Albert Einstein (1879 -1955)
Albert Einstein, Güney
Almanya'nın Ulm kentinde dünyaya geldi. Küçük
bir elektrokimya fabrikasının sahibi olan babası
başarılı bir iş adamı değildi. Annesinin dünyası
müzikti; özellikle Beethoven'in piyano
parçalarını çalmak en büyük tutkusuydu. Aile
Musevî kökenliydi, ama dinsel bağnazlıktan uzak,
açık görüşlü, kültürel etkinliklerle zengin bir
yaşam içindeydi. Ne var ki, çocuğun ilk
yıllardaki gelişmesi kaygı vericiydi. Özellikle
konuşmadaki gecikmesi aileyi telaşa düşürmüştü.
Albert, içine kapanıktı; çocukların arasına
katılmaktan, oyun oynamaktan hoşlanmıyordu.
Okulu sıkıcı buluyor, ezbere dayanan eğitim
disiplinine katlanamıyordu. "Gimnazyum"da geçen
orta öğrenimi mutsuz ve başarısızdı. Mühendis
amcasının özel ilgisi olmasaydı, belki de
öğrenimden tümüyle kopacaktı. Amca, yeğene cebir
ve geometriyi sevdirdi. Geometri özellikle
Albert'i bir tür büyülemişti.
Einstein, yıllar sonra amcasına borcunu şöyle
dile getirir: "Çocukluğumda yaşadığım iki önemli
olayı unutamam. Biri, beş yaşımda iken amcamın
armağanı pusulada bulduğum gizem; diğeri on iki
yaşımda iken tanıştığım Öklit geometrisi.
Gençliğinde bu geometrinin büyüsüne girmeyen bir
kimsenin ilerdi kuramsal bilimde parlak bir
atılım yapabileceği hiç beklenmemelidir!"
Einstein, yüksek öğrenimini güç koşullara göğüs
gererek Zürih Teknik Üniversitesi'nde yapar.
Mezun olduğunda iş bulmak sorunuyla karşılaşır.
Üniversitede asistanlık bir yana orta okul
öğretmenliği bile bulamaz. Sonunda bir okul
arkadaşının yardımıyla Bern Patent Ofisi'nde
sıradan bir işe yerleşir; ama asıl dünyası olan
bilimden kopmaz; çok geçmeden büyüsü bugün de
süren devrimsel atılımlarıyla yaratıcı dehasını
kanıtlar. 1905'te Annalen der Physik dergisinde
yayımlanan üç çalışmasının her biri, fizik
tarihinde bir dönüm noktası sayılabilecek
nitelikteydi.
Bunlardan biri, şimdi "fotoelektrik etki"
dediğimiz bir olaya ilişkindi. Newton, ışığı
tanecikler akımı, kimi bilim adamları ise dalga
devinimi diye nitelemişti. Aslında ışığın
davranışını açıklamada iki kuramın birbirine bir
üstünlüğü yoktu; ancak, Newton'un adı parçacık
kuramına bir tür ağırlık sağlamaktaydı.
Ne var ki, 19. yüzyılın başlarında Young'la
başlayan, Fresnel ve daha sonra Faraday ve
Maxwell'in çalışmalarıyla pekişen deneyler dalga
kuramına belirgin bir üstünlük sağlamıştı.
Einstein'ın fotoelektrik çalışması bu gelişmeyi
bir bakıma tersine çevirmekle kalmaz, Planck'ın
1900'de ortaya sürdüğü kuantum teorisini de
çarpıcı bir biçimde doğrular.
Daha az bilinen ikinci çalışma "Brown devinimi"
denen bir olayı açıklıyordu. 1850'lerde İngiliz
botanikçisi Robert Brown, mikroskopla polenleri
incelerken, taneciklerin su içinde gelişigüzel
sıçramalarla devinim içinde olduğunu
gözlemlemişti. Ancak bu gözlem 1905'e dek
açıklamasız kalır.
Einstein'ın bugün de geçerliliğini koruyan
açıklaması oldukça basittir: Son derece hafif
olan polenlerin ani kımıltıları, su
moleküllerinin çarpmalarıyla oluşuyordu. Gerçi
molekül kavramı yeni değildi; ancak en güçlü
mikroskop altında bile görülemeyecek kadar küçük
olan moleküllerin varlığı ilk kez bu açıklamayla
kanıtlanmış oluyordu.
Yüzyılımızın başında Ernst Mach gibi kimi seçkin
fizikçilerin bile gözlemsel kanıt yokluğu
gerekçesiyle atom teorisine uzak durdukları
bilinmektedir. Öyle ki, bu olumsuz tutum,
gazların kinetik teorisinin kurucusu Boltzman'ı
intihara sürükleyecek kadar ileri gitmişti.
Einstein'ın açıklaması, bu tutuma son vermekle
fiziğin içine düştüğü bir tıkanıklığı giderir.
1905'in bilim dünyasına yeni bir ufuk açan
üçüncü ve en önemli çalışması, Özel Görecelik (Special
Relativity) kuramıdır. Bu kuram, Einstein'ın
genç yaşında kendini gösteren bir merakına
dayanır. Daha on dört yaşında iken Einstein,
"Bir ışık ışınına binmiş olsaydım, dünya bana
nasıl görünürdü, acaba?" diye sormuştu.
19. yüzyılın sonlarında ışığın hızına ilişkin
Michelson-Morley deneyi, bu merakı derinleştiren
bir sorun ortaya koymuştu: Ses ve başka dalga
olaylarının, tersine ışık hızının referans
sistemine görecel olmayışı! Saatte 100 km hızla
ilerleyen bir lokomotifin, iki istasyon arasında
düdük çaldığını düşünelim. Sesin ön ve arka
istasyonlara değişik hızlarla ulaşacağını
biliyoruz: Öndeki istasyona normal ses hızından
saatte 100 km daha fazla, arkada kalan istasyona
ise saatte 100 km daha yavaş bir hızla ulaşır.
Oysa trendeki insanlar için sesin hızında bir
değişiklik yoktur; ön ve arka uçlara normal
hızıyla aynı anda ulaşır. Sesin hızı gözlemcinin
hızına göreceldir.
Işığa gelince Michelson Morley deneyleri, ışığın
öyle davranmadığını göstermekteydi. Işık kaynağı
ile gözlemcinin birbirine görecel hareketlerine
ne olursa olsun ışık hızında bir değişiklik
gözlemlenmemekteydi. Bu beklenmeyen bir sonuçtu;
çünkü, sesin hava aracılığıyla yayıldığı gibi,
ışığın da "esir" denen gizemli bir ortam
aracılığıyla yayıldığı ve gözlemcinin hareketine
bağlı olduğu sanılıyordu. Esir gözlemlenebilir
bir nesne değildi; ama öyle bir kavram
olmaksızın optik olgular nasıl açıklanabilirdi?
Kaldı ki, Maxwell'in elektromanyetik teorisi de
esir türünden bir ortam varsayımına dayanıyordu.
Einstein'ın getirdiği çözüm, deney sonuçlarını
yansıtan şu iki temel ilkeyi içermektedir.
1) Doğa yasaları ivmesiz hareket eden tüm
sistemler için aynıdır;
2) Işığın hızı, kaynağına göre hareket halinde
olsun veya olmasın, her gözlemci için aynıdır.
Özel Görecelik Kuramı'nın öncüllerini oluşturan
bu iki temel ilke, yeterince anlaşılmadıkça,
Einstein devrimini kavramaya olanak yoktur.
Kuramın içerdiği tüm önermeler, bu öncüllerin
mantıksal sonuçlarıdır. Aslında deneysel
nitelikte olan bu iki ilkenin yol açtığı
kuramsal devrim, ilk bakışta şaşırtıcı
görünebilir. Ama sonuçlarına bakıldığında
şaşkınlık, yerini büyük bir hayranlığa
bırakmaktadır.
Sonuçlardan biri, bir gözlemciye bağıl olarak
nesnelerin hareketleri yönünde uzunluklarının
kısaldığı, kütlelerinin arttığı öndeyişidir.
Örneğin, bir topu ışık hızına yakın (yakın,
çünkü kurama göre ışık hızını yakalamaya ve
aşmaya olanak yoktur) bir hızla uzaya
fırlattığımızı varsayalım: Hareket dışındaki bir
gözlemci için top bir tepsi gibi yassılaşırken,
kütlesi büyük ölçüde artar. Hızı kesildiğinde
top, önceki biçim ve kütlesine döner.
Kurama göre hızı ışık hızına erişen bir nesnenin
oylumu sıfır, kütlesi sonsuz olur. Ancak öyle
birşey düşünülemeyeceğinden, hiçbir nesnenin
ışık hızıyla hareketi beklenemez. Başka bir
deyişle, kütle eyleme direnç demek olduğundan,
kütlenin sonsuzlaşması hareketin yok olması
demektir.
Daha az şaşırtıcı olmayan bir sonuç da, zamanın
görecelliği. Örneğin, birbirine tam ayarlı iki
saatten birini çok hızlı bir roketle uzaya
yolladığımızı düşünelim. Bu saatin yerdeki saate
göre daha yavaş çalıştığı görülecektir. Roket
saniyede yaklaşık 260,000 km hızla yol alıyorsa,
yerdeki saatin yelkovanı iki tam dönüş
yaptığında roketteki saatin yelkovanı ancak bir
tam dönüş yapacaktır. Oysa rokette bulunan
gözlemci için öyle bir yavaşlama söz konusu
değildir; saat normal hızıyla çalışmaktadır. Ne
var ki, bu kişi dünyaya döndüğünde kendisini
karşılayan ikiz kardeşini daha yaşlanmış
bulacaktır.
Kuramdan matematiksel olarak çıkan bu sonuçlar
daha sonra deneysel olarak doğrulanmıştır.
Kuramın belki de en önemli (atom bombası
nedeniyle en çok bilinen) bir sonucu da madde ve
enerji eşdeğerliliğine ilişkin denklemdir:
E=mc2(Denklemde
E enerji, m kütle, c ışık hızı olarak
kullanılmıştır).
Başlangıçta bu ilişkinin önemi yeterince
kavranmamıştı. Einstein'ın denklemi içeren
yazısını yayımlamakta güçlükle karşılaştığını
biliyoruz. Oysa küçük bir kütlenin büyük bir
enerji demek olduğunu ortaya koyan bu denklem
yıldızların (bu arada Güneş'in) ışığı nasıl
ürettiğini de açıklamaktaydı.
Kuramın evren anlayışımız yönünden de kimi
sonuçları olmuştur. Bunlar arasında en önemlisi,
hiç kuşkusuz uzay ve zaman kavramlarını
birleştiren dört boyutlu uzay zaman kavramıdır.
Özel Görecelik kuramı düzgün doğrusal (ivmesiz)
hareket eden sistemlerle sınırlıydı. Einstein'ın
1915'te ortaya koyduğu Genel Görecelik kuramı
ise birbirine göre hızlanan veya yavaşlayan
(yani ivmeli hareket eden) sistemleri de
kapsıyordu. Öyle ki, birinci kuramı, kapsamı
daha geniş ikinci kuramın özel bir hali
sayabiliriz.
Özel Görecelik, Newton'un mekanik yasalarını
değiştirmişti. Genel Görecelik daha ileri
giderek "gravitasyon" kavramına yeni ve değişik
bir içerik getirmekteydi. Klasik mekanikte
gravitasyon, kütlesel nesneler arasında çekim
gücü olarak algılanmıştı. Buna göre, örneğin bir
gezegeni yörüngesinde tutan şey, kütlesi daha
büyük Güneş'in çekim gücüydü.
Oysa, Genel Görecelik kuramına göre, gezegenleri
yörüngelerinde tutan şey Güneş'in çekim gücü
değil, yörüngelerin yer aldığı uzay kesiminin
Güneş'in kütlesel etkisinde oluşan kavisli
yapısıdır. Öyle bir uzay yapısında, nesnelerin
başka türlü hareketine fiziksel olanak yoktur.
Genel kuram, ayrıca gravitasyon ile eylemsizlik
ilkesini "gravitasyon alanı" adı altında tek
kavramda birleştiriyordu.
Bu noktada Einstein'ın, Maxwell'in
"elektromanyetik alan" kavramından esinlendiği
söylenebilir. Nitekim tanınmış bilim tarihçisi
I.B. Cohen'in bir anısı bunu doğrulamaktadır:
"Ölümünden iki hafta önce Einstein'ı ziyarete
gitmiştim. Sekreter beni çalışma odasına aldı.
İki duvar döşemeden tavana kitaplıktı. Bir duvar
geniş penceresiyle bahçeye bakıyordu; diğerinde
iki tablo asılıydı: Elektromanyetik teorinin
kurucuları Faraday ile Maxwell'in portreleri!
Genel Görecelik kuramının tüm mantıksal
yetkinliğine karşın, hemen benimsenmesi bir yana
anlaşılması bile kolay olmamıştır. Eddington'a,
"kuramı yalnızca üç kişinin anlayabildiği
söyleniyor, doğru mu?" diye sorulduğunda, ünlü
astrofizikçi bir an duraklar, sonra "üçüncü
kişinin kim olduğunu düşünüyordum." der.
Bir kez, Özel kuramın tersine Genel kuram,
fizikte çözümü istenen herhangi bir soruna
yönelik bir arayışın ürünü değildi. Sonra,
kuramı doğrulayan gözlemsel bir kanıt henüz
ortada yoktu; üstelik, 1915'in teknolojik
olanakları kuramın deneysel yoklanması için
yeterli değildi. Kuramın öndeyilerinden yalnızca
biri yoklanmaya elveriyordu; ancak içinde
bulunulan savaş koşulları bunu da
güçleştirmekteydi.
Einstein, kuramından öylesine emindi ki,
deneysel yoklamada ortaya çıkacak olumsuz
herhangi bir sonucu kuramın yanlışlığı için
yeterli sayacağını bildirmekten kaçınmıyordu.
Olgusal yoklanmaya elveren öndeyi şuydu: kuram
doğruysa, Güneş'in gravitasyon alanından geçen
bir ışık ışınının, eğrilmesi gerekirdi. Bu
etkiyi gündüz aydınlığında belirlemeğe olanak
olmadığı için, Güneş'in tutulmasını beklemekten
başka çare yoktu.
Astronomlar Güneş'in 1919 Mayıs'ında
tutulacağını, gözlem bakımından en uygun yerin
Afrika'nın batısında Prens Adası olabileceğini
bildirmişlerdi. Eddington'un önderliğinde bir
grup bilim adamının gerçekleştirdiği gözlem ve
ölçmeler öndeyiyi doğrulamaktaydı. Sonuç İngiliz
Kraliyet Bilim Akademisi tarafından açıklanır
açıklanmaz bilim dünyası bir tür büyülenir;
Einstein, Newton düzeyinde bir yücelik simgesine
dönüşür.
Kuram daha sonra başka gözlemlerle de
doğrulanmıştır. Bunlardan biri açıklanmasında
klasik mekaniğin yetersiz kaldığı bir olaya
(Merkür gezegeninin perihelisinin kaymasına),
bir diğeri, Güneş (ve diğer yıldız) atomlarının
saçtığı ışığın frekans düşüklüğü nedeniyle
spektral çizgilerin spektrumun kırmızı ucuna
doğru kayması olayına ilişkindir.
Özel Görecelik kuramı gibi Genel Görecelik
kuramının da ilk bakışta çelişik görünen ilginç
sonuçları vardır. Örneğin, kurama göre, evren
büyüklük bakımından sonlu ama sınırsızdır. Gene
kuram evrenin giderek ya büyümekte ya da
küçülmekte olduğunu içermektedir (Nitekim yıldız
kümeleri üzerindeki gözlemler evrenin büyümekte
olduğunu göstermiştir).
Einstein, bu kuramıyla da yetinmez; yaşamının
son otuz yılını daha da kapsamlı bir kuram
oluşturma çabasıyla geçirdi. Evrende olup
bitenleri bir tek ilke altında açıklamak,
insanoğlunun, kökü klasik çağa inen değişmez bir
arayışıdır. Thales tüm varlığı suya, Pythogoras
sayıya indirgeyerek açıklamaya çalışmıştı.
Modern çağda Oersted, Faraday ve Maxwell'in
elektrik ve manyetik güçleri özdeşleştirme
yoluna gittiklerini görüyoruz. Einstein'ın da
ömür boyu süren düşü buna yönelikti: Doğanın tüm
güçlerini (gravitasyon, elektrik, manyetizma,
vb.) "birleşik alanlar" dediği temel bir ilkeye
bağlamak. Bu düşün gerçekleştiği söylenemez
belki; ama Einstein, çağdaş fiziğin egemen akımı
dışında kalma pahasına, umudundan hiçbir zaman
vazgeçmez. Evrenin nedensel düzenliliği onda bir
tür dinsel inançtı. "Seçeneğim kalmasa, doğa
yasalarına bağlı olmayan bir evren düşünebilirim
belki; ama doğa yasalarının istatistiksel olduğu
görüşüne asla katılamam. Tanrı, zar atarak iş
görmez!" diyordu.
Kuantum mekaniğini yetersiz ve geçici sayan
çağımızın (belki de tüm çağların) en büyük bilim
dehası, kendi yolunda "yalnız" bir yolcuydu;
çocukluğa özgü saf ve yalın merakı, evren
karşısında derin hayret ve tükenmez coşkusuyla
ilerleyen bir yolcu!
diğeri on iki yaşındayken tanıştığım Öklit
geometrisi. Gençliğinde bu geometrinin büyüsüne
kapılmayan bir kimsenin, ileride kuramsal
bilimde parlak bir atılım yapabileceği hiç
beklenmemelidir!" sözleri ile açıklamıştır
'"Ben gelecek için hiç bir endişe duymadım. O
yeterince hızlı geliyor."
