Uzunluk büzülmesi Albert Einstein

 Özel göreliliğin sağduyumuza aykırı birçok sonucu vardır. Bu sonuçların bazıları ilk başta tutarsız görünüyor. 

 Boy kasılmaları bu garip sonuçlardan biridir. Hareket eden nesnenin uzunluğu normalden daha kısadır.  

 Böyle bir etkinin varlığı Einstein'dan birkaç yıl önce iki bağımsız  bilim adamı, Hollanda'dan Hendrik Lorentz ve İrlanda'dan George Fitzgerald tarafından iddia edildi. Bu nedenle bu etki "Lorentz-Fitzgerald daralması" olarak da bilinir. Bu bilim adamları, böyle bir kısalmanın, diğer fiziksel fenomen türlerini araştırarak meydana gelmiş olması gerektiğini savundular. 

 Hareket eden nesnelerin boyutundaki azalma, yalnızca hıza paralel yön boyunca gerçekleşir. Hıza dik doğrultuda uzunluk hiç değişmez. 

 Düşük hızlarda, uzunluk azalması önemsizdir. Önemli kasılmalar ancak ışık hızına ulaşıldığında meydana gelir. Örneğin, ses hızında hareket eden bir jet, uzunluğunun yalnızca trilyonda birini büzülür. Bu kadar küçük  bir düşüşü fark etmek imkansız. 

 Hız ne kadar hızlı olursa, nesne o kadar kısa olur. Roketin hızı, ışık hızının yaklaşık %87'sine ulaştığında, uzunluğu yarıya iner. Ancak mevcut teknoloji saniyede yaklaşık 260.000 kilometre gibi yüksek hızlara ulaşamıyor. 

 Roketin hızı ışık hızının yaklaşık %99,5'i ise, aynı zamanda uzunluğunun onda biri kadardır. Hız ışık hızına yaklaştıkça, kısalma oranı süresiz olarak artar. 

 Araçta bulunanlar, görelilik ilkesine karşılık gelen uzunluktaki azalmanın farkında değillerdir. Bunun nedeni, arabadaki o yöndeki tüm uzunlukların aynı miktarda kısaltılmasıdır. Araçtaki tüm cetveller  aynı şekilde kesildiği için araçtaki kişiler bu kesimi belirleyemez. 

 Uzunluk kasılmalarının görünüşte çelişkili bir yönü, bu kasılmaların karşılıklı olmasıdır. 10 metre uzunluğunda iki özdeş roketin hareketsiz olduğunu varsayalım. Mavi roket yerinde kalırken, diğer kırmızı  roket  ışık hızının %87'si ile sağa doğru hareket etmektedir. Özel göreliliğe göre, bu hızdaki nesneler iki kat daha kısadır. Bu durumda mavi roket gözlemcisine göre kırmızı roket 5 metre, roketiniz 10 metre uzunluğundadır. 

 Buna karşılık, kırmızı roket gözlemcileri roketlerinin durduğuna ve mavi roketin sola doğru hareket ettiğine inanırlar (ışık hızının %87'si). Bu durumda kırmızı roketin yüksekliği 10 metre, mavi roketin yüksekliği ise 5 metredir. Bu, yukarıdaki sonucun tam tersidir. 

 Kısacası bu gözlemciler birbirlerine karşı hareket ediyor ve diğer roketlerin daha kısa olduğunu söylüyorlar. Bu nedenle, iki gözlemci neyin kısa olduğu konusunda zıt görüşlere sahiptir. Mavi kırmızıdan, kırmızı ise maviden daha kısadır.

"Bu roketlerden hangisi daha kısa?" sorusuna tek tip bir cevap yok. Bunun nedeni, bu kısalığın geçerli olduğu gözlemciyi belirtmeniz gerekmesidir. Bu nedenle, "Gözlemcinin bu füzelerden hangisinin kısa olduğunu düşünüyorsunuz?" sorusu anlamlı ve somut bir cevabı olan bir sorudur. Ancak cevap, gözlemcinin kim olduğuna bağlı. 

 Öyleyse neden farklı gözlemciler iki nesneden hangisinin daha kısa olduğu konusunda anlaşamıyorlar? Bu soruyu yanıtlamadan önce, uzunluğu ölçerken yaptığınız ve genellikle göz ardı edilen varsayımlar üzerinde çalışmanız gerekir. Bu konuda kendimize sormamız gereken soru, hareketli bir cismin yüksekliğini nasıl ölçeceğimizdir.  

 Hareket etmeyen bir cetvel var. Uzunluğunu ölçmek istediğiniz nesne de cetvele paralel hareket eder. Bir nesnenin uzunluğunu ölçmek için kullanabileceğiniz olası yöntemlerden biri şudur: Cismin son noktası cetvelin kenarından geçerken, cismin önündeki nokta çubuğun nereye denk geldiğini belirler. Nesne hareket ettiği için bu ölçüm kolay değildir. Ama yapılmaması için hiçbir sebep yok. 

 Fark etmiş olabileceğiniz gibi, burada "aynı anda" iki farklı "olay" meydana geliyor. Bunlardan biri, nesnenin arka ucunun cetvelin sol kenarından geçmesiyle oluşan olaydır. Bu olaya A  diyelim. Diğeri, nesnenin ön ucunda meydana gelen eşzamanlı olaylardır. Bu olaya B  diyelim. 

 Bu nedenle, hareketli bir nesnenin uzunluğunu belirlerken, aynı anda  iki olay (A ve B olayları) arasındaki mesafeyi ölçün. Bir gözlemci tarafından aynı anda meydana gelen bu iki olay, diğer gözlemcilere göre farklı zamanlarda gerçekleşebilir. Bu nedenle, diğer gözlemcilerin, ilişkili uzunluklarını ölçerken kendileriyle "eşzamanlı" olan olayları tanımlaması gerekir. Roket örneğine dönelim. Kırmızı roket, mavi roketten daha kısadır. Bu nedenle, A ve B olayları sırasıyla mavi roketin  arka ucunda ve merkezinde aynı anda meydana gelir. 

 Ancak kırmızı rokete göre bu iki olay farklı zamanlarda gerçekleşiyor. Bu nedenle, bu gözlem çerçevesine göre uzunluk belirlerken bu iki olayı ve aralarındaki mesafeyi kullanamazsınız. Kırmızı bir rokete karşı bir cismin boyutunu ölçmek için, bu gözlem çerçevesine göre  iki eşzamanlı olayı belirlemek gerekir. 

 Bu nedenle, uzunluğu ölçerken aslında iki eşzamanlı  olay arasındaki mesafeyi ölçüyorsunuz. Ancak, göreceli eşzamanlılık nedeniyle, bir gözlemcide aynı anda meydana gelen olaylar, başka bir gözlemcide aynı anda gerçekleşmeyebilir. Bu nedenle, tüm gözlemcilerin hareketli bir nesnenin uzunluğu hakkında aynı şeyi söyleyememesi şaşırtıcı değildir. 

 Birçoğu, uzunluk daralmasının, ışığın sonlu bir hızda yayılmasının neden olduğu optik bir yanılsama olduğuna inanır. Böyle bir yanılsama, bir nesnenin hızı ışık hızına yaklaştığında ortaya çıkabilir. Bununla birlikte, Lorenz-Fitzgeral'in büzülmesi optik illüzyondan değil, farklı gözlemciler tarafından farklı uzay ve zaman algılarından kaynaklanır. 

 Sonlu bir hızda yayılan ışığın neden olduğu optik yanılsama, bir nesnenin boyutunun yanlış değerlendirilmesine neden olabilir. Ancak bu kavram yanılgıları, nesneye nereden baktığınıza bağlıdır. Örneğin, ışık hızının %87'si ile hareket eden bir rokete baktığınızı varsayalım. Bu roketin normal uzunluğu 10 metredir. Lorenz Fitzgerald'ın büzülmesinden dolayı roketin yüksekliğinin 5 metre olduğunu düşünüyorum. Ancak bu rokete bakarsanız roketin irtifasının nereye baktığınıza bağlı olarak  her iki değerden de farklılık gösterdiğini görebilirsiniz.

Örneğin, bir roketin bize doğru geldiğini ve bir kamera ile roketin resmini çektiğini varsayalım. Roketin görünen boyutunu belirlemek için bu resme  bir göz atın. Kamera anında fotoğraf çekmiş yani tüm roket ışıklarının aynı anda kameraya ulaştığını hesaba katmamız gerekiyor. Bu nedenle roketin arkasından gelen ışık daha önce ortaya çıkmış olmalıdır. Bu durumda roket fotoğraf filminde göründüğünden daha büyük olacaktır. Hesaplamalar, bu görünen boynun roketin normal uzunluğundan daha uzun olduğunu gösteriyor. Bu özel örnekte, optik illüzyon nedeniyle füzenin görünen uzunluğu 37 metredir. 

 Bu sefer roket bizden uzaklaştıkça roketin önünden gelen ışık diğerlerinin önünde görünmeli ve aynı zamanda kameraya girebilmelidir. Bu nedenle  roket bize kısa görünüyor. Başka bir deyişle, küçülmüş boynundan bile daha  kısa. Bu durumda yükseklik 2,7 metre olacaktır. 

 Bu sefer roket önünüzden geçerken arkadan ve önden gelen ışık aynı anda çıkmalı ve kameraya aynı anda girmelidir. Bu durumda roketin görünen uzunluğu, sözleşmeli uzunluğa eşittir. Bu nedenle roket 5 metre görünüyor. 

 Özetle bu örnekteki füze genellikle 10 metre uzunluğundadır. Ancak ışık hızının %87'si ile hareket etmek, uzunluğu 5 metreye düşürür. Bu değer, uzunluk daralması nedeniyle hareketli roketin  gerçek uzunluğudur. Öte yandan, bu rokete baktığınızda, ışık yayılımı sonlu, dolayısıyla optik bir yanılsama var ve roketin boyutunu yanlış değerlendiriyorsunuz. Bu illüzyon, roketin görüntülendiği açıya göre değişir. Görelilik teorisinden türetilen uzunluk daralması gibi etkilerin böyle bir optik yanılsama ile hiçbir ilgisi yoktur. Bu teorinin önerdiği tüm garip sonuçlar aslında ortaya çıkıyor. Bu garip sonuçların ana nedeni sadece optik illüzyon değil, aynı zamanda farklı gözlemciler tarafından farklı uzay ve zaman algılarıdır.