağ duyumuza aykırı bir evren tanımladığından bilimciler 100 yılı aşkın bir süredir bunun doğruluğunu gözleri ile görmek ve bir açık bulmak umudu ile deneyler yapıp durmaktadırlar. Bu öngörülerin pek çoğu 1905'ten günümüze dek defalarca denenmiş ve doğru çıkmıştır: İçlerinde çok hassas atom saatleri taşıyan uçaklar değişik yönlere doğru değişik hızlarla hareket ettirilmiş ve saatlerin kuramın hesaplarına yeterince uygun olarak yavaşladığı/hızlandığı gözlenmiştir[1]. Zamandaki yavaşlamanın sadece saatte meydana gelmediğini, gerçekte yaşandığının kanıtı ilk olarak nötrino ve mü-mezon deneylerinde ortaya çıkmıştır. Güneşten dünyamıza gelen nötrino ve müonların ışık hızına çok yaklaştıkları (%99.5) için ömürlerinin (yaşam sürelerinin) Dünya'da üretilen durağan olanlara göre çok daha uzun olduğu görülmektedir[2]. Parçacık hızlandırıcılarındaki hızlandırma deneylerinde bugüne kadar kütlesi olan hiçbir cisim, atom veya elektron, ışık hızına çıkarılamamıştır. Hız arttıkça kütlesi de arttığı için ivmelendirilmesi zorlaşmaktadır.

9

10 Değişik gözlemciler Newton fiziğinde Galile dönüşümleri tarafından tanımlanmaktadır. Öncelikle belirli bir O olayı için (x,y,z,t) koordinatlarını kullanan bir R1 referans sistemi düşünelim. Aynı olayın başka bir gözlemci tarafından (x',y',z',t') koordinatlarıyla ifade edildiğini farz edelim (R2 referans sistemi). Eğer R2, R1 sistemine göre sabit bir hızla x ekseninde hareket ediyorsa gözlemlenen O için kullanacakları referans sistemleri arasındaki bağıntı şöyle olacaktır

11 Bu dönüşümler Newton'un mekanik yasalarına uygulandığında, yasalar formlarını korumaktadır. Fakat aynı şey Maxwell denklemleri için geçerli değildir. Maxwell denklemleri Lorentz dönüşümleri altında ancak formlarını koruyabilmektedir. Lorentz dönüşümleri Galile dönüşümlerinden farklı olarak şu şekildedir:

12

13 Ayrıca ters halleri: Ayrıca ters halleri Lorentz Dönüşümlerinde görüldüğü üzere iki gözlemci için aynı zaman betimlemesi geçerli değildir. Bu dönüşümlerde Einstein'ın Özel Görelilikle ortaya çıkardığı düşünce değişimi görülmektedir, yani farklı hızlardaki iki gözlemci aynı olay için farklı zaman değerleri ölçer. Bu dönüşümleri y ve z eksenlerinde de düşünüp yöney (vektör) gösterimi kullanılabilir. Bunun için konumu hıza paralel ve hıza dik olacak şekilde iki bileşene ayırabiliriz:

14

15 Bu dönüşümleri y ve z eksenlerinde de düşünüp yöney (vektör) gösterimi kullanılabilir. Bunun için konumu hıza paralel ve hıza dik olacak şekilde iki bileşene ayırabiliriz:

16 biçimine indirgenmiş olur.
Bu biçimde sadece hıza paralel bileşen olan dönüşüme uğrar. O hâlde, Lorentz dönüşümleri biçimine indirgenmiş olur.

17 DÖRT BOYUTLU UZAY ZAMAN
Minkovski uzayzamanı, özel göreliliğin dört boyutlu yapısını matematiksel olarak betimleyen geometridir. Bu geometride yöneyler (vektörler) dört bileşene sahiptir. Örneğin Öklid uzayında bir konum yöneyi olarak ifâde edilir. Özel görelilikte ise "uzayzaman"da bir "konum"u, daha doğru bir deyişle, bir "olay"ı ifâde etmek için dörtyöneyler kullanılır. Bu durumda dörtkonum yöneyi,

18                                                                                             olarak tanımlanır. Burada dördüncü bileşen olan zamanın ct şeklinde konulması sadece yöneyin her bileşeninin biriminin metre olması içindir. Çoğu kaynak c=1 seçerek daha sâde bir biçim verir. Aynı şekilde dörthız yöneyi de, hızın tanımındaolarak bulunur.

19

20 olarak tanılandığından, dörthız yöneyinin boyu
Bu uzayzamanda bir dörtyöneyin boyu olarak da hesaplanabildiğinden, bu iki sonuç birleştirilip her taraf ile çarpıldığında olarak bulunur. Yine, dörtmomentumun boyu Ayrıca dörtmomentumun boyu olarak tanılandığından, dörthız yöneyinin boyu gibi özel göreliliğin en önemli denklemlerinden biri elde edilmiş olunur

21

22 HAZIRLAYAN ÖZNUR DİLEK 10/D 979