Bu ay, bilim tarihinin en güzel teorisi Genel Görelilik Kuramı’nın yüzüncü yıldönümü ve onun onuruna Albert Einstein’in harika buluşuna taraf verip esin kaynağı olan, görselleştirilmiş “düşünce deneyleri”ni kutlamak için biraz vakit ayıralım. Einstein Gedankenexperimente ismini verdiği, laboratuvarı yerine başının içinde dolaştırdığı fikirlerin keyfini sürdü. Öğretmenler bu duruma “Aklı beş karış havada” der, lakin şayet Einstein iseniz buna Gedankenexperimente diyebilirsiniz.
Bu deneylerin bize hatırlattığı üzere, yaratıcılığın temeli hayal gücüdür. Şayet çocukları bilimi sevmeye teşvik etmeyi umuyorsak, matematik ve ezberletilmiş formüllerle zorlamaktan daha fazlasını yapmaya gereksinimimiz var. Onların zihin gözlerini tetiklemeliyiz. Hatta gündüz düşleri kurmalarına da müsaade vermeliyiz.
Einstein’ın birinci büyük fikir deneyi 16 yaşında geldi. Görsel hayal gücü yerine ezberci eğitime dayalı Almanya’daki okulundan kaçıp, Johann Heinrich Pestalozzi’nin öğrencileri kavramları görselleştirmeye yüreklendiren eğitimsel felsefesi üzerine kurulu İsviçre’deki bir köy okuluna yazıldı. Bir ışık huzmesine yetişecek kadar süratli seyahat ederse, neler olacağını burada gözünde canlandırmaya çalıştı. Sonraları, şayet onunla birlikte hareket ederse, “sabit halde bir elektromanyetik alan gözlemlemeliyim” diye yazmıştı. Öbür bir deyişle, dalga durağan görünecekti. Lakin bu elektromanyetik alanların hareket ve salınımını anlatan Maxwell denklemlerine nazaran mümkün değildi.
Sonradan hatırladığı üzere avuçları terleyerek gergin bir biçimde dolanıp duruyordu. Niyet deneyleri ve Maxwell denklemleri ortasındaki uyumsuzluk, onda “zihinsel bir gerilim” yaratmıştı. Ergenliğimizde avuçlarımızın terlemesine neden olan şeyleri hepimiz hatırlıyoruz, o şeylerin ortasında Maxwell denklemleri yoktu. Lakin bu muhtemelen bizim daha mütevazı niyet deneyleri yapıyor olmamızdan kaynaklanıyor.
1900’lü yılların başlarındaki çeşitli deneylerde ışığın, gözlemcinin ışıkla görece hareketinden bağımsız olarak, sabit bir süratte hareket ettiğine dair bulgular elde edildi. Fizik topluluğunun bu durum karşısında başı karışmıştı., bu sırada Einstein’ın başını hâlâ bir ışık huzmesiyle hareket etmek karıştırıyordu. Böylelikle 1905’te yeni niyet deneyleri gerçekleştirdi.
O vakitler İsviçre patent ofisinde çalışıyordu. Her gün bir icadın ve altında yatan kuramsal yapının gerçeklikte nasıl vuku bulacağını gözünde canlandırmaya çalışırdı. Vazifeleri ortasında birbirlerinden uzak saatleri senkronize etmeye yarayan uygulamaları incelemek de vardı. İsviçreliler (İsviçreli oldukları için), ülkedeki tüm saatlerin kusursuz bir biçimde uyumlu olmasına dair bir tutkuya sahiptiler. Harvard bilim tarihçisi Peter Galison’ın bulgularına nazaran, 1901 ve 1904 ortası, saatleri eşlemek için radyo dalgaları üzere elektromanyetik sinyaller kullanan aygıtları için 24’ün üzerinde patent başvurusu yapılmıştı.
Einstein’ın gözünde canlandırabildiği şuydu: Şayet saatler saat başını vurduğu anda bir ışık sinyali yollanılırsa, saatlerden birine hakikat harika süratle hareket eden birinin saatlerin eş olup olmadıklarına dair müşahedesi, aksi istikamette tıpkı süratle hareket eden birininkiyle farklı olacaktı.
Sonraları bu fikri diğer bir fikir deneyiyle açıkladı. Bir tren rayının iki farklı noktasına yıldırım düştüğünü farz edelim. Bu iki noktanın tam ortasında, kenarda toprak bankette duran bir adam hayal edin. Şayet iki akım da adama birebir anda ulaşırsa, iki yıldırımın eş vakitli düştüğünü söyleyecektir. Artık bu raylar üzerinde hareket eden bir tren ve içinde bir bayan hayal edin. Şayet tren harika süratli hareket ediyorsa, Bayan, trenin hareket ettiği taraftaki, yani trenin önündeki yıldırımın daha evvel düştüğünü söyleyecektir.
Einstein, “Bankete nazaran eş vakitli olan, trene nazaran eş vakitli değil” diye yazdı. İşin eğlenceli kısmı şöyle ki: Banketin “hareketsiz”, trenin “hareketli” olduğuna dair bir kararda bulunmak için hiç bir neden yok. Adam, bayan, tren, Dünya, Güneş sistemi, galaksi vs. hepsi birbirlerine görece hareket halindeler ve hiçbiri mutlak sabitlik üzere ayrıcalıklı bir statü üzerinde hak tez edemiyorlar. Yani “gerçek” ya da “doğru” bir karşılık yok. “Eş zamanlılık”, hareket durumunuza bağlı olarak izafi bir şey.
Bu vaktin nispî olduğu manasına gelir. Şayet ışık suratına yakın süratlerde seyahat ederseniz, vakit yavaşlar. Çabucak kavrayamıyorsanız berbat hissetmeyin. Einstein’ın bundan sonra bir üniversitede fizik öğretmeye başlaması dört yılını aldı.
Bu uzay ve vakit göreliliği, Özel Kuram olarak bilinegeldi çünkü sırf gözlemcinin sabit bir süratte hareket ettiği özel bir durum için geçerliydi. İvmelenen, istikamet değiştiren ya da dönen gözlemcileri de kapsayacak genel bir kuram oluşturmak daha sıkıntı. Genel Görelilik Kuramı’nı oluşturması Einstein’ın bir on yılını da alacaktı.
Bir kere daha yolu bir fikir deneyiyle aydınlandı. “Bern’deki patent ofisinde sandalyemde otururken birden aklıma geldi. Şayet bir insan serbestçe düşüyorsa, kendi tartısını hissetmez,” diye hatırlıyor. “Hayatımın en keyifli kanısı.”
Einstein fark etti: Şayet bir insan hiçbir penceresi olmayan bir düşme kabinindeyse, düştüğünü anlamayacaktır (en azından yere çarpana kadar). Aslına bakılırsa yerçekiminin olmadığı dış uzayda bir odada olduğunu düşünmesi beklenen. Yüksüz hissedecektir ve şayet cebinden bir cisim çıkarıp boşluğa bırakırsa, o cisim yanıbaşında süzülecektir.
Ve Einstein beklenmeyeni yaptı. Yerçekiminin olmadığı dış uzayda bir odada süzülen bir insan düşünün. Ve artık bu odaya dışarıdan bağlanmış, üst gerçek ivmelenerek süratle çekilen bir halka düşünün. Gözlemci ne hissedecektir? Ayakları yere, tabana yapışacaktır. Şayet cebinden bir cisim çıkarıp boşluğa bıraksa, cisim ivmeli bir süratle düşecektir. “Odadaki insan böylelikle yerçekimsel bir alanın içinde olduğu sonucuna varacaktır.”
Einstein’ın öne sürdüğü üzere, yerçekimi ve ivmenin yarattıkları tesirler denktir. Bu nedenle birebir nedene sahip olmalıdırlar. Einstein, “Yerçekimi ve ivmeye atfettiğimiz tesirler, tek ve tıpkı yapı tarafından üretilmektedir,” diye açıklıyor.
Einstein, özel kuramında uzay ve vaktin birbirinden bağımsız olmadığını, bilakis bir arada uzay-zaman ismi verilen bir doku oluşturduğu gösterdi. Artık, Genel Görelilik Kuramı olarak isimlendirilen, birinci kuramın genel haliyle, bu uzay-zaman dokusu sırf cisimlerin içinde bulunduğu bir kaptan daha fazlası haline geldi. Tersine, artık iki istikametli bir dinamiği vardı: hareket eden cisimler dokuyu büküyor ve dokunun bükülen kısımları da cisimlerin hareketlerini etkiliyordu.
Bu tekrar öteki bir niyet deneyiyle görselleştirilebilir: Bir bowling topunu bir tramboline yuvarladığınızı düşünün. Dokuyu bükecektir. Sonra tramboline bir kaç bilardo topu yuvarlayın. Bilardo topları bowling topuna yanlışsız yuvarlanacaktır. Bu durum bowling topu uzaktan gizemli bir tesir uyguladığı için değil, trambolinin dokusunun bükülmüş olmasından kaynaklanıyor. Einstein bunun dört boyutlu uzay-zamanda olduğunu hayal edebiliyordu. Açıkçası bu bizim için pek kolay değil, ancak bu nedenle o Einstein’dı ve biz değiliz.
Kasım 1915’te art geriye dört Perşembe, Einstein Genel Görelilik Kuramı’nı Berlin’deki Prusya Bilim Akademisi’nde sundu. 25 Kasım’daki son dersinde, yerçekimsel eylemsizlik alanlarını açıklamak için kurduğu denklemlerini ortaya çıkardı. Einstein’ın genişleyen karmaşıklıkları kargacık burgacık sembol ve alt-sembollere dönüştüren skıştırılmış tensör[i] gösterimleriyle kurduğu son denklemleri, fizik hayranları için bir tişörte basılabilecek kadar kısaltılmış bir hale geliyor. Denklerim çeşitlemelerinden biri şu formda gösterilebiliyor: Rμν – ½ Rgμν = 8 π G Tμν [ii] [iii]
Denklemin sol kısmı cisimlerin nasıl uzay-zamanı eğip büktüklerini tanımlarken, sağ kısmı bu eğik ve bükük alanın cisimlerin hareketlerini nasıl belirlediğini gösteriyor. Fizikçi John Wheeler’ın dediği üzere: “Madde uzay-zamana nasıl büküleceğini, ve bükük uzay da hususa nasıl hareket edeceğini söyler.”
Yerçekimi ve ivmenin denk olmasının sonuçlarından biri, yerçekiminin ışığı bükebilmesi ihtiyacıdır. Einstein bunu da yeniden bir fikir deneyiyle gösteriyor. Üst hakikat ivmelenen bir oda düşünün. Duvarlardan birindeki bir iğne deliğinden bir lazer ışını geliyor. Işın başka duvara ulaştığında vurduğu nokta yere daha yakın olacaktır, zira oda üst gerçek hareket etti. Şayet gidiş yolunun izini sürebilseydiniz, gidişatı bükük olacaktır zira üst yanlışsız olan hareket ivmeleniyordu. Denklik unsurunda nazaran, yerçekiminin tesiri ivmenin tesiriyle ile tıpkı olmalı. Yani ışık yerçekimsel alandan geçerken bükülmeli.
Bilim insanlarının kuramı test etmek için makul bir test oluşturmaları neredeyse on yıl sürdü. Mayıs 1919’daki bir güneş tutulması sırasında, Britanyalı astronom Arthur Eddington’ın başını çektiği bir grup, bir yıldızdan gelen ışığın güneşin yerçekimsel alanından geçerken nasıl büküldüğünü ölçebildi. Sonuçlar Einstein’ın kuramını doğruluyordu.
Einstein bu durumu haber veren bir telegram aldığında, asistan öğrencisine gösterdi. Öğrencisinin sorduğu soru ise, şayet sonuçlar onu çürütseydi Einstein’ın ne hissedeceğiydi. “Yüce ilah için üzülürdüm” diye yanıt verdi Einstein. “Bu kuram yanlışsız.” Gazeteler o vakitlerde nasıl manşet atılacağını biliyordu ve New York Times’daki manşet ve spot bir klasik haline geldi: “GÖKLERDE EĞRİLİYOR TÜM IŞIKLAR / Bilimadamları Tutulma Müşahedeleri Hakkında Takriben İstekli / Einstein’ın Kuramı Muzaffer / Yıldızlar Göründükleri ya da Hesaplandıkları Yerlerde Değiller Lakin Telaşa Mahal Yok”
Yıllar sonra küçük oğlu Eduard ona neden bu kadar ünlü olduğunu sorduğunda, Einstein, yerçekiminin uzay-zamanı büktüğü tarafındaki öngörüsünü açıklamak için bir niyet deneyi daha kullandı. “Kör bir böcek, eğri bir kolun yüzeyini dolandığında, yürüdüğü yolun eğri olduğunu algılamaz. Ben sırf böceğin fark edemediğini fark edecek kadar şanslıydım.”
Aslına bakılırsa Einstein, böceğin göremediğini fark etmekten daha fazlasını yaptı. Fikir deneyleri kullanarak hayal kurmayı becerdi. Görünmeyeni görselleştirmek, sürekli yaratıcı zekânın anahtarı oldu. Einstein’ın da söylediği üzere, “Hayal gücü, bilgiden daha kıymetlidir.”
* Bu yazı, Walter Isaacson’un nytimes.com’da yayımlanan makalesinden çevrilmiştir.
[i] Tensör: Vektörel, skaler ve öteki tensörler ortasındaki doğrusal münasebetleri tanımlayan geometrik obje.
[ii] Rμν : Ricci eğrilik tensörü
R : Skaler (vektörel yani taraf bilgisi olmayan) tensör
gμν : Metrik tensör
G : Newton’un yerçekimi sabiti
Tμν : Stres-Enerji tensörü
[iii] Ç.N.: 1917’de statik cihan modelini doğrulamak ismine Einsten tarafından denkleme bir ekleme yapıldı.
Rμν – 1/2Rgμν + Λgμν = 8πG
Λ : Kozmolojik sabit.
Hubble ve genişleyen cihan modelinin kabulünden sonra bu eklemenin bir kusur olduğu ortaya çıktı.
