Evrenin Zarafeti

Brian Greene - Evrenin Zarafeti


Işık Hızı

Özel göreliliğin ikinci kilit bileşeni ışık ve ışığın hareketinin özellikleriyle ilgilidir. "George saatte 10 kilometre hızla yol alıyor" ifadesinin kıyaslama yapmamızı sağlayacak bir karşılaştırma noktası olmaksızın hiçbir anlamı olmadığını iddia etmiştik. Ama bu iddianın tersine, kendilerini işlerine adamış bir dizi deneysel fizikçi neredeyse yüzyıllık bir çabayla, kıyaslama için bir karşılaştırma noktası olmaksızın da bütün gözlemcilerin ışığın saatte yaklaşık 1 milyar kilometre hızla yol aldığını kabul edeceğini göstermiştir.

Bu gerçek, evrene bakışımızda bir devrim yapmamızı gerekli kılmıştır. Önce daha sıradan nesneleri konu alan benzer ifadelerle kıyaslayarak, bu ifadenin ne anlama geldiğini anlayalım. Diyelim ki güzel, güneşli bir gün, siz de bir arkadaşınızla top oynamak için dışarı çıkıyorsunuz. Bir süre ikiniz de tembel tembel topu birbirinize saniyede diyelim ki 6 metre hızla atıp tutuyorsunuz. Gelgelelim birden bire şimşek çakmaya, gök gürlemeye başlıyor, ikiniz de kaçıp saklanıyorsunuz. Fırtına dindikten sonra oyuna devam etmek için yine bir araya geliyorsunuz, fakat bir şeyin değiştiğini fark ediyorsunuz. Arkadaşınızın saçları darmadağın, diken diken olmuş ve size sert sert, deli deli bakıyor. Eline baktığınızda hayretle görüyorsunuz ki artık sizinle top oynamak istemiyor, onun yerine size bir el bombası fırlatmaya hazırlanıyor. Tabi sizin de top oynama hevesiniz kalmıyor, dönüp kaçmaya başlıyorsunuz. Arkadaşınız el bombasını fırlattığında bomba yine size doğru uçacak, ama siz koştuğunuz için bombanın size yaklaşma hızı saniyede 6 metreden az olacak. Aslında sağduyu bize, saniyede diyelim ki 4 metre hızla koşuyorsanız, el bombasının size (6-4)=2 metre hızla yaklaşacağını söyler. Başka bir örnek verelim: Diyelim ki dağdasınız ve üstünüze çığ geliyor, dönüp kaçma eğiliminde olursunuz, çünkü o zaman çığın size yaklaşma hızı azalacaktır ve bu da genel olarak iyi bir şeydir. Hareketsiz haldeki bir bireye göre yaklaşmakta olan çığın hızı, kaçmakta olan bir bireyin algıladığından daha fazladır.

Şimdi top, el bombası ve çığ ile ilgili bu genel gözlemleri ışıkla ilgili gözlemlerle kıyaslayalım. Kıyaslarımız daha doğru olsun diye, bir ışık demetinin foton olarak bilinen küçük "paketlerden" (ışığın, IV. Bölüm'de daha etraflıca tartışacağımız bir özelliği) oluştuğunu düşünün. Bir feneri yaktığımızda ya da bir lazer ışını demeti gönderdiğimizde, aslında aygıtı yönelttiğimiz doğrultuda bir foton demeti gönderiyoruz demektir. El bombası ve çığ örneklerinde olduğu gibi, bir fotonun hareketinin, hareket halindeki birine nasıl göründüğünü düşünelim. Diyelim ki çılgın arkadaşınız el bombası yerine güçlü bir lazer taşıyor. Lazeri size doğru ateşlerse - sizde de uygun ölçüm cihazı varsa - demetteki fotonların yaklaşma hızının saatte yaklaşık 1 milyar kilometre olduğunu bulursunuz. Peki ya el bombasıyla top oynama ihtimali karşısında yaptığınız gibi kaçarsanız ne olur? Yaklaşmakta olan fotonların hızı o zaman ne olacaktır? İşleri biraz daha karıştıralım, diyelim ki uzay gemisi Atılgana, bindiniz ve arkadaşınızdan saatte 160 milyon kilometre hızla uzaklaşmaya başladınız. Geleneksel Newtoncu dünya görüşüne dayanan akıl yürütmeyi izleyecek olursak, artık arkadaşınızdan hızla uzaklaşmakta olduğunuzdan yaklaşan fotonların hızının azaldığını görmeyi beklersiniz. Size (saatte 1 milyar kilometre - saatte 160 milyon kilometre = saatte 840 milyon kilometre) hızla yaklaştıklarını bulmayı umarsınız.

Geçmişleri 1880'lere kadar uzanan çeşitli deneylerden elde edilen yığınla kanıt, ayrıca Maxwell'in ışığın elektromanyetik kuramının titizlikle incelenmesi ve yorumlanması bilim camiasını yavaş yavaş aslında göreceğiniz şeyin bu olmayacağına ikna etmiştir. Kaçıyor olsanız da, yaklaşmakta olan fotonların hızını saatte 1 milyar kilometre olarak ölçersiniz, bundan birazcık bile az değil. Başta kulağa tümüyle saçma gelse de, yaklaşmakta olan bir toptan, el bombasından ya da çığdan kaçarken olanın tersine, yaklaşmakta olan fotonların hızı hep saatte 1 milyar kilometredir. Aynı şey size yaklaşmakta olan fotonların üstüne doğru gittiğinizde ya da peşlerinden koştuğunuzda da geçerlidir. Yaklaşmaya da uzaklaşma hızları hiç değişmez, fotonlar yine saatte 1 milyar kilometre hızla yol alıyor görünecektir. Foton kaynağı ile gözlemci arasındaki göreli hareketten bağımsız olarak, ışığın hızı her zaman aynıdır.

Yukarıda betimlenen türden ışık "deneyleri" teknolojik sınırlamalar yüzünden aslında yapılamaz. Fakat kıyaslanabilecek deneyler yapılabilir. Örneğin 1913'te Hollandalı fizikçi Willem de Sitter, hızla hareket eden çift yıldız sistemlerinin (birbirinin çevresinde dönen iki yıldız) hareket eden bir kaynağın ışık hızının üzerindeki etkisini ölçmekte kullanılabileceğini ileri sürdü. Geçtiğimiz 80 yıl içinde yapılan bu tür deneyler, hareketli bir yıldızdan gelen ışığın hızının, sabit bir yıldızdan gelen ışığın hızıyla aynı olduğunu - saatte 1 milyar kilometre - giderek gelişen ölçüm aygıtlarıyla elde edilen kesin sonuçlarla gösterdi. Ayrıca geçen yüzyıl boyunca başka birçok detaylı deney daha - ışık hızını çeşitli koşullarda doğrudan ölçmenin yanı sıra, ışığın kısaca ele aldığımız bu özelliğinden kaynaklanan sonuçları sınayan deneyler - gerçekleştirildi ve hepsi de ışık hızının sabit olduğunu doğruladı.

Işığın bu özelliğini kabullenmekte zorlandıysanız, yalnız değilsiniz. Yüzyıl başında fizikçiler bunu çürütmek için çok uğraşmışlardı. Yapamadılar. Einstein ise tersine, ışık hızının sabit olduğunu kabul etti, çünkü gençliğinden beri onu uğraştıran paradoksun cevabı orada yatıyordu: Bir ışık demetini ne kadar kovalarsanız kovalayın, yine de sizden ışık hızında uzaklaşır. Işığı durgun görüneceği kadar yavaşlatmak şöyle dursun, ışığın görünür hızını saatte 1 milyar kilometreden zerre kadar daha az yapamazsınız. Konu kapanmıştır. Fakat paradoksa karşı kazanılmış bu zafer, hiç de küçük bir zafer değildi. Einstein, ışık hızının sabit oluşunun Newton fiziğinin sonunu getirdiğini anlamıştı.


Gerçek ve Sonuçları

Hız, bir nesnenin belli bir süre içinde ne kadar yol alabileceğinin ölçüsüdür. Saatte 100 kilometreyle yol alan bir otomobilin içindeysek, tabi ki bir saat boyunca bu hareket halini korursak 100 kilometre yol alacağız demektir. Bu biçimde dile getirildiğinde hız hayli sıradan bir kavramdır. Topların, kartoplarının ve fotonların hızı hakkında neden o kadar gürültü kopardığımızı merak ediyor olabilirsiniz. Fakat unutmayalım ki mesafe uzaya ilişkin bir kavramdır; iki nokta arasında ne kadar uzay olduğunun ölçüsüdür. Şunu da unutmayalım ki süre de zamanla ilgili bir kavramdır; iki olay arasında geçen zamandır. Dolayısıyla hız, uzay ve zaman kavramlarıyla yakından bağlantılıdır. Bu biçimde dile getirdiğimizde, hızla ilgili ortak kavrayışımıza ters düşen herhangi bir deneysel olgunun, örneğin ışığın hızının sabit olmasının, uzayla ve zamanla ilgili ortak kavrayışlarımıza ters düşme potansiyeli taşıdığını görürüz. Işık hızıyla ilgili tuhaf gerçek, işte bu yüzden ayrıntılı olarak incelenmeyi hak ediyor; Einstein bu incelemeyi yapmış, olağanüstü sonuçlara ulaşmıştır.

Brian Greene - Evrenin Zarafeti






Share this article :

Yorum Gönder

Not: Yalnızca bu blogun üyesi yorum gönderebilir.

 
SUPPORT / DESTEK : ATLAS
Copyright © 2014 ATLASİZM