Tensor ve Metrik Tensor Nedir?!

Bu yazı, takip edenlerin de bildiği üzere Einstein’ın Görelilik kuramları serisinin 3. yazısı.

Önce Özel Görelilik kuramının temel ilke ve sonuçlarını inceledik:

https://cangurses.wordpress.com/2017/09/03/nedir-bu-ozel-relativite/

Sonra Genel Görelilik kuramına bir başlangıç yazısı ile devam ettik:

https://cangurses.wordpress.com/2017/09/04/nedir-bu-genel-gorelilik-baslangic/

Bu yazıda Einstein Alan Denklemini anlamamız ve hatta çıkarmamız için gerekli olan matematiksel araçlardan birini tanıyacağız: Tensörler…

Sonda söyleyeceğimi başta söyleyeyim (ki belirli bir algı en başta oluşsun);

‘Skalar’ kavramı ile başlayalım… Skalar dediğimiz şey basitçe herhangi bir fiziksel ölçümün değeri olarak düşünülebilir; 50 Kg, 90 km/saat, 30 Celcius vb…

Herhangi bir yön unsuru içermez; sadece nicelik simgeler; Skalar.

‘Vektör’ kavramı ile devam edelim… Vektör dediğimiz şey de hem bir nicelik hem de yön ifade eden kavramlar olarak düşünülebilir; Hız dediğimiz şey hem ‘sürat’ (90km/saat) hem de yön bilgisi içerir… 90 km/saat ile doğuya; benzer şekilde ivme, kuvvet vb…

Hem yön hem nicelik simgeler; Vektör.

Birazdan anlatacağım Tensörleri, bu gidişatın en genel hali olarak düşünebilirsiniz:

Skalar 0. dereceden; Vektör 1. dereceden Tensördür…

Örneğin 2. dereceden bir Tensör olarak

GR24  μ,ν = x,y,z

Bu tensörü 3 boyutlu herhangi bir cismin her yüzeyine uygulanan kuvveti temsil eden total bir gösterim olarak düşünebiliriz:

GR23.png

Örneğin Txy; x-y düzlemine etkiyen; Tzx; z-x düzlemine etkiyen kuvveti temsil eden değerlerdir… Hepsini total olarak bir matrix’te göstermek de mümkün;

gr25.png

Göreceğiniz üzere; bunu daha yüksek boyutlara da taşımak mümkün; 3. dereceden, 5. dereceden tensörler vb…

Şimdi Einstein’ın alan denklemlerindeki notasyona umarım biraz daha aşinayız:

GR21

Bakın burada her şey 2. dereden Tensörler cinsinden… Hepsinin az önceki örnekte, bir cismin içinde her yöne etki eden kuvvetlerin temsiline benzer şekilde bir anlamı var…

Öncelikle inceleyeceğimiz tensör; Metrik Tensör:

gr26

Nedir bu Metrik Tensör dediğimiz şey?!

Şimdi gelin en basit mevzudan başlayalım;

Bir x-y düzleminde bir vektörün boyutunu bulalım;

GR27.png

V’nin büyüklüğünü hepimizin bildiği Pisagor bağıntısından bulmak mümkün:

gr28.png

Şimdi; benzerini çok küçük bir vektör için hesaplayalım. Bu tarz küçük büyüklükleri göstermek için türev notasyonu  kullanıyoruz: ds vektörü diyelim…

ds adını vereceğimiz küçük vektör, yukarıdaki büyüğüne benzer şekilde hem x yönünde hem de y yönünde küçük değişimlerin toplamı olacaktır.

x yönündeki ufak değişim dx; y yönündeki ufak değişim dy olarak adlandırılacak doğal olarak…

Şimdi basit olarak

gr32.png

ve

gr36

Dolayısıyla herhangi bir büyüklüğün; ismi ∅ olsun, s vektörü yönündeki değişimini incelemek demek; ∅’nin hem x hem de y yönündeki değişimlerini inceleyip toplamak demek:

Yani;

gr35

Yaptığımız iş her yöndeki değişimi alıp toplamaktan öte bir şey değil…

Şimdi benzer şekilde;

gr37.png

…….

Şimdi kritik kısımlardan birine geldik; x- koordinat sisteminden farklı bir y- koordinat sistemine geçtiğimizi düşünelim (aşağıdaki durumun sadece 2 boyutta değil n boyutta olanını düşünün)

gr39.png

Bu durumda

gr41.png

Yani, baştan beri metrik tensör dediğimiz şey aşağıdaki ifade;

gr42.png

…….

Şimdi yorumlayalım;

Normal bir Kartezyen koordinat sisteminde bir vektörün büyüklüğünü hesaplayarak başladık. Sonra eğer bir koordinat değişimi yaparsak bu vektörün büyüklüğünü veren denklemde ‘metrik tensör’ ifadesi gibi bir değişim faktörü olduğunu bulduk.

Buradan çıkarılacak sonuç şudur;

Eğer koordinat değişimini yine benzer bir kartezyen sisteme yapıyorsak sorun yok; bir vektörün büyüklüğünün hesabı değişmiyor.

Ancaaak, örneğin bu vektörün büyüklüğünü bir kürenin üzerinde hesaplamak istiyorsak o zaman ‘metrik tensör’ kadar bir kalibrasyon oluyor.

Özetle; metrik tensör dediğimiz kavram içinde bulunduğumuz uzayın geometrisinin, normal kartezyen koordinat sisteminden/Öklid uzayından ne kadar farkı var ve ne kadar kalibre olmuş, bize onu söylüyor.

gr43.gif

………….

Evet şu an Einstein Alan denklemlerini anlamaya bir adım daha yaklaştık…

Metrik Tensör, kavramı oldukça önemli. Farklı uzayların yapısını tek bir ifadede özetleyen bir araç farkındaysanız ve birini diğerine göre kıyaslama imkanı da veriyor.

Fizikçilerin evreni doğru modelleyen kuramlar arayışındaki en temel noktalardan biri de, modeli doğru bir geometride (yani doğru bir metrikte) tanımlamak. O yüzden şu an çok temel bir kavramı öğrenmiş durumdayız.

Bir geometriyi tanımlayan Metrik ne bildiğimiz zaman, örneğin o geometrinin eğimi dahil bir çok özelliğini bulmamız kolaylaşacak… Bu da bizi sonraki yazının konularına götürecek.

 

 

 

 

Reklamlar

MATRİX FİLMİ GERÇEK OLABİLİR Mİ?

Matrix filmi vizyona girdiği ilk andan itibaren, şoke edici “Sanal bir gerçeklik içinde yaşadığımız” temasıyla kült filmler arasında yerini almıştı. Bir bilim kurgu filmi için dahi hayal gücünün sınırlarını zorladığını düşündüğümüz Matrix filminin teması, günümüzde bilim insanları tarafından ciddi ciddi ele alınmış durumda.

 

Okumaya devam et