ışık hızı



  1. Galaksiler (gökadalar) ve uzaklıklarından bahsederken birden çok tanımlama söz konusu. Bu tanımlamalar galaksinin yaşı, ışığın yayıldığı zamanki uzaklığı ve gerçek uzaklığı gibi oldukça çeşitli olabiliyor. Bu da gökbilimciler arasında olmasa da, konuyla profesyonel düzeyde ilgilenmeyen kişilerde kafa karışıklığına yol açıyor.

    Örneğin bilim insanları “12 milyar yaşında galaksi keşfettik” dediklerinde, o gökadanın aslında bizden henüz 2.5 milyar ışık yılı uzaktaykenki görüntüsü görmüşlerdir. Fakat evren genişlediği için, bizden henüz 2.5 milyar ışık yılı ötedeyken yaydığı ışığın bize ulaşması 12 milyar yıl sürmüştür. Yani, ışık bize ulaşabilmek için, (içinde hareket ettiği evren genişlediğinden dolayı) tam 12 milyar yıl boyunca yol almak zorunda kalmıştır.

    Gökbilimciler, çok uzaklarda yer alan bir gökada keşfettiklerinde çoğunlukla onun “şu andaki” uzaklığını değil, ışığının bize ne kadar sürede ulaştığını söylerler. Böyle olunca da çoğu insan bu rakamın gökadanın bize olan şu anki gerçek uzaklığı olduğu zannına kapılır.

    O zaman, 12 milyar ışık yılı mesafede olduğu dillendirilen (ya da daha düzgün ifadeyle, ışığının bize ulaşması 12 milyar yıl süren) bir gökada gerçekte şu anda bizden ne kadar uzaktadır?

    Şimdi önce örnek gökada ile ilgili bilgilerimizi gözden geçirelim;

    • Işık gökadadan bize ne kadar uzaktayken yola çıkmıştı: 2.5 milyar ışık yılı

    • Genişleyen evrende bize ulaşması ne kadar zaman aldı: 12 milyar yıl

    • Işığın ulaşması 12 milyar yıl sürmüş olsa da, şu anda ne zamanki halini görüyoruz: 12 milyar yıl önceki

    • Peki ışık yola çıktığında bizden 2.5 milyar ışık yılı uzaktaki galaksi, şu anda “gerçekte” ne kadar uzaktadır: Yaklaşık 30 milyar ışık yılı.

    Yani, ışığı bize 12 milyar yılda ulaşan gökada, “şu anda” bizden 30 milyar ışık yılı uzakta yer almakta. Ancak biz onun bize 2.5 milyar ışık yılı uzaktayken gönderdiği, 12 milyar yıl önceki “genç” görüntüsünü görebiliyoruz.

    Yalnız, hiçbir madde ışıktan hızlı hareket edemiyorsa, bir zamanlar 2.5 milyar ışık yılı yakınımızda bulunan 12 milyar yaşındaki bir gökada bizden nasıl 30 milyar ışık yılı uzaklaşabiliyor? Işık hızında bile uzaklaşsa, şu anda en fazla 14 milyar ışık yılı uzakta olması gerekmez miydi? Üstelik evrenin yaşı bile 13.8 milyar yıl. Nasıl oluyor da 30 milyar ışık yılı öteye gitti bu galaksi?

    Üzerinde biraz düşünün, sonrasında cevabı okuyun, bakalım doğru tahmin edebildiniz mi.

    Aslında yazıda bu sorunun cevabı ilk paragrafta veriliyor ama, alışık olduğumuz uzaklık kavramına benzemediği için algılamak zor olabiliyor. Öncelikle şunun bilinmesi lazım: Evren genişliyor, genişleyen evrende gökada kümeleri (küme içindeki gökadalar değil, kümeler) birbirinden uzaklaşıyor. Bu da, evrende (büyük ölçeklerde) bir cismin alması gereken yol sürekli uzuyor demektir.

    Burada küçük bir detay verelim: Evrende gökadalar birbirinden uzaklaşıyor derken, kastettiğimiz şey tüm gökadaların istisnasız biçimde birbirinden uzaklaşması değildir. Gökadalar evrende kümeler halinde yer alırlar ve bu kümelerde yer alan gökadalar birbirlerine kütleçekim yoluyla sıkıca bağlıdır. Dolayısıyla bir küme içindeki galaksilerin birbirinden uzaklaşması söz konusu değildir. Uzaklaşanlar, “galaksi kümeleri”dir.

    Unutulmaması gereken bir nokta da, aslında gökadaların birbirinden uzağa doğru yol alıyor olmalarının söz konusu olmadığı. Peki niye uzaklaşıyorlar? Çünkü evrenin dokusu (uzay-zaman) genişliyor. Bir lastik parçasının üzerinde hareketsiz duran iki karınca düşünün. Eğer lastiği çekip uzatırsanız bu iki karınca birbirinden uzaklaştıklarını görecektir. Oysa ikisi de aslında hareket etmiyor. Sadece üzerinde durdukları lastik “uzuyor”. Bunun gibi, evrenin dokusu da genişlediğinden, gerçekte hareketsiz olsalar da galaksi kümeleri birbirinden uzaklaşıyor gibi görünür. Bu uzaklaşmanın hızı ışık hızından fazla olsa da, aslında hareket eden hiçbir cisim olmadığı için “ışık hızının aşılması” sorunu yaşanmaz.

    Bu yol uzaması, yani evrenin genişlemesi o kadar büyük hızlardadır ki, kat etmeniz gereken mesafeyi normal süresinden çok daha uzun sürede bitirebilirsiniz. Buradaki örnekte, bizden 2.5 milyar ışık yılı uzaktayken ışığı yola çıkan bir galaksi verilmiş. Fakat, ışık yoldayken evren genişlemesini sürdürdüğü için, ışığının bize ulaşabilmesi 12 milyar yıl sürmüş. Bu sırada aynı galaksi ile aramızdaki mesafe 30 milyar ışık yılı olmuş. Neden? Çünkü biz o ışıktan çok büyük bir hızla uzaklaşmışız.

    Buradan şu sonuca da ulaşıyoruz. Teleskoplarımız gelişip evrende daha uzaklara bakmaya başladığımızda, gördüğümüz gökadaların evrenin ilk birkaç milyar yılına ait halleriyle karşılaşıyoruz. Bu, Büyük Patlama (Big-Bang) teorisinin öngörüsüdür. Yaptığımız gözlemler de gösteriyor ki, teorinin bu öngörü büyük oranda doğru. Bizler galaksi kümelerinin ve uzaklıklarını “kırmızıya kayma” denilen bir yöntemle belirliyoruz.
    Bu yönteme göre bir cisim ne kadar “hızlı uzaklaşıyorsa” evrenin o kadar uzak bir köşesindedir. Çünkü, evrende bir cisim sizden ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşır ve dolayısıyla o kadar fazla kırmızıya kayma gösterir. Bir cismin kırmızıya kayma oranını ölçtüğünüzde, evrenin genişleme hızını belirten “Hubble Sabiti”ni kullanarak o cismin ne kadar uzakta yer aldığını hesaplayabilirsiniz. Bugün görüyoruz ki; çok uzaklardaki galaksi kümelerinin kırmızıya kayma oranı çok büyük ve bu kümeleri oluşturan gökadalar hidrojen ve helyum harici elementler açısından yakınımızdaki gökadalara göre oldukça fakirler.

    Uzak galaksilerin hidrojen ve helyum dışındaki elementler bakımından fakir olması o gökadayı oluşturan yıldızların çok genç olduğunu gösterir. Çünkü bu elementler dışındaki (gökbilimde metal denilen) elementler yıldızların içinde oluşurlar ve süpernova patlamaları ile galaksilere yayılırlar. Eğer bu element miktarı düşük ise, bu galaksilerde henüz yeteri kadar süpernova patlaması gerçekleşmemiştir. Yani yıldızlar ve galaksi çok gençtir. (bkz: büyük patlama ve ilk yıldızlar)

    12 milyar yıl önce evren şu an olduğundan çok daha küçüktü. 12 milyar yıl sonra da bugün olduğundan çok daha büyük olacak. Unutmayın, bir cisim ne kadar uzaksa, genişlemeye bağlı olarak bizden uzaklaşma hızı da o kadar artar. Öyle ki, yeterince uzaktaki galaksi kümelerinin uzaklaşma hızı ışık hızından bile fazladır. Bu, o galaksilerin ışıkları bize asla ulaşamayacak anlamına gelir.
    zafer emecan
  3. teorik olarak birazcık daha az olan bir hıza ulaşmak mümkün olan hız. işık hızını c ile gösterirsek c*(0.999999999999)'luk bir hıza ulaşmak gayet mümkündür. ama c'ye ulaşmak mümkün değildir. en azından maddesel olarak. sebebiyse bu hıza ulaşıldığında maddenin enerjiye dönüşmesi. olay şuradan geliyor. maddenin enerjiden oluştuğu çok çok eski bir uzak doğu inanışıdır. ilk başlarda elbette bilimsel verilerden çok ruhani ve felsefi temellere dayanmaktaydı. fakat zaman içinde maddenin (ve anti-maddenin) enerjinin yoğunlaşmış hali olduğu fark edildi.

    peki ama nasıl. bunun için anti-madde/madde etkileşimine bakmamız gerekir. ondan önce de anti madde ne ona bakalım (bkz: antimadde) . peki. o başlığı okuduğunuzu kabul edelim. madde ve anti-maddeyi birbirine değdirirsek ne olur? insanlık tarihinde elde edilen bütün enerjilerden daha saf ve daha büyük bir enerji açığa çıkar. sebebi ise ikisi de, bünyelerinde bulunan enerjiye dönüşmüş olmaları. yani ikisi de tamamen yok oluyor. en verimli ve en tehlikesiz enerji üretim yöntemlerinden biri olduğu için gelecekte anti-madde enerji santralleri görmemiz mümkün. madde-enerji bağlantısını kurduysam ışığa geri dönüyorum.

    birçok bilimsel inceleme en küçük bir parçayı bile olsa bu hıza ulaştırmayı deniyor fakat teoride mümkün olan bir durum değil. bunu başarabileceğimiz tek yol ise solucan deliklerini kullanmak. bu durumda da hızımız değil süratimiz ışık hızına çıkmış oluyor. yani şu milli üşengeçliğimiz olan çimlerin üstünden geçip zaman kazanmaya benzetebiliriz solucan deliğini kullanmayı. olması gereken yol değil ama daha kısa ;)) işınlanmanın canlılar üzerinde yapılabildiği günleri görebilmek dileğiyle. o zamana dek müzik sizinle olsun.
    jimi
  4. basit bir ölçüm tekniğine sahiptir. frekansı bilinen bir lazer ışığının ya da normal ışığın, interferometre ya da girişim deseni oluşturularak dalga boyunu hesapladığınızda, dalga boyu ile frekansın çarpımından tam rakama ulaşabilirsiniz. bu zaten daha önceden bilinen bir durumdur, 1800 'lerin ortasında gauss'un ekürisi diye tabir edilebileceğimiz wilheim weber tarafından kök iki katı kadar bir sapma ile hesaplanmış.

    aslında net hızı bir deneyle elde etmediler. tam hızı bulan elektromanyetizma'ya hayat vermiş olan james clark maxwell tarafından yine 1800'lerin sonuna doğru asrın kitabını yazdığında bulunmuştur. maxwell'in hesaplamarında (aslında müthiş bir hikaye ve devrim yatıyor çalışmasında incelenmesini tavsiye ederim, süreç bile başlı başına akıl almaz ilerliyor) elektrik alanın manyetik alana indükleme durumda (bir birlerine yükleri hareketleri sonucu bağlılık ya da oluşma durumu) sabit bir oran kapsamında ilerlediğini matematiksel olarak buluyor. zamana bağlı değişimlerine göre hem elektrik alanı hemde manyetik alanı ayrı ayrı denklemlediğinde (bugün öğretilen maxwell denklemlerini ya da ayrı ayrı gauss, faraday ve ampere yasalarını bir birleri içine entegre ediyor) ise hem elektrik alanın hem de manyetik alanın zamana bağlı değişimlerinin, bu alanların üç boyutlu düzlemde ki, hareketlerinde ki değişimlerinin karesi (laplace operatörü) ile 1/ vakumun geçirgenliği ile öz direncinin çarpımının çarpımına eşit olduğunu buluyor. kafa karıştırıcı oldu biliyorum ama bu şu demektir, hem zamana bağlı değişimin karesi hem de uzayda ki hareket değişiminin karesi, bir denklem içine konulduğunda sabit bir oran ancak kare ile ifade edilebilir ki zaten maxwell gibi bir adamın kendisinde çok değil 5-10 yıl önce ışık hızının hesaplanan değerinin kendisinin bulduğu değerden sadece kök iki katı çok olduğunu fark etmesi çok kısa sürüyor ve deney olmadan asıl hatasız hızın bu olduğunu elektromanyetik alanın dinamik teorisi (a dynamical theory of electromagnetic field) adlı makalesinde direk gösteriyor. işin güzel yanı ışığın aslında aynı anda hem manyetik hem de elektrik alanın yoktan bir birlerini indükleyerek oluştuğu tek varlık olduğunu ve sadece bu hızda var olabileceklerini de açıklıyor.
  5. işık hızında fırlattığın taş camı kırmaz.
  6. "gel!" dediğinde maksimum ulaşabileceğim hız. ayrıca bu hızı kullanarak zamanı bükme yetim mevcuttur. "ol" dediğinde zamanı büküp sonsuzlaşacağım.