Zaman-məkanın qırılması

Fizik Emil Əhmədov Ferma prinsipi, Nyuton qravitasiyası və ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin effektləri haqqında yazır.

Ferma prinsipi işığın ən az yayılma vaxtı israf edərək hərəkət etdiyini bildirir. Bu prinsipdən istifadə edərək işığın mühitdə sınma qanunlarını müəyyənləşdirmək mümkündür: əgər işıq havadan şüşəyə düşürsə, sadəcə bu prinsipdən yararlanaraq sınma qanunlarını ortaya çıxartmaq olar. Bu, ən az hərəkət prinsipinin bir növüdür və istənilən hissəciyin ən az faliyyətlə hərəkət etdiyini, boş məkanda isə ən qısa yolla getdiyini ehtiva edir.

Aydındır ki, bu prinsipə uyğun olaraq işıq səthi məkanda düz xətt üzrə hərəkət edir. Şübhəsiz ki, prinsiplər işığın boş məkanda düzxətli hərəkət etdiyi faktından irəli çıxır. Birinci yerdə prinsip yox, bu gəlir. Odur ki, sizin boş məkanınız varsa və işığa heç nə mane olmursa, işıq şüası düz xətt boyunca yayılacaq. Nyutonun birinci qanununa uyğun şəkildə sərbəst hərəkət edən hissəciklər isə sabit sürətlə düzxətli hərəkət edəcək. Amma əgər işıq mühitdədirsə və mühitin sıxlığı dəyişirsə, işıq şüası əyilə bilər. Bu, ilğım kimi təzahürlərin meydana çıxmasına səbəb olur.

Bir daha vurğulayıram: heç bir mühitin olmadığı boş məkanda işıq düzxətli hərəkət etməlidir. Ancaq təsəvvür eləyin ki, məkan boşdur, amma işıq düzxətli hərəkət etmir. Müasir fizikanın nöqteyi-nəzərindən bu, o deməkdir ki, məkan-zaman təhrif olunub, çünki işığın əyilməsi üçün başqa səbəb yoxdur. Məsələn, kompakt qravitasiya edən obyektin yaxınlığında məkan-zaman təhrif olunub. Yer planetinin yaxınlığında bu təhrif çox kiçikdir, Günəşin yaxınlığında bir qədər böyükdür, neytron ulduzların yaxınlığında isə nisbətən daha çoxdur. Qara dəliklərin yaxınlığında o, ekstremal həddə çatır və son dərəcə çox təhrif olunur.

Bunu, işıq şüalarına Günəşin yaxınlığında diqqət yetirməklə yoxlamaq mümkündür.

Günəşin tacı- qazlar və bayıra can atan hissəciklər- var və onlar mühit rolunu oynayır. İşıq şüaları da bu mühitdən keçərkən əyilməlidir, çünki səliqəli hərəkət etmək lazımdır. Şüalar Günəşdən nə qədər uzaq olarsa, o qədər az əyilir. Günəşə nə qədər yaxınlaşırsa, əyilmə də bir o qədər çoxalır. (mən məkan-zaman təhrifinin gücünü nəzərdə tuturam).

Bir təhrifi digəri ilə nisbətdə necə görmək və necə fərqləndirmək olar? Bunun üçün Günəşin ətrafındakı konsentrik həlqələri bölmək və onların içindəki ulduzlara baxmaq lazımdır. Konsentrik həlqələrdəki ulduzların hamısı fərqli istiqamətlərə hərəkət edəcək. Verilən sonda ortadakı hərəkəti yuvarlaqlaşdırmaq lazımdır, onda görəcəksiniz ki, Günəşin mərkəzindən uzaqlaşdıqca həlqənin daha böyük radiusuna keçirsiniz, ulduzların ortalama yerdəyişməsi azalır. Yəni yaxınlıqda yuvarlaqlaşdırılmış təhrif daha çoxdur, bir qədər aralıda isə zəifdir və müəyyən bir qanuna tabedir. Nəticədə keyfiyyətcə ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin proqnozları ilə uzlaşan əyri alınır. Mən Günəş məsələsində kəmiyyət uzlaşmaları sahəsi üzrə mütəxəssis deyiləm, ancaq bildiyim qədərilə mənim indi izah etdiyim əyri ilə müqayisədə sözügedən əyrinin fərqini görmək üçün müasir cihazlar kifayət qədər dəqiq deyil. İş ondadır ki, əgər sadəlövhcəsinə E=mc2 düsturundan istifadə etsək və foton enerjisinin onun kütləsini müəyyənləşdirdiyini düşünsək – ki, bu, avamlıqdır, amma fotonun həcminin onun enerjisi olduğunu hesab etsək və onu c2-ə bölsək, belə bir şeyi fərz etmək mümkündür – və Nyuton qanunlarını tətbiq etsək, o zaman Nyuton mexanikasından, Nyuton qravitasiyasından Günəşin səthində işığın təhrifini öyrənmək mümkündür. O, ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin proqnozlarındakından iki dəfə az alınacaq.

Aydın məsələdir ki, Nyuton qravitasiyası və E=mc2 ilə bağlı bu fərziyyələr tamamilə mənasızdır. Nyuton qravitasiyasında işıq düz xətt üzrə hərəkət edir. Əgər hesablamaları Nyuton qravitasiyasında aparsanız, işıq qeydsiz-şərtsiz düz xətt üzrə hərəkət edir. Əgər işıq əyilirsə, bu, ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin effektidir.

Nyuton qravitasiyası işığın günəş yaxınlığındakı sahədə 0,8 radian saniyəsi əyildiyini, ümumi nisbilik nəzəriyyəsi isə 1,6 radian saniyəsi əyildiyini deyir. Müasir cihazlar bu fərqi göstərməyə qadir deyil. Onlar yalnız əyriliyin olduğunu göstərə, yuvarlaqlaşdırma apara bilər, amma birini digərindən ayırmağı bacarmır. Bu birinci.

İkinci. Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi yalnız bu müşahidəyə istinad etmir. Əgər heç bir qazın, başqa mühitin olmadığı (boş fəza-məkan qravitasiya edən vücudun ətrafında ola bilər, yəni idealda sizin kifayət qədər kiçik radiuslu, lakin kifayət qədər böyük həcmli ağır obyektiniz olardı, onun ətrafında qaz olmazdı, onun yaxınlığında, səthindən kənarda boşluq olardı) mövcud olmadığı boş məkanda işıq gözlənilmədən əyilirsə, bu, məkan-zamanın təhrif olunması deməkdir. Çünki işıq ən kəsə trayektoriya ilə hərəkət edir. Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi bu trayektoriyanı işığabənzər geodeziya adlandırır.

Nəzəriyyəçi fiziklər bunu, məkan-zaman təhrifinin təsviri üçün istifadə edirlər. Onlar işığabənzər geodeziyaları xəyali koordinat şəbəkəsi kimi nəzərdən keçirirlər. Bu, Yerin səthindəki koordinat şəbəkəsi ilə eynidir: onu da qlobusdakı kimi meridianlar və paralellərlə təsvir etmək mümkündür. Ya da geodeziya xəritələrində səthin səviyyələrini və onların hansısa bir dağın ətrafında necə təhrif olunduğunu çəkə bilərlər. Aydındır ki, bunlar xəyali əyrilərdir, eyni şəkildə işığın verilən məkanda necə yayıldığını göstərən xəyali əyrilər də çəkmək mümkündür. Bu, məkan-zamanda koordinat şəbəkəsidir. Və onun səthidən necə fərqləndiyinə əsasən, zaman-məkanın nə qədər təhrif olunduğunu müəyyənləşdirirlər.

İndi isə işığın sürətindən danışmaq lazımdır. Məlum fərziyyəyə görə, işığın sürəti hesablama sistemindən asılı deyil. Bu fərziyyə təhrif olunmuş məkan-zamanda yox, yalnız səthi məkan-zamanda, həmçinin inersial hesablama sistemindən inersiala keçən zaman doğrudur. Əgər siz səthi məkan-zamanda inersial hesablama sistemindən inersiala keçmisinizsə, bu zaman işığın sürəti bir sistemin digərinə nisbətən hərəkət sürətindən asılı olmur.

Amma qeyri-inersial hesablama sisteminə keçsəniz, o zaman işıq sürəti artıq müqəddəs inək olmur və hətta koordinatlardan da asılı ola bilər – əgər onu məkan artımının zaman artımına bölünməsi kimi qəbul edirsinizsə. Bu halda o, məkan-zamandakı vəziyyətdən asılı ola bilər. Bu, əyri məkanda da belə olur, bununla belə orda işıq yenə də ən sürətli olaraq qalır. Hələlik bu prinsipdən istisnalar tapılmayıb.

Hərdən Kainatın genişlənməsini şifahi şəkildə aşağıdakı kimi təsvir edirlər. Üzərində nöqtələr – qalaktikalar – çəkilmiş bir şar təsəvvür edin. O şarı kimsə üfürür. Əgər şar müəyyən bir qanuna uyğun şəkildə şişirsə, bu, Kainatın genişlənməsini və qalaktikaların bir-birindən necə uzaqlaşdığını əks etdirir. Lakin şar sürətlə də şişə- genişlənə bilər.

Əgər siz səthi məkanı götürüb şarın genişlənməsinə, iki nöqtənin bir-birindən işıq sürətilə uzaqlaşmasına və şarın şişməsinə onda baxsanız, şarın üzərindəki həmin iki nöqtənin bir-birindən işıq sürətindən daha tez uzaqlaşdığını görmək ehtimalı var. Belə hala rast gəlinir və deməli, şarda işıq qalaktikalardan daha sürətli hərəkət edir. Lakin qalaktikaların genişlənən Kainatda bir-birindən uzaqlaşma sürətini qalaktikaların səthi məkandakı hərəkət sürəti ilə müqayisə etsək, bu, xüsusi, ya da ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə bağlı hansısa məntiqi ziddiyyət təəssüratı bağışlaya bilər.

Bir daha qeyd edirəm: postulat odur ki, istənilən məkan-zamanda və istənilən hesablama sistemində işıq hər şeydən daha sürətlidir. Onun sürətinin hesablama sistemindən asılı olmaması postulat yox, Minkovski həndəsəsinin və ya Maksvell tənliyinin xüsusiyyətlərinin nəticəsidir. Burdan birincini də, ikincini də çıxartmaq mümkündür. Bununla belə, genişlənən məkan-zamanı təsvir edən təhrif olunmuş məkan-zamanda işıq yenə də hər şeydən daha sürətlidir. Amma qalaktikaların təhrif olunmuş məkan-zamanda bir-birindən uzaqlaşma sürətini sərbəst qalaktikaların səthi məkan-zamanda hərəkət sürəti ilə müqayisə etsəniz, genişlənmənin işıq sürətindən daha tez baş verdiyini görə bilərsiniz. Bunda qorxulu heç nə yoxdur və nisbilik nəzəriyyəsi iıə heç bir ziddiyyət yaranmır.

Emil Əhmədov

Fizika-riyaziyyat elmləri doktoru, A.İ.Alixanov adına nəzəri və təcrübi fizika institunun əməkdaşı, Moskva Fizika-Texniki İnstitutunda nəzəri fizika kafedrasının professoru