DENKLİK İLKESİ İLE İLGİLİ BAZI ÇIKARIMLAR

 

 Işık o kadar hızlı hareket eder ki, yerçekiminin etkisi altında Dünya'nın sapması fark edilemeyecek kadar küçüktür. Sapma, yalnızca Güneş gibi büyük nesneler için ölçülebilir bir değere ulaşır. Güneş için bile eğim açısı 1/2000 derecedir. Küçük bir açıdır, ancak hassas aletlerle kolayca ölçülebilir.  İngiliz astrofizikçi Sir Arthur Eddington, Einstein'ın tahminlerini test etmek ve Güneş'in yakınından geçerken diğer yıldızlardan  ne kadar ışığın saptığını ölçmek için 1919  tutulmasını  kullandı. Alınan ölçümler, çok yakın da olsa bu öngörüyü destekledi. Einstein'ı aniden dünyaca ünlü yapan bu sonucun yayınlanmasıydı. 

 Bugün yapılan modern ölçümlerden sapmaları belirlemek için güneş tutulmasını beklemek zorunda değilsiniz. Yüksek çözünürlüklü radyo antenleri, kuasar radyo dalgalarının Güneş'e yaklaştıklarında saptığını algılayabilir, bu da görelilik teorisiyle tutarlıdır. Işığı yerçekimi ile yolundan saptıran büyük nesneler yerçekimi merceği gibi davranır. Örneğin, çok uzaktaki nesnelerden gelen ışık, büyük gökada gruplarının yakınından geçerken aynı tür sapmalara maruz kalır. Bazı durumlarda, aynı kaynaktan gelen iki veya daha fazla ışık demeti Dünya üzerinde kesişir. Bu durumda, aynı kaynaktan birden fazla görüntü oluşturulur. Kütleçekimsel merceğin oluşturduğu çoklu görüntülere sahip olduğu bilinen birçok gök cismi vardır. Nadir durumlarda, kaynak doğrudan merceğin arkasında olduğu için dairesel bir görüntü ortaya çıkar.

  Bu tür örnekler görelilik teorisini test etmek için kullanılamaz. Ancak ışığın sapma açısını ölçerek, mercek etkisi yaratan nesnelerin kütlesini belirlemek mümkündür. Örneğin, bu yöntemle galaksilerin kütlesinin çoğunun karanlık maddeden oluştuğunu anlıyoruz. 

 Yatay olarak hareket eden ışığın yerçekimi etkisiyle yolundan saptığını biliyoruz. Ama yere dik, dikey olarak hareket eden ışığa ne olur? Eşdeğerlik ilkesi bize bu durumda  ışığın renginin de değişeceğini söyler. Ama önce bu sonuca ulaşmayı mümkün kılan Doppler etkisinden bahsedelim. 

 Dalganın frekansının kaynağın hızına ve bu dalgayı üreten algılayıcı nesnenin hızına bağımlılığına Doppler etkisi denir. Belli bir frekansta dalga üreten bir kaynak bize yaklaşırsa, dalganın frekansının arttığını yani dalga boyunun azaldığını görüyoruz. Tersine,  kaynak bizden uzaklaşırsa, şimdi frekansının azaldığını görüyoruz. Otoyol kenarında duyduğumuz trafik gürültüsü tipik bir Doppler etkisidir. İnce seslerin yüksek frekansları olduğunu unutmayın. Bir araba bizden uzaklaştığında daha yüksek bir ses duyarız ve araba bizden uzaklaşıp uzaklaştıkça daha yüksek bir ses duyarız.  

 Işık da bir elektromanyetik dalgadır. Görünür ışık için mavi  en yüksek frekansa, kırmızı ise en düşük frekansa sahiptir. Bu nedenle bizden uzaklaşan cisimlerden gelen ışığın rengi kırmızıya döner. Tersine, kaynak bize yaklaşırsa rengi maviye döner. Işık hızı çok büyük olduğu için günlük hayatımızda böyle bir renk değişimini fark edemeyiz. 

 Görelilik ilkesine göre, ışıktaki Doppler etkisi sadece  kaynağa göre hızımıza bağlıdır. Yani, durduğumuzda ve kaynak bizden uzaklaştığında kırmızıya kayma miktarı meydana gelir, kaynak durduğunda ve biz uzaklaştığında aynı miktarda kırmızıya kayma meydana gelir. Şimdi yerden gelen ışığın renginin neden kırmızıya döndüğünü görmek için bir roketi hızlandırırken aynı sürece  bakalım. İlk başta, roket sabittir. Bu noktada roketin zemininden belirli bir frekansta (yani belirli bir renkte) bir ışık yayılır. Işık tavana çarptığında roket bir miktar yukarı doğru hızlanacaktır. 

 Bu ışık ilkel bir kaynaktan gelir. Ancak yolculuğunun sonunda, bu kaynağa göre geri adım attığı bir noktaya geldi. Başka bir deyişle, kaynak sabittir, ancak gözlemci hareket eder. Bu nedenle, tavandaki bir gözlemci ışığı algıladığında, renginin biraz kırmızıya döndüğünü görecektir. 

 Roketleri içeren aynı sürece  bakarsak, ışığın renginin yükseldikçe sürekli kırmızıya dönüştüğünü görürüz. Tabii ki, aynı sonuç yerçekimi için de geçerlidir. Bu etki "yerçekimi kırmızıya kayma" olarak bilinir.

  Işık ters yönde yani aşağı doğru giderse rengi maviye döner. 

 Doğal ışığın renk değişimi Dünya'da oldukça zayıftır. Dünyanın yaydığı ışık kalıcı olmasına rağmen frekansı  milyarda bir oranında azalır. Güneş yüzeyinden yayılan ışığın frekansı sadece 500.000'de 1'dir. Bununla birlikte, genel göreliliğin bu tahmini, Dünya'da deneysel olarak test edilmiştir. 1960'ların başında Harvard Üniversitesi'ndeki bazı fizikçiler, 20 metre yükseklikte seyahat eden ışığın çok küçük bir kırmızıya kayma hızına (çeyrek milyarda bir) maruz kaldığını belirlediler ki bu teori teoriyle tutarlıdır. 

 Yerçekimi kırmızıya kayma ayrıca bize bir apartmanın üst katlarındaki saatlerin alt katlardaki saatlerden daha hızlı çalıştığını söyler. Nasıl olduğunu açıklamak için biraz abartılı bir örnek vereceğiz. Diyelim ki müteahhitlerimiz çok büyük  bir gök cismine iki katlı bir ev yapmayı başardılar. Buradaki yerçekimi etkisi o kadar büyüktür ki, alt seviyeden üretilen ışık üst kata ulaştığında frekansı  yarıya iner. Ayrıca altta 1 Hertz  ışık yapalım, yani saniyede gönderilen ışık dalgasının bir zirvesi (bu açıkça görünür ışık değil, ama  o kadar da önemli olmamalı). sonuçlar için). Işık üst aşamaya ulaştığında frekansı yarım Hertz olacaktır. Yani alt kısımda her saniye bir ani yükselme oluşturuyoruz, ancak üst kısımda her iki saniyede bir ani yükselme olarak sayılıyor. 

 Yani ardışık iki dalga tepe noktası arasında geçen süre alt kademede 1 saniye, üst kademede 2 saniye olarak ölçülmektedir. Yani üst kattaki saat iki kat hızlı çalışmalı. Genel bir kural olarak, yerçekimi alanında daha yüksekte bulunan saatler, aşağıda bulunan saatlerden daha hızlı çalışır. 

 Özel görelilikte olduğu gibi, saatin türü (fiziksel, kimyasal, biyolojik)  önemli değildir. Tüm olası saat türleri, geçen zamanın aynı ölçekte değiştiğini gösterecektir. Örneğin ikizler doğduklarında bu iki kata taşınmış ve  hiç ayrılmamışlarsa, alttaki ikiz 30 yaşına geldiğinde en üstteki kardeş 60 yaşına girecek. zaman geçiti; 60'lı yaşlarının her saniyesini hak ettiği gibi yaşıyor. Özel görelilikteki zaman genişlemesi etkisinin aksine, buradaki etki gözlemciden bağımsızdır. Diğer bir deyişle, ikizler dahil tüm gözlemcilere göre üst kattaki saat daha hızlı işliyordu.

  İşinizi yapmak için yeterli zamana sahip olduğunuzdan şikayet ederseniz, sizi diğerlerinden biraz daha fazla kurtarmak için bir dairenin en üst katında açılıyor gibi görünüyor. Ancak hızlı bir şekilde coşkuyla, dünyada ne zaman başarabileceğinizi fark edemediğiniz için küçük olduğu için. Örneğin, eğer 10 metre yüksekliğinde, bir yıl boyunca yere kıyasla 30 milyon saniyeye kadar yaşıyorsanız. 

 Dünyanın merkezinde bile, dünyanın merkezinde bile, sadece bir milyar kat daha yavaş yavaş daha yavaş. Bu nedenle, dünyanın 4.5 milyar yıllık merkezi, yüzeye kıyasla hala 1,5 yaşında. Genel göreceli teoriye ilişkin bu tahmin, dünyadaki farklı deneyimler ile belirlenir. Örneğin: Senkronizasyondan sonra, bir reaksiyon düzleminde atomik saatte ölçülebilir ve şimdi dolaşım atomları farklıdır. Bu durumda, iki farklı etki söz konusudur. Göreceli teorinin ilk etkisi: Uçak, görüşümüzde daha yavaş bir saat için görüşümüze geçer. İkincisi nispeten yaygın bir etkidir: uçağın saati uçaktan daha büyüktür. Deneylerde, ikinci etki galip geldi. Elde edilen sonuçlar, genel ve özel göreliliğin öngördüğü değerlerle uyumludur. 

 Ayrıca, iki teorinin öngördüğü etkiler, küresel konumlandırma sisteminin önemli bir parçası olan GPS uyduları için önemli bir rol oynamaktadır. Bu sistemin sağlıklı çalışabilmesi için uyduların saatlerinin sürekli  ayarlanması gerekir. Kısacası, görelilik teorisi basit deneysel testlerden geçmiş ve teknolojik bir uygulama bulmuştur. Hafif kitle hacminin altındaki ışığın davranışı, bahsettiğimiz zamanın genişlemesi nedeniyle kısmendir. Kızlar için ışık rulosu, anlamına gelir, frekansın yalnızca yukarıdaki sürede daha hızlı kullanım nedeniyle azalır.

  Yatay olarak hareket eden ışığın yolundan sapması da zaman genişlemesi ile açıklanabilir. Işık elektromanyetik bir dalgadır, uzayda bir hacim kaplar. Bu nedenle, kütlenin yerçekimine göre ışığın daha yüksek ve daha düşük olduğu kısımları vardır. Zaman genişlemesi nedeniyle, en yüksek noktalarda frekans daha düşük olmalıdır, yani dalga boyu daha uzun olmalıdır. Dalgaboyundaki  bu konum farkı, kaçınılmaz olarak dalganın aşağı doğru sapmasına neden olur. Işığın sapmasına ilişkin bu son açıklama daha çok genel göreliliğin doğasıyla uyumludur. Bu sapmayı daha önce olduğu gibi Dünya'nın ışığı çeken bir kuvvet uyguladığını söyleyerek de açıklayabiliriz. Ancak genel görelilik kuramında daha çok tercih edilen  bir açıklama daha vardır: Dünya aslında diğer cisimlere herhangi bir kuvvet uygulamaz. Dünya sadece etrafındaki uzayı ve zamanı, şekillerini değiştirir. Işık bu bölgede olağan şekilde yayılır, ancak geometrik gereklilikler nedeniyle zemine doğru sapar.