Elektro-manyetikten hareket fiziğine kadar… Zamanının çok ötesinde olan bir dahinin kaleminden.
Einstein’ın 1953’te bir fizik öğretmenine yazıp gönderdiği mektup, geçtiğimiz hafta bir açık arttırmada 53.503,75 dolara yani yaklaşık 200 bin TL’ye kimliği açıklanmayan bir alıcı buldu.
7 Eylül 1953’te ABD’nin New Jersey eyaletinde bulunan İleri Araştırmalar Enstitüsü’nün 115 numaralı odasından gönderildiği bilinen bir mektup, Einstein’ın görelilik teorisi ve teoriyi deneylerle nasıl eşleştirileceğine ilişkin sorulara yanıt arıyor. Mektubu gönderen kişi ise bir fen bilimleri öğretmeni olan Arthur L. Converse. Einstein da mektuba fiziğin değindiği ne kadar konu varsa hemen hemen hepsini yanıtlayacak bir cevap mektubu gönderiyor.
İlginç bir şekilde Converse’in atıfta bulunduğu deneylerin çoğunun ne olduğu bilinmiyor. Ancak mektup Einstein’ın düşüncelerine küçük bir bakış açısı sunan bazı el yazmaları ve şemalar içeriyor…
Öğretmen Converse, Einstein’a gönderdiği mektupta ona cevaplaması için 10 soru soruyor. Ünlü fizikçi ise, Dünya’nın yüzeyine olan mesafeye bağlı olarak bir gerilimin nasıl ölçüleceğine dair bir açılış sayfası yazarak başlıyor cevaplara… Einstein, Dünya yüzeyinin ve üst atmosferdeki elektrik yükünün ölçümlerde önemsenmesi gerektiğini belirtiyor. Çünkü elektroskobun bu durumda yüklü bir alanda sıkışmış gibi çalışacağını belirtiyor.
Sorunun kötü ifade edildiğini ve tanımlandığını düşünen ünlü fizikçiden cevaplar, derinlemesine açıklamalarla devam ediyor. Einstein, “standart elektrostatik teori” ile deneysel bir sonucun açıklanmasında bir sorun olmadığını söylüyor. Mektup, Converse’in hangi deneyi sorduğuna dair bir açıklama içermese de Einstein’ın verdiği cevaplar, sanki soruyu yerermiş gibi görünüyor.
Peki ünlü fizikçi mektupta başka hangi konulara değiniyor?
Özel Görelilik: Einstein’ın özel görelilik teorisi, elektrik ve manyetizmayı birleştirip onları bir bütün olarak görüyor. Bu durum elektroskopların çalışma prensipleriyle doğrudan ilgili bir durum. Baş bir telin üzerinde net bir yük yoktur diyor fizikçi. Onu ancak bir pile bağlayıp başka bir telin yanına koyduğunuzda diğer bir boş kablo ile manyetik bir ilişki kurduğunu belirtiyor.
Aynı şekilde teori, bir akünün bağlı olduğu bir telin akımının aynı yönde ileten bir kablo tarafından mıknatısın zıt kutupları gibi çekileceğini ve tersi olması durumunda da itileceğini belirtiyor. Bu durum Einstein’ın da dediği gibi elektrostatik ve manyetik kuvvetlerin birliği nedeniyle oluşuyor. Bir tel boyunca hareket eden elektron olsaydık ve bakış açımız akım ile aynı yönde olsaydı, diğer teldeki negatif elektronlar hiç hareket etmezdi. Aksine, pozitif yükler -ki bu telin atomlarındaki protonlardır- birbirlerine yakınlaşırlardı.
Einstein aynı zamanda hareket fiziğine de bir açıklama getirirek durumu daha net bir şekilde açıklamaya devam ediyor. Belirli bir yöndeki herhangi bir hareket, o yönde hareket eden başka ve gözlemciden daha uzun cisimleri gözlemciye göre daha küçük yapar. Örneğin 100 metre uzunluğunda bir roket, durağan bir gözlemciye hareket yönünde daha kısa olurdu. Fakat roket içindeki yolcular roketin içinde olağan dışı bir şey fark etmezler, onların bakış açısından dışındaki herkes hareket yönünde göre daha kısa görünürdü.
Teldeki elektronlar, protonları hareketli olarak “görür” ve protonlar uzunlamasına daralırken tellerdeki pozitif yük miktarı elektronlara göre daha büyük görünür ve teller birbirine doğru çekilir. Zıt yönlerde gerçekleşen akımlarda, elektronlar negatif yükün “fazla” olduğunu görürler. Diğer telin elektronları durağan değildir, ters yönde hareket ederler ve böylece teller birbirlerini iterler.
Elektronlar tüm bu süreçte beklendiği kadar hızlı gitmiyorlar. Tipik olarak saniyede birkaç kilometreden öteye geçmiyor. Fakat bir sürü elektron var ve bu yüzden etkiler, insan boyuntunda bir ölçekte gözle görülür hale geliyor. Haliyle elektromıknatıslar da bu prensiplere bağlı çalışıyor.
Bir düşünce deneyi ile fizik yasalarını anlamak:
Converse’in sorularından bir tanesi, elektroskop kullanarak voltajın ölçülmesini içeren bir çeşit düşünce deneyi yapılıyormuş gibi görünüyor. Böyle potansiyelleri (voltajları) ölçerken, bir elektroskop ve Dünya arasındaki boşluğa nüfuz eden yükü hesaba katmanın ne kadar gerekli olduğunu sormuş olabilir.
Ancak öğretmenin sorduğu sorulara yönelik en net tahmin şu şekilde: Toprak yüzeyin önemli bir yoğunlukta negatif yük oluşturması durumu atmosferi olmayan gezegenler için de geçerli mi? Einstein bu soruya evet yanıtını veriyor: Yüzeyin üzerindeki bir nokta ile bir gözlemci üzerindeki potansiyel (voltaj) farkının bulunması için Dünya’nın dışında kalan boşlukta yük olmasına gerek yok diyor.
Converse 7. soruda, Dünya’nın atmosferi -ki toprak ve atmosfer arasında sürekli bir elektrik döngüsü vardır- olmasaydı, deneyden aynı sonucu alıp alamayacağını soruyor ve 8. soruda Dünya yüzey yükündeki yoğunluğun atmosferin herhangi bir bölümünü dengelemek için nasıl hareket etmesi gerektiğini soruyor. Einstein bu sorulara bir soru işareti ile yanıt veriyor ve yük yoğunluğu açısından bir kürenin toplam potansiyeli için denklemin neye benzediğini gördüğünü söylüyor.
Yarım asırı geçen bir süreye rağmen modernliğini koruyan sorular ve cevaplar, bugün hala fizik dünyasında tartışılmaya devam ediyor. Einstein’ın zamanının nasıl ötesinde bir bilim insanı olduğunu gösteren mektubu okudunuz. Eğer buraya kadar geldiyseniz şu konuda hepimizin mütabık olduğumuzu düşünüyorum: Fizik sizi asla yanıltmaz.
WEB TEKNO 06.04.2017
