Albert Einstein’ın Çığır Açıcı Buluşları

1955’teki ölümünün üzerinden geçen onca zamana rağmen, Einstein’ın çığır açıcı buluş ve düşünceleri insanlığı etkilemeyi sürdürüyor. Times dergisi, 1999 yılında Einstein’ı “Tüm zamanların en büyük bilim insanı” ilan etti. Peki, bu payeyi hak etmek için ne yapmıştı?

Esasında Einstein’ın fikirleri 20. yüzyıl bilimiyle öylesine iç içe geçmiştir ki, onun adını anmadan hiçbir önemli bilimsel kavramdan bahsetmek mümkün değildir. Genelde E=mc² formülüyle tanınsa da bilime her alanda yaptığı katkılar devrim niteliğindedir.  Eleştirileriyle ve hatta yanılgılarıyla bile fiziğin ilerlemesine katkıda bulunmuştur.

Kişisel yaşamı, siyasi görüşleri, felsefesi, etnik kökeni veya kişiliği hakkında birçok şey yazılmıştır. Her insan gibi zayıf yönleri, eleştirilebilecek davranışları olsa da bilimsel düşüncenin ve hayal gücünün doruklarında olduğunu defalarca kanıtlamıştır.

Şimdi onun çalışmalarına kısaca bir göz atalım:

Atomların Gerçekten Var Olduğunu Kanıtladı

Einstein’dan önce atom kuramı zaten vardı. Demokritos, Dalton, Lavoisier gibi isimler atoma dair oldukça doğru kuramlar geliştirmişti. Ancak, gözle görülemeyen bu parçacıkların gerçekten var olduğuna inanmayanlar da çoktu. Sonunda bilim camiasını ikna eden kişi Einstein oldu. Einstein, bir sıvı içinde asılı zerrelerin hareketini (Brown hareketi) istatistik yasalarıyla inceleyerek bu hareketin ancak daha küçük zerrelerin bombardımanı ile açıklanabileceğini matematiksel olarak gösterdi.

Bundan sonra bilim insanları, atomun varlığını kabul etmek zorunda kaldı. Esasında güneşin vurduğu bir penceredeki toz zerrelerini izleyen herkes Brown hareketine dair bir fikre sahiptir. Toz zerrelerinin durmaksızın hareket ettiren şey nedir? Bu soruyu iki bin yıl önce Demokritos da sormuştu. Aynı soruyu bir ilkokul çocuğu da sorabilir. Ancak Einstein zerrelerin hareketini analiz ederek hareketlerini istatistik yasalarıyla izah etti. Sonuç: Bu şekilde hareket etmelerine çok sayıda küçük parçacığın (atomlar) çarpışması neden oluyordu.

Fotonun Varlığını Kanıtladı

Newton, ışığın parçacık olduğu fikrindeydi. Ancak sonradan Young, Huygens gibi bilim insanları bu fikre katılmadı. Işığın dalga doğasına dair kanıtların çokluğunu ileri sürerek dalga kuramını geliştirdiler. Dalga kuramının doğru olduğuna dair birçok kanıt gösterdiler (girişim, kırınım vb.). Sonunda kimse ışığın bir dalga olduğundan şüphelenmez hale geldi. Ta ki Einstein ışığın metal yüzeyinden elektron koparması (fotoelektrik etki) olayını açıklamak için tartışmalı kuantum fikrine (enerjinin öbekli yapıda olması) başvurana değin.

Einstein, ışığın saf enerji olduğunu ve topaklı bir yapıya sahip olması gerektiğini söylüyor ve bu iddiasını matematiksel olarak ispatlıyordu. Einstein’ın bu çalışması sonucunda fotonun (ışık parçacığı) varlığı kabul edildi. Ancak uzunca bir süre bilim insanları dalga fikrinden vazgeçmekte zorlandı. Işığın tanecikli yapısı sanki herkesi hayal kırıklığına uğratmış gibiydi. Einstein, bu çalışmasından dolayı Nobel Fizik ödülüne layık görüldü.

Kuantum Kuramının Öncüsü Oldu

Einstein’ın fotonun varlığını kanıtlamak amacıyla yaptığı çalışmalar, Kuantum Kuramının kabul görmesini sağladı.

Kaderin bir cilvesi olarak Einstein, daha sonra yanlış olduğunu göstermek için epeyce uğraşacağı Kuantum Kuramının kurucu babaları arasında yer aldı.

Özel Görelilik Kuramını Geliştirdi

Einstein özel görelilik kuramıyla ışık hızının -kim ölçerse ölçsün- aynı çıkması gerektiğini, yani evrensel bir sabit olduğunu göstermiştir. Işık hızının tüm gözlemciler için aynı olmasının derin sonuçlarından biri, zamanın hareketine göre kişiden kişiye farklı akmasıdır.

Ayrıca eş zamanlılık diye bir şeyin olamayacağı da ortaya çıkmıştır. Yani A ve B olayları kimi gözlemcilere göre aynı anda olurken, kimi gözlemciye göre A olayı önce, kimisine göre de B olayı önce olabilirdi.

Işığın Boşlukta Yayıldığını Kanıtladı

Einstein’dan önce ışığın boşlukta yayılamayacağı fikri hakimdi. Tıpkı sesin havada yayılması gibi tüm uzayı dolduran esir adlı bir ortamın varlığına inanılıyordu. Işıksa ortam içindeki titreşimlerdi.

Einstein, Maxwell’in çalışmalarını ve Michelson-Morley’in deneylerini analiz etti ve esirin var olamayacağı sonucuna vardı. Işığın yayılması için fiziksel bir ortama (esir) ihtiyaç yoktu.

Evrende Etki Hızının Sabit Olduğunu Kanıtladı

Uzay-zamanda bir olayın bir başka olayı etkileme hızına etki hızı denir. Hiçbir olay, bir diğer olayı bundan daha hızlı bir şekilde etkileyemez. Evrende bir haberin A noktasından B noktasına ulaşması etki hızından önce gerçekleşemez.

Zaten ışık da bu nedenle kendi hızında ilerlemektedir. Kütlesiz olduğu için ulaşabileceği son hız ışık hızıdır (etki hızı).

Kütle ile Enerjinin Eşdeğerliği

Einstein, kütle ile enerjinin aynı şey olduğunu, daha doğrusu kütlenin yoğunlaşmış enerji olduğunu keşfetti. Buna göre kütle, enerjiye dönüştürülebilir. (Tersi de mümkündür.) Atom bombasında ortaya çıkan muazzam enerjinin kaynağı, ortadan kaybolan az bir miktar kütledir. Kütle yok olursa, karşılığında dehşet miktarda enerji oluşacaktır. (E=mc² formülü bunu ifade eder.)

Aynı şekilde hız kazandıkça kütle de kazanırız. Günlük olaylarda bu farklar pek önemli değildir, ancak CERN gibi hızlandırıcılarda yapılan deneyler, hızlı protonların yavaş protonlardan ağır olduklarını kanıtlamıştır.

Hareket Ederseniz Uzun Yaşarsınız

Einstein’ın özel görelilik kuramının bir diğer garip sonucu da ışık hızına ne denli yaklaşırsanız, saatlerinizin o denli yavaşlamasıdır. Elbette siz bunu fark edemezsiniz, ama dışarıdan bakanlar fark edecektir. Bu olayın gerçek olduğu, uzay boşluğundan dünyanın atmosferine giren aşırı hızlı müonların laboratuvardaki yavaş müonlardan daha uzun ömürlü olmasıdır.

Ayrıca bu durum göz önüne bulundurulmazsa GPS cihazlarımız konumunuzu belirlemede birkaç yüz metre hata yapacaktır.

Lazer

Einstein, uyarılmış ışınım kavramını lazerin keşfinden kırk yıl önce ortaya attı. Uzun süre kimse Einstein’ın bu fikrini denemeye teşebbüs etmedi, ama sonunda biri çıkıp da denediğinde, lazerlere sahip olduk. Sonuç olarak Einstein haklıydı.

Enerjiye doyurulmuş atomlardan oluşan bir madde, lazer denen eş fazlı ve eş yönlü ışık yayma yeteneği kazanıyordu. Bütün bunlar kuantum kuramının bir sonucu olarak ortaya çıkmıştı. Bu fikri kuantum denklemlerin içinde keşfeden kişi de Einstein olmuştu.

Işık Bükülebilir

Einstein ışığın kütle çekimden etkilenerek büküleceğini keşfetti. Bu keşfi daha sonra bir güneş tutulması sırasında test edildi. Gerçekten de Güneş’in ağır kütlesinin yanından geçen yıldız ışığı bükülüyordu.

Bunun sonucu olarak da Güneş’e yakın yıldızlar, olması gereken yerde değil de Güneş’e daha yakın görünüyorlardı. Eddington tarafından yapılan bu gözlem, Einstein’ın tüm dünyada ünlenmesini sağladı.

Uzay Eğridir

Uzayın, Eucleides ve eski geometricilerin sandığı gibi düz olmadığını, tersine eğri bir yapısı olduğunu Einstein keşfetmiştir.

Zamanın kendisi de eğridir. Ancak Einstein uzay ve zamanı ayrı iki varlık olarak değil, tek bir varlık olarak birleştirmiş ve adını da Uzay-zaman koymuştur.

Uzay-zaman Kavramı

Dört boyutlu uzay-zaman kavramı, o güne değin kabul edilen mutlak uzay ve mutlak zaman kavramına son vermiştir. Einstein’a göre hiçbir şey kendisi etkilenmeden evrendeki bir şeyi etkileyemez. Buna uzay ve zaman da dahildir.

Günümüzde uzay-zaman, tıpkı bir kumaş parçası gibi, gerilebilen, bükülebilen ve yırtılarak parçalanabilen bir yapı olarak düşünülmektedir.

Genel Görelilik

Einstein, ivme ile kütle çekimin aynı şey olduğunu keşfetti ve buna eşdeğerlik ilkesi dedi. Genel görelilik kuramı, uzay-zamanın eğriliği ve kütle çekimin aynı şey olduğunu iddia eder.

Buna göre kütle uzayı büker, uzay da kütlenin hareketini belirler. Işık ışınlarının kütleli cisimlerin yanından geçerken eğrilmesini de buna borçluyuz. Madde ile eğrilip bükülmüş uzay ve zaman içinde düz çizgilerle hareket ediyoruz, ama dışardan bakıldığında yörüngeler içinde hareket ediyor görünüyoruz.

Merkür’ün Tuhaf Hareketini Açıkladı

Einstein’ın kütle çekim kuramı, o güne değin açıklanamamış olan Merkür gezegeninin tuhaf hareketlerini mükemmel biçimde açıklamıştır.

Newton kuramları Merkür için yanlış sonuç veriyordu, oysa Einstein’ın denklemleri gözlenen hareketlerle birebir uyuşmaktaydı.

Kütle Çekim Merceklerini Açıkladı

Derin uzay teleskoplarıyla zaman zaman aynı galaksinin birden fazla görüntüsünü görürüz. Adeta gökyüzünde devasa mercekler varmış da galaksilerin görüntülerini çarpıtıyormuş gibi görünürler. Günümüzde buna “Einstein Mercekleri” denmektedir.

Einstein, gerçekten de evrende dev kütle çekim mercekleri (devasa kütleye sahip yapılar) bulunduğunu kanıtladı. Bu merceklerin etrafında bükülen ışık, bazı galaksilerin ışığını daha da parlaklaştırıyor ve çoğaltıyordu.

Karanlık Madde

Bugün Einstein mercekleri ve denklemleri üzerinde yapılan çalışmalar sayesinde uzayda görünmeyen karanlık maddenin var olduğunu biliyor, hatta miktarını hesaplayabiliyoruz.

Kara Delikler

Einstein’ın genel görelilik kuramından çıkan sonuçlardan biri de evrende kara delik denen yapıların var olması gerektiğiydi.

Günümüzde kara deliklerin varlığından eminiz. Üstelik bazılarının fotoğrafı bile çekilmiştir.

Genişleyen Evren

Einstein, genel görelilik denklemlerinin uzayı genişlemeye zorladığını fark edince paniğe kapılmıştır. Kendi denklemleri ona uzayın sabit olamayacağı, genişlemesi gerektiğini söylemiştir. Ama Einstein buna inanmadı. Sırf statik bir evren sonucu versin diye denklemlerine kendisinin kozmik sabit dediği bir faktörü ekledi.

Sonradan Hubble, uzayın gerçekten de genişlediğini gösterince Einstein kozmik sabit için “en büyük hatamdı” dedi. İşin garibi, bugün Einstein’ın yanılmadığı, tersine evrenin genişlemesini sağlayan karanlık enerjinin kozmik sabitle aynı şey olduğu sanılmaktadır.

Nükleer Enerji ve Atom Bombası

Einstein doğrudan doğruya ne bomba yapımından ne de nükleer santrallerin geliştirilmesinden sorumludur. Ancak, Amerika’nın Almanlardan önce bombayı yapması için (Manhattan Projesi) Başkan Roosevelt’e mektup yazmıştır.

Ayrıca, bombanın çalışma prensibi olan kütlenin enerjiye dönüşmesi kavramı da Einstein’a aittir.

Bose-Einstein Yoğunlaşması

Einstein, maddenin çok özel bir durumu olan Bose-Einstein yoğunlaşmasını keşfedenlerden biridir (diğeri Pakistanlı bir fizikçi olan Bose’dur.)

Süper iletkenler ve süper akışkanlar denen özel yapılar, Einstein’ın fikirlerinin sonuçlarıdır.

Dolanıklık

Kuantum bilgisayarlarının temeli olan dolanıklık fikri de Einstein’a aittir. Esasında kendisi Kuantum Kuramını çürütmeye çalışırken Bohr ile yaptığı bir tartışmada, Bohr’u mat etmek için dolanıklığın imkânsız olduğunu ileri sürdü. Einstein’ın önceki saldırılarına gayet güzel cevaplar veren Bohr, dolanıklık konusunda sessiz kaldı.

Günümüzde Einstein’ın haklı olmadığı, dolanık parçacıkların gerçekten var olduğu kanıtlanmıştır. (2023 yılı Nobel fizik ödülü bu konuyla ilgili yapılan çalışmalarından dolayı bir fizikçiye verilmiştir.) Ancak işin ilginç tarafı, dolanıklık kavramını ortaya atanın Einstein olmasıdır.

Kozmoloji

Genel görelilik kuramı büyük çapta kozmolojinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Artık evrenin bizzat kendisi bir matematiksel denklem gibi ele alınmakta, bu denklemin çözümleri ile evrenin doğuşunun ve yok oluşunun gizemi aydınlatılmaya çalışılmaktadır.

Bu büyük bilim insanın çalışmaları tıpkı bir sabun gibi, üzerinde konuştukça köpüren, baş döndürücü bir zenginliğe sahiptir. Yazarın bilgisi, konuları daha derin biçimde ele almaya yetmeyecektir. Son olarak Einstein’a ait şu derin iç görüleri de paylaşalım:

1. Hiçbir şey kendisi etkilenmeden evrendeki olguları etkileyemez, hiçbir şeyin mutlak dokunulmazlığı yoktur. Buna uzay ve zaman da dahildir.
2. Evren yasaları gözlemciden bağımsızdır. Hiçbir gözlemcinin özel bir konumu yoktur. Bir gözlemci için geçerli olan, bir başkası için de aynen geçerlidir. Eğer ışık hızını her yönde sabit ölçüyorsam, ışık hızında giden bir gözlemci de aynı şekilde ölçmelidir. Bu ilke, özel görelilik kuramını doğurmuştur.