Albert Einstein, tüm zamanların en etkili bilim insanlarından biri idi. Ancak çalışmalarının hayal kırıklığı yaratan bir sonucu vardı. Elde ettiği sonuçlar bize ışık hızının aşılamayacağını söyledi. Peki, neden gerçekten ışık hızını geçemiyoruz?
Einstein’ın özel görelilik teorisi, hem zamanın akışına hem de nesnelerin hareket etme hızına ilişkin anlayışımızı yönetir. Özel göreliliğe göre ışık hızı evrenin nihai hız sınırıdır. Hiçbir şey ondan daha hızlı seyahat edemez ve bu teknolojik bir sorun değildir. Bu durum evrenin dokusuna yerleşmiştir.
1500’lerin sonlarına doğru Galileo Galilei, ışığın hızının iki uzak tepeye konacak fenerlerle nasıl ölçülebileceğine dair planladığı bir deneyden bahsetmişti. 1926’da ise fizikçi Albert Abraham Michelson (1852-1931), Kaliforniya’da, birbirinden 35,2 km uzakta olan iki tepeye yerleştirilmiş aynalar kullanarak ışık hızını 298.034 km/sn olarak hesapladı. Günümüzde gerçek değerini aşağıda görüyorsunuz.
Işık Hızı Neden Değişmezdir?
Işık hızı hesaplansa da kafaları hala karıştıran sorular vardı. 19. yüzyılda ışık ile uğraşan bilim insanları bir bulmacayla karşı karşıya kalmışlardı. Çalışmaları her gözlemcinin ışık için aynı hızı ölçmesi gerektiğini gösteriyordu. Bunun üzerine Abraham Michelson ve kimyacı Edward William Morley (1838-1923), ışığın Evren’ deki hareket şeklini belirlemek için bir deney gerçekleştirdiler.
Michelson-Morley deneyi adıyla bilinen bu deneyin sonucunda ışık hızını değişmez olduğu anlaşılacaktı. Işık hızı değişmez demek, herhangi bir gözlemci, bir ışık huzmesini gözlerse, o huzmenin (her durumda) aynı hızla hareket ettiğini ölçeceksiniz demektir. Deney sonuçları da ışık hızının, dünyanın hareket ettiği yönde mi yoksa başka bir yönde mi ölçtüklerine bakılmaksızın aynı olduğunu kanıtlıyordu.
Gözlemcinin ışık huzmesine doğru, ondan öteye doğru hareket ediyor oluşu veya hareket etmiyor oluşunun veya hangi hızla hareket edişinin bu sonuç üzerinde etkisi yoktu. Albert Einstein bu tuhaflığı açıklamaya çalışmak yerine onu benimsedi. Işık hızının onu ölçen herkes için aynı olduğu fikri etrafında özel görelilik teorisini kurdu. Madde ile enerji arasında E=mc2 formülü ile açıklanan bir ilişki olduğunu gösterdi.
Einstein’ın özel görelilik kuramının en önemli sonuçlarından biri, aşağıdaki formülde gördüğünüz c’nin evrensel hız sınırını belirlemesidir. Kütleli bir cisim ışık hızına eriştiğinde, Einstein’ın görelilik kuramının matematiğine göre cismin kütlesi sonsuz olmaktadır. Işık hızının aşılması sonucunda, denklemlere göre kütle sonsuz değil, sanal olmaktadır.
Işığın bu davranışına uyum sağlamak için Einstein’ın teorisi, birisi artan hızla hareket ettikçe zaman ve uzayın esnemesi veya daralması gerektiğini öngördü.
Işıktan Daha Hızlı Gitmenin Olası Olduğu Durumlar da Vardır.
Görelilik tüm modern fiziğin temel taşıdır ve bundan şüphe etmek için hiçbir nedenimiz yok. Şimdiye kadar hiç kimse ışıktan daha hızlı hareket eden bir nesneyi gözlemlemedi. Ancak burada küçük bir açıklama yapmak gerekiyor: Einstein’ın hız sınırı, ışığın boşluktaki hızıdır. Işık, su veya cam gibi bir malzemenin içinden geçerken yavaşlar. Bu durumda ışığın bu azaltılmış hızını aşmak mümkündür.
Örneğin, ışık sudayken anında normal hızının %75’i kadar yavaşlar. Ancak o kadar yavaşlamayan ve sonunda ışıktan daha hızlı hareket eden bazı parçacıklar da vardır. Bu olduğu durumlarda da, mavi veya mor bir parıltı meydana gelir. Çerenkov radyasyonu adı verilen bu parlama, adını bu fenomeni ilk kez 1934’te tespit eden (ve iki meslektaşıyla birlikte 1958 Nobel Fizik Ödülü’nü alan) Sovyet fizikçi Pavel Cherenkov’dan alıyor
Warp Sürücüsü İle Kozmik Hız Sınırını Aşamaz mı?
Einstein’ın hız sınırının dışına çıkma girişimleri arasında muhtemelen en makul olanı teorik fizikçi Miguel Alcubierre’nin “warp sürücüsü” olacaktır. Warp motoru (Warp drive) veya diğer bir ismiyle Alcubierre bükümünü, Star Trek gibi bilim kurgu filmlerinden duymuş olabilirsiniz. Alcubierre’nin önerisi kozmik hız sınırını ihlal etmez. Aslında onun etrafından dolaşır.
Yağlı bir tavayı suyla doldurmayı ve ardından tavaya bir damla sabun koymayı deneyin. Yağ tavanın kenarlarına doğru gidecektir. Alcubierre’nin warp sürücüsü de aynı şeyi uzayın kendisi için yapar. 1994 yılında Meksikalı teorik fizikçi Miguel Alcubierre, uzay gemisinin önünde uzay-zamanı sıkıştırıp arkasında genişletmenin Genel Görelilik yasaları çerçevesinde matematiksel olarak mümkün olduğunu gösterdi.
Peki bunun anlamı nedir? İki nokta arasındaki mesafenin 10 metre olduğunu düşünün. A noktasında duruyorsanız ve saniyede bir metre yol alabiliyorsanız, B noktasına varmanız 10 saniye sürer. Ancak diyelim ki, B noktasıyla aranızdaki boşluğu bir şekilde sıkıştırtınız ve aralığın bir metre olmasını sağladınız. Bu durumda uzay-zamanda saniyede bir metrelik maksimum hızınızla ilerleyerek yaklaşık bir saniyede B noktasına ulaşabileceksiniz.
Teorik olarak bu yaklaşım, etrafınızdaki uzayda ışıktan daha hızlı hareket etmediğiniz için görelilik yasalarıyla çelişmez. Ancak bir sorun var. Alcubierre’nin warp sürücüsü, uzay gemisinin etrafında uzay-zaman kabarcığı yaratarak ve mesafeleri azaltmak için uzay-zamanı bu kabarcığın etrafında bükerek çalışır. Ancak Warp sürücüsünün çalışması için negatif kütle ve enerjinin (ya da anti-maddenin) varlığına ihtiyacı vardır.
Ancak negatif kütle tuhaf bir durumdur. Negatif kütleli bir topu bırakırsanız, yukarı doğru uçar. Eğer topa vurursanız ters yönde yuvarlanır. Bu, hareket ve momentum hakkında bildiğimiz her şeyi tamamen ortadan kaldırır. Doğal olarak evrenimizde negatif kütlenin var olduğuna dair kesinlikle hiçbir örnek yoktur. Ayrıca warp sürücüsünün yeterli miktarda negatif enerji üretmesi için de çok fazla maddeye ihtiyacınız vardır ve bu da olası değildir.
Sonuç olarak
Işık hızının sınırı, evrendeki en temel ilişkiye yani uzay ve zaman arasındaki ilişkiye dahil edilmiştir. Ve özel görelilik belki de tüm bilimde en iyi test edilmiş teorilerden biridir. Bir asırdan fazla bir süredir güçlü bir şekilde ayakta duruyor. Bu, uzak gelecekte bir gün insanlığın hız, uzay, zaman ve nedensellik anlayışımızı tamamen yeniden yazan yeni bir fizik teorisi uyduramayacağı anlamına gelmiyor. Ancak şimdilik öyle görünüyor ki biz ve evrendeki diğer her şey sıkışıp kalmış durumdayız.
Kaynaklar ve İleri okumalar için.
- What’s the real reason you can’t go faster than the speed of light?. Yayınlanma tarihi: 17 Nisan 2022. Yayınlanma yeri: Big Think. Bağlantı: What’s the real reason you can’t go faster than the speed of light?.
- Alcubierre, Miguel. (2000). The Warp Drive: Hyper-fast Travel Within General Relativity. Classical and Quantum Gravity. 11. 10.1088/0264-9381/11/5/001.
- Faster-than-light travel: are we there yet?. Kaynak site: Conversation. Yayınlanma tarihi:8 Mayıs 2015. Bağlantı: Faster-than-light travel: are we there yet?
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
