Einstein. hep saatlere, cetvellere ve gözlemcilere bağlı olmayan evrensel bir çekim kuramı hayal ederdi ve Tanrı’nın, kendine bir keçi inadı ile İyi koku alan bir burun verdiğini söylerdi. Gerçek şu ki; O’nun bu özellikleri amacına ulaştırmıştı.

Genel görelilik kuramı, kütle çekiminin nasıl islediğini anlatır. Ama bunu yaparken; hiçbir zaman çekimi bir kuvvet olarak düşünmez. Bunun yerine, cisimlerin çevresindeki çekim alanlarının, uzay ve zamanın bükülmesi sonucu oluştuğunu söyler. Cisimler, içerdikleri kütlelerine oranla uzayda çukurluklar oluşturur. Ve zamanın akışını yavaşlatır. Ancak uzayın derinliklerinde, tüm çekim kaynaklarından uzakta, uzay ve zaman tam anlamıyla düzdür. Çekim alanının gücü arttıkça uzay-zaman eğriliği de artış gösterir. Bütün bunlardan çıkan sonuç şudur: Madde uzay-zamanın nasıl eğileceğini, uzay-zaman da maddenin nasıl davranacağını belirler.

Uzay-zaman düşüncesine somut bir örnek olarak sunu verebiliriz: Ilık bir yaz gecesi uzaya baktığınızı düşünün. Binlerce yıldız, gözlerinizin önüne serilmiştir. Bize en yakın yıldızlardan olan Sirius’a gözlerimizi kaydırdığımızı haya! edelim. Sirius. güneş sistemine yaklaşık 8,5 ışık yılı uzaklıktadır. Bu ise; o yıldızdan çıkan bir ışık ışınının gözümüze ancak 8,5 yıl sonra ulaşabildiğini bize anlatır. Yani yıldıza bakmakla onun 8,5 yıl önceki halini görmekteyiz. Ya 250 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir galaksiyi gözlemlediğimizi düşünsek? Tahmin edersiniz ki; galaksinin yeryüzünde dinazorların hüküm sürdüğü devirlerdeki görüntüsünü algılarız.

Sonuç olarak, yıldızlara bakmakla uzayın zamandan ayrı düşünülemeyeceğini kavrarız. Çünkü, gökyüzünü incelerken, aslında evrenin geçmişine bakmaktayız. İşte. birbirinden ayrı olarak düşünmediğimiz bu dört boyutlu anlayışa (en. boy. yükseklik, zaman) uzay-zaman denir. Nasıl, bir cetvel uzunluğu ölçüyorsa . kolumuzdaki saat de zaman yönünde uzaklığı ölçer.

Einstein. kuramın matematiksel ispatı yanında bir de deney önerdi. O’na göre Güneş de ışığı belli bir oranda saptamalıydı. 1919′da bir Güneş tutulması esnasında, uzaydaki konumu önceden bilinen bir yıldız üzerinde gözlem yapıldı. Gerçekten de. yıldızın ışığı Güneş’in yanından geçerken: uzay-zaman eğriliği nedeniyle önceki konumundan daha açıkta görülüyordu. Gözlem sonunda elde edilen sayılar da teorik hesaplarla bulunana yakındı. 60 yıl boyunca tekrarlanan diğer deneyler de Einstein’i haklı çıkardı. Günümüzde de çok hassas aletler yardımıyla, uzayda yapılacak bir deney düşünülüyor. Dünyanın dönme ekseninin bulunduğu düzlem üzerine, yaklaşık 640 km yüksekliğe yerleştirilecek GP-B kütle çekim aracı en hassas uzay-zaman gözlemini yapacak.

Görelilik kuramı, uzayın eğriliğine bağlı olarak zamanın da akışının yavaşlayacağını belirtir. Uzayda, eğim ne kadar fazlaysa o bölgede aynı oranda. zaman yavaş işler. Eğimin en fazla olduğu yerler de gök cisimlerinin merkezleridir. Merkezden uzaklık arttıkça zamanın büzülmesi de azalır. Çok katlı bir binanın zemin katı ile en üst katı arasındaki zaman farkı ilk defa 1960′da ölçülebildi. Günümüzde isg, en hassas saatler olan atom saatleriyle yapılan çeşitli deneyler de bu ilkeyi destekledi.

Açık hava basıncının değeri yeryüzüne yakın yerlerde en büyüktür. Yükseklere çıkıldıkça, hava molekülleri azalacağı için açık hava basıncının değeri azalır.

Toriçelli Deneyi

Yaklaşık bir metre uzunluğunda olan bir ucu kapalı cam boru alınarak ağzına kadar cıva dolduruluyor. Borunun açık kısmı el ile kapatılıp cıva çanağına daldırıldıktan sonra el çekildiğinde, cıvanın biraz çanağa boşalıp sonra sabit kaldığı görülüyor. Bu durumda borudaki cıva yüksekliği 76 cm oluyor.

Borunun ağzı açık olduğu halde cıvanın tamamının çanağa boşalmamasının nedeni, cıva basıncının açık hava basıncı tarafından dengelenmesidir.

Aynı deney farklı genişlikteki borularla yapıldığında cıva düzeyleri arasındaki farkın yine

76 cm olduğu görülüyor. Yani borudaki cıva yüksekliği borunun kesitine bağlı değildir.

Toriçelli bu deneyi deniz seviyesinde ve 0 °C sıcaklıkta yapmıştır.

Açık hava bısıncının ölçüldüğü aletlere barometre denir. Şekildeki barometrede çanaktaki cıva üzerine etki eden açık hava basıncı, cıva tarafından itilerek, borudaki cıva basıncını dengeler.

Buna göre,

P0 = Pcıva

P0 = h . d . g = 0,76 . 13600 . 10

P0 = 103360 pa ? 105 pa dır.

Bu sonuca göre açık hava, deniz düzeyinde 1 cm2 lik yüzeye yaklaşık 10 N büyüklüğünde kuvvet uygulamaktadır.

Açık Hava Basıncının Etkileri

İçi su dolu bardağın ağzı hava kalmayacak şekilde kağıtla kapatılıp şekildeki gibi ters çevrildiğinde suyun dökülmediği görülür. Suyun dökülmemesinin nedeni, suyun kağıda uyguladığı basıncın, açık havanın kağıda uyguladığı basınca eşit ya da küçük olmasıdır.

? Bir yerden başka bir yere uygun şartlarda akabilen maddelere akışkan maddeler denir. Sıvılar ve gazlar akışkan maddelere örnektir.

? Akışkanlar daima basıncın büyük olduğu yerden küçük olduğu yöne doğru akar. Dağlarda da sular daima aşağı doğru akar. Binaların zeminindeki strofor yardımı ile basınç farkı oluşturularak, su binanın üst katlarına kadar çıkarılır. Odanın kapı ve penceresini açarak hava akımı oluşturulması da basınç farkından dolayıdır.

? Yükseğe yerleştirilmiş bir depoya şekildeki gibi üstten bir hortum daldırılıp, hortumun içindeki havayı boşaltırsak depodaki sıvıyı akmaya zorlarız. Eğer borunun içindeki hava boşaltılıp borunun ağız hizası, suyun üst düzeyinden aşağıda olmaz ise sıvı akışı başlamaz. Akmaya başladıktan sonra depodaki sıvı bitinceye kadar akma devam eder. Sistem yine hız ile basınç arasındaki ters orantıdan yararlanılarak çalıştırılır. Suyun L noktasındaki hızı K noktasındaki hızından büyük olacağından, L noktasında sıvı basıncı düşer, böylece su devamlı akmış olur. Böcek ilaçlamaya yarayan filit pompanın çalışması da aynı ilkelere dayanır.

? Musluktan akan suyun aşağı doğru hızı artar ve kesiti daralarak incelir.

2. Sıcaklık ve hacim sabit ise gaz basıncı molekül sayısı ile doğru orantılıdır.
3. Hacim ve molekül sayısı sabit ise, gazın basıncı sıcaklıkla doğru orantılıdır. Sıcaklık arttıkça gaz moleküllerinin hızı artar ve kabın iç yüzeyinde birim alana çarpma sayısı artar.
Bu da basıncın artmasına neden olur.

Manometreler
Kapalı kaptaki gazların basınçlarını ölçmek için kullanılan aletlere manometre denir. Manometrelerde borunun ucu kapalı veya açık olabilir. Şekildeki cam kapta bulunan gazın basıncı kapalı uçlu manometrede h yüksekliğindeki cıvanın basıncına eşittir.
Pgaz = Pcıva = h cm-Hg dir.

Bunun anlamı, gazın basıncı h yüksekliğindeki cıvanın basıncına eşittir. Manometreler, barometrelerden faydalanılarak yapılmıştır.
Açık hava basıncının P0 ve cm-Hg birimi cinsinden olduğu bir ortamda, açık uçlu manometrede cıva düzeyleri arasındaki fark şekildeki gibi h kadar ise,
Pgaz > P0 dır.
Pgaz = P0 + h dir.

h değeri cm cinsinden ise gaz basıncı cm-Hg cinsinden bulunur.
Açık uçlu manometrede cıva düzeyleri eşit ise, gazın basıncı açık hava basıncına eşittir.
Pgaz = P0 dır.

Yine açık uçlu manometrede cıva düzeyleri arasındaki fark şekildeki gibi h kadar ise,
Pgaz < P0 dır.
Pgaz = P0 ? h dir.

Çocuk balonu gibi esnek kaplarda iç basınç daima dış basınca eşittir. Dış basınç azalırsa iç basınçta azalır. Yani balon şişer. Dış basınç artarsa iç basınçta artar yani balonun hacmi küçülür. Eğer sıcaklık ve molekül sayısı değişmiyorsa, balonun basıncının artması hacminin küçülmesi ile sağlanır. Örneğin esnek bir balon yükselirken hacmi artar ve belli bir yükseklikte patlar. Şişirilmiş esnek bir balonu su içinde aşağı doğru indirirsek, dış basınç artacağı için balonun hacmi küçülür ve iç basınç artar.

Binlerce hareket ve hadiselere sahne olan şu âlemdeki kuvvetleri; göremediğimiz mikro ve makro âlemin anlaşılması için hülasa edelim.

Vücudumuzdaki bir adalenin, genişleyen bir gazın, gerilen bir yayın, rüzgârın, elektriğin, manyetizmanın, yer çekiminin ve çok değişik şekil ve keyfiyette karşımıza çıkan kuvvetlerin esasta dört neviden oluştuğunu söyleyebiliriz. Bu dört ana kuvvetin, aralarındaki benzerlik ve zıtlıkları görmeye çalışacağız.

Gravite (Çekim)

İnsanlığın tecrübe sahasına koyabildiği ilk kuvvettir. Makro âlemin kürelerinin aralarındaki çekim kuvveti demektir. Temel formül olarak:

F = G.m.M/r^2

ifadesi bilinmekte ve kullanılmaktadır. Bu denklemin bize söylediği şudur: ki cisim arasındaki kuvvet; (m) ve (M) olan kütlelerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin (r) karesiyle ters orantılıdır. G, kullanılan sistemin, birimlerini denkleştirmek için kullanılan bir sabittir. Şunu hemen kaydedelim ki, bu kuvvet daima çekicidir (cazibe). Yani gravitasyonel bir itme hâsıl etme imkânsızdır. Bu kuvvetin yönü, cisimleri birbirine birleştiren doğru boyuncadır. Bütün cisimler arasındaki tesir eden kuvvetlerin sadece bu yolda olduğunu sanmak yanlıştır ve bu yanlışlığı elektromanyetik kuvvette göreceğiz. Gravitasyonel kuvvet, diğer kuvvetler gibi cisimlerin hızına ve istikametine bağlı değildir. Kuvvetin, mesafenin tersinin karesine bağlı olması fezanın yapısıyla alakalıdır. Aynı zamanda formül yalnız kürevî ve boyutlarına nazaran birbirine uzak olan cisimlere tatbik edilebilir. Şekil-1?e bakılarak kürenin merkezinden r1 uzaklığındaki alanla, r2 uzaklığındaki alanı karşılaştırdığımızda, bu durum açıkça görülebilmektedir şeklinde ifade edilebilir. Kürenin yüzey formülü 4?r^2 olup, kuvvetin mesafeye bağlılığının bu şekilde oluşunun bir çeşit izahıdır.

Formüldeki diğer büyüklüğün kütle olması, ilim adamlarını az düşündürmemiştir. Kütle, gravitasyon kuvvetinin kaynağı olup, aynı zamanda cismin ağırlığını da tayin etmektedir. Yani, kütlesi m olan bir cisme M kütlesinde ve r yarıçapında olan yer küresi üzerindeki tesir eden E kuvveti cismin ağırlığı olmaktadır. Kütle tabir edilen m, aynı zamanda cismin ivmesini kuvvete bağlıyan bir büyüklük olarak karşımıza çıkar:

F = m.a

a ivmesi, bizim birim zamandaki değişme miktarını gösteren bir sabittir ve basitçe:

a=?V/?t

şeklinde ifade edilir. Bu durumda kütle ataletin bir ölçüsü, cismin hız değişmelerine karşı bir çeşit isteksizliğidir. Atalet kütlesinin,çekim kuvvetinin de kaynağı oluşunun sebebi bu iki kütlenin idantik (denk) olmasındandır. Yani o cismi O kütlede yaratanla, o hızda hareketini devam ettiren kudretin aynı olduğunu göstermektedir.

Elektromanyetizma:

Elektrik ve manyetizma tek hadisenin iki yönü olarak birbirine bağlıdır. İki elektrik yükü arasındaki kuvvet bunların nispi hızlarına da bağlıdır. Şayet bunlar birbirlerine göre sükûnette iseler, yalnız elektrostatik kuvvet tesir ettirirler. Hareketli iseler, birbirlerine manyetik kuvvet de tesir ettirirler. Yükler sükûnette iken tesir eden kuvvet,

F=k.q1.q2/r^2

dir. Kuvvet;yüklerin çarpımıyla doğru, mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Yani tamamen gravitasyon kuvvetine benzemektedir ki bu bizi kâinattaki birliğe götürmektedir.

Bu formül, boyutları arasındaki mesafeye nazaran çok küçük olan yüklü parçacıklara tatbik edilebilir. K yine birimleri ayarlamada kullanılan bir sabittir. Yalnız buradaki cazibe veya dafıa yüklerin pozitif veya negatif olmasına bağlıdır. Şayet bir elektrik yükü diğerinin yanından geçiyorsa, hareketle mütenasip olarak bir manyetik kuvvet hâsıl olur ve bunun istikameti hız ile yükleri ayıran doğruya diktir.

Bu elektrik yükleri ivmelenecek olursa; radyasyon oluşmakta ve ışık hızına eşit bir hız kazanmaktadırlar. Günlük hayatımızda karşılaştığımız kuvvetlerin çoğunun sebebi elektromanyetik kuvvetlerdir. Elektronları atoma, atomları birbirine bağlı tutarak kimyevi bağların kaynağını teşkil ederler. Bir yayın tesir kuvveti, yayın yapıldığı metalin atomları arasındaki elektromanyetik çekim kuvvetidir. Bir dinamitin patlamasında açığa çıkan enerjinin kaynağı elektromanyetiktir. Genişleyen gazlar kalın cidarlara çarptığı zaman çarpan moleküllere tesir eden kuvvet elektromanyetiktir.

?kuvvetli? çekirdek kuvvetleri:

Bu kuvvetin varlığından insanlığın haberdar olması çok yenidir. Atom; merkezde pozitif yüklü protonlardan ibaret çekirdek, onun etrafında dönen negatif yüklü elektronlar olarak bilinmekte iken, protonların yalnız olmayıp yüksüz küreler olan nötronlarla iç içe geçmiş bir vaziyette oldukları anlaşılmıştır. Bu küreler tutkalla yapıştırılmış mermerler gibi sıkı sıkıya birbirleriyle bağlıdır. Aynı yüklü parçaların birbirini ittiği bilindiğine göre, yüklü protonlar nasıl böyle birbirine bağlıdırlar? Çekirdek, niçin elektrostatik itme kuvvetinin tesiri altında parçalanıp dağılmıyor? Hesaplara göre gravitasyon çekme kuvveti çekirdeği bağlı tutmak için çok zayıf kalmaktadır.

Demek ki çekirdek parçacıkları arasında, protonların elektrostatik kuvvetinden daha şiddetli başka bir kuvvet mevcuttur. Bu kuvvet için şimdilik evvelkiler gibi bir formül yazamıyoruz. Ancak bilinen en mühim hususiyeti kısa mesafeli oluşudur. Şayet çekirdek parçaları birbirine değiyorlarsa, bu kuvvet son derece şiddetlidir. Bu şiddetli kuvvet aracılığıyla, çekirdek kürecikleri süratle kendi eksenleri etrafında aynı veya zıt yönde dönmektedirler. Maddelerin bildiğimiz bazı hususiyetlerinin bu hareket ve kuvvete bağlı olduğunu da ifade etmiş olalım.

Binlerce ton ağırlığı üzerinde taşıyan çelik çubukların, o yüklere dayandığını biliyoruz ama nasıl dayandığını, daha doğrusu onun zerrelerine verilen hareket ve kuvvetle o yüklere nasıl dayandırıldığını pek bilemiyoruz, Saatte 1000 km.den fazla hızlı giden vasıtaların cam ve cidarlarının, o şiddetli basınca karşı koyduğunu ve bilmem ne kadar yüksek sıcaklığa dayandığının farkındayız ama nasıl öyle olduğunun pek farkında ve şuurunda değiliz herhalde.

Zayıf İnteraksiyon:

Bu kuvvet hakkındaki malumatımız da bir evvelkinden daha azdır. Kuvvet, elektron neşreden bir çekirdeğin radyoaktif bozunmasının sebebi olarak gösterilmekte ve bu bozunmayı izah için kullanılmaktadır. Yakın senelerde keşfedilen yeni parçacıkların (müon, pozitron, nötrino-müon vs.) çoğu zayıf interaksiyon sebebiyle bozunmaktadır. Bu kuvvetin tesir mesafesi hakkında dahi birşey söylenememektedir ki, bir formül ortaya koymak da mümkün değildir. Fakat kâinatın yaşını tahminde dahi kullanabildiğimiz iz ve işretler bırakmakta ve ilmin öz ve çekirdeği olabilmektedir

Bu gün bildiğimiz maddelerin karşılıklı birbirine tesir ettiği bu dört yoldan başka yol bilinmemektedir. Ancak ilk iki kuvvetle çeşitli hesaplamalar yapılsa da, bunların aralarında idrak sınırlarımızı aşan bağlar, bulunduğu da bilinen bir gerçektir. Zaman geçtikçe bu mevzular da, varsa insanlığın ömrü bilinebilecektir belki. Bilmediklerimiz azalacak mıdır? Asla! Belki daha da artacaktır. Dairevi bir satıh kabul ettiğimiz bildiklerimiz arttıkça, yani bilgi dairemizin yarıçapı büyüdükçe, bilmediklerimiz olan dışla temasımız artacak ve başımız o zaman daha da eğilecektir. İki kelimelik tek şartımız var. İnsaf ve vicdan.

Diğer iki kuvvet hakkında ise, elementlerin transmitasyonu ve çekirdeklerden fizyon yolu ile güç istihsal etmek gibi bilgilere sahibiz. Çekirdek bağlama kuvvetleri ?kuvvetli?, bozunma kuvvetleri ise ?zayıf? olarak tabir edilmektedir. Birbirine temasta olan iki protonun çekirdek kuvveti elektromanyetik itme kuvvetinden 100 kere daha fazladır. Zayıf interaksiyon ise, kuvveti çekirdek kuvvetinden 10 milyar milyon (10^16) kere daha zayıftır. Gravitasyon kuvveti ise, en zayıf olan çekme kuvveti olup bu, kuvvetli çekirdek kuvvetinden (10^39) kere daha zayıftır. Gravitenin ehemmiyeti büyük âlemde ve uzun mesafelerde oluşundadır.

Kürelerin tesir elemanları üzerinde çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Elektromanyetik kuvvette ?foton?lar, gravitasyonda ?graviton?lar tesir elemanı olarak bilinmektedir. Ancak ?graviton?lar bir teori olarak durmakta ve istikbalin araştırmacılarını beklemektedir. Çekirdek kuvvetinin tesir elemanı ise ?mezon? olarak bilinmekte olup yüksüz olan fotonlar yanında bunlar belli bir yüke sahip bulunmaktadır.