150 yıldır çözülemeyen ışık-madde gizemi çözüldü

İlk olarak 1619 yılında ünlü matematikçi ve astrofizikçi Johannes Kepler tarafından ortaya atılan, 1873 yılında Maxwell tarafından açıklanan ışığın momentumu ilkesi 150 yıl sonra gözlemlendi.

Johannes Kepler gökyüzünde gördüğü kuyruklu yıldızın kuyruğunun Güneş’ten uzaklaşıyor oluşu nedeniyle Güneş ışınlarının bir momentumu olduğu ilkesini öne sürdü. Bu ilkeye göre ışığı oluşturan fotonlar madde ile etkileşime giriyordu.

Bu etkileşime 1873 yılında James Clerk Maxwell açıklık getirdi.

Maxwell’in elektromanyetizma teorisine göre ışığın elektromanyetik dalgalarının taşıdığı momentum radyasyon basıncı oluşturmaktadır. Bu momentum herhangi bir emilim yapan ya da yansıma yapan yüzey tarafından emilebilir. Işığı oluşturan fotonların dalga karakteristiği de bu şekilde madde üzerinde momentum uygulamalarına sebep olur.

Radyasyon basıncı ile ortaya çıkan güçler çok zayıftır ama astronomi ve astrodinamikler açısından büyük etkiye sahiptirler. Örneğin, Marsa gönderilen uzay araçlarının maruz kaldığı radyasyon basıncı önceden hesaplanmamış olsaydı, rotalarında 15.000 km’lik bir sapma olacaktı.

Britanya Kolombiyası Üniversitesi’nde Porfesör Kenneth Chau, bugüne kadar bu momentumun nasıl güce ya da harekete dönüştüğünü bilemediğimizi, bunun 150 yıllık bir gizem olduğunu söylüyor. Bu güç o kadar küçük ki bilim adamlarının elinde onu algılayacak ya da ölçecek bir alet yoktu.

Ta ki bugüne kadar. Porfesör Chau önderliğindeki ekip, bu çok küçük gücü ölçmek için özel bir aynanın etrafına çok gelişmiş ses sensörleri yerleştirmiş ve etrafını mümkün olduğunca çevresel faktörlerden soyutlamışlar. Daha sonra bu aynaya laser demeti göndererek, adete gölde hareket eden dalgalar gibi ayna üzerinde kayan dalgaları gözlemlemeye çalışmışlar.

Profesör Chau, foton momentumunu doğrudan ölçemedikleri için ayna üzerinde neden olduğu elastik dalgaları dinleyerek etkisini anlamaya çalıştıklarını, deneyin sonunda ise bu dalgaların özelliklerini lazer demetinin kendisinden kaynaklanan momentuma kadar izleyebildiklerini, böylece ışık momentumunun madde içerisinde nasıl var olduğunun açıklayabilecek ve modelleyebilecek bilgiye sahip olduklarını ifade ediyor.

Bu keşif, bilim adamlarının ışığın temelini anlamaları için önemli bir adımı teşkil ediyor. Pratik uygulamalara yönelik olası yansımalarına da örnek veren Profesör Chau, “Güneş yelkenleri ile çalışan yıldızlararası yatlarda uzak yıldızlara seyahat ettiğinizi” ya da “mikroskobik makineleri bir araya getirebilen optik cımbızlar geliştirdiğimizi hayal edin” diyor. Bilim henüz o noktaya gelmemiş olsa da söz konusu keşfin açabileceği kapılar heyecan verici cinsten.