• Pazartesi , 18 Aralık 2017

Işık hızı mı ışık sürati mi?

Bir önceki yayınladığımız soru da ışığın süratinin değişip değişmediğini tartışmıştık . İlgili soruya buraya tıklayarak erişebilirsiniz. Facebook sayfamızda sizlerden gelen sorular üzerine ilk sorunun devamı niteliğini taşıyan iki yeni soruyu da sizlerle paylaşıyoruz (eğer Facebook sayfamızı takip etmek isterseniz buraya tıklayıp sayfamıza ulaşabilirsiniz).

Işık kütle çekim alanından etkilenmekte ve bükülmektedir, bu ışığın hızının değiştiğini göstermez mi? Işık demeti karadeliğe doğru yol aldığında hızı artıp c değerini aşmaz mı?

Bu sorulara cevap vermeden önce ışık hızı kavramına açıklık getirmek faydalı olacaktır. Hemen hemen tüm Türkçe kaynaklarda (kitaplar ve hakemli dergilerde yayınlanan çalışmalarda dahil) karşımıza “ışık hızı” olarak çıkan kavram ne yazık ki fizik bilimi ile yeni ilgilenmeye başlayan çoğu kişi için yanıltıcı olmaktadır. Işık hızı olarak adlandırılan evrensel sabit ile ifade edilmek istenen şey ışık süratidir. Bu İngilizce literatürde “speed of light” kelimeleriyle belirtilir ve Türkçe tam karşılığı “ışığın süratidir”. Işık hızının İngilizce karşılığı olan “velocity of light” ise İngilizce fizik literatüründe neredeyse hiç kullanılmamaktadır. Bunun en temel nedeni ise ışık ve ilgili kavramları tanımlarken vektörel bir büyüklük olan hızın bize çok da yardımcı olamamasıdır. Işığın yönü ile ilgilenmek bize birçok olay açıklamada katkı sağlamadığı gibi zaten karışık olan durumları iyice karışık hale getirmektedir. Nihayetinde uzayda ışık her yönde yayılmakta ve Einstein’ın özel görelilik teorisinin temelini oluşturan ve tüm eylemsiz gözlem çerçevelerinde aynı olduğunu kabullendiği ışığın hızı değil süratidir (speed of light). Einstein’ın bu kabulü daha sonra birçok deneyde de doğrulanmıştır. Ancak yukarıda da belirttiğimiz gibi özel görelilik teorisi açıklanırken de literatürümüzde ışık sürati değil de ışık hızı kavramı kullanıldığından bu iki kavram birbirine karıştırılabilmektedir. Işık hızı genel kabulde olduğu gibi onlinefizik.com’da da sıklıkla kullanılan bir kavram olup bundan ifade edilmek istenenin ışık sürati olduğu anlaşılmalıdır. Soruların cevabından daha uzun olan bu giriş kısmında kavram yanılgısını gidermek adına bu iki kavramdan bahsetmenin uygun olacağını düşündük.

Simdi gelelim soruların cevaplarına. Işık gerçekten de kütle çekim alanından etkilenmektedir. Özellikle büyük kütleli yıldızların ve hatta günesin yanından gecen ışıkta bükülme olduğu gözlemlerle kanıtlanmıştır. Einstein genel görelilik teorisinde tam da bunu ifade etmektedir. Cisimler kütleleri nedeniyle etraflarındaki uzay-zaman düzlemlerinde bükülmeye neden olmaktadır. Bu özellikle oldukça büyük kütleli yıldızların yakınından gecen diğer cisimlerin ve hatta ışığın hareket yönünde değişime neden olmaktadır. Işık böyle büyük kütleli bir yıldızın yanından geçerken bükülmüş olan bu uzay zaman eğrisinde yoluna devam etmektedir. Bu yazıda detayına girmeyeceğimiz ve gözlemlerle kanıtlanmış olan kütlecekimsel merceklenme (gravitational lensing) olayı da tam anlamıyla Einstein’ın genel görelilik kavramında kütle çekimine getirdiği bu yeni yaklaşımla uyum içindedir.

Işığın bu hareketinde, süratinde (bizim literatürde ışık hızı olarak andığımız kavram) bir değişiklik olmamaktadır ve sabit bir sürat olan c ile yoluna devam etmektedir. Ancak sürati değil de kelimenin birebir karşılığı olan hız kavramını düşünecek olursanız elbette yön değişimine neden olan bir ivmeden söz edilir. Bu düzgün yolunda hareket eden bir cismin, hareketine dik doğrultuda etkiyen bir kuvvet nedeniyle yönünü değiştirdiği olaydakine benzer bir ivme kavramını konuşabileceğimiz anlamına gelmektedir. Ancak yine tekrarlamakta fayda var ki özel görelilik teorisinde belirtilen kavram ışık hızı değil ışık süratidir ve bu her durumda sabittir.

Diğer soru da belirtilen karadelik yakınında veya karadeliğe doğru ışığın hareketi de yukarıda açıkladığımız olayla temelde benzerdir. Karadeliklerin yakın çevresinde, karadeliğin sahip olduğu büyük kütle nedeniyle ışık bükülür ve hatta ışık karadelik çevresinde bir yörüngede bile hareket edebilir. Bu durumda da ışığın sürati c sabit kalmakta ama ışığın yönü değiştiği için hızında değişiklikten söz edilebilmektedir. Karadelik merkezine doğru hareket eden ışıkta da ışık hızı c sabittir ancak ışığın renginde diğer bir değişle frekansında değişim olmaktadır. Karadeliğe doğru harekette ışığın frekansı artar ve buna bağlı olarak enerjisi de artar. Anca c hızı yine sabittir.

İlgili yazılar