Evrim Ağacı

Sorunuzda bahsettiğiniz denklemler, görelilik kuramında zamanın akış hızını belirleyen hıza bağlı zaman genişlemesi ile kütleçekimsel zaman genişlemesi bağıntılarıdır. Uzayda hızlandıkça zamanınızın yavaşlamasının temel sebebi, evrendeki her cismin uzay zaman dokusunda aslında daima tek bir sabit süratle, yani ışık hızıyla seyahat etmesidir.

Bunu zihnimizde canlandırmak için sakin bir pazar sürüşü hayal edelim. Kuzeye doğru saatte yüz kilometre sabit hızla giden bir aracın direksiyonunu hafifçe doğuya kırarsanız, doğu yönünde bir hız kazanırsınız fakat kuzeye doğru ilerleyişiniz zorunlu olarak yavaşlar. Evren de bize tıpkı böyle sabit bir hız bütçesi verir. Koltuğunuzda sakince otururken tüm bütçenizi zamanda geleceğe doğru ilerlemek için harcarsınız. Ancak uzayda gaza basıp hareket etmeye başladığınızda, bu sabit bütçenin bir kısmını uzay boyutlarına aktarırsınız. Haliyle zamanda ilerleme süratiniz düşer. Işık hızına ulaştığınızda ise bütçenin tamamı uzaydaki harekete harcanır ve zaman sizin için durur.

Formüllerdeki harflerin fiziksel anlamlarına bakarsak, hıza bağlı zaman genişlemesi denkleminde:

• t sıfır (öz zaman): Hareketi bizzat yaşayan nesnenin veya yolcunun kolundaki saatin ölçtüğü süredir.
• t: Dışarıda duran bir gözlemcinin ölçtüğü, yani genişleyip uzamış zamandır.
• v: Cismin uzaydaki bağıl hızıdır.
• c: Evrensel hız sınırı olan ışık hızıdır.
• Gama (Lorentz faktörü): Bir bölü karekök içindeki ifadedir ve hızınız ışık hızına yaklaştıkça zamanın ne kadar esneyeceğini belirleyen çarpandır.

Eğer bahsettiğiniz diğer formül kütleçekimsel zaman genişlemesi ise oradaki harfler şunları temsil eder:

• G: Evrensel kütleçekim sabitidir.
• M: Çekim alanını oluşturan gezegen veya yıldız gibi kütleli cismin kütlesidir.
• r: Bu kütlenin merkezine olan uzaklığınızdır. Kütleçekim kuyusunun derinliklerinde zaman daha yavaş akar.

Peki bu denklemler yalnızca tahtada kalan teorik fanteziler midir? Kesinlikle hayır. En somut kullanım alanı cebimizdeki navigasyon sistemleridir. Yörüngedeki GPS uyduları yüksek hızla döndükleri için saatleri yerdeki saatlere göre her gün yaklaşık yedi mikrosaniye geri kalır. Diğer yandan Dünya'nın kütleçekim alanından daha uzakta oldukları için saatleri her gün yaklaşık kırk beş mikrosaniye hızlı çalışır. Mühendisler bu iki formülü birlikte hesaba katıp net otuz sekiz mikrosaniyelik göreli farkı her gün düzeltmeseydi, haritanız sizi gideceğiniz manav yerine birkaç gün içinde bambaşka bir ilçeye götürürdü. Ayrıca CERN gibi parçacık hızlandırıcılarda ışık hızına yaklaştırılan kısa ömürlü atomaltı parçacıkların bozunma sürelerini hesaplarken ve atmosferimize giren kozmik ışınları incelerken de bu formülleri kullanırız.

Bütün teknoloji elektron hareketinden ibaret değil elbette... Fakat modern teknolojinin neredeyse tamamen elektrona kilitlenmiş olması da bir tesadüf değil. Bilgiyi işlemek ve enerjiyi bir noktadan diğerine taşımak için doğanın bize sunduğu en pratik, en kıvrak araç elektron. Elektrik olmasaydı medeniyet tamamen yok olmazdı belki ama mekanik, hidrolik veya pnömatik sistemlerin hantal dünyasına sıkışıp kalırdık. Cebimize sığan akıllı telefonlar yerine, apartman büyüklüğünde buharla veya dişlilerle çalışan mekanik hesaplayıcılarımız olurdu.

Düşünsenize, atomun çekirdeğinde protonlar ve nötronlar öylece hapsolmuş duruyor... Ağırlar, elektrondan neredeyse iki bin kat daha ağırlar. Onları yerinden oynatmak devasa bir eziyet. Elektronlar ise en dış kabukta, fırıl fırıl dönüyor... Hele bir metal kafesin içine girdiğinizde, atomlar elektronlarını ortak bir havuza bırakıveriyor. Serbest elektron denizi dediğimiz büyüleyici ortam işte tam olarak bu. Küçücük bir potansiyel fark uyguluyorsunuz, pat diye o kafesin içinde dalgalanmaya başlıyorlar. Kütleleri o kadar minik ki, en ufak bir elektrik alanla anında ivmeleniyorlar. Başka hiçbir parçacığı katı bir malzemenin içinde bu kadar zahmetsizce, yapıyı parçalamadan ve sürtünmeyle tüketmeden yönlendiremezsiniz.

İşin bilgi boyutunda ise katı hal fiziği ve yarı iletkenler devreye giriyor. Kusursuz bir silisyum kristalini alıp içine birkaç yabancı atom serpiştiriyorsunuz... Band aralığını, Fermi seviyesini milimetrik olarak manipüle ediyorsunuz ve elinizde mekanik hiçbir parçası olmayan, aşınmayan, saniyede milyarlarca kez açılıp kapanabilen bir anahtar, yani transistör kalıyor. Elektrik olmasaydı bir mantık kapısını dişlilerle, kollarla veya basınçlı hava borularıyla kurmak zorunda kalırdık. Bir mekanik kolun ya da borudaki akışkan dalgasının iletim hızı malzemedeki ses hızıyla sınırlıyken, iletkendeki elektromanyetik etki ışık hızının üçte ikisine yakın bir hızda yayılıyor. Hem ışık hızına yakın tepki süresi hem de mikroskobik boyutlarda sıfır mekanik aşınma, elektronları rakipsiz kıldı.

Peki teknoloji hep böyle elektron yükünü oradan oraya itmekle mi kalacak? Aslında hayır... Şimdilerde sadece elektronun yükünü değil, kendi etrafındaki dönüşünden kaynaklanan kuantum özelliğini, yani spinini kullanarak bilgiyi taşımayı hedefleyen spintronik gibi alanlar hızla büyüyor. Hatta elektronlar yerine doğrudan ışığı, yani fotonları yönlendiren optik devreler geliştiriliyor. Yine de atomik ölçekte maddeyi bir arada tutan şey elektromanyetik kuvvet olduğu sürece, elektronlarla olan bu derin bağımız kolay kolay kopmayacak gibi duruyor.

Gördüğün iki farklı durum için gökyüzünde tamamen ayrı iki senaryo var. Daha önce gördüğün ve UUİ ile aynı hızda süzülen sarımsı tek ışık, istasyona kenetlenmek üzere yaklaşan ya da istasyondan yeni ayrılmış bir kargo veya mürettebat aracı. Yeni gözlemlediğin yanıp sönen iki kırmızımsı ışık ise uzayda değil, Dünya atmosferinde, tamamen tesadüfi bir açı çakışmasıyla istasyonun rotasına denk gelmiş bir uçağa ait flaşörler.

Yörüngedeki uzay araçları kendi ışıklarını yakıp yeri aydınlatmaz, tıpkı Ay ve gezegenler gibi Güneş ışığını yansıtırlar. Bu yüzden uzaydaki cisimler sabit, sarımsı veya beyaz bir parlaklıkla akar. SpaceX Dragon, Rus Progress veya Cygnus gibi ikmal kapsülleri istasyona yanaşırken veya ayrıldıktan hemen sonra UUİ ile neredeyse aynı yörüngede peş peşe ilerler. Yerden baktığında kolunu uzatıp ölçtüğün o yarım parmaklık açı, yaklaşık 400 kilometre irtifada birkaç kilometrelik güvenli bir takip mesafesine karşılık gelir. Hızları ve doğrultuları istasyonla birebir uyuştuğu için gökyüzünde ikili bir konvoy gibi akarlar.

Yanıp sönen kırmızı ışıklar ise tamamen farklı bir dünyanın kurallarına tabi. Alçak Dünya yörüngesinde çıplak gözle yerden seçilebilecek güçte kırmızı flaşör çakan hiçbir aktif uydu veya uzay aracı bulunmuyor. Yanıp sönen kırmızı ışıklar, havacılık regülasyonlarının tüm uçaklarda zorunlu kıldığı çarpışma önleyici flaşörlerdir. Yaklaşık 10 bin metre irtifada uçan bir yolcu uçağının rotası ile 400 kilometre yukarıdaki istasyonun geçiş çizgisi senin bakış hizanda üst üste bindiğinde, açısal hızlar birkaç saniyeliğine birbirine çok yakın algılanabilir. Bu durum, tamamen iki farklı irtifanın aynı görüş çizgisine denk gelmesinden doğan bir perspektif illüzyonu.

Bu tip gözlemleri teyit etmek amatör gözlemciliğin en eğlenceli tarafı. Sarımsı eşlikçiyi gördüğün tarih ve saati not ettiysen Heavens-Above veya NASA'nın görev kayıtlarından o gün bir Dragon ya da Progress kenetlenmesi olup olmadığını hemen bulabilirsin. Kırmızı ışıklar içinse bir sonraki sefer telefonundan canlı uçuş radarı açıp tam o saniyede üzerinden geçen uçağın kuyruk koduna kadar bakabilirsin.