Işık Hızı Nedir? Işık Hızının Keşfi

Işığın Keşfi – Işık Hızı Nedir? Nasıl Bulundu?

Işık hızı ilk defa 17. yüzyılda Danimarkalı astronom Ole Christensen Romer tarafından keşfedilmişti. Romer ışık hızının keşfini Jüpiter’i gözlemlemesine borçluydu. Romer’in gözlemlerine göre Jüpiter’in uydularının Jüpiter’in arkasına geçtiği zamanlarda, uyduların Jüpiter’in etrafında sabit bir hızda hareket etmiyordu. Daha sonra da Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafe arttıkça, Jüpiter uydularının tutulmalarının daha geç belirdiğini fark etti. Bunun üzerine bir çıkarım yaptı. Dünya ve Jüpiter, Güneşin etrafında döndükleri için aralarındaki mesafe sürekli değişiyordu. Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafe arttıkça, Jüpiter’in uydu tutulmalarının daha geç gözükmesinin tek bir mantıklı sebebi olabilirdi: Işık hızı!

Şöyle ki; Romer ışığın bir hızı olduğunu keşfetti. Jüpiter’in uydularındaki tutulmanın ışığı dünyaya varıncaya kadar bir zaman geçiyordu. Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafe arttıkça ise bu süre artıyordu. Romer bunları da hesaplayarak ışık hızını ölçmeyi başarmıştı. Böylece ışık hızı kaç km sorusunun cevabını da ilk o veriyordu.

Lakin Romer ışık hızını yanlış ölçmüştü. Bugünkü ölçümlere göre ışık hızı saniyede 300.000 kilometredir. Romer’in ölçümlerine göre ise ışık hızı saniyede 225.000 kilometreydi.

Yine de Romer’in keşfi fizikte önemli bir adımdır. Çünkü ilk defa o ışığın bir hızla hareket ettiğini ve bu hızın inanılmaz derecede büyük boyutlarda olduğunu söylemiştir.

Radyo Dalgası, Kızılötesi, Morötesi, X Işınları ve Gama Işınları

Işığın bir hızla hareket ettiği ve bu hızın saniyede kaç km olduğu aşağı yukarı anlaşılmıştı. Ancak ışığın nasıl yayıldığını anlamak için 19. yüzyılı beklemek gerekecekti. 1865 yılında İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell ışığın nasıl yayıldığına dair bir kuram geliştirdi. Maxwell’in hesaplamaları birleşik elektromanyetik alanda dalga benzeri bozulmaların olabileceğini ve bunların bir göletteki dalgacıklar gibi sabit hızda hareket edeceğini öngörüyordu.

Bu dalgaların dalga boyları (bir dalganın tepe noktası ile bir sonraki arasındaki uzaklık) bir metre yada daha büyükse, bunlara bugün verdiğimiz adıyla radyo dalgası denir. Daha kısa dalga boyları ise mikrodalga (birkaç santimetre) yada kızılötesi (bir santimetrenin on binde birinden daha büyük) olarak bilinir. Görülebilir ışık, bir santimetrenin yalnızca kırk ila seksen milyonda biri büyüklükte değişen dalga boyuna sahiptir. Bundan daha kısa dalga boyları ise morötesi, X ışınları ve gama ışınları olarak bilinir.

Işık Hızı Her Yerde ve Yönde Aynı Hızla Mı Hareket Ediyor?

Önce Newton’ın hareket hakkındaki fikrinden bahsetmek istiyorum. Şöyle ki; Newton’a göre hareket veya hareketsizlik diye bir durumdan bahsedilemez. Bu konuyu kısaca özetleyen yazı için şuna tıklayabilirsiniz: Hangisi Hareket Ediyor? Tren Mi, Dünya Mı?

Maxwell’in ışığın yayılması hakkındaki kuramı ışığın sabit bir hızda yayıldığını söyler. Ama yukarıdaki yazıyı okuduysanız; Newton’ın hareket yasalarına göre; ışık sabit bir hızla hareket ediyorsa, bu sabit hızın neye göre hesaplandığının bilinmesi gerekir. Tren mi hareket ediyor ve dünya duruyordur; yoksa dünya mı hareket ediyordur da tren mi duruyordur?

Bunu aşmak için uzaydaki her boşluğun esir adlı bir maddeyle veya töz ile dolu olduğu fikri ortaya çıkar. Tıpkı ses dalgalarının havanın içinde yayıldığı gibi, ışık dalgaların da havanın olmadığı uzayda esir adlı maddenin içinde yayıldığı söylenir bilim adamlarınca.

Rüzgarlı bir yerde konuşurken sesinizi bazen uzaklara iletmek çok kolay olur. Rüzgar sesinizi adeta daha uzağa taşır. Bazen de tam tersi olur. İşte tıpkı bunun gibi esir maddesinin içinde hareket eden ışıkta, esirin gittiği yöne doğru açılarla gidince ışık hızı artacak, esirin döndüğü yöne mesela dik açılarla ışık gelirse ise ışık hızı azalacaktı. Sonuç olarak ışık hızı sabit bir hıza sahip olsa bile, dünyanın esir içindeki hareketi yönüne göre farklı ölçümler yapılacaktı. Teori bu şekildeydi.

İlginç olan şu ki; bu teori yanlışlandı. 1887 yılında Albert Michelson ve Edward Morley, Cleveland’daki Case Scholl of Appilied Science’ta oldukça dikkatli bir deney gerçekleştirdi. Deneyde dünyanın hareketi yönündeki ışık hızı ile dünyanın hareketine dik açılarla düşen ışık hızını karşılaştırdılar. Ve büyük bir şaşkınlıkla her ikisinin de tam olarak aynı olduğunu fark ettiler! Işık hızı her yerde ve her yönde gerçekten de sabit bir hızla hareket etmekteydi. Saniyede neredeyse 300.000 kilometre…

Işık ve Evren Hakkında Diğer İlginç Bilgiler

Esir Maddesi/Tözü Gerçekten Var mı?

Bu soruya cevap vermek henüz tam olarak mümkün değil. Lakin ışık hızının sabit bir hızla hareket etmesinin anlaşılmasından sonra esir adlı maddenin/tözün varlığı da tartışılır hale geldi. İlk defa da 1905 tarihli yazısında, o zamanlar İsviçre’deki bir patent ofisinde adı sanı bilinmeyen bir katip olan Albert Einstein; mutlak zaman fikrini terk etme niyetinde olan birisi için tüm bu esir düşüncesinin tamamıyla gereksiz olduğuna işaret etmişti. Bundan sonraki gelişmelerde esir diye bir maddenin illa olmasının gerekmediği üzerineydi.

Güneş Işığının Dünyaya Ulaşma Süresi Kaç Saniyedir

Varsayılım ki güneş şu anda parlamayı kesti. Bu durumun halihazırda dünyaya hiçbir etkisi olmayacaktır. Ancak güneş ışınlarının dünyaya ulaştığı yaklaşık 8 dakikadan sonra güneşin söndüğünü görürdük. Çünkü dünya ile güneş arasındaki mesafe yaklaşık 149,5 milyon kilometredir. Işık hızı ise saniyede 300.000 kilometre hızla hareket etmektedir. Düz bir hesapla güneşten çıkan bir ışığın dünyaya ulaşması 498,33 saniye sürmektedir. Bu da 8 dakikanın biraz üzerinde bir zamandır.

Işığın Bükülmesi – Işığın Kütle Çekim Alanındaki Davranışı

Albert Einstein’in genel görelilik teorisi ile insanoğlunun evrene bakış açısı büyük oranda değişmiştir. Gezegenlerin güneşin etrafında elips bir şekilde hareket ettiği yüzlerce yıldır gözleme dayalı olarak bilinen bir gerçektir. Ancak Einstein genel görelilik kuramıyla gezegenlerin aslında düz çizgileri takip ettiğini, ancak bizim görüşümüzle bunun elips olarak gözüktüğünü söyler. Sebebi ise bizim kolay kolay hayal edemeyeceğimiz şekilde uzayın dört boyutlu olmasındandır.

Şöyle ki; düz bir çizgi tek boyuttur. Düz olan iki çizgi, mesela A4 kağıdı iki boyuttur. Bir küp ise yükseklik, en ve derinliğe sahip olup üç boyutludur. Biz dünyayı ve evreni bu şekilde üç boyutta algılarız. Oysa dahi bir bilim adamı olan Albert Einstein 4. boyutu keşfetmiştir: Zaman! Bu yüzden evrene uzayzaman da denir. Ve büyük kütleler uzayzamanı bükerler. Bu yüzden gezegenler her ne kadar dört boyutlu bir evrende düz bir çizgide hareket ediyorlarsa da, tıpkı dağlık bir alanda bir uçağın gölgesini izler gibi eğri bir yol izlediğini zannederiz. Oysa uçakta, gezegenlerde düz bir çizgide ilerlemektedir.

İlkin insanlar ışığın sonsuz bir hızla hareket ettiğini, bu yüzden kütle çekim kuvvetinin onlara etki edemeyeceğini düşünüyorlardı. Fakat daha sonra ışığında sonlu bir hızla hareket ettiği keşfedildi. Bu da kütle çekiminin ışık üzerinde etkili olabileceği anlamına geliyordu.

Işık evrende bizim gördüğümüz gibi düz gitmemektedir. Çünkü aynı gezegenlerin yörüngeleri gibi dört boyutlu uzayzamanın bükülmeleri sebebi ile ışık da eğilir, bükülür. Aşağıdaki resimde gözüktüğü üzere yıldızın gerçek konumu daha sol taraftayken, bizim gördüğümüz konumu daha sağ tarafındadır. Yıldızdan dünyaya gelen ışık, güneşin kütle çekiminden dolayı bükülerek bize ulaşır.

Işık Hızı Nedir? Işık Hızının Keşfi 1

4. Boyutu anlatan kozmikanafor.com isimli siteden bir yazı.

Zaman Her Yerde Aynı mı?

Zaman bir su kulesinin tepesinde, aşağıdakine göre daha hızlı akar. Bu ilginç bilgi yine Albert Einstein’in genel görelilik kuramı ile keşfedilmiştir. Şöyle ki genel göreliliğin bir başka öngörüsüne göre zaman, kütle çekiminin daha yoğun olduğu yerde yavaşlıyor olması gerekir. Bu öngörüyü test etmek için 1962 yılında bir su kulesinin tepesine ve tabanına yerleştirilen oldukça tutarlı iki adet saat yerleştirildi. Dünyaya ve dünyanın kütle çekimi dediğimiz yer çekimine daha yakın olan saatin, genel görelilikle tam uygunluk içinde, daha yavaş çalıştığı fark edildi.

Zaman her yerde aynı mı sorusuna ikizler paradoksu ile cevap vermek daha açıklayıcı olacaktır.

İkizler Paradoksu

Zamanla ilgili bakış açımızı değiştirecek bir başka şey ise ikizler paradoksudur. Bu paradoksa göre iki ikiz kardeşin, biri bir dağın tepesinde yaşarken, diğeri deniz seviyesinde yaşasın. Deniz seviyesinde yaşayan kardeş daha çok kütle çekimine maruz kalacağı için, burada zaman dağda yaşayan kardeşe göre daha yavaş hareket edecektir. Yani aradan uzun bir zaman geçtikten sonra deniz seviyesinde yaşayan daha genç, dağda yaşayan daha yaşlı olacaktır.

Şimdi bu kardeşlerden birinin ışık hızına yakın bir hızla hareket eden bir uzay mekiğine binip uzun bir yolculuğa çıktığını varsayın. Yolculuğa çıkan, dünyaya tekrar döndüğü zaman diğer kardeşinden çok daha genç yaşta olacaktır. Bu durum, ikizler paradoksu olarak bilinir. Çünkü zaman algımız, mutlak bir zaman olduğu üzerinedir. Oysa mutlak bir zaman anlayışı yoktur. Kişinin veya cismin nerede olduğuna ve nasıl hareket ettiğine göre zaman farklı olarak ölçülür.

 

Kaynak: Bu yazıda Stephen Hawking’in Zamanın Kısa Tarihi adlı kitabının Uzay ve Zaman isimli bölümünden faydalanılmıştır.