Işık hızı, bilim meraklılarının sırrını çözemediği ya da çözmekten keyif aldığı bir fizik konusudur. Işık hızı, evrenin hız sınırı olarak kabul edilir. En genel anlamıyla fiziksel bir sabittir. Bir referans noktası ve evrende ulaşılabilecek maksimum hızın tanımıdır. “C” sembolüyle ifade edilen ışık hızının tam değeri 299.792.458 m/s’dir. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli nokta ışık hızının saniye ve metre cinsinden değere sahip olmasıdır. m/s değeri, yaşamda yaygın olarak kullandığımız ve sağ duyusal olarak zihnimizin geçerli kabul ettiği km/s referansından çok daha büyük bir hızı ifade eder. Einstein tarafından geliştirilen özel görelilik teorisine göre evrende ışık hızından daha hızlı hareket edebilen hiçbir şey yoktur. Bu durumun en temel nedeni, bilim tutkunlarının yakından bileceği ışığın fotonlardan oluşmasıdır. Fotonlar, kütleye sahip değildir. Dolayısıyla kütlesizdir. En küçük bir hareket ettirici bile fotonu ışık hızına ulaştırmaya yeter. Peki ama ışık hızı neden aşılamaz? Işık hızını evrenin hız sınırı olarak kabul etmemize neden olan şey nedir? İşte evrenin en büyüleyici bileşeni ışık hızına dair bilinmesi gereken tüm detaylar!
İçindekiler
Işık Hızı Nedir?
Işık hızı, temel olarak evrenin hız sınırıdır. Fiziğin birçok alanında sabit olarak kullanılır. İlk kez Danimarkalı Astronom Olo Romer, Jüpiter’in uydusu olan “Io” üzerinde inceleme yaparken ışığın ölçülebilir bir hız değerine sahip olduğunu göstermiştir. 1865 yılında ise bilim tarihi açısından bir kırılma teşkil eden James Clerk Maxwell “Elektromanyetizma” teorisinde ışığın elektromanyetik bir dalgaya tekabül ettiğini ifade etmiştir.
Maxwell’e göre ışığın bir elektromanyetik dalga olması, “C” hızında hareket etmesinin nedenidir. 1905 yılına gelindiğinde ise tüm fizik tarihi için bir başka dönemeç noktası ortaya çıkar. 2. yüzyılın en büyük dâhilerinden biri olarak kabul edilen genç Albert Einstein, ışığın hızının herhangi bir referansa bağlı kalmaksızın ve kaynağından bağımsız olarak sabit bir hıza sahip olduğunu öne sürmüştür.
Bu durum ise en genel olarak ışığın çıkış kaynağından bağımsız olarak sabit bir hıza sahip olduğu anlamına gelir. Işık hızı üzerine yapılan deneysel çalışmalar, 1975 yılına gelindiğinde bu fiziksel sabitin net değerine ulaşılmasını sağlamıştır. 1975 yılında yapılan çalışmayla birlikte ışık hızının hız cinsinden değeri net olarak 299.792.458 m/s şeklinde ölçülmüştür.
E=mc2 Formülü Işık Hızı Açısından Neden Önemli?
E=mc2 formülü, herkes tarafından en az bir kez duyulmuştur. Bu formüldeki “E” değeri enerjiye, “m” değeri kütleye ve “c” değeri ise bilineceği üzere ışık hızına karşılık gelir. E=mc2 formülü, bize enerjisinin kütle çarpı ışık hızının karesi ile ifade ettiğini gösterir. Kütle ile enerji arasında ilişki kuran bu formül, Einstein tarafından geliştirilmiştir.
Einstein’a kadar kütle ve enerji arasında herhangi bir şekilde ilişki kuran bilimsel kuram ya da deney yoktur. Einstein’ın kütle-enerji formülü ise bilimde çok büyük bir çığır açmıştır. Ona göre maddeyi oluşturan en önemli bileşen enerjidir. Evrendeki her şeyin bir enerjisi vardır. Ve enerji yine anlaşılacağı üzere kütle ve ışık hızı ile doğrudan orantılıdır. Bu genel olarak görelilik kuramının da temellerini oluşturacaktır.
E=mc2 formülü ile ışık hızı arasındaki bağlantı ise sadece enerjinin hesaplanmasından ibaret değildir. Einstein’ın geliştirdiği bu formülün bilim dünyası üzerindeki yıkıcı etkisi de tam olarak bu noktada ortaya çıkar. Çok uzun süredir fizik dünyasında kabul edilen kütlenin korunumu yasası, Einstein ile rafa kaldırılır.
Keza Einstein, bir maddenin ışık hızına yaklaştıkça kütlesinin de aynı oranda değişeceğini e=mc2 formülü ile ortaya koyar. Özel Göreliliğe göre kütle bir sabit olmaktan çıkmış, onun yerini ışık hızı almıştır. Einstein’dan sonra günümüzde yapılan birçok deney, bize onun ne denli haklı olduğunu açık bir şekilde göstermiştir.
Işık Hızı Üzerine Yapılan Modern Deneyler
Işık hızı üzerine yapılan deneylere geçmeden önce bu alanda çalışmalar yürüten bazı önemli fizikçileri anmakta fayda vardır. İlk olarak ışığın parçacıklardan oluştuğu fikri, tüm fizik tarihinin en büyük fizikçisi olarak kabul edilen Sir Issac Newton tarafından ifade edilir. Daha sonra ise yapılan çalışmalar ışığın dalgalardan oluştuğu yönündeki fikirlerin bilim dünyasında kabul edilmesine sebebiyet verir.
1918 yılında Nobel Ödülü almaya da hak kazanan ve Einstein’ın da yakın arkadaşı olan Alman bilim insanı Max Planck, ışığın taneciklerden oluştuğunu ortaya koymuştur. Daha sonra ise Einstein ve Planck, ışıkta bulunan bu tanecikleri “ışık kuantumu” ya da daha bilinen adıyla “foton” olarak adlandırdı. Işığın kütlesin olmasına ilişkin kanıtların ilk adımı da tam olarak bu noktada ortaya çıktı.
Fotonlar zamandan etkilenmez. Bu durumun en temel sebebi herhangi bir kütleye sahip olmamalarıdır. Zamana tabii olmamaları nedeniyle evrimsel mekanizmanın parçası da değildirler. Işık hızı üzerine yapılan modern deneylerde de fotonların bu yapısal özelliklerine yaklaşmaya yönelik çalışmalar merkezde olmuştur.
Işık hızının aşılmasına yönelik şüphesiz en popüler deney Cern’de yapılan “Higgs Bozonu” deneyidir. Bu deneyin en temel amacı çok gelişmiş çarpıştırıcılar kullanılarak ışık hızının üst limitine ulaşmaktır. Fizikte “Higgs Alanı” olarak ifade edilen şey tüm parçacıkların hareket ettiği alandır. Bu alanda fotonlar da dahil olmak üzere tüm parçacıkların hareketi bulunur.
Diğer tüm parçacıklar Higgs Alanından etkilenerek hızlarında değişimler meydana gelecek şekilde hareket etse de bu durum fotonlar için geçerli değildir. Fotonlar, evrendeki her şeyi etkileyen bu alandan dahi etkilenmez. Çünkü onlar kütlesizdir. Higgs Bozonu Deneyi de tam olarak bu sınırları aşmayı hedefler.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ile yapılan bu deney dahi, protonları ışık hızına ulaştıramamıştır. Bu durumu anlamanın en basit yolu ise evrende bulunan her şeyin bir kütleye sahip olduğu ve ışık hızına ulaşmak için kütleye ekleme yapmak zorunda kalıyor olmamızdan geçer. Dolayısıyla evrenin hız sınırı, her halükarda ışık hızıdır.
Einstein, bu durumu nedensellik üzerinden inceler. Ona göre nedensellik, yani neden-sonuç ilişkisi mantıksal olarak zorunlu bir ilkedir. Ve bu ilke, her durumda geçerli olmak zorundadır. Işık hızının aşılması ise nedensellik ilkesine terstir. Işık hızı, evrenin nedensellikle bağlı olduğu ve “Büyük Patlama” ile artık evrenin kaderi haline dönüşen değişmez bir üst limit, yani sabittir.
