Ne diyorduk; ışık hızı olan saniyede yaklaşık 300 bin km’lik hız, “foton” gibi
“kütlesiz” parçacıkların evrende ulaşabildiği en yüksek hareket hızıdır.
Burada kilit nokta, ısrarla belirtmemizden anladığınız gibi; “kütle”dir. Yani,
bir cisme ağırlığını veren ve kütleçekim alanı oluşturmasına, yahut
kütleçekiminden etkilenmesine neden olan güçten söz ediyoruz. Işığı oluşturan
fotonların bir kütlesi yoktur. Vardır da, biraz karışık, “durgun halde yoktur”
diyelim, sonra anlatırız. Ha, bir de hareket etmek için neye ihtiyacımız
vardır? Tabi ki “enerji”ye…
Yıllarca kütle ve enerjinin farklı şeyler olduğunu düşünüp gül gibi geçinirken
ve bir gün ışıktan bile çok daha hızlı yol almanın yollarını bulacağız
hayalleri kurarken, Albert Einstein denilen beyni aşırı gelişmiş bir “memur”
bütün bu hayallerimizi, hatta tüm evren; madde ve enerji düşüncemizi yıktı.
Eintein bize dedi ki; “dostlarım, madde ve enerji farklı değil, aynı şeyin
lacivertidir ama şimdiye kadar anlayamamışız”
Daha hızlı ilerlemeye çalışmak, hızlanmak için daha fazla enerji kullanmak,
daha güçlü itmek veya çekmek; ışık hızına ulaşmamızı sağlamaz. Eğer ışık
hızını aşmayı (veya yetişmeyi) istiyorsak, “hareket etmekten” daha başka bir
yönteme ihtiyacımız var.
Bunu demekle yetinmeyen Albert, ortaya bir de “ispat” koyarak arkasına
yaslanıp olanları izlemeye başladı. İspatının özeti ise, herkesin bildiği ünlü
E=mc2 denklemi. Bu çok basit görünümlü denklem bize diyor ki; Enerji (E),
kütle (m) ile ışık hızının (c) karesinin çarpımına eşittir. Yani, kütle ile
ışık hızı (evrendeki en yüksek hareket hızı) arasında sıkı bir bağıntı vardır.
Aynı bağlantı enerji ile madde, enerji ile ışık hızı arasında da mevcuttur.
Evrende tüm bunlar birbirini etkilerler.
Formüle göre, bir cisimden elde edebileceğimiz enerjiyi kültesini ışık hızının
karesiyle çarparak öğrenebiliyoruz. Bunu denedik mi? Elbette denedik; atom
bombası yaptık: “eğer şu kadar kilo uranyumu kafa kafaya tokuşturup şu kadar
gramını enerjiye dönüştürmeyi başarırsak, Hiroşima’yı yerlebir edebiliriz”
diye düşükdük, denedik ve haklı çıktık. Yani Einstein haklı çıktı, bize ne
oluyorsa?
Aynı formülü kullandığımızda; enerjinin de kütleye dönüşebileceğini görüyoruz.
Eğer öyle olmasaydı, kütlesi olmayan “foton”un hareket halindeyken ölçülebilir
bir kütlesi olamazdı. Hani yukarıda “fotonun kütlesi yoktur, aslında vardır da
yoktur, anlatırım sonra” demiştim ya, o işte. Fotonun kütlesi yoktur fakat,
yüksek hızından kaynaklanan “kinetik enerjisi” ona kütle kazandırır.
Böylelikle “kütlesi olmayan kütleli foton” yerçekiminden etkilenebilir. Yani
ışık Güneş gibi büyük kütleli cisimlerin yanından geçerken “eğilir” veya
karadeliğe düşer, kaçamaz. İşte bunlar hep E=mc2…
Işığı (elektromanyetik tayfı) oluşturan foton isimli parçacığın bir kütlesi
yoktur. Dolayısıyla, kendisi için zamanın durduğu saniyede 300 bin km hıza
zorlanmadan ulaşır.
Işık hızı da bu “denklik formülü”nün bir parçası olduğuna göre, “kütleli” bir
cismin (yani senin, benim, ağaçların, kuşların, uçakların) ışık hızına
ulaşabilmesi için her şeyin eşit olması gerekir. Yani cismin kendi kütlesine
eş miktarda enerjiye ihtiyacı vardır. Bu enerji ihtiyacını kendisinden
karşılamaya kalkarsa bizim “aracımız” olduğu gibi enerjiye dönüşmek durumunda
kalacağından, böyle bir şey mümkün değil. Gerçi bunun bir de “ışık hızına
yaklaştıkça gerçekleşen zaman genleşmesi” durumu var ki, ihtiyaç duyulan
enerjiyi cismin kendi kütlesinden daha fazla bir noktaya çekiyor. Bunun da adı
“özel görelilik”. Hani şu; “ışık hızına ulaşırsak zamanda atlarız, uçarız
kaçarız” geyikleri vardır ya, işte o. Şimdi yeri ve zamanı değil, sonra
anlatırız.
Bu arada enerji enerji diyoruz da, maddenin içinde barındırdığı enerji muazzam
düzeydedir. Birkaç gram uranyumu enerjiye dönüştürerek Hiroşima’yı haritadan
sildiğimizden bahsetmiş miydim az önce?
Peki enerjiyi araca bir şekilde dışarıdan versek? Sizce bu olabilir mi? Ya da
soruyu “biraz” cevaplayarak sorayım; “neden olamaz?”
Zafer Emecan
Ek Bilgiler:
Işık Hızını Aşmak
21 Mayıs 2015 Perşembe
"Evrenimiz çok büyük. İçinde yaşadığımız galaksinin bile kısa mesafelerine
ulaşabilmek için ışık hızını aşmaya ihtiyacımız var. En yakınımızdaki yavru
vatan Kepler-186f gezegenine olan uzaklığımız 500 ışık yılı. İnsan yapımı bir
uzay aracının şimdiye kadar ulaşabildiği en yüksek hız 252.792 km/s'dir. Eğer
bu hızda gidebilen bir uzay aracı kullanarak kendine ait güneşi olan bu
sisteme ulaşmak istesek bile bu binlerce yıl sürerdi."
Işık hızı evrende herhangi bir maddenin ulaşabileceği en yüksek hızdır.
Işık Hızı Nedir?
Einstein'in görecelilik kavramına göre (c=299,792,458 m/s) "hiçbirşey ışık
hızından daha hızlı hareket edemez". Ama bu teori tabii ki insanların
denemesine engel değil. Her gün ışıktan daha hızlı madde aktarımı konusunda
onlarca fikir üretiliyor. Bu fikirlerden en klasiği elinize çok güçlü bir
lazer alıp dünyadan aya doğrulttuğunuzda ayın tam ortasından geçen bir
doğrusal hareket yapsaydınız lazer ışığının ayın yüzeyinde ışık hızından daha
hızlı hareket edeceğidir.
Ayın yüzeyinde olsaydınız, dünyadan gelen bu ışığın etkisini gördüğünüzü
düşünün. Bu olayı görebilecek kadar etkin bir gözlem yaptığınızda ayın
yüzeyinde kendi elinizdeki lazerden daha hızlı hareket eden bir ışığı
görebileceğinizi düşünürsünüz. Bu nasıl mümkün olabilir? Aslında sadece bir
illüzyondan ibaret. Gerçekte hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket etmiyor. Bu
deneyi daha iyi anlamanız için çok basit bir örnek verelim. Bir itfaiye
hortumunu lazer örneğindeki gibi aynı doğrusal yönde hareket ettirdiğiniz
zaman hortumun ucundan çıkan suyun eğrilip sizin hareketinize göre doğrusal
yerine eğimli ve yay şeklinde hareket ettiğini görürsünüz. Yani dünyadan
tuttuğunuz elinizdeki lazerden çıkan fotonlar ayın yüzeyine hala ışık hızında
ve gecikmeli olarak düşüyor.
Demek ki bu şekilde hiçbir bilgiyi ışık hızından daha hızlı bir şekilde
iletemezsiniz. Işık fotonlardan oluşuyor yani fiziksel olarak varlığı
bildiğimiz maddenin dışında.
Fotonlardan daha çok elle tutulabilir bir maddeyle bunu deneyelim. Başka bir
kurama göre lazer yerine elimizde dünyadan aya kadar uzanan ince bir çubuk
tuttuğumuzu düşünün. Bu çubuğa küçük bir güç uyguladığınızda ayın yüzeyine
yakın olan ucu yine ışık hızından daha hızlı hareket edecektir.
Ama malesef bu da geçersiz bir kuram. Çünkü elinizdeki çubuğa uyguladığınız
gücün diğer uca aktarımı da ışık hızından daha fazla olamaz (bunun sebebini
yazının sonlarında anlayacaksınız). Biraz aklınız karışmış olabilir ama bu
durumda dünyanın merkezinden 384.403 kilometre uzaklıktaki uydumuza bu
hareketi iletebilmeniz bile şans eseri olurdu. Daha farklı bir yöntemle ışık
hızını aşmayı deneyebiliriz. Uzaya bir cihaz gönderelim ve bu cihaz saniyede
10 bin devir ile kendi ekseninde dönsün. Bu cihazın iki farklı kutbunda 8
milimetre kalınlığında karbon nanotüplerden oluşan iki çubuk uzatalım. Bu iki
uzantının boydan boya toplam uzunluğu 285km'ye ulaştığı zaman iki ucunun
dairesel hareketi ışık hızına ulaşacaktır.
Ancak burada da merkezkaç gücü devreye giriyor yani elinize iple bağlı bir
golf topunu hızlı bir şekilde çevirmeye çalışırsanız bu merkezkaç gücünü
hissedebilirsiniz. Bu merkezkaç gücü elinizdeki objenin kütlesiyle doğru
orantılı.
İpin ucuna sadece 1 gramlık bir madde bağlayıp bunu ışık hızında çevirmeye
çalışsanız bile merkezkaç kuvvetinin size uygulayacağı güç 300 mega newton
olurdu. Bu da yaklaşık 6,000 yetişmiş afrika filinin toplam ağırlığına denk
geliyor.
Ama karbon nano tüplerin müthiş derecede güçlü olduğunu hepimiz biliyoruz. 8mm
kalınlığında bir karbon nano tüpün bu güce dayanıklı olduğunu düşünürsek aynı
zamanda bu karbon nano tüpün kütlesel ağırlığını da merkezkaç kuvvetine
eklememiz lazım. Bu kütlesel ağırlığı desteklemek için karbon nano tüpümüzü
piramit şeklinde güçlendirmek istesek bile toplamda ihtiyacımız olan tüpün
sadece 30 metrelik uzunluğu için, merkezinde 10.000.000..m (10x27) çapında bir
cihaza ihtiyacımız olur ki bu da gözlemlenebilir evrenimizin toplam çapına
eşdeğer bir uzunluk birimi.
İşler burada biraz daha karmaşık bir hal alıyor. Elimizdeki bu motoru sıfırdan
10bin rpm hızına ulaştırmak için gereken akselerasyon gücü önceden
hesapladığımız güçten 7 kat daha fazla güç gerektiriyor.
Çünkü fotonlar arası güç aktarımı ışık hızını aşamıyor. Bu merkezkaç gücünü ve
santrifüj etkisini azaltmak için karbon nano tüpün kütlesel ağırlığını
düşürmeye çalıştığımızda küçük bir paradoksa giriyoruz. Bu cihazı çalıştırmak
için gereken güç sonsuzluğa kadar gidebilir. Tamam burada sonsuzluğu bir
kenara bırakıp fizik şartlarını biraz daha zorlayalım.
Elimizde sonsuz bir güce sahip karbon nano tüplerden daha hafif ve dayanıklı
bir makine yaratabildiğimizi düşünelim.
Bu makinenin ışık hızından daha hızlı hareket etmesi mümkün mü? İşte burada da
aşılamaz bir problemle karşılaşıyoruz.
Çünkü maddeleri bir arada tutan güç elektromanyetik interaksiyondur. Maddenin
en küçük yapıtaşlarını bir arada tutan ve birbiriyle bağlı kalmasını sağlayan
elektromanyetik interaksiyon da fotonlardan oluşur ve bu kuramdaki asıl sorun
da fotonların kendi halinde ışık hızında hareket etmeleridir.
Yani bu inanılmaz güçte ve yeteri kadar sağlam maddelerden oluşan bir cihaz
üretip sonsuz bir güçle ekseninde döndürebilsek bile ışık hızını geçemeyiz.
Çünkü bu partikülleri bir arada tutan gücün kendisi ışık hızında hareket
ederek maddenin bütünlüğünü sağlıyor.
Işık hızı gerçekten evrendeki nihai hız limitidir ve hiçbirşey bu hızı
aşamaz. Ama siz yine de hayal gücünüzü zorlayıp farklı fikirler üretmekten
çekinmeyin.
--------------------------------------------------------------------
Işık Hızı Neden Geçilemez?
Tarih: 10 Şubat 2016 | Yazar: İsmail Yamanol
Bir cisme verilen enerji, onu çeşitli yollardan etkileyebilir. Havada asılı
duran bir çiviye vurulursa çivi hareket enerjisi kazanarak fırlayıp
gidecektir. Ama çiviyi, içine işleyemeyeceği kadar sert bir zemine çakmaya
kalkışırsak durum değişir. Çivi hareket edemez ama yine de enerji kazanır.
Kazandığı enerji bu kez ısı halindedir. Einstein, görecelik kuramında kütlenin
bir enerji biçimi olarak görülebileceğini göstermiştir. Atom bombasının icat
edilmesi, Einstein’ın yanılmadığını kanıtlamıştır.
Bu nedenle bir cisme verilen enerji, öteki biçimlerde olduğu kadar, kütle
biçiminde de görülebilir. Normal şartlar altında, kütle biçimindeki enerji
kazanımı akla gelmeyecek kadar ufak olduğu için, kimse bu konuda ölçüm yapmaya
girişmezdi. Atom-altı parçacıkların saniyede on binlerce kilometre hızla
hareket ettiklerinin gözlendiği 20. Yüzyıl’da bu tür ölçmelere gidilmiştir.
Aynı şekilde, saptanabilecek kadar büyük kütle artış örneklerinin bulunduğu da
yine 20. Yüzyıl’da anlaşılmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda, bize göre
saniyede 275.000 kilometre hızla giden bir cismin, hareketsiz olma durumundan
iki kata kadar bir kütleye sahip olduğu anlaşılmıştır.
Serbestçe hareket eden herhangi bir cisme enerji verilirse, bu enerji cisme şu
iki yoldan biri aracılığıyla girer:
1- Hız olarak: Bu durumda cismin hareket hızı artar.
2- Kütle olarak: Bu durumda cisim daha da ağırlaşır.
Bizim tarafımızdan ölçülen enerji kazanımının bu iki biçimi arasındaki fark,
cismin yine bizim tarafımızdan ölçülen başlangıç hızına bağımlıdır. Cisim
olağan hızlarda gidiyorsa, verilen enerjinin tümü cisme doğrudan doğruya hız
olarak girer. Bu takdirde cisim, kütlesindeki belli belirsiz değişikliklerle
hızlanır. Cisme sürekli olarak ek enerji pompalandığını varsayarsak, hız
olarak enerji girişi azalmaya başlar. Buna karşılık, kütle olarak giriş
çoğalır. Yani cisim hala hızlanarak hareketini sürdürüyor olmasına rağmen, hız
kazanma oranı giderek düşer. Ama büyüyen oranda da kütle kazanır.
Cismin hızı daha fazla arttıkça ya da ışığın boşluktaki hızı olan saniyede
299.792.458 kilometrelik hıza yaklaştıkça, ek enerjinin hemen hemen tamamı
kütle olarak girer. Kısaca, cismin hareket hızı artık yavaş artar. Ama şimdi
baş döndürücü bir hızla artan kütledir. Işık hızına ulaşıldığı zamansa, tüm ek
enerji ek kütle olarak ortaya çıkar.
Cisimler ışık hızından hızlı gidemez. Çünkü bunu sağlamak için cisme daha
fazla ek enerji verilmesi gerekir. Ancak ışık hızında bu ek enerjinin tümü (ne
kadar fazla olursa olsun) sadece ek kütleye dönüşeceğinden, cismin hızında bir
milim bile artış söz konusu olamaz. Ama durun, hemen panik yapmayın. Evet,
normal şartlar altında ışık hızını aşmak mümkün değil; ancak bilimkurgu
bizlere Warp Hızı gibi yöntemlerle bu sorunun da aşılabileceğini söylüyor.
Sadece bu teknolojilere henüz sahip değiliz, hepsi bu…
------------------------------------------------------------------------
Işığa Dair En Temel Bilgiler: Işık Hızını Neden Geçemeyiz?
Yazan: ÇMB (Evrim Ağacı)
Einstein ışık hızı için "Evren'in hız limiti" demişti. İddiasına göre ışıktan
hızlı gitmek nedensellik prensibini ihlal etmek demekti. Bu konularla ilgili
derin bilgisi olmayan okurlarımız için, "nedensellik" ilkesi basitçe bir neden
ile sonucu arasında ilişki olması demektir. "Neden-sonuç ilişkisi" olarak da
bilinir. Nedensellik ilişkisinin bozulması ise mantık hatalarına neden olur.
Buna bir örnek olarak, henüz tetiği çekmemişken, silahınızdan çıkacak merminin
hedefi vurması örneğini verebiliriz. Işık hızını aşmak, bazı temel enerji
yasalarını ihlal etmek anlamına gelir. Ancak bu yapılabilecek olursa, zamanda
yolculuk bile mümkün olacaktır.
Peki neden hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez? Buna dalmadan önce, ışık hızının
ne olduğunu anlamamız gerekiyor. Böylece "evrensel hız sınırı" ile ilgili bazı
yanlış anlaşılmaları düzeltebiliriz. Işık hızı, ya da daha doğru ifadesiyle
foton hızı, neredeyse kusursuz bir vakum içerisinde saniyede 299.792.458
metreye eşittir. Yani saniyede yaklaşık 299.792 kilometreye. Arabaların
hızlarıyla kıyaslamak isteyenler için bu hız, kabaca saatte 1.079.250.000
kilometreye eşittir. Yani saatte 300 kilometre hız yapabildiğiniz bir arabayla
çıkabileceğiniz maksimum hızın 3.597.500 katına... Fotonları bu hızda gidiyor
gibi görüyoruz, çünkü fotonların kütlesi yoktur. Buna rağmen kinetik
enerjileri vardır; ancak buna az sonra geleceğiz.
Fotonlar da dahil olmak üzere evrenimizdeki her parçacık, "Higgs alanı"
dediğimiz bir alan içersinde hareket ederler. Bunu su içerisinde yüzmeye
benzetebilirsiniz; ya da sert rüzgarlı bir havada, rüzgara karşı yürümeye.
Nasıl ki su içerisinde veya rüzgara karşı ilerlemek zorsa, parçacıklar da
Higgs alanından geçerken zorlanırlar ve bu onlara kütle kazandırır. Farklı
parçacıklar Higgs alanıyla farklı şiddetlerde etkileşime geçerler. İşte bu
sebeple bazı cisimler daha ağırdır, bazı diğerleri daha hafiftir. Fotonlar da
Higgs alanından geçerler; ancak onunla hiç etkileşmezler, olduğu gibi içinden
geçer giderler.
Bu ne anlama gelir? Fotonlar bu alanla etkileşmedikleri için, onların hızını
kesecek hiçbir unsur yoktur. Bir diğer deyişle, serbest bir şekilde, hiçbir
engele takılmaksızın uzayda hareket ederler. Dolayısıyla tek sınırları,
halihazırda var olan sabit hızları gibi gözükmektedir. Bu hız fotonun,
dolayısıyla herhangi bir diğer parçacığın da çıkabileceği en yüksek hızdır.
Çünkü kütlesiz olup, hiçbir kütle kazandırıcı alanla etkileşmeden gidip de,
daha yüksek bir hıza çıkmanız bu evren şartlarında mümkün değildir; mümkün
olsaydı, fotonlar o hıza çıkabilirlerdi. Çünkü kütlesizden daha kütlesiz bir
yapı var olamaz; dolayısıyla fotondan daha "hafif" olup da, daha hızlı
gitmesini hayal edebileceğimiz bir parçacık var olamaz. Evren'imiz bu hızla
sınırlanmıştır. Peki bu hız neden bu şekildedir ve saniyede 300.000 kilometre
civarındadır? Bu, evrenimizin dokusuyla ilgili bir şey. Belirttiğimiz gibi,
"evren bu şekilde olduğu için" böyle. Bir başka evrende, bu sınır tamamen
başka bir sayı olabilirdi. Ancak şu anda var olduğumuz evrenden söz ediyorsak,
sınırımız budur. Bu tür evrenimize has sabitlere "evrensel sabit" adı verilir.
Evrensel Hız Sabiti
Bunu anlamanın bir diğer yolu şudur: ışığın neden bir başka hızda hareket
etmediğini sormak, yerçekiminin neden gökyüzüne doğru değil de yere doğru
olduğunu sormak gibidir. Veya neden 2 ya da 4 konumsal boyutlu bir evrende
değil de, 3 konumsal boyutlu (en-boy-derinlik) bir evrende yaşadığımızı sormak
gibidir. Eğer o evrende yaşıyor olsaydık, "başka bir evrende" yaşıyor olurduk.
Tüm bu sayılar, Büyük Patlama anında sabitlenmiş olan sayılardır. Başka
şekillerde de sabitlenebilirlerdi ve bu durumda başka bir evrende yaşıyor
(veya yaşamıyor) olurduk.
Parçacıklar hızlanabilmek için kütleye ihtiyaç duyarlar. Kütle yoksa, ivme de
yok demektir. Bunu Newton meşhur "F = ma" formülüyle ifade etmiştir. "F" cisme
etkiyen kuvvetlerin toplamıdır, "m" kütledir, "a" ise ivmedir, yani zaman
içerisinde hızın değişimi. Kütle olmazsa, kuvvet ve ivme de yok demektir. Bir
parçacık ışık hızına yaklaştıkça, hızlanmak için daha da fazla enerjiye
ihtiyaç duyar. Bunun sebebi, parçacıklar hızlandıkça toplam enerjilerinin de
katlanarak artmasıdır. Bu durum, ışık hızının civarlarına ulaştığınızda
giderek sonsuza yakınsar.
İşte tam olarak bu sebeple eğer ki ışık hızında giden bir elektronu ışık
hızından bir gıdım öteye geçirmek isteseydiniz, sonsuz kuvvete (veya sonsuz
enerjiye) ihtiyacınız olurdu. Ancak evrende sonsuz enerji yoktur. Dolayısıyla
ne yaparsanız yapın, ışık hızına ulaştığınız andan sonra uygulayacağınız
enerji hızı arttırmaya yetmez. Bu sebeple ışık hızı, evrenimizin hız
sınırıdır.
Fotonun Gözlerinden...
Einstein, Özel Görelilik Teorisi'ni formüle etmek için ilginç bir yöntem
kullandı: evreni, bir fotonun gözlerinden görmeye çalıştı. Fark etti ki, işler
bir fotonun gözünden çok çok farklıydı. Örneğin eğer ki bir fotonsanız,
zamanın sizin için hiçbir anlamı yoktur. Var olan her şey, bir anda var
oluyormuş gibi gelir.
Diyelim ki 4 milyar ışık yılı ötede bulunan bir yıldızda üretilen mutlu, küçük
bir fotonsunuz. Biz de Evrim Ağacı ekibi olarak Dünya'da bulunan kişiler
olalım. Bize göre sizin gözümüze ulaşmanız tam 4 milyar yıl sürmüştür. Çünkü o
yıldızdan çıkıp bizim gözümüzün retinasına düşmeniz için 4 milyar yıl boyunca
yol almanız gerekir, aradaki mesafeyi kat etmek zorundasınız. Öte yandan bir
foton olarak sizin gözünüzde işler başkadır: siz, bir anlığına yıldızda var
oldunuz ve aynı an içerisinde bizim gözlerimizin içine ulaştınız. Hiçbir zaman
geçmedi. Doğumunuz ve ölümünüz aynı anda oldu.
Bu nasıl olabilir? Bunun sebebi, ışık hızına yaklaştıkça zamanın yavaşlaması
ve nihayetinde, tam ışık hızına ulaşıldığında durmasıdır. Tabii ki dikkat
edilmesi gereken, gözlemcinin gözlerinden böyle olmasıdır. Yani bir foton için
zamanın var olmaması, bizim için zamanın var olmadığı anlamına gelmez. Zaman
vardır, çünkü biz kütleli cisimleriz ve ışık hızında hareket etmiyoruz.
Bunları yapabilecek olsaydık, o zaman siz veya biz olmaz, "foton" olurduk.
Fotonların devasa yapıda olmamasının, devasa cisimlerinse foton gibi hareket
edememesinin nedenlerinden biri de budur. İşte gözlemcilere göre her şeyin
değişiyor olmasından ötürü Einstein'ın o meşhur teorisi "görelilik" adını
almıştır. Her şey birbirine görelidir.
Işık hızına yaklaşınca zamanın yavaşlaması ve nihayetinde durması, hiçbir
şeyin ışık hızını aşamıyor oluşunun bir diğer nedenidir. Çünkü ışık hızına
ulaştıktan sonra daha fazla hızlanmaya çalışmak, en başta belirttiğimiz gibi
mantık hatalarını doğurmaya başlatır. Zaman durduktan sonra daha fazla
yavaşlayamaz; ancak eğer ki daha da hızlanacaksanız, zamanın daha da
yavaşlaması gerekir. Bu mümkün değildir. Bu durum, bir arabayı yavaşlatıp
tamamen durdurduktan sonra daha da yavaşlatmaya çalışmaya benzer. Frene ne
kadar basarsanız basın, durduktan sonra "daha da" yavaşlamanız mümkün
değildir.
Tüm bunları algılamak için ışığı "sonsuz hızda gidiyor" gibi düşünebilirsiniz.
Çünkü aksi takdirde insan ister istemez ışık hızını "herhangi bir diğer
sınırlı hız" gibi düşünmektedir; bu tamamen yanlıştır. Işığın hızı, yalnızca
ona dışarıdan bakan bir gözlemci için sınırlıdır. Siz, o "dışarıdan bakan
gözlemci" olduğunuz için ışığın sınırlı bir hızı olduğunu görürsünüz. Ancak
evrende her şey görelidir. Fotonun gözlerinden bakacak olursanız, kendisi
sonsuz bir hızda ilerlemektedir. Bu durum, bize ilginç bir gerçeği verir: eğer
ki fotonlar gibi sonsuz hızda ilerleyebilirseniz, evren içerisindeki herhangi
bir noktadan, herhangi bir diğerine, tam olarak 0 (sıfır) saniyede
ulaşabilirsiniz.
Işığı Yavaşlatabilir Miyiz?
Günümüzde ışıktan hızlı (süperlüminal) hareket edebilmenin bilinen tek bir
örneği vardır. Bunu mümkün kılmak için hile yapmamız gerekir: madem biz ışık
hızına çıkamıyoruz, ışığı yavaşlatabiliriz. Bu durum, ışık su içerisinden
geçerken olur.
Unutmayın: evren içerisinde hiçbir şey saniyede 300.000 kilometreden hızlı
gidemez. Ancak bu hızda giden fotonlar, önlerindeki engeller arttırılarak
yavaşlatılabilirler. Bunun en tipik örneğini su içerisinde görürüz: suyun
içerisinde ışık, tüm hızının 3/4'üne kadar yavaşlar. Yani %25 hız kaybeder.
Bu konudaki bir diğer hile, aslında fotonların hızlarının yavaşlamıyor
oluşudur. Unutmayın, fotonlar kütlesizdirler ve evrenimiz içerisindeki en
yüksek hızda hareket ederler. Ancak bu, tek bir fotonla ilgili bir durumdur.
Burada bilmemiz gereken bir diğer önemli gerçek, ışığın hem parçacık, hem de
dalga olarak davranıyor oluşudur. Bu ikilik henüz tam olarak anlaşılamamıştır;
ancak ışık duruma göre sanki birbirini takip eden bilyeler gibi parçacıklar
halinde hareket eder; kimi zamansa tıpkı su yüzeyindeki çalkalanma sonucu
oluşan dalgalara benzer bir harekette bulunur. İşte ışığı yeni bir ortamda
yavaşlatan, bu dalgasal özelliğidir.
Işığın 2 tip hızı bulunmaktadır: faz hızı ve grup hızı. Çok detay olacağı için
bu terimlerin anlamlarına girmeyeceğiz; ancak dalga halinde yayılan ışık, su
veya katı gibi vakuma göre aşırı yoğun bir ortama girdiğinde, grup hızı
yavaşlar; faz hızı ise değişmez. Grup hızını dalganın genel hızı olarak
düşünebilirsiniz; faz hızı ise tekil bir ışık dalgasının (fazının) genel dalga
içerisindeki hızıdır. Bir ışık huzmesi içerisinde birbirinden farklı
dalgaboyları ve frekanslarda, farklı ışık dalgaları bulunabilir. Bunların
toplam yayılım hızını "grup hızı", tekil hızlarını ise "faz hızı" olarak
düşünebilirsiniz. Bu noktayı kavraması birazcık güç olabilir; ancak burada
işin kuantumuna girmekten ziyade, temel bilgileri alabilmenizi hedefliyoruz;
bir başka yazımızda bunun detaylarını açabiliriz.
Suyun içersinde ışık...
Işığın yavaşlamasını anlamak için, belirttiğimiz gibi dalga özelliğini
anlaşılması gerekmektedir. Ayrıca ışık hızının vakumlu ortamda, yani
etkileşecek neredeyse hiçbir şeyin var olmadığı bir ortam için tanımlandığını
hatırlayınız. Şimdi bu bilgileri kullanarak, ışığın neden yavaşladığını
algılayabiliriz: ışık, yoğun bir ortama girdiğinde, o ortamın atomlarıyla
etkileşmeye başlar. Her cismin atomik yapısı birbirinden farklıdır,
dolayısıyla ışıkla olan etkileşimi de farklı farklı olacaktır. Örneğin "opak"
olarak bildiğimiz cisimler, ışığı tamamen soğururlar ve neredeyse hiç
geçirmezler. "Transparan" cisimlerse ışıkla çok az etkileşirler, onu çok az
soğururlar ve ışığın içlerinden geçmesini mümkün kılarlar. Bu opaklık
seviyesi, bir dizi atomun sıralanmasıyla oluşan cisimlerin fiziksel bir
özelliğidir. Farklı sıcaklıklarda bu opaklık değişecektir, çünkü atomların
cisim içerisindeki titreşme frekansı değişir ve bunun, ışığın dalga boyuyla
etkileşimi değişir. Tıpkı birbiriyle çakıştığı zaman birbirini güçlendiren ya
da sıfırlayan dalgalar gibi düşünebilirsiniz bunu. Cisimlerin atomik yapısının
titreşme frekansına fonon adı verilir.
Eğer ki ışığın geçmeye çalıştığı cismin fonon yapısı ışığın kendi fiziksel
özellikleriyle uyumlu değilse, onu emmeye çalışır; ancak ememeyerek hemen geri
bırakır. Fakat bu kısa etkileşim, ışığın grup hızında düşmeye neden olur. Tam
olarak bu sebeple ışık yoğun ortamdan geçerken yavaşlar. Yani aslında faz hızı
değişmemektedir; ancak ışık dalgası grubunun ortamla etkileşimi ona ufak bir
gecikme katmaktadır. Ortam yoğunlaştıkça, bu etkileşimin yoğunluğu da artar ve
ışığın hızı daha da düşer. Bu noktada sizi daha da şaşırtmak adına, 15 Temmuz
2013'te Harvard Üniversitesi'nden Lene Vestergaard Hau'nun ışığı geçici olarak
tamamen durdurup, sonra hareketine normal şekilde devam etmesini sağlamayı
başardığını söyleyebiliriz. Tabii ki buna burada girmeyeceğiz, meraklılar
kaynaklarımıza giderek söz konusu makaleyi okuyabilirler. Durmuş bir ışık!
İşte nükleer reaktörlerde radyoaktif çubuklardan saçılan yüklü parçacıklar, su
içerisinde bu şekilde yavaşlatılan ışığın hızını aşabilirler. Fotonların
aksine radyoaktif parçacıklar yüklü cisimler oldukları için, ışığın hızından
daha hızlı hareket ettikleri sırada Cherenkov Işıması denen elektromanyetik
bir ışıma yaparlar. Bunun basit anlamı şudur: çarptıkları her cismi radyoaktif
hale getirirler. İşte bu yüzden nükleer reaktörlerin içerisindeki sular
ürpertirici bir şekilde mavi bir renge sahiptir. Işığın hızından hileli bir
ortamda da olsa daha hızlı giden bu parçacıkların ışıması sayesinde nükleer
reaktörlerde yüksek enerjili yüklü parçacıkların özellikleri test edilebilir.
Böylece harcanan yakıt çubuklarının ömürleri hesaplanabilir. Yani mühendisler
ve bilim insanları, ışığın bu özelliğinden faydalanarak reaktörlerde
tespitlerde bulunabilirler.
Peki Ya Kütleçekim Hızı?
Işığın hızını ve sınırını anladık, sıkıntı yok. Peki ya kütleçekimin bir hızı
var mı? İki cismi yan yana koyduğumuzda, birbirlerine aynı anda mı etki
ederler, yoksa tıpkı ışıkta olduğu gibi, aşırı küçük de olsa, dış gözlemci
tarafından fark edilebilen bir zaman farkıyla mı etki ederler?
Yanıt evet, kütleçekimin de bir hızı vardır. Teknik olarak bu hız, ışık
hızıyla birebir aynıdır. Çünkü nedenleri aynıdır: kütleçekimine neden olduğu
düşünülen parçacıklar da fotonlar gibi kütlesizdir ve Higgs alanından
etkilenmezler. Bu yüzden ışık hızına kadar hızlanabilirler; aynı sebeplerden
ötürü bunu geçemezler. Bu durum da uzay-zamanın ana özelliklerinden birisidir.
Birbiri etafında dönen iki karadelikten etrafa yayılan kütleçekim dalgaları...
Güneş'in ışığı Dünya'ya 8 dakika 20 saniyede ulaşır. Çünkü ışık, dışarıdan
bakan gözlemciye göre saniyede 300.000 kilometre hızla ilerler (tabii kendisi
için hız sonsuz, süre sıfırdır). Kütleçekim de birebir aynı hızla ilerler. Bu
durumda çok ilginç bir gerçekle karşılaşırız: ola ki Güneş bir anda yok olacak
olsa, Dünya tam 8 dakika 20 saniye boyunca bunun farkına varmadan yörüngesinde
dönmeye devam eder. Çünkü 8 dakika önce Güneş'ten çıkan kütleçekim alanı,
halen Dünya'yı aynı yörüngede tutmaktadır. Güneş'in kaybolmasıyla birlikte
birden dalgalanan uzay-zamanın Dünya'ya kadar ulaşması 8 dakika 20 saniye
sürer. Bu noktadan sonra Dünya'nın yörüngesine etki eden kütleçekim kuvveti
ortadan kaybolur ve Dünya savrulmaya başlar.
Sonuç
Bu yazımızda ışığa dair çok ilginç bazı özellikleri olabildiğince yalın bir
şekilde anlatmaya çalıştık. Ne yazık ki teorik olarak ışık hızını aşmamız
imkansızdır; çünkü bu evren ona izin vermemektedir. Belki öncelikle bir başka
evrene geçer, ondan sonra ışık hızını aşabiliriz; ancak muhtemelen o evrenin
de kendi sınırları olacaktır. Bunlar, doğanın "dokusundan" kaynaklanan
durumlardır.
Cisimlerin kütlesi arttıkça, onları hızlandırmak da zorlaşır. Zaten bu sebeple
CERN gibi araştırma kurumları çarpıştırma deneylerinde ufacık protonları
kullanırlar. Aynı şeyi bir demir bilye ile yapmaya çalışacak olsanız, binlerce
kat güçlü mıknatıslara ihtiyaç duyarsınız, muhtemelen ışık hızına yaklaşmak
mümkün olmaz, çünkü bir bilyenin kütlesini o hıza çıkarmak aşırı zordur.
Protonları bile %100 ışık hızına çıkarmamız mümkün değildir; ancak ona çok
yakın bir hıza eriştirebiliriz. İşte zaten o sebeple ışık hızı aşılamaz.
Bilyeyi bile o hıza çıkaramazken, ışık hızına yaklaşan cisimlerin kütlesinin
sonsuza yaklaşıyor olması, o "bir gıdımlık daha" hızlanmayı imkansız
kılmaktadır.
Umarız faydalı olmuştur.
Işık Hızına Ulaştık Diyelim...
Işık hızı, evrende bilinen en hızlı ulaşım biçimi olmasına rağmen, malesef
evrensel mesafeler söz konusu olduğunda bir “kağnı” ile yolculuk yapmaya
eşdeğer hale geliyor… Birkaç denemeden sonra, ışık hızına ulaşabilen bir
gemiyle yapabileceğiniz en akıllıca işin, Güneş Sistemini keşfetmeye çalışmak
olduğunu zaten göreceksiniz. Fakat ısrarla, yıldızlara yolculuk yapacağım
diyorsanız, en yakın yıldıza gidiş dönüş için kendinize bir 10 yıllık zaman
ayırmanız lazım.
Evren yahut Samanyolu gökadası, çok büyüktür ve yıldızlar arasındaki mesafeler
çok fazladır. Öyle ki, ışık hızı ile Güneş’in yakın çevresindeki birkaç
yıldıza yapacağınız yolculuk için ömrünüz yeterli gelmeyecektir. Gökyüzünde
gördüğünüz parlak yıldızların çoğu bizden yüzlerce, binlerce ışık yılı
uzaklıktadır. En yakın galaksi ise 200 bin ışık yılı uzakta yer alır.
Yani ışık hızı, evrende insanlı / insansız keşif yolculukları için çok yavaş
kalıyor. Ancak, kendi güneş sisteminizde zaman kaybetmeden yolculuk
yapabilmeniz için ideal. Mars’a, Jüpiter’e, Neptün’e kolayca gider gelirsiniz,
hepsi bu.
Yine de, ışık hızına ulaşmak ve aşmak için ışıktan hızlı yol almak
gerekliliği, en azından teorik olarak zorunlu değil. Bu sorun için birkaç
çözüm var ve sadece yeterli bilimsel ve teknolojik ilerlemeyi bekliyor
çözümler. Ama o kadar çabuk değil, pek umutlanmayın…
Bir de işin “görelilik” yönü var, hatta "özel görelilik"...
Işık hızı ve ona yakın rölativistik hızlarda yolculuk yaptığınızda zaman sizin
için yavaşlayacağı için, dünyada sabit duran birine nazaran zaman sizin için
çok ağır geçer. Siz hissetmezsiniz bunu ama, yine de zaman yavaşlamıştır.
Örneğin, ışık hızına çok yakın bir hızda yakınımızdaki Alpha Centauri
yıldızına doğru yola çıkıp oraya vardığınızda, dünyadaki biri için 4 yıldan
fazla zaman geçmiş olmasına rağmen sizin için sadece birkaç hafta geçmiş olur.
Yine, “sizin için” zaman yavaşlaması nedeniyle kısa sürecek olan 50 ışık
yıllık bir mesafeye gidip döndüğünüzde dünyada 100 yıl geçmiş olduğunu, tüm
sevdiklerinizin ve tanıdıklarınızın ölüp gittiğini görürsünüz.
Tabi, tüm bu dediklerim ışık hızını “konvansiyonel” yöntemlerle aşmaya
çalıştığınızda gerçekleşir. Yalnız, bu şekilde ışık hızına ulaşmak veya aşmak
mümkün değil.
Işık hızına ulaşmak mümkün olmasa da, çok yakın, yani %97-98′si kadar bir hıza
ulaşabilirseniz (ki pratikte gayet mümkündür) yukarıda yazdıklarıma çok benzer
“göreli” durumlar yaşarsınız. Yine dünyada Alpha Centauri’ye birkaç ayda
gidersiniz ama, dünyada 5 yıl geçmiş olur. Bu hızla (%97-98) binlerce ışık
yılı uzağa kendi ömür sürenizin kısa bir diliminde gidip dönebilirsiniz. Ama
unutmayın, siz bu yolculuğu güle oynaya yaparken, dünyada binlerce yıl geçmiş
olacağını göz önünde bulundurmak durumundasınız.
Özetle, ışık hızına yakın hızlarda yıldızlar arası yolculuk yapacaksanız, tüm
aileniz ve sevdiklerinizle vedalaşmayı unutmayın. Yüksek ihtimalle
döndüğünüzde kimseyi bulamayacaksınız…
Işık hızını aşmak mümkün mü?
Işık hızına merakım gün geçtikçe artıyor.İnsanlığın birgün ışık hızını
yakalayacağını hatta geçeceğine inanlardanım.Uzayın sonsuz oluşu ve
milyarlarca ışık yılı ötedeki gezegenlerin,yıldızların varlığı benim bu
inancımı artırıyor.Kaldı ki bundan 100 yıl önce insanlığın günün birinde ses
hızını aşacağını söyleseler kimse inanmazdı bugün ses hızını aşan yani saatte
1235.5 km hızla ilerleyen F18 savaş uçakları hali hazırda kullanımda.O yüzden
bundan 100 yıl sonra teknolojinin hangi boyutlara ulaşacağını hayal etmek dahi
mümkün değil zira gelecekte teknolojinin ne boyutlara ulaşacağını ne kadar
hayal edersek edelim ondan çok daha farklı bir seviyeye geleceğimiz aşikardır.
Işık Hızı Geçilebilir Mi?
Kainatta en hızlı şey ışık hızıdır.Işık hızı saniyede yaklaşık 300 bin
kilometredir.Yani şöyle düşünecek olursak 150 milyon kilometre ötedeki güneşe
ışık hızıyla gidilebilse yolculuğumuz 8 dakika 33 saniye sürerdi.Başka bir
bakış açısıyla güneşın ışığı dünyamıza ancak 8 dakika 33 saniyede
gelebiliyor.Örneğin bir öğlen vakti evrende büyük bir felaket olsa da günüş
bir anda yok olsa bizim güneşin yok olduğunu anlamamız dünyanın zifiri
karanlığa gömülmesi güneşin yok oluşundan 8 dakika 33 saniye sonra olurdu.
Işık hızına ulaşırsak zamanlar arası geçiş mümkün olacak mı sorusu eminim
sizinde aklınıza geliyordur.Evrende hiçbir şey ışık hızından daha hızlı
olamaz.Işık hızı sabittir ve ondan daha hızlı hiçbirşey yoktur.Bugünki bilim
ışık hızını aşmanın mümkün olmadığını söylemekte ancak ileride bunun
değişmeyeceğini bilemiyoruz.
Geçmişte bilim atomun parçalanamayacağını da söylüyordu ancak günümüzde atom
parçalanabilmektedir.Kaldı ki ışık hızında zamanı yavaşlatmak zamanlar arası
geçişin mümkün olabileceği bilim adamlar tarafından söyleniyor.(Bu konuda
History'nin yaptığı ışık hızı formülü belgeselini youtube'den izlemenizi
tavsiye ediyorum.)
Şimdi uzayda bir galaksi düşünün dünyamıza mesafesi 1 milyon ışık yılı olsun
yani bu galaksiye ışık hızıyla gidilse 1 milyon yıl alıyor.Bir başka ifadeyle
aslında görünen şey galaksinin 1 milyon yıl önceki hali ışığı bize yeni
ulaştığı için biz onu öyle görüyoruz belkide orada şuanda öyle bir galaksi
yok.Uzay öyle büyük ki ışık hızı bile yetersiz ve çok küçük bir hız kalıyor. 1
milyon yada 1 milyar ışık yılı ötedeki bir galaksiye, yıldıza ulaşabilmek için
ışık hızını binlerce kat aşacak bir hıza ulaşmamız lazım.İşte o zaman zamanlar
arası geçiş mümkün olabilecek.Bilimin çok ilerlediğini düşünebilirsiniz ben
hız anlamında insanlığın henüz taş devrini yaşadığını düşünoyurum.Şu an
ulaştığımız nokta evrende o kadar küçük bir mesafe ki dikkate bile alınmaz.
Belkide 1000 yıl sonra şu an yaşadığımız bu dönem antik çağ olarak
anlatılacak.
IŞIKTAN HIZLI SEYAHAT
Yayın Tarihi: 4 Eyl 2012 |
Bilimkurgunun en sevilen öğelerinden biridir ışık hızıyla seyahat. Yıldız
Savaşları’nda sadece ışık hızıyla bir anda galaksinin öbür ucuna
gidilebilmektedir. Bu sayede Galaktik Cumhuriyet kurulmuştur. Uzay Yolu’nda
ışıktan hızlı seyahat eden Atılgan, yeni uygarlıklar keşfetme amacındadır. Ve
bir uygarlığın Galaktik Federasyon’a kabul edilme koşulu, ışık hızını
aşabilmesidir. Savaş Yıldızı Galactica’da FTL ya da Türkçe kısaltmasıyla IDH
(Işıktan Daha Hızlı) motoru sayesinde, insan türünden geriye kalan az sayıda
insan, Cylon adlı robot ırkından kaçmakta ve dünyayı aramaktadır. Bu dizide
ise uzay gemileri sıçrama yapmaktadır.
Şüphesiz ışık hızından daha hızlı seyahat edebilmek ve evreni keşfetmek,
kolonileştirmek çok güzel bir rüya. Gerçek olmasını kim istemez ki? Belki de
bu nedenle bilimkurguda bu kadar önemli bir yere sahip. Öte yandan yukarıda
adı geçen yapımların bel kemiğini oluşturan bu fikrin ne yazık ki bilimsel
geçerliliği yok.
Ufocular geçmişte ve günümüzde pek çok dünya dışı uygarlığın Dünyamızı ziyaret
ettiğini ve etmekte olduğunu söylüyorlar. Eğer Dünyamıza çok yakın bir
yerlerdeki bir gezegenden bahsetmiyorsak bu o kadar kolay değil. Çünkü ışıktan
hızlı seyahat olanaksız ve ışık hızıyla gitseniz bile binlerce yılda Dünya’ya
ancak ulaşacaksınız. Dolayısıyla eğer bizim Güneş Sistemimizde veya ona yakın
bir yerde değillerse bu yabancı uygarlıkların buraya gelmesi, uzaklıklarına
göre yüzlerce, binlerce hatta milyonlarca yıl sürecektir. Her gün yeni bir UFO
vakası yaratacak kadar çok ziyaretçi göndermeleri de daha da zor bu durumda!
Ufoculara bunu hatırlattığımızda “bilim bir yolunu bulur” cevabını alıyoruz.
Bilime duyulan bir inançmış gibi görünüyor bu. Fakat sadece gerçekliği
çarpıtmaktan ibaret. Çünkü bilim (en azından günümüz bilimi) ışıktan hızlı
seyahati hiçbir zaman gerçekleşmeyecek bir rüya olarak görüyor.
Özel Görelilik
Einstein’ın, zamanın, kütlenin, hareketin göreli olduğunu ileri sürmesinin
üzerinden bir yüzyıl geçti. O, bir dizi yeni fikirle fizikte bir devrim yaptı.
Başta özel görelilik ve genel görelilik olmak üzere ortaya attığı teoriler
yepyeni fikirlerle doluydu.
Einstein’dan önce fiziğe Newton fiziği hakimdi. Elbette Newton fiziği pek çok
konuda yeterli açıklamalarda bulunsa da her yeni keşifle birlikte doğayı
açıklamakta biraz daha yetersiz kalıyordu. Einstein’ın görüşleriyse yepyeni
bir soluk getirecekti.
Eskiden ışığın küçük madde zerreciklerinden oluştuğu sanılıyordu. 1678’de
Christian Huygens, ışığın dalgalardan oluştuğunu ileri sürdü fakat dalgaların
yayılmak için maddeye ihtiyaç duyduğunu düşünerek evreni dolduran görünmez bir
maddenin olduğunu varsaydı. Buna “esir” adını verdi.
Newton ise 1704’te yayınladığı eseri Opticks’de ışığın parçacıklardan
oluştuğunu ama dalgalardan da etkilendiğini sürdü. Fakat çelişik görünen bu
öğeleri harmanlayan bu duruma yeterli bir açıklama getiremedi.
Işığın dalga kuramı James Clerk Maxwell ile atılım yaptı. Maxwell 1860’larda
elektrik ve manyetik kuvvetlerin ışık hızıyla yayılacağını hesapladı. Fakat
teorisinde esire ihtiyaç duymaya devam etti. 1887’de yapılan deneylerde ise
esirin ışıkla bağlantısı bulunamadı.
1900’de Max Planck, ışığın hem dalgalardan hem de parçacıklardan oluştuğunu
öngördü. Işık kendisiyle çelişiyor görünüyordu. Planck’ın kendisi bile vardığı
bu sonuca bir anlam veremedi.
Einstein ise klasik fiziğin sonunu getirecekti. Önce fotoelektrik olayı
açıklayarak esir adlı hayali maddeye ihtiyacı ortadan kaldırdı. O ışığın
çelişik durumunu mantıksal bir temele oturttu. Işığın doğasını ve fotonların
varlığını göstererek yepyeni bir dönem başlattı.
Şimdi gelelim görelilik kuramlarına. Özel görelilik Teorisine göre evrendeki
hiçbir şey sabit değildir ve gözlemcinin konumuna değişir. Zamanın hızı sabit
değildir, cismin hareket hızı ne kadar artarsa zaman o kadar yavaşlar.
Uzay-zamanda hiçbir şey sabit değildir. Bir tek şey hariç: Evrende sabit olan
tek şey ışık hızıdır ve ışık hızı asla aşılamaz. Peki, neden?
Birincisi, cisimlerin hızlarıyla zaman birbirine bağlıdır. Cisimler
hızlandıkça o cisim için zaman daha yavaş akmaya başlayacaktır. Yani bir uzay
gemisi ne kadar hızlı hareket ederse onun için zaman daha yavaş akacaktır.
Dünya’daki bir insan için örneğin 50 yıl geçerken Dünya’dan çok daha hızlı
hareket eden bir uzay aracındaki insan için bu süre daha da kısadır. Hız ne
kadar artarsa zaman da o kadar yavaşlayacaktır. Ve hız eğer ışık hızına
ulaşırsa bu da zamanın durması anlamına gelir. Dolayısıyla ışık hızına ne
yetişmek ne de ışık hızını aşmak imkansızdır.
İkincisi, e=mc2 formülünde cisimleşmektedir. Bu formül fizikteki kütle-enerji
eşitliğinin formülüdür. Bu formülün içindeki c ışık hızını simgelemektedir.
Hız arttıkça kütle de arttığı için ivmelenme zorlaşmaktadır. Dolayısıyla
kütlesi olan hiçbir cisim ışık hızına ulaşamaz. Parçacık hızlandırıcı
deneylerinde bugüne kadar bu hiç başarılamamıştır. Yakın zamanda CERN
bünyesindeki OPERA Deneyinde parçacıkların ışıktan hızlı hareket ettiğinin
gözlemlendiğinden şüphe edildiyse de bu tekrarlanamadı ve reddedildi.
Karadelikler
Peki, bunu doğrulayan kanıtlar var mı yoksa bunlar sadece fikir mi diye
sorabilirsiniz. Evet, kanıtlar var.
Birincisi, hassas atom saatleridir. İçine bu saatlerden yerleştirilen uçaklar
farklı hızlarda farklı yönlere gönderilmiştir. Ve her uçakta saatin farklı bir
sonuç verdiği gözlemlenmiştir.
İkincisi, Güneş’ten gelen nötrino ve muonların ışık hızına çok yaklaştıkları
için Dünya’da üretilen durağan olanlara göre daha uzun ömre sahip olduğu
tespit edilmiştir.
Üçüncüsü ise karadeliklerdir. Karadelikleri kısaca tanımlamak gerekirse
“ışığın bile kendisinden kaçmasına izin vermeyecek kadar büyük kütleli kozmik
cisimler” olarak tanımlayabiliriz. Karadeliklerin çekimsel tekillik denilen
bir noktada toplanmış bir kütlesi vardır. Yani olağanüstü çokluktaki kütle,
olağanüstü dar bir alana sığmıştır. Bu da o cisme olağanüstü bir kütle çekimi
kazandırır.
Yıldızlar ömrünü tamamladıklarında boyutları ve kütlelerine bağlı olarak iki
farklı son yaşarlar. Ve boyutlarına göre hangisini yaşayacakları baştan
bellidir. Güneş kütlesinin 10 katı kütleye sahip yıldızlar yakıtlarını
tükettiklerinde bir süpernova patlaması yaşarlar ve geride kalan madde
tekillik boyutuna kadar çöker. Bu da onların aşırı sıkışmış olması demektir ki
ortaya bir karadelik çıkarır. Daha büyük yıldızlar ise bir süpernova patlaması
geçirerek artlarında, merkezinde pulsar bulunan bulutsular bırakırlar.
Güneşimiz boyutundaki yıldızlar ise süpernova patlaması yaşamazlar ve daha
uzun ve aşamalı bir süreç yaşayıp beyaz cüceye dönüşürler. (Ardından da siyah
cüce olarak ömrünü tamamlayacağı varsayılmaktadır.)
Karadeliklerin ne kendi ışığı vardır ne de başka bir cismin ışığını yansıtır.
Yüksek çekim kuvvetiyle ışığı da yutmaktadır. Bu nedenlerle karadelik olarak
anılmaktadır. Karadelikler tamamen karanlık olduğu için sadece dolaylı olarak
gözlenebilmekte, farklı dalga boylarında tespit edilmektedir.
Biraz daha açalım. Diyelim ki bir gökcisminin öyle güçlü bir kütle çekimi var
ki bir şeyin ondan kaçıp kurtulabilmesi için farz edelim ki 1.000.000.000
metre/saniye hızla gitmesi gerekir. Yani ışıktan daha hızlı gitmesi gerekir.
Işığın hızı 299.792.458 metre/saniyedir ve bu hız aşılamaz. Dolayısıyla ışık
da dahil olmak üzere bu cismin çekim alanına giren her şey yutulur. Ve bu
cisme karadelik adı verilir. Karadelikler ışık hızının aşılamazlığının birer
sonucudur.
Karadeliklerde ışığın dahi çekime kapıldığı bölge “olay ufku” olarak
adlandırılır. Bu bölgede her şey karadelik tarafından çekilmekle birlikte
içeride tam olarak neler olduğu hakkında henüz net bir bilgimiz yoktur.
Zamanın daha farklı bir hızda işlediği tahmin edilmektedir. Varsayımlardan
birisi de aşağıda değineceğimiz Einstein-Rosen Köprüsüdür.
Bu Bir Çelişki mi?
Görelilik kuramları ilk başta kendi içinde çelişirmiş gibi görünür. Nasıl mı?
Bir cismin üzerinde bulunan başka bir cisim de onunla birlikte aynı hıza
sahiptir. Örneğin 100 km/s ile hareket eden bir arabanın içindeki insanlar ve
bütün nesneler de 100 km/s ile hareket eder. Hareket eden bir nesnenin
üzerinden harekete geçen bir başka nesne de kendi hızı + üzerinde bulunduğu
cismin hızıyla harekete geçer. Örneğin, saatte 500 km/s ile hareket eden bir
uçaktan bir roket fırlatıldığında bu roket 500 + kendi hızıyla gider.
Öyleyse, hareket eden bir cisimden çıkan ışık, cismin hızı + ışık hızıyla
hareket etmesi gerekmez mi? Bu durumda o ışık, ışık hızından daha hızlı
ilerlemiş olmuyor mu? Hani ışık hızı aşılamazdı? Bu gerçekten güzel bir soru.
Ortada gerçekten de bir çelişki varmış gibi görünüyor. Fakat cevabı da bir o
kadar basit.
Işık hızının aşılması mümkün olmadığına göre üzerinde bulunulan cismin hızının
etkisi yoktur. Işık, yine ışık hızıyla gider. Einstein taşıyıcı cismin hızını
denkleme dahil etmememizi önermiştir.
Solucan Delikleri
Sonuç olarak ışık hızını aşmak mümkün değildir. Aynı şekilde ışık hızına
ulaşmak da mümkün değildir. Yapacağımız en hızlı araç en iyi olasılıkla (ki
çok iyimser bir olasılıktır) ışık hızının %99’99999…’una ulaşabilir ama asla
%100’üne değil.
Öyleyse kısa sürede galaksinin öbür ucuna seyahat etmek için ne yapacağız? Bu
konuda alternatif bir yol olarak solucan delikleri önerilmiştir. Nitekim Carl
Sagan da sinemaya uyarlanan Contact adlı romanında bu yolu kullanmıştı. Peki,
nedir solucan deliği?
İlk olarak Nathan Rosen ile Albert Einstein tarafından öne sürüldüğü için
Einstein-Rosen Köprüsü olarak da bilinen solucan deliği uzay-zamanda bir kısa
yoldur. Genellikle karadeliğe düşen bir maddenin bir beyaz delikten çıktığı ve
ikisi arasındaki bağlantıyı bir solucan deliğinin sağladığı görüşüdür. Burada
evreni bir elmaya benzetebiliriz. Ve bir elma kurdu elmanın öbür ucuna geçmek
için etrafından dolanmak yerine daha kısa bir yolu tercih eder: İçinden geçer.
İşte bu yol bir solucan deliğidir. Bir anda milyonlarca ışık yılı uzaktaki bir
yere ya da başka bir evrene açılmayı sağlar.
Fakat ortada bir sorun var. Bugüne kadar ne bir beyaz delik görüldü ne de
solucan deliklerinin varlığına dair en küçük bir kanıt bulunabildi. Sadece
teorik düzeyde varlar. Hatta hiç var olmayabilirler.
Sonuç
Günümüz teknolojisi ve bilgisiyle ışık hızını aşmak veya evrenin öbür ucuna
başka bir yolla gitmek mümkün değil. Öte yandan bunun aksi kanıtlanacaksa eğer
bunun asla olmayacağını da iddia edemeyiz. Eğer fizikte bildiğimiz teorileri
yıkacak ve yepyeni anlayış getirecek bir gelişme olursa bu konu yeniden ele
alınabilir. Fakat şu an elimizde görelilik teorisi var ve bu teori ışık hızını
evrendeki en yüksek hız kabul ediyor.
Kaynaklar
Karadelik, Vikipedi
Özel Görelilik, Vikipedi
Carl Sagan, Kozmos, Bölüm 8
Einstein ve Görelilik Kuramları – Paul Strathern / Bilim ve Gelecek Dergisi –
Sayı 70
Bu arada, iyi hoş yazmışsınız da, bu işin teknik anlatımı nasıl oluyor diye soranlar olacaktır. Onu merak edenleri de şu yazı dizimizin bölümleri arasına alalım; baştan okumaya başlasınlar:
1) Referans Sistemleri
2) Lorentz Dönüşümleri
3) Michelson – Morley Deneyi
4) Zaman Genişlemesi ve İkizler Paradoksu
5) Boy Kısalması
6) Kütlenin ve Momentumun Göreliliği