BABA, IŞIK HIZINI GEÇSENE!

Yıl 5156, Alpha Centauri yıldız sistemine doğru yol alan Atılgan 2 uzay gemisinin içindeyiz. Kaptan Ahmet yardımcısı Mehmet’e dönüp sesleniyor:

– Ateşleyiciler hazır mı?

– Ateşlemeye hazırız komutanım.

– Radyasyon kalkanları devrede mi?

– Devrede komutanım

– Güzeeel, o zaman ışık hızına çıkalım! Ateeeş

– Çıkamayız komutanım

– Neden yaaaaa?

Tam yardımcı komutan Mehmet cevap verecekti ki Ahmet annesinin sesini duydu: “Ahmeeet, kahvaltın hazır”. Rüyasının aniden kesilmesine mi yoksa ışık hızını rüyalarında bile bir türlü geçemediğine mi daha çok üzüldüğünü bilmiyoruz Ahmet’in ama kahvaltıdan sonra yolda serviste giderken sürekli “neden ışık hızını geçemiyoruz” diye düşündüğüne eminiz. Çünkü Ahmet sorusunun cevabını bulamayınca bize danıştı. Bakalım ne kadar doğru cevaplayabileceğiz

Kime göre neye göre?

“Hayalgücü bilgiden daha önemlidir”

 A. Einstein

Ahmet- Neden ışık hızını geçemiyoruz?

Açık Bilim (AB)- Çünkü ışık hızı evrensel bir hız sınırı da ondan. Hani bazen baban yolda arabası ile giderken yolda gördüğü tabelalardaki rakamlara göre yavaşlıyor ya, işte onun gibi evrenimizin de evrensel bir hız sınırı tabelası var. Ama öncelikle hız nedir onu tanımlayalım.

Ahmet- Bunu biliyorum. Hız, bir yere ne kadar çabuk gittiğimizdir. Annem bazen babama çok kızıyor, “hızlı gitme “diye. Hızımız fazlaysa daha çabuk yol alıyoruz.

AB- Evet, doğru. Hız aslında bir mesafenin o mesafeyi aldığımız süreye bölümüdür. Babanın arabasının kadrajında gördüğün hız rakamı babanın anlık hızı. Ama bir de ortalama hız var, misal bu güzel bir ölçüm oyunu olabilir senin için

Ahmet- Nasıl?

AB- Babanla arabaya bindiğinizde babana bir ölçüm yapacağını söyle. Uınutma, bilimdeki en önemli şeylerden biri ölçmektir. Babana gideceğiniz yere kadar olan mesafeyi arabasının kadrajından bakmasını rica et. Daha sonra babanın arabasını hareket ettirdiği an saatine bak, sonra arabayı vardığınız yere gittiğinde durdurduğunda saatine bak ve geçen süreyi hesapla.

Ahmet- Ve sonra babam mesafeyi söylediğinde o mesafeyi o süreye böleceğim. Mesela 70 kilometreyi 1 saatte gittiyse 70’i 1 e böleceğim, hız 70 kilometre/saat çıkacak

AB- Evet, aynen. İşte buna ortalama hız diyoruz. Dikkat ettiysen baban bazen hızlı gitti, bazen yavaş gitti ve bazen de durdu. Bulduğun hız ne en hızlı gittiği zamanki hızı kadar çok, ne de en yavaş gittiği zamanki hızı kadar azdır. Arada bir yerde, ortalama bir hızdır.

Ahmet- Peki ışık hızı ne kadar? Onun ortalama hızı var mı?

AB- Çok güzel soru. Aslında senin sorduğun soruyu ve yaptığın şekilde ölçümleri bir çok bilim insanı yaptı. Bunlardan en meşhuru Galileo idi. Galileo aynı zamanda hareket etmenin nasıl olduğu ile de alakalıydı ve hareketin göreli olduğunu ilk o keşfetti biliyor musun?

Ahmet- Hareketin göreli olması mı? Nasıl yani? Hareket etmek hareket etmektir, göreli olmak ta ne demek?

AB- Aynı türkçe’deki “göre” kelimesi gibi. Bak şimdi, arabada olduğunu düşün ama arabanın bütün camları siyah ve arabada hiç titreme hissetmiyorsun. Dışarıya bakamıyorsun, yoldaki tireşimleri hissedemiyorsun. Bu durumda hareket edip etmediğini söyleyebilir misin?

Ahmet- Arabanın kadranına bakarım.

AB- Zekice, ama onu da göremediğini düşün? Hareket ettiğini nasıl söyleyebilirsin?

Ahmet- O zaman söyleyemem.

AB- Evet. Hareket edip etmediğini anlayamazsın. Peki, bir soru daha, babanın hızı sana göre nasıl? Baban hareket ediyor mu, yoksa sabit mi?

Ahmet- Nasıl yani? Ben onu sabit görüyorum.

AB- Çok güzel, şimdi aynı arabada olduğunuzu ama bu sefer camlar açık ve hareket ettiğini anlayabiliyorsun. Bu durumda baban hareketli mi sabit mi?

Ahmet- Hala aynı yerde duruyor, şöför koltuğunda hareketsiz oturuyor.

AB- Yani “sana göre” baban hareketsiz. Peki şimdi annenin kaldırımda olduğunu ve sizin arabayı gördüğünü düşünelim. Annen sizin arabanın hareket ettiğini görüyor. Şimdi, aynı soruyu ona sorsak baban için “hareketsiz” mi der yoksa hareketli mi?

Ahmet- Elbette hareket ediyor der, çünkü babam arabanın içinde ve ona göre uzaklaşıyor

AB- İşte, anahtar kelime bu Ahmet. “göre”. Sana gore baban hareket etmiyor ama annene gore hareket ediyor. Işte bunu ilk anlayan ve bilimsel olarak ortaya koyan Galileo idi ve buna “hareketin göreliliği” dedi. Mesela, karşıdan gelen arabalar daima olduğundan hızlı gözükür sana çünkü sen de ona yaklaşıyorsundur aynı anda ve ikinizin hızları toplanır. Ama yanında aynı hızda hareket eden bir araba sana gore hareketsiz gibidir, çünkü ikinizin hızlar birbirinden çıkarılır!

Ahmet- Aha! O zaman ben ışığa daha koşarsam o zaman toplamımız ışık hızını aşmaz mı?

AB- Ona geleceğiz. Ama önce Galileo’nun ışık hızını ölçme macerasını anlatayım. Galileo ışık hızını ölçmek için basit bir deney yaptı. Elinde fener olan bir asistanını kendinden uızağa gönderdi, yüzlerce metre uzağa gönderdi. Asistanı Galileo ona bir işaret verdiğinde ışığı yakacaktı. Işaret verildikten sonar ışığı gördüğü ana kadar geçen süreyi hesaplayacak ve aradaki mesafeyi bölünce ışık hızını hesaplayabilecekti. Ama ufak bir sorun çıktı, ışık o kadar ama o kadaaaaaaaaaaaaaar hızlıydı ki Galileo daha süreyi ölçemeden ışığı görmüş oluyordu

Ahmet- O zaman mesafeyi arttırsaymış? Işık daha uzun mesafeyi daha uzun sürede kat eder ve o zaman Galileo da rahatlıkla ışık hızını ölçebilirdi

AB- Evet, akıllıca. Galileo da öyle yaptı zaten ama ne kadar uzağa giderse gitsin asistanı, ışık göz açıp kapayana kadar Galileo’ya ulaşıyordu.

Ahmet- Peki sonra nasıl ölçüldü?

AB- Danimarkalı bir astronom Ole Romer Jüpiter’i gözlemlerken aynı Galileo’nun yaptığını yaparak ışığın hızını ölçtü. Tabi onun avantajı Jüpiter’in çok uzakta olması ve onun farklı konumlarından kendisine ulaşan ışığın uzun zamanda gelmesiydi böyle. Basit ama etkili hesaplarla ışığın hızını, biraz hata payı ile hesaplamayı başardı. Yıllar sonra biliminsanları net rakamı, modern cihazlarla hesapladılar ve saniyede tam 299.792.458 metre olduğunu hesapladılar. Yani ışık bir saniyede yaklaşık 300.000 kilometre yol katediyor. Ya da babanın arabası gibi hesaplayacak olursak yaklaşık 1 milyon kilometer/saat hızdadır. Karşılaştırma yapman için şöyle düşün: Dünyanın en hızlı yarış arabaları saatte yaklaşık 300 kilometre gider. Işık o arabalara gore tam 3 milyon 600 bin kat daha hızlıdır. Müthiş bir hız değil mi?

Ahmet- Vaaay, müthiş hızlıymış. Peki tekrar soruyorum. Ben bir arabadayken karşıdan ışık hızında gelen bir araba olsa o zaman Galileo’nun hesabına göre ışık hızı aşılmaz mıydı toplamda? Ve ben neden ışıktan hızlı gidemiyorum?

AB- İşte bilim insanları onu da ölçtü, ışık hızını farklı aletlerle ölçtüler ve senin dediğin gibi ışık hızının “göreli” olarak değişip değişmediğini test ettiler. Bunların en ünlüsü 1887’de Michelson ve Morley deneyidir ve bu deney kesin olarak ispatlamıştırki ışığın hızı boşlukta daima sabittir. Yani sen uzay boşluğunda giden bir mekikte olsan ve karşıdan da ışık hızında giden bir mekik gelse, sen onu daha hızlı göremezsin çünkü ışık herkes, yani bütün gözleyenler için sabittir. Işığın “ona gore, buna gore” gibi hızı yoktur, ışık evrendeki herkese gore boşlukta aynı hızda ilerler.

Ahmet- Tamam, ışık hızı sabit ve evrendeki en yüksek hız. Ama neden ışık hızına ulaşamıyorum?

AB- İşte ona da meşhur fizikçi Albert Einstein cevap verdi. Şimdi sana bir soru, aynı mesafede ağır bir cismi mi itmek daha zordur yoksa hafif bir cismi mi?

Ahmet- Tabii ki hafif.

AB- Çünkü bir cisme belli bir mesafede uyguladığın kuvvet yaptığın “iş”e eşittir ve hafif bir cisme daha az kuvvet uygularsın. Cisim ağırlaştıkça itmen de zorlaşır değil mi?

Ahmet- Evet. Mesela evde oyun oynarken annemi itmeye çalışmak çok kolay, ama babamı itemiyorum çok ağır.

AB- Evet, işte o yüzden annen babana rejim yapmasını söylüyor. Neyse, işte Bunu ilk ortaya koyan aslında eski bir bilim insanı olan Isaac Newton idi ve bir cismi harekete geçirmek için uygulanması gereken kuvvetin o cismin kütlesi ile orantılı olduğunu gösterdi. Yıllar sonra Albert Einstein başka bir şey gösterdi. Kütlenin enerjiye eşit olduğunu.

Ahmet- Nasıl yani?

AB- Şöyle ki, çok basit bir eşitlikle bir kütlenin yani mesela ufak bir bilye’nin sahip olduğu enerjinin o bilyenin kütlesi ile ışık hızının karesinin çarpımına eşit olduğunu gösterdi.

Ahmet- Hımm… Ama o zaman bütün cisimlerin bu enerjisi var mı? Işık hızı çok çok büyükse bu enerji de çok büyük, neden görmüyoruz?

AB- Çünkü bu enerjiyi açığa çıkarmak için çok özel şartlar ve aletler getiriyor. Yani mesel sen durduk yere bu enerjini açığa çıkartamazsın. Ama bu denklem başka bir şeyi daha ortaya koydu Ahmet ki bu da sorunun cevabı. Hani demiştik ya, bir cisim ağırlaştıkça ona verilmesi gereken kuvvet gitgide artar. İşte, Einstein şunu ortaya koydu: bir cismi hızlandırdıkça ve ışık hızına yaklaştıkça o cismin kütlesi o kadaaaaar artıyor ki bir bakmışsın onu biraz daha hızlandırmak için sonsuz bir enerji gerekiyor.

Ahmet- Yani ışık hızına yaklaştırdıkça aslında daha da zorlanıyor muyuz?

AB- Aynen öyle. Mesela ışık hızının yarısı kadar hızda giderken, ışık hızının %99’u hıza çıkmak için 2 değil tam 6 kat daha fazla enerji gerekiyor. %99’dan %99.9’a çıkmak içinse 3 kat daha gerekiyor. Yani ışık hızına yaklaştıkça sonsuz bir enerji gerekecek sana. Yani ne yazık ki asla ışık hızına tam yaklaşamayacaksın

Yani sevgili Ahmet, ışığın hızı evrendeki en yüksek hızıdr ve en küçük bir parçacığı bile ışık hızına yaklaştırmaya çalışırsan müthiş bir enerji yüklemen gerekir ve asla tam ışık hızını yakalayamazsın. Işık hızına yaklaştıkça hızlandırdığın maddenin kütlesi gitgide artacak ve en sonunda öyle bir noktaya gelecek ki daha fazla hızlandıramayacaksın

Ahmet- Peki ışık nasıl ışık hızında dolaşıyor o zaman? Işık neden oluşur?

AB- O da başka bir zaman konuşmamız olsun :)