FOUCAULT SARKACI

1850′lerde Foucault Paris’teki Pantheon’un kubbesine 67 m uzunluğunda bir sarkaç astı. Sarkaç topu her salınımda yaklaşık 1 cm presesyon yaptı. Bu, Dünyanın gerçekten döndüğüne dair doğrudan ilk delildi. Sarkaç her yöne salınacak şekilde asılmıştı. İleri geri salındıkça hareket düzlemi de düşey bir eksen etrafında yavaş yavaş salınıyordu.
Orta enlemlerde yaklaşık 1,5 günde bir tam dönme gerçekleşiyordu. Bu presesyon Yerin dönmesi sebebiyleydi. Hareket düzlemi bir eylemsizlik sistemine göre sabitti, ancak altındaki Yerküre dönüyordu.

Foucault Sarkacı Dünyanın döndüğünü dramatik bir şekilde göstermekle birlikte derin bir sır da taşır. Bu sarkacı Kuzey Kutbu’na götürdüğümüzü düşünelim. Presesyon aşikar bir yanılgıdır. Altındaki Dünya dönerken hareket düzlemi sabit kalır. Neye göre? Sarkaç düzlemi sabit yıldızlara, mesela Kutup Yıldızı’na, göre sabit kalır. Bu nasıl olabilir? Sarkaç sabit yıldızlara göre durgun bir düzlemde dönmesi gerektiğini nereden “biliyor” da düzgün bir oranda dönen düzleme göre dönmüyor?

Bu soru Newton’un da başını ağrıtmıştı. O bunu başka bir deneyle gösterdi: Durmakta olan bir kovanın içindeki suyun yüzeyi düzdür. Kova sabit bir oranla ekseni etrafında döndürülürse, bir süre sonra su yüzeyi dönme parabolü şeklini alır. Kova birden durdurulsa bile suyun yüzeyi bir süre daha şeklini korur. Açıkça görülüyor ki sıvı yüzeyinin şeklini belirlemede kovaya göre hareket önemli değildir. Su döndükçe yüzeyin biçimi değişir. Newton buradan şu sonuca vardı: Su yüzeyini gözleyerek başka hiç bir harici nesneye bakmaksızın dönme hareketini tespit edebildiğimize göre, dönme hareketi mutlaktır.

Bir taraftan dönme hareketinin mutlak oluşunda gerçekte hiç bir paradoks yoktur. Galileo dönüşümleri lokal olarak sabit hızla hareket eden sistemleri ayırt edemeyeceğimizi söyler. Fakat bu, ivmeli sistemleri ayırt edemeyeceğimiz anlamına gelmez. Suyun dönme hareketi yaptığını hiç bir yere bakmadan anlamamız Galileo invaryansına ters düşmez.

Ancak diğer taraftan ortada bir muamma var. Hem Foucault Sarkacı hem de dönen kova hareketlerini sabit yıldızlara ayarlamaktadır. Sabit yıldızlar nasıl olur da bir eylemsizlik sistemi belirleyebilir? Sarkaç düzlemini sabit yıldızlara göre de dönmekten alıkoyan nedir? Ya da kovadaki su yüzeyi kova sabit yıldızlara göre durgunken niçin düz kalmaktadır?

1883 yılında Newton fiziği hakkında ilk ciddi kritiği yazan Ernst Mach problemi şöyle ele aldı: Kovayı sabit tutarak bütün yıldızları döndürmeye başladığımızı farz edelim. Fiziksel olarak bunun önceki durumdan farkı yoktur, bir tek farkla ki su yüzeyi yine parabolik biçim alır. Görünüşe bakılırsa kovadaki suyun hareketi evrenin çok uzaklarındaki maddenin hareketiyle bağlantılıdır. Daha da müthişi şudur: Evrendeki bütün yıldızları, sadece kovamız kalacak şekilde teker teker evren dışına çıkardığımızı farz edelim. Bu sırada kova dönüyorsa ne olur? Kovadaki suyun nasıl davranacağını kestirmenin hiç bir yolu yoktur. Uzayın eylemsizlik özellikleri tamamen değişmiş olabilir.

Bu çok acayip bir durumdur: Uzayın lokal özellikleri çok uzaklardaki maddeye bağlı, yine de kovayı döndürdüğümüzde su yüzeyi derhal biçim değiştirmeye başlıyor, üstelik uzak yıldızlara sinyal gönderip cevap alacak kadar bile zaman geçmeden. Kovadaki su evrenin geri kalanının ne yapmakta olduğunu nereden “biliyor”?

Uzayın eylemsizlik özelliklerinin çok uzaklardaki maddenin varlığına bağlı olduğu prensibi Mach prensibi olarak bilinir. Bu prensip bazı fizikçiler tarafından kabul edilir, ancak garip sonuçlara götürebilir. Mesela, evrendeki maddenin Dünya etrafında düzgün olarak dağıldığına inanmak için bir sebebimiz yok. Güneş sistemi galaksimiz diskinin dışlarına yakın bir yerdedir ve galaksi diski de ince bir düzlem oluşturur. Eylemsizlik uzaktaki maddenin varlığına bağlıysa onun farklı yönlerde farklı olmasını ve kütlenin ivmenin yönüne bağlı olmasını beklerdik. Böyle bir olay şimdiye kadar hiç gözlenmedi.

Eylemsizlik hala bir sır olarak duruyor.