Sınırsız enerjiye sahip ve istediğimiz değer ne olursa olsun o hıza ulaşabilecek bir makine düşünelim. Buna atlayıp inanılmaz hızlara çıkalım: saniyede 1, 5, 100 kilometre. Çok büyük hızlar, değil mi? Peki bu makine en son hangi hıza ulaşabilir. Işık hızı mı? Gerçekten de sınırsız hızda gitmek mümkün müdür? Yani hızımızın ulaşabileceği bir üst sınır var mı? Varsa bunu neden geçemiyoruz? Gerçekten zaman durdurulabilir mi?
Şimdi bilim kurguyu bırakıp gerçeklere dönelim biraz. Evet, çoğunuzun bildiği üzere ışık, evrendeki en hızlı şeydir. Işık hızının tam olarak değeri 299.792.458 m / s ‘dir. Çoğu zaman yaklaşık olarak saniyede 300.000 kilometre derler. Bu hız görüp görebileceğimiz en inanılmaz değerdir. Hani şu meşhur örnek vardır ya: Işık hızına sahip olsaydınız bir saniyede dünyayı 7,5 kez turlayabilirdiniz. Yani bu, bir turun yaklaşık 0,13 saniyede olabileceği anlamına gelir. “0,13 saniyede devr-i âlem” fikri kulağa çok hoş gelebilir ama ne yazık ki ışık hızına ulaşabilmek veya – yeterince doyumsuzsak – onu geçebilmek imkânsızdır. Tamam, 0,131 saniye de size yetiyorsa bu mümkündür. Fakat neden 0,13 veya daha az sürede olmasın? Neden evrensel bir hız sınırı vardır? Bu hıza ulaşmak istersem kim buna engel olabilir ki? Bu soruları soran bir insan belki de evrenin vazgeçilmezi olan ZAMANI hesaba katmayı unutmuştur.
Özel Görelilik Teorisi
Albert Einstein’ın meşhur özel görelilik teorisini herkes duymuştur. Özel göreliliğe göre; hızlandırılan herhangi bir madde, sahip olduğu hızı ne kadar arttırırsa kütlesini de o oranda arttırır. Buna bağlı olarak kendi zamanını da kendisine göre yavaş olan insanların zamanından daha da yavaşlatmış olur ( Şimdi neden görelilik teorisi dendiğini anladınız mı? ). Madde ışık hızına ulaştığında ise zaman tamamen durur. Ve daha fazla hızlanmak için zaman kalmamıştır. Ne kadar acı bir durum. Sen kalk, ışık hızına ulaş ama daha fazlası için zamanın kalmasın.
Zamanın nasıl yavaşladığını anlamamış ve merak ediyor olabilirsiniz. Eminim çoğu kişinin aklından saatinin yavaşladığı, insanların yavaş hareket etmeye başladığı, suyun ağır çekimde döküldüğü görüntüler geçmiştir. Ama bu tamamen bilimkurgu filmlerine özgü bir olaydır ( Şu fizik denen şeyden de bilim kurguya ne kadar malzeme varmış, değil mi?). Olayın gerçekte nasıl olduğunu şimdi anlayacağız. İkizler paradoksu, bu konuyu anlamamıza yeterince yardımcı olacaktır.
İkizler Paradoksu
Şimdi bir, tek yumurta ikizi çifti bulalım. Doğumları aynı, genleri hemen hemen aynı, bir sorun olmadığı sürece fiziksel durumları da aynı olacaktır. Şimdi henüz 30 yaşında ve birbirine sıkı sıkıya bağlı olan bu ikizleri maalesef birbirlerinden ayırmak zorunda kalacağız. Bir tanesini biraz kafa dağıtması için gelişmiş bir uzay gemisiyle hızlı bir uzay seyahatine göndereceğiz. Diğeri ise patlamış mısırını alıp televizyonda geminin uzaya çıkışını izleyecek ve sonrasında günlük hayatına devam edecektir. Uzun(!) bir aranın ardından seyahat biter. Uzaya giden kardeş 10 gününü evrenin muazzam büyüklüğü ve güzelliğini seyrederek geçirmiştir. Küçük kardeş ise 5 ay önce, 70 yaşında hayatını kaybetmiştir. Çok hüzünlü bir olay. Tamam, hemen ağlamayın. Bu sadece bir hikaye ama gerçekleşmesi mümkün olan bir hikaye. Hatta filmi bile yapıldı. Adı da İnterstellar ( Yıldızlararası ). Fakat oradaki ana olayı – siz spoiler yemeyin diye – biraz değiştirerek anlattım. Yine de anlatılmak istenen temel bilimsel düşünce aynı.
Burada da az önce dediğim gibi zamanın ne kadar göreceli olduğu anlatılmak isteniyor. Yani her iki kardeşe göre zaman, her zamanki (!) normal akışında ilerlemektedir. Fakat hızlı olanın normal zamanı yavaş olanın normal zamanından daha yavaş akmaktadır. Kulağa kafa karıştırıcı veya saçma gelebilir fakat bilim bu, denklemler yalan söylemez.
Işık mı Daha Hızlı Yoksa Evren mi?
Evet, Einstein evrendeki hiçbir şeyin ışık hızını asla geçemeyeceğini kanıtlamış olabilir. Ama burada gözden kaçırdığınız bir şey var: “ Evrendeki ” hiçbir şey diyor. Peki ya evrenin kendisi ışık hızını geçebilir mi?
Bunu açıklamadan önce bazı kavramları açıklayalım ki kafamız karışmasın.
Işık Yılı: Boşluktaki bir ışığın bir yılda kat ettiği mesafedir. Bu da yaklaşık olarak 9 trilyon kilometreye eşit oluyor.
Megaparsek: Yaklaşık 3.262.000 ışık yılına eşit uzaklık birimidir.
20. yüzyılda Edwinn Hubble’ın evrenin genişlemesini kanıtladığından beri bu teori büyük oranda geliştirildi. Astrofizikçi Paul Sutter’a göre evren megaparsek başına 68 km/s hızla genişler. Buna Hubble Parametresi denir. Bu parametreye göre bazı galaksilerin ışık hızından daha hızlı bir şekilde evreni genişlettiği düşünülebilir.
Geçmişi Görmek
Biraz garip gelebilir ama aslında kimse şu anda gerçekten şu anı görmüyor. Gördüğümüz her şey aslında geçmişten ibaret. Çünkü ışık ne kadar hızlı olursa olsun bunun da bir sınırı olduğunu unutmayalım. Kısa mesafelerde pek hissedilmese de konu astronomi olunca, müthiş uzaklıklar olunca işler aynı olmuyor. Dediğim gibi, bir ışık yılı, ışığın bir yılda kat ettiği mesafedir. Astronomide kilometre bile yetersiz kalınca ışık yılı terimi bir hayli popüler olmuştur. O zaman 500 ışık yılı uzaktaki bir yıldızı gözlemlediğimizi düşünelim. Buranın ışıkları bize 500 yılda geleceğine göre aslında biz bu yıldızın 500 yıl önceki haline bakıyor oluruz. O yıldız şu anda belki de çoktan sönüp gitmiştir, kim bilir? Bunu öğrenebilmek için 500 yıl beklememiz gerekli.
Işık Hızı Değiştirilebilir mi?
Bazılarınız ışığın hızının değiştirilip değiştirilemeyeceğini merak etmiş olabilirler. Bu sorunun cevabı hem evet hem hayır. Yani ışık hızı azaltılabilir ama arttırılamaz. Saatte 70 km hızla giden bir arabanın farlarından çıkan ışığı düşünün. Bu ışığın muhtemelen c ( ışık hızı sabiti ) + 70 km/h olduğunu düşünebilirsiniz. Ama bu da imkânsızdır. Az önce de dediğimiz gibi ışık hızı ne olursa olsun geçilemez. Bunu başka türlü açıklayacak olursak örneğin, güneşten gelen bir ışınla aydan gelen ışının hızlarını ölçelim. İkisi farklı hızlarda olmalarına rağmen ışık hızı hep sabittir. Neden mi?
Işığı oluşturan en temel parçacıklar fotonlardır. Fotonlar herhangi bir yük veya kütleye sahip olmayan, enerji taşıyan şeylerdir( Şey diyorum çünkü parçacık mı, dalga mı olduğu belli değil ). Fotonlar ışığı oluşturduğuna göre evrendeki en hızlı şeylerin bunlar olduğunu da söyleyebiliriz. Bu onların eşsiz bir özelliğinden kaynaklanmaktadır: Kütlesizlik.
Işık hızı arttırılamasa da onu azaltmanın yolu çok kolaydır. Hatta zaten şu an bu yazıyı okumak için gözünüze gelen ışınlar bile yavaşlatılmıştır. c diye ifade ettiğimiz ışık hızı sabiti aslında vakumlanmış yani boşluktaki ışık hızıdır. Herhangi bir ışığın hızı ortamların kırılma indislerine göre değişebilir. Kırılma indisi, herhangi bir ortamdaki ışığın hızının, boşluktaki hızına göre ne kadar yavaşladığını ve buna bağlı olarak geldiği ortamdan ne kadar kırılarak doğrultu değiştirdiğinin bir ölçüsüdür. Maddenin halleri olarak bakacak olursak ışık en hızlı önce havada sonra suda ve en az da katıda yayılır. Ki mat cisimlerden geçemediği için yansıyıp soğurulabilir. Örneğin bir elmasın kırılma indisi 2,42’dir. Yani bu, ışığın boşluktaki hızının elmastaki hızına oranının 2,42 olduğu anlamına gelir. Bu değer elmastaki hızın boşluktakinin yarısından bile azı olduğunu gösterir. Ama yine de bu da hiç küçük bir rakam değildir.
Işıktan Hızlı Olmak
Yani aslında ışıktan hızlı olunamayacağı sözü, ışığın boşluktaki hızı olan c sabitinden daha hızlı seyahat edilemeyeceğini anlatmaktadır. Ama ışık kırılma indisi büyük bir ortamdayken geçilmesi gayet mümkündür. Örneğin sudaki ışığın hızını, boşluktaki ışık hızının %75’i kadardır. Bu ortamda yapılan Cherenkov Radyasyonu, gerçekten bulunduğu ortamdaki ışıktan daha hızlı hareket ediyordur. Cherenkov Radyasyonunun ne olduğunu ve ışık hızını nasıl geçtiğini kısaca açıklayalım isterseniz.
Nükleer reaktörlerde güvenlik amacıyla uygulanan bir yöntem olan Cherenkov radyasyonunda, ışığın hızını yeterince yavaşlatan su ortamında bazı atomlardaki yüklü elektronlar yer değiştirir. Bu elektron alışverişi sonucu oluşan elektromanyetik radyasyon, ortamdaki ışığın sahip olduğundan bile daha büyük bir hıza ulaşır. Yaptığı bu keşif sonucu Sovyet fizikçi Pavel Alekseyevich Cherenkov Nobel ödülü kazanmıştır.
İnanılmaz Hızlara Nasıl Ulaşılır?
Ortamdaki ışık hızını geçmektense boşluktaki ışık hızına yakınlaşmak isteyenler de yok değil tabii.
Bu yöntemlerden ilki elektromanyetik alan yaratmak. Buzdolabınızdaki magnetten konserlerdeki hoparlörlere kadar birçok yerde kullanılan elektromanyetik kuvvet, hızlandırma işlemi için de en çok kullanılan yöntemlerden birisidir. Birbirleriyle aynı yüke sahip parçacıkların birbirini itmesi sonucu bir manyetik alan oluşur. CERN ’ deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve Fermilab gibi yerlerde parçacıklar, ışık hızına çok yakın hızlara ulaşabiliyorlar.
Diğer bir yöntem ise yine manyetizma ile alakalı olan manyetik patlamalar. Gezegenler ve yıldızların hepsinin manyetik alanları vardır. Sistemler bu sayede bir arada dururlar. Bunlar uzayda çok yoğun bir şekilde bulunurlar. O kadar çokturlar ki bazı manyetik alanlar çakışabilir ve bunlar inanılmaz kuvvetli patlamalara yol açabilir. Bu patlamalar elektrik alanlarına yol açar. Ve elektrik alanından kaynaklı olan yüklü parçacıklar da ışık hızına yakın hızlarda uzaya fırlayabilir.
Son yöntem ise diğer ikisi kadar gerçek veya kanıtlanmış olmasa da büyük bilim adamları tarafından teorik olarak varlığı kabul edilen Solucan Delikleridir. Solucan deliklerini kısaca açıklamak gerekirse uzay zamanı bükerek uzaydaki bir noktadan başka bir noktaya ışık hızından daha hızlı seyahat edilmesini sağlayan köprülerdir. Solucan deliklerini merak ettiyseniz solucan delikleri ile ilgili çok daha ayrıntılı olan bir yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.
Çoğu insan tarafından çok basit bir olay olarak görülen ışık ve ışığın hızı, aslında kozmolojik veya astronomik gözle bakıldığında ne kadar ilginç olduğunu belli ediyor. Özellikle birçok bilim-kurgu filmine konu olan ışık hızı veya izafiyet, hala cevaplanmayı ( veya anlaşılmayı ) bekleyen birçok öneri getirmiştir. Evrende böyle bir sabitin olmasını simülasyon argümanına bile bağlayanların yanı sıra Einstein ‘ ın teorisi çürütüp, ışık hızını geçmenin bir yolunu bulup, bundan sonra da arkasına rastlanıp, sıcak kahvesini yudumlamak için can atan fizikçiler de var muhtemelen.
Kaynaklar Ve İleri Araştırmalar
https://tr.wikipedia.org/wiki/Evrenin_geni%C5%9Flemesi
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/three-ways-to-travel-at-nearly-the-speed-of-light
https://www.space.com/15830-light-speed.html
https://tr.wikipedia.org/wiki/I%C5%9F%C4%B1k_h%C4%B1z%C4%B1
https://www.britannica.com/science/speed-of-light
https://cosmosmagazine.com/physics/why-can-t-anything-travel-faster-light
https://evrimagaci.org/isik-hizi-ile-ilgili-temel-bilgiler-isik-hizini-neden-gecemeyiz-402
Zamanda Yolculuk Yapılabilir Mi? Solucan Delikleri Nedir? » pilibitik
Haziran 15, 2020 at 10:04 am[…] değil. Neden mümkün olmadığını merak ediyorsanız ışık hızıyla ilgili şu yazımıza buradan ulaşabilirsiniz. Evrende ışık hızını geçmek imkansız olduğu için dolayısıyla zamanda […]