Işık hızı: Işığın uzay boşluğundaki hızı saniyede 186,282 mil’dir (saniyede 299,792 kilometre) ve teorik olarak hiçbir şey ışıktan hızlı hareket edemez. Işık hızı, saatte gidilen mil miktarı olarak oldukça fazladır:670,616,629 mil/saat. Eğer ışık hızında gidebilseydik, bir saniyede dünyanın etrafında tam 7.5 tur atıyor olabilirdik.
Eski bilim insanları, ışığın hareketini algılayamamışlardı. Ancak zamanla, bu dalga benzeri parçacıkların ölçümleri gitgide kesinlik kazanmaya başladı. Albert Einstein ve diğerlerinin çalışmaları sayesinde, artık ışık hızının teorik bir sınır olduğunu biliyoruz: ışık hızına – ‘’c’’ adı verilen sabit değer – aşağıda açıklanacak olan sebepler dolayısıyla, kütlesi olan herhangir bir şey tarafından ulaşılamayacağı düşünülmüştür. Bu, bilim-kurgu yazarlarını, ve hatta bazı bir çok önemli bilim adamlarını evrende çok hızlı yolculuklara olanak verebilecek alternatif teoriler hayal etmekten alıkoyamadı.
Işık Hızı: Teorinin Tarihi
Işık hızıyla ilgili bilinen ilk söylem, başka bir Yunan bilim adamı olan Empedocles ile anlaşmazlığını kaleme alan eski Yunan filozofu Aristoteles’ten geliyor. Empedocles ışığın hareket ettiğini ve dolayısıyla uzay boşluğunda ilerlemesi için belirli bir zaman geçmesi gerektiğini iddia etti. Işığın uzay boşluğunda aniden hareket ettiğine inanan Aristotle ise bu fikre karşı çıktı.
1667’de İtalyan gökbilimci Galileo Galilei, her biri korumalı bir fener tutan bir kilometreden daha kısa tepelere iki kişiyi dikti. Tepedekilerden biri fenerini açtı, tepedeki diğer kişi karşı tepedeki fenerin ışığını görünce o da kendi fenerini açtı. Galileo Galilei, ışığın feneri ilk tutan kişi tarafından görülmesinin ne kadar sürdüğünü gözlemleyerek (ve reaksiyon sürelerini hesaba katarak) ışığın hızını hesaplayabileceğini düşündü.
Ne yazık ki, Galileo’nun deneysel mesafesi 1 mil’den daha kısaydı ve bu mesafe bir fark görmek için yeteri kadar uzun değildi. Dolayısıyla sadece ışığın sesten en az 10 kat daha hızlı gittiğini tespit edebildi.
1670’lerde Danimarka’lı gökbilimci Ole Römer, süratin ilk gerçek ölçümünü yaparken ışık hızının bir kronometresi olarak Jüpiter gezegeninin ayı olan Io’nun tutulmalarını kullandı. Birkaç ay boyunca, Io dev gaz gezegeninin arkasından geçerken, Römer, tutulmaların tahmin edilen hesaplamalardan daha sonra geldiğini farketti. Römer, ışığın Io’dan Dünya’ya ulaşmasının belli bir zaman alması gerektiğini tespit etti.
Tutulmalar en çok Jupiter ve Dünya birbirinden en uzaktayken gecikmeli geldi ve bu iki gezegen birbirlerine yaklaştıkça tutulmalar hesaplanan vakitlerde gelmeye başladı. NASA’ya göre ‘’bu olay Römer’e ışığın uzayda belirli bir hızla yayıldığına dair ikna edici kanıtlar verdi.’’
Römer’in hesaplaması
Römer, ışığın güneşten Dünya’ya gelmesinin 10 ila 11 dakika sürdüğü sonucuna vardı. Ancak bu değer gerçeğinden fazlaydı çünkü gerçek değer 8 dakika 19 saniyeydi. Ancak nihayet bilim adamlarının çalışabilecek bir sayısı vardı. Römer’in hesaplaması, saniyede 125,000 mil (200.000 km/s) değerinde bir hızı göz önüne serdi.
1728’de İngiliz fizikçi James Bradley, hesaplamalarını, Dünya’nın güneş etrafında seyahat etmesi nedeniyle yıldızların görünen pozisyonundaki değişime dayandırdı. Işık hızını saniyede 185.000 mil (301,000 km/s) olarak belirledi ve bu yaklaşık %1 kadarıyla doğru bir değerdi.
1800’lerin ortalarında yapılan iki girişim sorunu Dünya’ya geri getirdi. Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau, hızla dönen bir dişli çark üzerine bir ışık demeti yerleştirdi. Ve 5 mil uzağına ışığı kaynağına geri yansıtacak şekilde bir ayna yerleştirdi. Tekerleğin hızını değiştirmek, Fizeau’nun ışığın delikten, yanındaki aynaya ve boşluktan geri dönmesinin ne kadar sürdüğünü hesaplamasına olanak sağladı. Başka bir Fransız fizikçi Leon Foucault, tekerlek yerine dönen bir ayna kullandı.
Amerika Birleşik Devletleri’nde büyüyen Prusya doğumlu Albert Michelson, 1879’da Foucault’un yönteminin aynısını yapmaya çalıştı. Ancak daha uzun bir mesafe ve son derece yüksek kaliteli aynalar ve lensler kullandı. Sonucu saniyede 186,355 mil/saniye ( 299,910 km/saniye) oldu ve bu sonuç 40 yıl boyunca ışık hızının en doğru ölçümü olarak kabul edildi.
Michelson’ın deneyinde ilginç bir dipnot, ışığın içinden geçen, ışık saçan eter olarak adlandırılan ortamı tespit etmeye çalıştığıydı. Aksine, onun deneyi, eterin var olmadığını ortaya çıkardı.
İlginizi çekebilir: Tarihteki En Ünlü Başarısız Deney: Michelson – Morley Deneyi
‘’Deneyi –ve Michelson’ın çalışmalarının bütünü– öylesine devrim niteliğindeydi ki, hiçbir şeyi çok kesin bir şekilde keşfedemediği için Nobel Ödülü kazanan tarihteki tek kişi oldu’’astrofizikçi Ethan Siegal, Forbes bilim bloğu olan Starts With a Bang’de yazdı. ‘’Deneyin kendisi tam bir başarısızlık olmuş olabilir, ama ondan öğrendiğimiz şey, insanlığa ve evreni anlamamıza herhangi bir başarıdan daha büyük bir nimet oldu.’’
Einstein ve Özel Görelilik Kuramı (İzafiyet Teorisi)
1905’te Albert Einstein özel görelilik üzerine ilk makalesini yazdı. Bu makalede, gözlemcinin ne kadar hızlı hareket ettiğine bakılmaksızın ışığın aynı hızda gittiğini tespit etti. Mümkün olan en hassas ölçümler kullanıldığında bile, ışık hızı, süpersonik bir jet ile seyahat eden biri için olduğu gibi, dünya yüzeyinde hareketsiz kalan bir gözlemci için de aynı kalır.
Benzer şekilde, Dünya, uzayda seyahat eden bir galaksi olan Samanyolu’nun etrafında hareket eden güneşin etrafında dönmesine rağmen, güneşimizden gelen ışık hızı, hesaplayan kişi ister galaksinin içinde olsun ister dışında, aynı olacaktır.
Einstein, ışık hızının zamana veya mekana göre değişmediğini tespit etti. Işık hızı, genellikle evrenin hız sınırı olarak adlandırılsa da, evren aslında daha da hızlı genişler. Astrofizikçi Paul Sutter’a göre, evren megaparsek başına saniyede yaklaşık 68 kilometre hızla genişler.
Bir megaparsek 3.26 ışık yılına eşittir (bunun hakkında daha fazla bilgi sonra verilecektir).
Yani 1 megaparsek uzaklıktaki bir galaksi, Samanyolu’ndan 68 km/s hızla hareket ediyor gibi görünürken, 2 megaparsek uzaklıktaki bir galaksi, Samanyolu’ndan 136 km/s hızla uzaklaşıyor gibi görünür.
‘’Bir noktada, ağza alınamaz bir uzaklıkta, sürat, ölçekleri devirip ışık hızı sınırını aşıyor, hepsi de uzayın doğal ve düzenli genişlemesinden.’’ diye yazdı Shutter.
Shutter, özel görelilik mutlak bir hız sınırı sağlarken, genel göreliliğin daha geniş mesafelere izin verdiğini açıkladı.
‘’Evrenin uzak tarafındaki bir galaksi mi? Genel göreliliğin alanı budur ve genel görelilik der ki: Kimin umrunda! Bu galaksi, çok uzak kaldığı ve size çok yakın olmadığı sürece istediği hıza sahip olabilir.’’ dedi Shutter.
‘’Özel görelilik, uzak bir galaksinin hızını –ışık hızından daha hızlı veya değil—umursamıyor, ve aynı şekilde sen de umursamamalısın.’’
Işık Hızı Nedir?
Işığın bir yıl içinde katettiği mesafeye ışık yılı denir. Bir ışık yılı hem zamanın hem de mesafenin ölçüsüdür. Göründüğü kadar anlaşılması zor değil. Bu şekilde düşünün: Işık yaklaşık 1 saniye içinde aydan gözlerimize gelir, ki bu da ayın yaklaşık 1 ışık-saniye uzakta olduğunu gösterir.
Güneş ışığının gözlerimize ulaşması yaklaşık 8 dakika sürer, yani güneş bize 8 ışık-dakika uzaklıktadır. En yakın yıldız sistemi Alpha Centauri’den gelen ışığın buraya gelmesi için yaklaşık 4.3 yıl gerekiyor, bu nedenle yıldız sisteminin 4.3 ışık yılı uzakta olduğu söyleniyor.
‘’Bir ışık yılının büyüklüğü hakkında bilgi edinmek için Dünya’nın çevresini (24,900 mil) alın, düz bir çizgiye yerleştirin, çizginin uzunluğunu 7.5 ile çarpın (karşılık gelen mesafe bir ışık-saniye’dir), sonra 31.6 milyon benzer çizgiyi uç uca yerleştirin.’’ diyor Nasa’nın Glenn Araştırma Merkezi. ‘’Ortaya çıkan mesafe neredeyse 6 trilyon (6,000,000,000,000) mil!’’
Güneş sistemimizin ötesindeki yıldızlar ve diğer nesneler, birkaç ışık yılı ile birkaç milyar ışık yılı uzaklıkta bir yerde bulunur. Bu nedenle gökbilimciler bir ışık yılı ya da daha fazla uzaklıktaki gezegenleri incelediklerinde, o gezegenin şimdiki halini değil, ışığın, inceledikleri gezegenden çıktığındaki halini görüyorlar. Bu bağlamda, uzak evrende gördüğümüz her şey kelimenin tam anlamıyla tarihtir.
Bu prensip, 13.8 milyar önce gerçekleşen Büyük Patlama’dan sonra evrenin nasıl göründüğünü görmelerini sağlar. 10 milyar ışık yılı uzaklıkta olan nesneleri incelerken, onları bugün nasıl göründüklerinden ziyade, evrenin başlangıcından hemen sonra, 10 milyar yıl önce göründükleri gibi görüyoruz.
Işık hızı gerçekten sabit mi?
Işık, dalgalar halinde ilerler ve ses gibi, içinden geçtiği şeye bağlı olarak yavaşlatılabilir. Hiçbir şey, ışığı uzay boşluğunda geçemez. Yine de, bir bölge toz, hatta herhangi bir madde içeriyorsa, ışık parçacıklarla temas ettiğinde bükülebilir ve bu da hızda bir azalmaya neden olabilir.
Dünya atmosferinde dolaşan bir ışık, bir uzay boşluğundaki ışık kadar hızlı hareket ederken, bir elmastan geçen ışık bu hızın yarısından daha düşük bir hıza düşer. Yine de, bir mücevherde 277 milyon mil/saat (neredeyse 124.000 km/saat) gibi bir süratte hareket ediyor. – alay edilecek bir hız değil.
Işıktan daha hızlı hareket edebilir miyiz?
Bilim kurgu fimleri bu konuda spekülasyon yapmayı severler. Çünkü ‘’sapma hızı’’, imkansız derecedeki uzunlukta olan mesafeler, zaman dilimleri ve yıldızlar arasında seyahat etmemizi sağlar. İmkansız olduğu kanıtlanmamış olsa da, ışıktan daha hızlı seyahat etmenin pratikliği, fikri oldukça ileriye götürüyor.
Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, bir nesne daha hızlı hareket ettikçe, kütlesi artarken, uzunluğu daralır. Işık hızında, böyle bir nesnenin uzunluğu 0 iken(bu bir imkansızlık), sonsuz bir kütlesi vardır. Böylece hiçbir nesne ışığın hızına ulaşamaz.
Bu, teorisyenlerin yaratıcı ve rekabetçi teoriler önermelerini engellemiyor. Bazıları, ‘’sapma hızı’’ fikrinin imkansız olmadığını söylüyor. Ve belki de gelecek nesiller, bugünlerde bizim şehirler arasında seyahat ettiğimiz gibi yıldızlar arasında gezinebilecekler.
Dünya Dışı Yaşam Arayışı Enstitüsü ,Mountain View, California’da bir gökbilimci olan Seth Shostak Space.com’un kardeş sitesi olan LiveScience’daki bir röportajında ‘’Kaptan Kirk en hızlı roketlerimizin hızında hareket etmek zorunda kalsaydı, bir sonraki yıldız sistemine ulaşmak yüz binlerce yıl sürecekti.’’ dedi. ‘’Bilim kurgu, uzun zamandır ışık hızı bariyerini geçmenin bir yolunu öne sürmüştü, böylece hikaye biraz daha hızlı hareket edebiliyor.’’