Einsitein'nın bilime katkıları

Einsitein'nın bilime katkıları

   Temmuz 03, 2008       Phys

---

Einstein’ın 1905’te Annalen der Physic’te yayımladığı “ Über die von der molekularkinetinhen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen” ( Durağan bir sıvı içindeki asıltı parçacıklarının Moleküler kinetik kuramı çerçevesindeki hareketleri üzerine ) başlıklı makalesi Brown hareketi üzerineydi. 1827’de İskoçyalı Robert Brown, su içinde asılı haldeki çiçektozlarını mikroskop altında incelemiş ve sıvının durgun olmasına karşın çiçektozlarının sürekli ve rastgele biçimde devindiğini gözlemişti. 1879’da ise İngiliz kimyacı Sir William Ramsay, bu hareketlerin, sıvı moleküllerinin bombardımanından kaynaklandığını ileir sürmüştü. Einstein, istatistiksel yöntemle gerçekleştirdiği çalışmalarının soncunda Brown hareketi yapan bir parçacığın katedeceği uzaklığın, bu aradaki zamanın kareköküyle ters orantılı olduğunu belirledi ve birim hacimdeki sıvı moleküllerinin sayısının hesaplanabileceğini gösterdi.

Einstein’ın kuvantum fiziği alanındaki ilk önemli çalışması ise, fotoelektrik etkiyi incelediği ve 1905’te Annalen der Physic’te yayımladığı “ Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt” ( Işığın oluşumu ve dönüşümü üzerine bir görüş ) başlıklı makalesidir. Kara cisim aşınması üzerine çalışan Alman fizikçi Max Planck, enerjinin süreksiz olduğu varsayımını ortaya atmış, ve atomlar arasındaki enerji alışverişinin, ışımanın frekansıyla doğru orantılı olarak ve kuvantum adını verdiği enerji paketleri biçiminde gerçekleştiğini öne sürmüştü. Einstein ise ışığın dalga ve parçacık özelliğindeki ikili yapısını vurgulayarak, bu kesikli enerji alışverişinin, ışığın maddeyle etkileşime girdiği her durumda geçerli olduğunu savundu. Fotoelektrik olayında, üzerine ışık düşen bazı cisimlerin elektron salması olgusunu da, daha sonraları foton olarak adlandırılan bu ışık enerjisi kuvantumlarıyla açıkladı.

İnsanlık tarihinin en yaratıcımzekâlarından oduğu daha sağlığında kabul edilen Alman asıllı ABD’li fizikçi. 20. Yüzyılın başlarında geliştirdiği kuramlarıyla ilk kez kütle ile enerjinin eşdeğerliliğini kanıtlamış, ayrıca uzay, zaman ve kütleçekimi üzerine tümüyle yeni düşünme yolları önermiştir. Özellikle görelilik ve kütle çekimi kuramları, Newtondan sonra fizik alanında yeni bir çığır açmış, bilimsel ve felsefi araştırmaları baştan aşağı değiştirmiştir. 1921’de Nobel Fizik Ödülü’nü almıştır.

Einstein’ın gene 1905’te yayımladığı özel görelilik kuramına ilişkin “ Zur Elektrodynamik bewegter Körper” ( Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği) adlı makalesi, elektro magnetik olguları açıklayan Maxwell yasalarına yeni bir bakış açısı getiriyordu. 19. Yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik bir dalga özelliği taşıdığı ve uzaydaki hızının da saniyede yaklaşık 300,000 km olduğu görüşü ağırlık kazanmıştı. Bu dalgaların boşlukta ilerleyebilmesini sağlayan ve madde dışındaki tüm boşluğu dolduran “esir” ya da “eter” adlı ağırlıksız esnek bir ortamın da var olduğu kabul ediliyordu. Ama, esirin varlığını kanıtlamak için yapılan tüm deneyler ve yeni varsayımlara dayalı olarak gerçekleştirilen tüm deneyler olumsuz sonuç veriyordu. Einstein, fizikte devrim yapan makalesinde iki nokta arasında yol alan ışığın hızının nasıl belirleneceği sorunundan yola çıktı. Bu amaca yönelik olarak postula niteliğinde iki temel ilke geliştirdi. Bunlardan birincisine göre, mekanik denklemlerin geçerli olduğu her başvuru sisteminde, elektrodinamik ve optik için de ayni yasalar geçerliydi. Öteki ilke ise, ışığın, kendisini yayan cismin hareketinden bağımsız olarak boşlukta her zaman aynı hızla yol aldığı niteliğindeydi. Bu ilkelerden de, birbirine göre hareket halinde olan iki gözlemcinin, hızları sabitse, iki ayrı yerde gerçekleşen iki olay arasındaki süreyi aynı biçimde değerlendiremeyecekleri sonucunu çıkardı. Gözlemcilerden biri, bu iki olayı aynı anda yani eş zamanlı olarak gördüğünde, ötekinin olayları belirli bir zaman aralığıyla gözlemesi gerekiyordu. Eşzamanların göreliliği denilen bu olgunun nedeni, olayların gerçekleştiğine ilişkin en hızlı belirti olan ışığın hızının, her iki gözlemci içinde aynı ve sonlu olmasıydı.

Einstein’ın gene 1905’te Annalen der Physic’de yayımlanan “Ist die Trägheit eines Körpers vonseinem Energieinhalt aphängig?” ( Bir Cismin Eylemsizliği Enerji İçeriğine Bağlı mıdır? ) başlıklı makalesi, özel görelilik kuramına düştüğü matematiksel bir dipnoy özelliği taşıyordu. Bu yazısında, bir cismin kütlesi ile enerjisinin eşdeğerli olduğunu ve bu enerjinin (E) cismin kütlesi (m) ile ışık hızını (c) karesinin çarpımına (E=m.c²) eşit olduğunu belirtiyordu. Buna göre bir cismin hızı arttıkça kütlesinin artmasının nedeni, o cismin kazandığı kinetik enerji idi. Her enerjinin bir kütlesi vardı ve kütle ya da madde bir enerji biçimiydi. Bu nedenle de kütle ve enerji, aynı şeyin iki değişik biçimde ortaya çıkışını simgeleyen eşdeğerli iki kavramdı.

Einstein’ın özel görelilik kuramı, deneyle ve gözlemle saptanmamış ve yalnızca amaca uygun olarak geliştirilen, mutlak uzay, mutlak zaman esir ve eşzamanlılık gibi kavramların fizikten çıkartılmasına yol açmıştı. Özel görelilik kuramıyla varılan uzunluk kısalması, saat yavaşlaması ve kütle artması gibi sonuçlar, önce sağ duyuya aykırı bulunduysasda, daha sonraki araştırmalar bu kuramın geçerliliğini kanıtladı.

Einstein 1907 ve 1911’de özgül ısılar üzerine gerçekleştirdiği çalışmalarla, bir kıtadaki tüm moleküllerin özdeş frekansla titreşim yaptığını ve bu titreşimlerin kuvantumlu olduğunu varsayarak, düşük sıcaklıklarda özgül ısının sıcaklıkla nasıl değiştiğini açıkladı. 1912’de ise, ışık indüklenen bir kimyasal tepkimede yer alan her molekülün, tepkimeye yol açan ışınımdan bir kuvantum soğurduğunu belirledi.

Einstein, çalışmalarının asıl ağırlığını, görelilik kuramını daha genel bir çerçeveye yerleştirme çabası üzerinde yoğunlaştırmıştı. Bu amaca yönelik olarak, gözlemcilerin birbirlerine göre sabit değil, değişen hızlarda yani ivmekli olarak hareket ettikleri durumda ortaya çıkan olayları araştırmaya girişti ve elde ettiği kuramsal bulguları 1916’da, Annalen der Physic’te “Die Gurundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie” (Genel Görelilik Kuramının Temelleri) başlıklı makalesinde yayımladı. Bu kurama göre, uzaydaki herhangi bir noktada kütle çekimi ile hızlanma hareketinin etkileri eşdeğerdir ve birbirinden ayırt edilmez. Bu postula, kütle çekiminin bir kuvvet değil, uzay-zaman süreyinde, bir kütlenin etkisiyle oluşan eğrilmiş bir alan olduğunu öngörür. Bu nedenle, büyük kütlelerin yakınından geçen kuvantumlu ışık ışınlarının doğrultusunda bir sapma ortaya çıkar. Genel görelilik kuramı yalnız Newton’un fiziğinden değil eukleidesçi geometriden de kopuşu simgeliyordu ve dört boyutlu uzay-zaman yerine “eğri” bir uzay-zaman tanımı getiriyordu. Einstein’ın yeni denklemleriyle, Merkür gezegeninin günberi noktasında ortaya çıkan şaşırtıcı düzensizlikleri ve daha güçlü kütle çekimi alanlarında bulunan yıldızların, tayfın kırmızı ucuna daha yakın ışık yaymalarının nedenini açıklamak olanaklı duruma geldi.

Einstein, genel görelilik kuramını everenin bütününe uygulayarak sonlu ve sınırsız bir evren modeli kurdu ve bunun matematiksel yapısını geliştirdi. Ama 1929’da ABD astrononom Edwin Powell Hubbule, gerçekleştirdiği gözlemlerle, uzak gökadaların ışığının kırmızıya kaydığını, buradan kalkarak da bunların Yer’den uzaklaştığını ortaya koydu. Böylece, genişleyen evren modeli Einstein’ın durağan modelini geçersiz kıldı.

Einstein, yaşamının sonuna değin elektromagnetik alan ile kütle çekimi alanını bir tek denklemler kümesinde birleştirerek bir birleşik alan kuramı geliştirmeye çalıştıysada, bunda başarılı olamadı.

Einstein, gençlik yıllarında Avusturyalı fizikçi ve filozof Ernst Mach’ın etkisindee kalmıştır. Fiziğin matefizikten arındırılması gerektiğine, doğanın anlaşılabilir olduğuna, rastlantısal olguların daha derin ve kapsayıcı kurumlar çerçevesinde belirlenimci (determinist) yorumlarla açıklanabileceğine inanıyordu. 1925’e değin kuvantum mekaniğinin en yaratıcı sonuçlarını ortaya çıkaran kendisi olduğu halde, özellikle Heisenberg’in belirsizlik ilkesini öne sürmesinden sonra bu alandaki gelişmelere karşıt bir tutum içine girdi. Schrödinger’in dalga denkleminin neyi temsil ettiği üzerine Bohr, Heisenberg, Born gibi bilginlerle yaptığı tartışmalar bir uzlaşmayla sonuçlanmadı ve Einstein yeni akımın dışında yalnız kalarak kendi çalışmalarını yürüttü. Bu tartışmalarından birinde şöyle yazmıştı: “ Bilimden beklediklerimiz açısından birbirimize karşıt kutuplarda toplandık. Siz (Bohr), zar atan bir tanrıya, bense gerçek nesneler olarak var olan şeyler dünyasındaki yetkin yasalara inanıyorum”…

Einstein’ın 1905’te Annalen der Physic’te yayınladığı beş makalesinin dışındaki başlıca yapıtları, gene ayni dergide yayımlanan “Zur Theorie der Brownischen Bewegung” (1906; Brown Hareketi Kuramı Üzerine),”Zur Theorie der Lichterzeugung und Lichtabsorption” (1906; Işık Salımı ve Soğurumu Kuramı Üzerine), “Plancksche Theorie der Strahlung und die Theorie der spezifischen Wärme” (1907; Işınımın Planck Kuramı ve Özgül Isı Kuramı),”Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie” (1916;Genel Görelilik Kuramının Temelleri) ile Zeitschrift für Mathematik und Pyhysic’te (Matematik ve Fizik Kuramı) yayımlanan “Entwurf einer verallegemeinerten Relativitätstheorie und einer Theorie der Gravitation” (1913; Bir Kütle Çekimi Kuramı ve Genelleştirilmiş Görelilik Kuramına Bir Gönderme ),Hysikalische Zeitscerift’te “Quantentheorie der Strahlung” (1917; Işınımın Kuantum Kuramı), Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften’de (Prusya Bilimler Akademisi Oturum Tutanakları), “Quantentheorie des einatomigel idealen Gases” tir. ( 1924; Tek Atomlu İdeal Gazların Kuvantum Kuramı ). Ayrıca relativity, the Special and the General Theory : A Popular Exposition ( 1920; İzafiyet Teorisi, 1976) ve L. Infield ile birlikte The Evolution of Physics ( 1938; Fiziğin Evrimi, 1972) adlı yaptlarını yayımlamıştır.