Işık hızı, evrenin anlaşılmasında ve fizik yasalarının açıklanmasında temel bir rol oynar. Özel görelilik teorisinin temel bir parçası olan ışık hızı, evrendeki en hızlı hız olarak kabul edilir ve tüm kütlesiz parçacıkların ve elektromanyetik dalgaların boşluktaki hareket hızıdır. Ayrıca, ışık hızı, uzay ve zamanın doğasını anlamamıza yardımcı olur ve evrenin yaşı ve genişlemesi gibi kozmolojik özellikler hakkında bilgi sağlar.
Işık hızı, bir yolcu uçağının hızından bir milyon kat daha fazladır, bu yüzden onu ölçebilen herkesi takdir etmek gerekir. Erken Evren'in ışıktan daha hızlı genişlediği bilinmektedir, fakat ışık hızında seyahat etmek hâlâ imkânsızdır. Işık hızını ölçen ilk bilim insanları kimlerdi ve bilim insanları bu konuya neden bu kadar ilgi gösteriyorlar? Işık hızı hakkındaki bilgilerimiz, Evren hakkında bize neler anlatıyor?
Işık hızının tarihi
Yüzyıllar boyu, insanlar ışığın anında yayıldığını ve uzayda sonsuz bir hızla hareket ettiğini düşünmüştür. 11. yüzyılda Arap matematikçi ve fizikçi Alhazen ile 13. yüzyılda İngiliz Roger Bacon, ışığın çok hızlı olmasına karşın A noktasından B noktasına seyahatinin zaman aldığını ilk iddia edenlerdendi. Boşluktaki ışık, havadaki sesten yaklaşık bir milyon kat daha hızlı ilerler, bu yüzden hızının ölçülmesi büyük bir beceri gerektirir.
Ole Rømer, Jüpiter ve ışık hızı
Bu keşfi yapan ilk kişi, Danimarkalı astronom Ole Christensen Rømer idi. 1670'lerde, Jüpiter'in uydusu Io'nun yörünge dönüş sürelerinin, Dünya'nın Jüpiter'den en uzakta olduğu zamanlarda, en yakın olduğu zamanlara kıyasla 11 dakika daha fazla sürdüğünü fark etti.
Ole Christensen Rømer'in konsepti, ışığın belirli bir mesafeyi geçiş süresini ölçmekti. Işık, kara mesafelerinde saatlerle ölçülemeyecek kadar hızlı yayıldığından, 17. yüzyıl Danimarkalı astronom geceleyin gökyüzüne gözünü dikti.
Uzayda bir saatin, Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesinde en yakın olduğu anda öğle vaktini gösterdiğini düşünün. Altı ay sonra, Dünya'nın en uzak noktasına vardığında, saatin işaret ettiği zaman gecikir, çünkü ışığın Dünya'nın yörüngesinin çapı boyunca yayılması gerekir.
Rømer'in zekası, Jüpiter ve uydularını bir tür göksel 'saat' olarak kullanmaktı. Öğle vaktinin çan sesi yerine, Io'nun Jüpiter'in arkasına geçişini zamanlayarak kullandı. 1676'da, bu tür tutulmaların 22 dakika geciktiğini keşfetti (modern tahmin 16 dakika 40 saniyedir). Dünya'nın yörünge çapına ilişkin tahminlerle birleştirerek, ışığın hızını saatte 225.000 kilometre olarak hesapladı.
Işık hızının iyileştirilmesi
Rømer'in ışık hızı ölçümü, 1729'da James Bradley tarafından doğrulandıktan sonra genel kabul gördü. Onun yaklaşımı, ışığın hızını, yani Dünya'nın Güneş etrafındaki dönüş hızına kıyasla ölçmeyi amaçlıyordu.
Yağmurda koşarken yön değiştirmek gibi, Dünya'nın hareketi de yıldızlardan gelen ışığın görünür yönünü değiştirir.
Bradley, yıldızların konumlarındaki değişimi ölçerek ışığın saatte 298.000 kilometre hızla, yani neredeyse tam olarak doğru hızda seyahat ettiği sonucuna ulaştı.
19. yüzyılda Albert Michelson ve Edward Morley, ışığın boşluktaki hızının sabit ve değişmez olduğunu keşfetmişlerdir; bu buluş, Einstein'ın özel görelilik teorisinin temellerinden biri haline gelmiştir.
1983 yılından itibaren, ışık hızı uluslararası bir anlaşma ile saniyede 299.792.458 metre olarak belirlenmiştir. Bu tanımlamanın ana sebebi, metrenin ışığın saniyede 1/299.792.458'lik bir sürede aldığı mesafe olarak tanımlanmasından kaynaklanmaktadır.
Sonuç olarak, her cetvelin uzunluğunu ışık hızına kadar izleyebiliriz ve ışığın hızı artık tartışmasız bir şekilde tanımlanmış bir niceliktir.
Işık hızı gerçekten sabit midir?
Einstein'ın özel görelilik teorisine göre ışığın hızı sabittir. Bu, Einstein'ın uzay ve zamanın doğasını açıkladığı teorisinin iki temel varsayımından biridir ve yalnızca bir varsayım olarak değil, deneysel kanıtlarla da desteklenmiştir.
Aslında, ışık hızı doğanın temel bir sabiti olmayıp, ışık ile madde arasındaki etkileşimin gücünü belirleyen 'ince yapı sabiti' gibi diğer temel sabitlere bağlıdır. Eğer bu sabitler farklı olsaydı, ışık hızı da farklı olacaktı.
İnanılmaz ama gerçek, geçmişte durum farklıymış gibi gözüküyor. İnce yapı sabiti, atomların yaydığı ışığın karakteristik dalga boyunu, yani onların benzersiz parmak izlerini tanımlar.
Einstein, görelilik ve ışık hızı
Albert Einstein, 16 yaşındayken bir ışık huzmesinin yanında bisiklet sürmeyi düşünmüştü. Işık, uzayı dolduran elektrik ve manyetik kuvvet alanlarında meydana gelen elektromanyetik bir dalgalanmadır.
Eğer bir otoyolda seyahat ediyorsanız ve başka bir araçla aynı hızda ilerliyorsanız, o araç size göre sabitmiş gibi görünür. Bu durum, Galileo ve Newton'un hareket yasalarına göre, bir ışık dalgasının yanında hareket ediyorsanız, onun da sabit görünmesi gerektiğini öne sürer. Ancak James Clerk Maxwell'in elektromanyetizma teorisine göre, sabit bir elektromanyetik dalga mevcut değildir. Bu paradoks Einstein'ın ilgisini çekti ve onu çözmeye çalıştı.
Einstein'ın cesur hamlesi, Galileo ve Newton'un çalışmalarını bir kenara bırakıp Clerk Maxwell'in teorilerini benimsemekti. Einstein, bir ışık huzmesini asla yakalayamayacağınızı belirtti; çünkü eğer yakalarsanız, mümkün olmayan bir şeyi görmüş olacaksınız.
Bir şeyin sonsuz bir hızla hareket ettiğini düşünmek mümkün olabilir.
Ve eğer bir şey sonsuz hızla hareket ediyorsa, siz veya onun kaynağı ne kadar hızlı olursa olsun, o şey her zaman sonsuz hızda hareket ediyor gibi görünecektir; görünümü daima sabittir.
Gerçekte, ışık hızı sonsuz değildir, ancak eğer hiçbir şey ondan daha hızlı hareket edemiyorsa, o zaman Evrenimizdeki en yüksek hız olarak kabul edilir.
skyatnightmagazine.com / Marcus Chown
