Mach prensibi
Mach prensibi, belirli bir bölgedeki hareketin başka bir referans noktasına göre hareketin belirlenmesi büyük ölçekteki madde dağılımına dayalı olduğunu belirtir. Teorik fizikteki, yerçekimi teorilerinden olan Mach prensibi Einstein tarafından isimlendirilmiştir. Fikir filozof Ernst Mach'a atfedilir.
Bu fikir bir anektod ile örneklendirilirse;
Eğer sen kollarını açıp yıldızlara bakarak kendini çevirmeye başlamışsan, kolların hareket etmiyor. Şimdi yıldızlar dönmeye başladığında ise kolların arkaya doğru itiliyor. Neden yıldızlar dönmeye başladığında ? Neden kollarında yıldızlar dönemediğinde bir etki hissetmedin ?
Mach Prensibi bu olayın bir tesadüf olmadığını ve bir referans noktasına göre çok uzaktaki yıldızların açıklar bir fizik yasası olduğunu iddia ediyor. Eğer tüm yıldızlar senin etrafında döndüğünü görüyorsa, Mach bir fiziksel yasanın sana bunun merkezkaç kuvveti olarak hissettirdiğini söylüyor. Bu prensiple ilgili birçok rakip fikir vardır. Mach ilkesi çok genel bir deyimle "Yerel fizik kanunları evrenin büyük ölçekli yapısı ile belirlenir." der.
Bu konsept Einstein’ın genel relativiteyi geliştirmesine rehberlik etmiştir. Einstein maddenin genel dağılımının metrik tensörü ile belirlenebilir ve bu bize hangi ortam biz dönerken sabit olabileceğini anlatır. Ortam sürekli dönüyorsa ve yer çekimsel açısal momentumun korunumu genel relativite çerçevesinde bir özüm sunabilmesini sağlar. (belli problemler için) Fakat prensibin belirsizliğinden dolayı, çok uzak iddialar Mach prensibi ile durumu açıklayabilir ve bazıları yanlıştır. Gödel’in dönen evrenindeki çözümde alan denklemlerinin Mach prensibine uygulaması şeklindedir. Bu örnekte, çok uzaktaki yıldızlar çok hızlı döndüğü görülecek taki bir tanesi çok uzağa gidene kadar. Bu örnek tamamen sonuç vermekten uzaktır. Çünkü zaman değişkeni işin içine katılmamıştır.
Tarihçe
Basitçe fikir, George Berkeley'in yazılarına dayanır. Benedict Friedlander ve onun kardeşi Immanuel tarafından yazılan Absolute or Relative Motion Kitabı Mach prensibine benzer fikirler içerir.
Einstein‘ın fikri kullanılışı
Relativite teorisinde temel bir olay vardır. Eğer tüm hareketler göreceli ise ,nasıl bir cisim eylemsizliğini ölçeriz ? Eylemsizlik başka bir şeye bağlı olmalıdır. Fakat parçacığın tamamen kendi evreninde olduğunu varsayarak ? Belki de hala daha bir hareket olduğunu başka bir durumun hareketine göre varsayabiliriz. Mach prensibi bazen parçacığın hareketinin hiçbir anlamı olmadığı duruma göre yorumlar.
Bu anlayışta, bazı Mach prensibi filozofik holism ile bağlantılıdır. Mach önerisi yerçekimi teorilerinin birbiriyle ilişkisi olması gerektiğine bir uyarı olarak düşünülebilir. Einstein bu prensibi o anki fizik akımına uygulayarak, genel relativite üzerine çalışmıştır. Aslında Einstein ilk kez Mach prensibi diye ifadeyi ortaya atan kişidir. Hiçbir zaman ayrıntılı bir şekilde bu prensipten bahsetmediği için yeni bir fiziksel yasa iddia edip etmediği tartışmalı bir konudur. Mach’ın ‘The Science of Mechanics ‘kitabı Einstein’a esin kaynağı olmuştur. Newton’un mutlak uzay kavramını eleştirmiştir.
Newton kitabında mutlak zamanda dönen her şeyin üzerindeki kuvvetleri belirlemenin tek yolunun mutlak zamana göre olması gerektiğini kanıtlamaya çalışıyor. Eğer bir kova su ile doldurulursa ve döndürülmeye başlanırsa başlangıçtaki su dönmeye devam edecektir ama sonrasında kovanın duvarları suyun hareketinden haberdar olmaya başladığında ise bükülmeler olmaya başlayacak ve duvarın uyarılmasıyla su tırmanya başlıyacak. (merkezkaç kuvvetinden dolayı) Newton bu düşünce deneyinde merkezkaç kuvvetinin suyun üzerindeki etkisinin mutlak bir uzayda olması gerektiğinin anlatır bunun yerine kova suya göre döndürülürse merkezkaç kuvveti oluşmayacaktır. Bu ikici durumdaki mutlak zaman kavramının tekini işaret etmektedir.
Mach kitabında bu deneyin sadece suyun kovaya göre dönerken merkezkaç kuvveti oluşturmamasını kanıtladığını ve suyun deneyde nasıl hareket edeceğini bilebileceğimizi söylüyor. (eğer kovanın boyutlarında bir değişim olursa)
Mach’ın fikrince bu mutlak hareket konsepti tamamen relativistik bir anlayışın içine sokulmaktadır. Örneğin kimse suyun kovaya göre mi yoksa Dünya’ya göre mi döndüğünü söyleyemez. Bu görüşte, mutlak ve hareket halindeki hareketin üzerindeki kuvvetlerin farkının görülmesine izin veriyor. Ayrıca bu büzüm gözlemlediğimiz noktadaki bir asimetrik farkın oluşmasından kaynaklandığını düşünmektedir. (Çok büyük kütleler arasındaki gözlem ifade edilmektedir) Aynı düşünceyi George Berkeley ‘de De motu’sunde ifade etmektedir. Eğer filozof çok büyük kütlelerin arasında yeni bir fiziksel yasa bulmak istese, bu Mach’ın pasajlarda böyle bir amacının olup olmadığı hakkında kesin bir ifade yoktur. Bu fiziksel mekanizma cisimlerin eylemsizliği ile tespit edilmelidir, evrende bu eylemsizliğe en büyük katkı veren Dünya ve uzaktaki yıldızlardır. Büyük olasılıkla, Mach sadece hareketi yeniden tanımlamak gerektiğini önermiştir. Einstein Mach’ın pasajına yaptığı yorum ise bu tartışmanın başlangıcı olduğu kesin bir gerçektir.
Modern genel görelelik
Einstein genel relativitideki fikrini belirtmeden önce, Mach prensibine kanıt diye yorumlanabilecek bir efekt buldu. Sabit bir arabada çok büyük bir küresel kütle olduğunu farz edelim ve bu arka planda kendi etrafında dönsün. Bu efekt Lense–Thirring olarak bilinir. Einstein Mach’ın prensibinin bu manifestosunu o kadar memnundur ki Mach’a mektup yazar.
Eylemsizlik vücutlar arası iletişimin bir çeşitinden kaynaklanıyor, oldukça sizin düşüncelerinizin duygusu içinde Newton’un kova tecrübesinde… Eğer biri döndürürse(bir maddenin ağır kabuğu) sabitlenmiş yıldızlara ait onun merkezinden giden bir eksen hakkında bir Coriolis kuvveti kabuğun içinde ortaya çıkar: yani, Foucault sarkacı düzlemi sürüklenilir etrafında (pratik ölçülemez bir şekilde küçük açısal bir hızla).
Lense-Thirring efekt kesinlikle çok temel ve oradaki maddenin buradaki eylemsizliği etkilediği geniş bir kavram karşılar. Sarkacın düzlemi etrafında hiçbir şey sürüklenemez eğer maddenin kabuğu mevcut değilse ya da eğer o dönmüyorsa. Çünkü eylemsizlik vücutlar arası iletişimin bir çesitinden kaynaklandığı açıklaması, bu efektlerin kaynaklarında doğru olarak değerlendirilebilirdi.
Problemin daha temeli, fakat, sabit bir temelinin var oluşudur, hangisini Einstein ‘’sabitlenmiş yıldızlar’’ olarak tanımladı. Modern göreceliler Mach’in kurallarının etkilerini başlangıç değer problemlerinde görür. Aslında, biz insanoğlu zaman sabitini parçalar içine boşluk zamanına ayırmak için istekli görünürüz. Biz bunu yaptığımızda, Einsten’ın denklemleri ayrıştırılabilir denklemlerin bir takımında, hangisi her dilim de sağlamak zorundaysa, ya da baka bir takımda, hangisi tanımlarsa nasıl taşınabilir dilimler arasında. Her bir dilim için bu denklemler eliptik kısmi türevlenebilir denklemlerdir. Genelde, her bölümde Einstein’ın denklemleri tarafından sonra geometri her yerde belirlenecek iken, bu bilim adamları tarafından verilinen dilimin geometrisinin sadece bir kısmı anlamına gelir.
Asimtotik düz uzay kaynaklarında, sonsuzda genişletilmiş koşullar verilir. Bulgusal olarak, asimtotik düz evren için genişletilmiş koşullar bir çerçeveyi hangisi eylemsizlik bir anlama sahip olduğuna bağlı olarak tanımlar. Uzak evrende Lorentz dönüşümünü uygulayarak, tabiki, bu eylemsizlik dönüştürülebilir.