Eylemsizlik ilkesi nedir? Görelilik ile ilgisi nedir?

– Peki bu “doğru yol” sonunda nasıl bulundu?

– Zamanla Aristoteles/Batlamyus geleneğine yapılan ufak tefek itirazlar, Galileo ile olgunluğa ulaştı. Doğa yasalarına Aristoteles öğretisindeki gibi salt saf düşünce ile değil, deney/gözlem rehberliğinde ulaşılması gerektiği fikri daha önce El Heysem, El Birunî, İbni Sina, Roger Bacon gibi filozoflarca ileri sürülmüş, ancak çok etkili olamamıştı; Galileo da bu fikri benimsedi. Doğrudan Aristoteles fiziğinin merkezinde yer alan, üzerinde bir etki olmayan nesnelerin yavaşlayıp duracağı öğretisini hedef alan deney ve gözlemler yaptı ve bu öğretinin yanlış olduğuna karar verdi.

– Nasıl?

– Yerdeki bir kutuya tekme at. Aristoteles öğretisinin dediği gibi biraz gider ve durur. Ama ne kadar? Senin tekmenin şiddeti haricinde, zeminin ve kutunun altının özelliklerine de bağlı, değil mi? Diyelim ki zemin kaba tahta, kutu plastik olsun.

Şimdi zemini güzelce perdahla. Yeniden aynı şiddette tekmele. Daha uzun mesafe gider değil mi? Bir de kutunun altını cilala, yeniden tekmele. Daha da uzun gider. Altını yağla, yeniden tekmele. Dahaaaa da uzun gider. Tekerlek tak, yeniden tekmele. Çok daha uzun gider.

Sorun şu: Eğer sen aynı şiddette tekmeliyorsan, kutunun başlangıç “impetus”u her defasında aynı. Neden farklı mesafeler gidiyor? Aristoteles öğretisinde bunun net bir cevabı yok…

– Sürtünme kuvveti…

– Zaten Aristoteles öğretisinde kuvvet kavramı net değil ki… Galileo durmanın sebebinin sürtünme olduğunu kavradı ve sürtünmeyi yok edebilirsek ne olur sorusunun cevabını araştırdı. Kutu örneği benzeri deneyler/akıl yürütmeler sonucunda, gerçekten üzerine bir etki olmadığında, cismin durmayacağı, yani cismi durdurmak için bir kuvvet gerekeceği yargısına vardı. Bu ilkeye eylemsizlik ilkesi deniyor. Öneminden dolayı, vurgulayarak tekrar yazalım:

–

Tabii ki üzerinde herhangi bir etki olmaması durumunu deneysel olarak gerçekleştirmek kolay değil. Bir yol, sürtünmeyi başka bir kuvvetle dengelemek. Zaten -her ne kadar Galileo zamanında nitel analizi henüz yapılamamış olsa da- dünya üzerinde hiçbir zaman kaçınamadığımız yerçekimi kuvveti var, ama onu zeminin bize uyguladığı (fizik dersi gören öğrencilerin, yüzeye dik olmasından dolayı normal kuvvet diye bildiği) kuvvetle dengeliyoruz. Ama sanırım senin gördüğün sürtünmenin sıfır olması durumuna en yakın şey, bazı eğlence yerlerinde görmüş ya da oynamış olduğunu tahmin ettiğim, bazen havatopu denen oyunun diskleri.

– Hani şu bir masa üzerinde oynanan, iki oyuncunun birer plastik diski ütü yapar gibi tutup, top niyetine daha küçük bir diske vurarak birbirlerinin kalelerine gol atmaya çalıştığı oyun mu?

– Evet. Bu oyunu oynadığın zaman, gerek “oyuncu” disklerinde, gerek “top” disklerinde herhangi bir sürtünme hissediyor musun?

– Hayır. Yağ gibi kayıyorlar…

– Diyelim ki masa uzun olsa, 100 m ya da bir km; iyi bir vuruşla “top” ne kadar gider?

– Bence 100 m’yi rahat geçer…

– İşte bu, sürtünmenin büyük ölçüde yok edildiği bir örnek. Eylemsizlik ilkesi diyor ki, tamamen yok edilebilse, sonsuza kadar giderdi.

– Burada sürtünme nasıl yok ediliyor? Diskler yağlı değil…

– Masa zemininde bol miktarda incecik delik var ve bir pompa yardımıyla bunlardan hava üfleniyor. Dolayısıyla disklerle masanın arasında her zaman incecik bir hava tabakası var. Hava da bir gaz olduğundan çok mükemmel bir yağ vazifesi görüyor.

– O yüzden havatopu deniyor herhalde. Yine de yüzlerce, hatta binlerce metreden sonsuza atlamak bana fazla iddialı geliyor…

– İlke olarak haklısın. Ama eylemsizlik ilkesinin başka sonuçları da var. Eğer üzerinde herhangi bir etki olmayan cisim, hangi hızda olursa olsun, hızını ve yönünü değiştirmiyorsa, her hız, aynı derecede doğaldır. Şimdi, cismin yanında, aynı sabit hız ve yönde giden bir gözlemci düşün. Bu gözlemci, cismi durağan olarak görecektir. Durağan bir cismin, üzerinde bir etki olmadıkça durağan kalmaya devam etmesinden daha doğal bir şey olamayacağına göre, tüm (birbirine göre sabit vektörel hızla giden) gözlemciler de aynı derecede doğaldır.

– Görelilikle ilgi burada kuruluyor galiba.

– Evet, eylemsizlik ilkesinin görelilik özelliği var. Galileo, zamanında uçak olmadığı için (bkz. Soru 2 yanıtının başları), gemi örneği verir: Bir geminin kapalı bir kamarasındaysanız, gemi limanda duruyor mu, yoksa sakin bir denizde sabit hızla ilerliyor mu, ayırt edemezsiniz. Bir diğer gemi örneği: Direğin tepesinden kopan bir çivi, (hava, yani rüzgâr etkisi ihmal edilebilirse) gemi hangi yöne ve hangi hızla giderse gitsin, bu hız ve yön sabit olduğu müddetçe, direğin dibine düşer.

– Bunda şaşırtıcı olan ne?

Aristotelesçiler, çivinin, koptuğu anda gemiden ayrılmış olacağından, geride kalacağını düşünürlerdi. Halbuki eylemsizlik ilkesine göre, çivi direğin tepesindeyken gemiyle aynı hıza sahipti, düşerken bu hızı yatayda korur. Dolayısıyla düştüğü süre içinde -bu bir saniye mi olur, üç mü fark etmez- gemi ne kadar yol kat ettiyse çivi de yatayda o kadar yol kat eder ve böylece direğin dibine düşer. Ve bu, olay durağan gemide cereyan etse olacak olan olayla aynı şeydir.

Sonuçta, eylemsizlik ilkesi, bazı mekanik deneylerinin sonucunun gözlemcinin hareketinden bağımsız olmasını gerektirir ve bu yüzden sınamak için bir kutuyu tekmeleyip, duracak mı durmayacak mı diye sonsuza kadar beklemek gerekmez; belli deneyler için bir gözlemcinin bulduğu sonucu, ona göre sabit hızla hareket eden başka bir gözlemcinin bulduğu sonuçla karşılaştırmak yeterlidir.

50 Soruda Görelilik Kuramları
İbrahim Semiz
Bilim ve Gelecek Kitaplığı