Dünya nasıl hareket ediyor olursa olsun, ve ışık hangi doğrultuda gidiyor olursa olsun, ışık Dünya’ya göre hep aynı hızla hareket ediyor. 19. yüzyıl sonlarında yapılan deneyler bunu gösteriyordu. Bu, bir anlamda, sadece ışığın hızını ölçerek Dünya’nın hızını belirleyemeyeceğimiz anlamına geliyor. Dünya’nın hızını bulmak amacıyla yapılan bu deneyler, dolayısıyla Dünya’nın aslında hareket etmediği sonucunu üretiyordu.

Aslında hareket etmesine rağmen, Dünya üzerindeki deneylerin Dünya’nın yerinde sabit durduğu sonucunu üretmesi pek de beklenmedik bir şey değil. Birkaç yüzyıl önce Galileo’nun öne sürdüğü “görelilik ilkesi” böyle bir sonuçla oldukça uyumlu. Galileo bu ilkeyi, o sıralar Dünya’nın döndüğü hipotezine karşı sıklıkla öne sürülen iddialara bir yanıt olarak ortaya atmıştı.

Bu ilkeyi ifade etmeden önce birkaç tanım verelim. Hareketli bir araçta bulunduğumuzu ve buradan çevremizdeki olaylar hakkında gözlemler yaptığımızı düşünelim. Doğal olarak, cisimlerin yerlerini belirlemek için aracı referans alırız. Aracı referans alarak ölçtüğümüz bütün niceliklerin “araca göre” olduğunu söylüyoruz.

Örneğin, cisimlerin aracın sabit bir noktasından uzaklıklarını belirleyerek araca göre konumları, bu konumları kullanarak da araca göre hızları belirleriz. Doğal olarak zamanı da araç içindeki bir saat yardımıyla ölçeriz. Bu durumda aracın bir “gözlem çerçevesi” olduğunu söylüyoruz.

Görelilik ilkesine göre sabit hızla hareket eden bir araca göre ölçülen nicelikler bütün doğa yasalarını sağlar. Yani, aracınız hareket etse de etmese de aynı yasaları uygulayabilirsiniz. Dolayısıyla, araç içinde yaptığınız belli bir deneyin ürettiği sonuçlar, aracın hareketinden bağımsız. Aracın duruyor ya da hareket ediyor olması hiçbir şey değiştirmiyor.

Kısacası, araç içindeki deneylerin sonuçları aracın hızına bağımlı değil. Bu nedenle, bu deneylere bakarak aracın hızını da belirleyemezsiniz.

Galileo ve Einstein, görelilik ilkesini bu şekilde de ifade ediyor: Eğer kapalı bir araçta bulunuyorsanız, pencereden dışarı bakmadan aracın hareket edip etmediğini, veya hangi hızla yol aldığını anlayamazsınız.

Biz de Dünya’nın bir hızı olduğunu ancak Dünya’dan dışarıya baktığımızda anlayabiliyoruz. Güneş’i gördüğümüz için Dünya’nın Güneş’e göre saniyede 30 km hızla gittiğini söyleyebiliyoruz. Benzer şekilde Samanyolu’na baktığımız zaman da Güneş’in Dünya ve diğer gezegenlerle beraber bu galaksinin merkezi çevresinde kabaca saniyede 220 km hızla yol aldığını söyleyebiliyoruz. Ama bu kadar uzağa bakmaz, sadece Dünya üzerindeki olaylarla ilgilenirsek o zaman bu hızların ne olduğunun veya ne kadar büyük olduğunun hiçbir önemi yok!

Örnek olarak Piza kulesinin tepesinden bir taşın serbest bırakılarak düşürüldüğü deneyi düşünelim. Birçok kişi bu deneyi analiz ederken, Dünya’nın hareket ettiğini göz önüne almaz. Bu bakış açısına göre taş, bırakıldığı yerin tam altında bir noktaya düşer.

Eğer deney, Dünya’nın hareketi hesaba katılarak analiz edilirse bu defa karşımıza bambaşka bir görüntü çıkar. Dünya’nın sabit hızla yere paralel doğrultuda hareket ettiğini düşünelim. Deneye başlanmadan hemen önce, yer, yer üzerindeki kule, kuledeki insan ve son olarak insanın elindeki taş, hepsi birden aynı hızla aynı yöne doğru hareket etmekte.

Dolayısıyla taş, bırakıldığı ilk anda, aynı hıza sahip. Bu nedenle taşın, ilk anda ileriye doğru fırladığını düşünebiliriz.

O halde taş, ilk bırakıldığı konumdan daha uzakta bir yere düşer.

Fakat bu süreç boyunca, kule de hareketine devam ediyor. Hareket yasalarına göre kulenin aldığı yol, aynı süre içinde taşın yatayda aldığı yola eşit. Bu nedenle, bu gözlem çerçevesine göre de taş aynı yere, kulenin tam dibine düşer.

Kısacası, hangi gözlem çerçevesinden bakarsak bakalım, bu deney için aynı sonucu elde ederiz. Bu da bize, her iki gözlem çerçevesinin eşit biçimde geçerli olduğunu söylüyor. Fiziksel olarak birini diğerine tercih etmemiz için hiçbir neden yok.

Ama, yer üzerinde durduğumuz için biz, kolaylık olsun diye yeri bir gözlem çerçevesi olarak seçiyor, hiçbir şekilde Dünya’nın uzaydaki hareketini dikkate almıyoruz. Bu geçerli bir bakış açısı.

Benzer şekilde, sabit hızla hareket eden bir araçtaki gözlemciler, aracın durduğunu, buna karşın yer ve üzerindeki her şeyin geriye doğru gittiğini düşünebilir. Bu da geçerli bir varsayım. Gözlemcilerin bu varsayıma dayanarak elde edeceği bütün sonuçlar doğru olacaktır.

Üzerinde fazla durmadığımız ama çok önemli olan bir noktayı belirtelim. Görelilik ilkesinde sadece “eylemsiz gözlem çerçevelerinden” bahsediyoruz. Bunlar, Newton’un 1’inci hareket yasasının geçerli olduğu çerçeveler. “Eylemsizlik yasası” olarak da adlandırılan bu yasa, üzerine hiçbir kuvvet etkimeyen bir cismin duruyorsa durmaya devam edeceğini, hareket ediyorsa da aynı hızla aynı yöne doğru hareketini devam ettireceğini söyler. Bu yasanın sağlandığı çerçevelerde, diğer tüm hareket yasaları da geçerlidir.

Eğer bir araç, eylemsiz bir gözlem çerçevesine göre sabit hızla (ve aynı yönde) hareket ediyorsa, bu araç da bir eylemsiz gözlem çerçevesidir. Çünkü, Newton’un birinci yasası araca göre de geçerlidir.

Görelilik ilkesi, araç bir gözlem çerçevesi olarak seçildiğinde sadece hareket yasalarının değil, bilinen ve henüz bilinmeyen diğer tüm doğa yasalarının da geçerli olduğunu söyler.

Ama eğer araç, eylemsiz bir çerçeveye göre ivmeli hareket ediyorsa, yani hızını veya hareket yönünü değiştiriyorsa, bu durumda araç geçerli bir gözlem çerçevesi değildir. Araçtakiler, pencereden dışarı bakmadan, bu ivmeli hareketi algılayabilir.

Bir otobüste yolculuk ederken, otobüsün hareket ettiğini anlamamızın tam olarak nedeni bu. Yoldan kaynaklanan sarsıntılar ve otobüsün hızlanıp yavaşlaması gibi ivmelenmeler bize otobüsün yere göre hareketi hakkında yeterli ipuçları veriyor.

Ama bir tren, gar civarında yavaş hareket etmekteyken böyle sarsıntılar olmaz. Bu durumda, pencerede yanımızdan geçen bir tren göründüğünde cevaplamakta güçlük çektiğimiz bir soruyla boğuşuruz. Hangi tren hareket ediyor, bizimki mi yoksa diğeri mi? Ancak diğer tren pencereden kaybolup, arka plan göründüğünde doğru cevabı verebiliriz. Çoğu zaman da tahminimizin yanlış olduğunu görüp şaşırırız.

Görelilik ilkesi bize “mutlak hız” diye bir şey olmadığını söylüyor. Sadece göreli hızlardan bahsedebiliriz. “Dünya’nın hızı” derken de mutlaka başka bir cismi referans alarak konuşuyoruz, “Güneş’e göre” veya “Samanyolu’nun merkezine göre” gibi. Bu anlamda, neye göre olduğunu belirtmedikçe, içinde bulunduğumuz aracın hızından bahsetmemiz anlamsız. Rahatlıkla aracımızın sabit durduğunu ve dışarıdaki cisimlerin hareket etmekte olduğunu düşünebiliriz. Bu da yanlış değil.