Işık Hızı Nedir? Işık Hızının Etkileri

Sıkı bir bilim kurgu hayranıysanız ışık hızı kavramına herkesten çok aşina olabilirsiniz. Işık hızında hareket eden yüzlerce mürettebata sahip uzay gemileri kurgudan ibaret kalacak gibi dursa da en merak edilen konuların başında gelmektedir.

Yaşadığımız evrende ulaşılabilecek en yüksek hız limiti olan ışık hızına herhangi bir kütleye sahip cisimlerin ulaşması mümkün değildir. Bu sebeple ışık hızında hareket eden uzay gemileri hayal olsa da üzülmeyin, hala ışık hızına oldukça yaklaşan hızlara ulaşmak mümkündür. Işık hızına yakın seyahatin önünde de ihtiyaç duyulan enerji miktarının yüksekliği gibi çeşitli engeller bulunsa da teoride mümkün olduğu söylenebilir. Belki de bunlara gerek kalmaz ve solucan deliklerinin uzayda seyahat için kullanılmasının bir yolu bulunur.

Gerçekleşmesi muhtemel bilimsel gelişmeleri takip ederken gelin isterseniz ulaşılabilen maksimum hız olan ışık hızının ne olduğuna ve nasıl hesaplandığına yakından göz atalım.

Işık Hızı Nedir? Nasıl Tanımlanır?

Işık hızı, ışık parçacıkları olan fotonların hareket hızıdır. Işığın boşlukta sahip olduğu hızı saniyede tam olarak 299.792.458 metredir. Bu değerde yaklaşık olarak saniyede 300.000 kilometreye denk gelir. Evrende ulaşılabilecek en yüksek hız sınırı olan ışık hızı, evrensel bir sabittir. Işık hızı sabit anlamına gelen constant veya Latince hızlılık anlamına gelen celeritas sözcüklerini temsil eden “c” ile gösterilir.

Işık hızının sembolize edilmesi konusunda geçmişte c ve V harfleri kullanılmıştır. Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch 1856 yılında yürüttükleri çalışmalarda ışık hızının √ 2 katını belirtmek için ilk olarak c sembolünü kullanmışlardır. 1865’de James Maxwell ışık hızı için V harfini kullanırken 1894’de Paul Drude doğrudan ışık hızını belirtmek için c harfini kullanmıştır. Einstein Almanca olarak yayınladığı özel görelilik makalelerinde V’yi kullanırken sonraki yıllarda c’yi tercih etmiştir.

Işık Yılı Ne Anlama Geliyor?

Işık yılı kavramı her ne kadar zaman belirtiyor gibi dursada aslında bir uzaklık birimidir. Işığın bir yılda katettiği mesafeyi belirtmek için kullanılır. Saniyede yaklaşık 300.000 km gibi bir hıza sahip olan ışığın bir yıl boyunca aldığı yol 10 trilyon kilometreye yakındır.

Günlük hayatını birkaç kilometrelik kısa mesafeler arasında idame ettiren bizler için bu değerleri kavraması oldukça güçtür. Işık yılı çoğunlukla bilim insanları tarafından gök cisimleri arasındaki mesafeyi belirtmek için kullanılır.

Gökyüzüne baktığınızda gördüğünüz ay, yıldızlar ve güneş aslında bu gök cisimlerinin ışık yılı cinsinden geçmiş versiyonlarıdır. Örneğin, Güneş ışınlarının Dünya’ya ulaşması 8 dakika sürmektedir. Yani Güneş’ten çıkan bir foton sekiz ışık saniyesi kadar yol katederek Dünya’ya ulaşır. Aynı durum Ay için değerlendirildiğinde ise ay ışığı bir saniyede Dünya’ya ulaşır. Bu da bu ışığın 1 ışık saniyesi mesafe aldığını belirtir.

Işık Hızını Kim Buldu? Işık Hızının Tarihçesi

İnsanlığın ışık ve ışık hızına olan ilgisi binlerce yıl önceye dayanmaktadır. M.Ö. 450’de Empedokles ışığın hızına dair görüşlerini bildirirken, M.S. 525’de Romalı matematikçi Anicius Boethius ışığın hızı üzerine çalışmalar yürütmüş, büyücülükle suçlanması sonucu çalışmaları yarıda kalmıştır.

Yüzyıllar boyunca ışık üzerine çeşitli çalışmalar gerçekleştirilip fikir ortaya atılırken ışık hızı ilk olarak 1676’da Ole Roemer tarafından ölçülmüştür. Roemer, 1670’lerde deniz yolculukları için güvenilir bir zaman çizelgesi oluşturma amacıyla çalışmalar yürütürken 1676’da Jüpiter’in ayı IO’nun tutulmalarını gözlemleyerek ışığın belirli bir hıza sahip olduğunu kaydetmiştir. Hesaplamaları sonucu Dünya ve Jüpiter’in arasındaki mesafe değiştikçe tutulmaların zamanının değiştiğini ve bunun belirli bir düzen içerisinde gerçekleştiğini tespit etmiştir. Işığın yolculuğunun ölçülebilir bir zaman aldığını fark eden Roemer’in ortaya koyduğu ışık hızı yaklaşık olarak saniyede 200.000 kilometreydi.

Bugün bu rakamın oldukça hatalı olduğunu bilsek bile zamanı için önemli bir keşif olan bu çalışma, bilim dünyasının ilgisini bu yöne çevirmesine yol açmıştır. İngiliz fizikçi James Bradley yaptığı ölçümler sonucu1728’de ışığın hızını gerçek değere çok yakın olacak şekilde 301.000 km/s olduğunu öne sürmüştür.

1879’da Albert A. Michelson tarafından ölçülen ışık hızı saniyede tam 299.910 km/s’idi. Uzun yıllar boyunca en doğru ölçüm olarak kabul edilen bu değer gerçek değer ile oldukça yakındır.

Işık Hızı Nasıl Ölçülür?

Işık hızı ölçümü için tarih boyunca çeşitli yöntemler kullanılmıştır. Ole Roemer, Jüpiter ve uydusu IO’nun davranışlarını takip ederek ışık hızını hesaplamayı denemiştir. 1728’de James Bradley ışığın bağıl hızını hesaplamak için yıldız sapması olarak tanımlanan astronomik fenomeni kullanmıştır. 

1849’da Hippolyte Louis Fizeau, ışığın hızını tespit edebilmek için aynalar ve dişli çarktan oluşan düzenekten faydalanmıştır. 1862’de Leon Foucault, Fizeau’nun çalışmasını geliştirerek dönen aynalardan oluşan bir sistem kullanmıştır. Çalışması sonucu ışığın hızını saniyede 298.000.000 metre gibi son derece yakın bir sonuca ulaşmıştır. Ayrıca su içerisinde ışığın havaya göre daha yavaş hareket ettiğini belirtmiştir.

Sonraki yıllarda ışık ve manyetizma arasındaki ilişkinin ortaya konmasıyla ışık hızının ölçümü için daha modern yöntemler geliştirilmiştir. 1907 yılında Rosa ve Dorsey, ışığın hızını hesaplamak için manyetik geçirgenlik ve elektrik geçirgenlik sabitlerini kullanmış ve 299.788 km/sn gibi bir değer elde etmiştir. 1958’de Froome radyo dalgalarını ve görünür ışığı kullanan interferometreyi kullanarak 299.972.500 m/s olarak ışığın hızını ölçmüştür. 1972 yılında ise Evenson, Froome’un deneyini lazerler ve ışığın dalga boyunu ölçmek için interferometreleri kullanarak yeniden kurgulamıştır. Elde ettiği ışık hızı değeri ise 299.972.456 m/s’dir. Aynı yıl benzer yöntem ile ABD Ulusal Standartlar Bürosu’ndaki bir grup bilim insanı ışığın boşluktaki hızını 299.792.456,2 m/s olarak ölçmüştür.

Işık Hızı Sabit Bir Değere mi Sahip?

Işık hızı boşlukta tam olarak saniyede 299.792.458 metre yol alır. Bu değer ışığın ulaşabileceği maksimum hız değeridir. Farklı ortamlarda ışık daha düşük hızlarla hareket edebilir ve hem dalga hem de parçacık özelliği gösterir. Işık parçacık olarak ele alındığında bu parçacıklar foton olarak adlandırılır. Işık su veya hava gibi farklı ortamlarda ilerlediği zaman ortamda bulunan moleküller fotonların hızını keser.

Işığı dalga özelliği üzerinden incelendiğinde ise elektromanyetik dalgalardan oluştuğu sonucuna ulaşılır. Bu özelliği ile de ortamda bulunan diğer elektromanyetik dalgalar ışığın yavaşlamasına yol açar.

Işık Hızı ve Fizik

Işık hızını anlamamızı sağlayan çalışmaların başında Albert Einstein’ın 1905 yılında ortaya koyduğu özel görelilik bir diğer adıyla izafiyet teorisi yer alır. İzafiyet teorisi makro ölçekte maddenin davranışına açıklama getirirken evreni ve işleyişini açıklamada sağlam bir temel görevi görür.

Hızın kütle, zaman ve uzay üzerindeki etkilerine açıklama getiren özel görelilik teorisi sıklıkla E = mc² denklemiyle bilinir. Bu formülde E enerjiyi temsil ederken, m kütleyi ve c’de ışık hızını belirtir.

Einstein’ın ortaya koyduğu bu teori bilim dünyasının bildiği birçok şeyi yeniden sorgulamasına yol açmıştır. Bu teoriyi bu kadar önemli kılan nokta ise bilimde gerçekleşen ilerlemeye birlikte Einstein’ın öngörülerinin defalarca doğrulanmasıdır.

İzafiyet teorisinin temelinde herhangi bir maddenin ışık hızına yakın hızlarda seyahat edebileceği ancak asla ulaşamayacağı ve üzerine çıkamayacağı fikri yer alır. Teoriye göre maddelerin hızı artarken kütleleri de artmaktadır. Bu görüşten yola çıkarak maddenin belirli bir kütleye sahip olduğu ve hız arttıkça kütlenin arttığı gerçeği göz önünde bulundurularak ışık hızına yaklaşırken kütlenin artması beklenir. Maddeyi ışık hızına çıkarmak içinde sonsuza giden bir enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Böyle bir enerjiye sahip olunmadığı için de ışık hızına ulaşılması mümkün değildir.

Işık hızında hareket eden fotonların kütlesiz parçacıklar olması da bu formüle uyarak nasıl ışık hızında hareket ettiklerini açıklamaktadır. Bilim insanları tarafından gerçekleştirilen deneylerde protonlar gibi hafif parçacıkların ışık hızına çok yakın hızlarla hareket etmesi sağlanmıştır. Ancak ışık hızına ulaşılamadığı gibi daha büyük kütleye sahip cisimlerin ışık hızına yakın hızlarda yolculuk etmesi teoride mümkünken bugün sahip olunan teknoloji ile uygulamada pek de mümkün gözükmez.

Einstein’ın İzafiyet Teorisi ile uzay-zaman ve ışık hızı hakkında ortaya koyduğu varsayımlar ise şunlardır:

• Işık hızı bulunduğumuz evrenin hız sınırıdır. Ulaşılabilecek en yük hız, ışığın sahip olduğudur. Işık hızını geçmek imkansızdır.
• Işığın hızı her gözlemci tarafından aynı şekilde ölçülür.
• Madde hız kazandıkça, zaman bu madde için daha yavaş akmaya başlar. Bu durumdan yola çıkarak ışık hızına ulaşıldığında zamanın o madde için durması beklenir.
• Uzay-zaman birbiri ile bağlantılı kavramlardır. Bu sebeple zamanın akışı gözlemcilerin birbirlerine olan konumlarına göre farklılık gösterir.
• Cisimlerin hızı arttıkça, hareket doğrultusundaki boyları kısalır.
• Durağan kütle, cismin kendisine aittir ve hızlanmaya karşı koyar. Hızlanan cisimler kütlelerinin bir kısmını kaybeder ve bu kütle kinetik enerjiye dönüşür. Işık hızına ulaşmak için durağan kütleye sahip olunmaması gerekir.

İzafiyet teorisinin yanı sıra Einstein, fotonlar üzerine yaptığı çalışmalarda kuantum mekaniği alanına, ışık enerjisinin fotonlar olarak kuantize olduğunu belirten fotoelektrik etkiyi açıklayarak katkıda bulunmuştur.

Işık Hızının Günümüzdeki Gelinen Noktası ve Araştırmalar

Işık hızının sabit olduğu ve ulaşılıp aşılmasının imkansız olduğu bilim dünyası tarafından kabul görmüştür. Ancak bu bilim insanlarının ışık ve ışık hızı üzerine çalışmalar yürütmelerine engel değildir. Geçmişte ışık üzerine yürütülen çalışmalar sonucunda da fotoelektrik etki gibi keşifler yapılırken günümüzde de fotonların davranışı üzerine çalışmalar devam etmektedir.

Örneğin, İskoç bilim insanları 2015 yılında gerçekleştirdikleri çalışmalar ile boşlukta hareket eden fotonları yavaşlatmayı başarmıştır. Fotonların sahip oldukları hız ile özellikle veri aktarımı konusunda daha efektif olarak kullanımı üzerine çalışmalar yürütülmektedir. Işık hızına yakın hızlarda hareket eden uzay araçları ile iletişim üzerine görelilik iletişim çalışmaları gerçekleştirilmektedirir. Bir başka araştırma ise fotonlar aracılığı ile maddeye süperiletkenlik kazandırma üzerinedir. Işık Hızı Hakkında Merak Edilen Sorular ve Cevapları

Söz konusu ışık hızı gibi ulaşılması imkansız ve algılanması güç yükseklikteki hızlar olduğunda ortaya çıkan sorular da bir o kadar fazla olur. Işık hızı hakkında en çok merak edilen soruları sizin için cevapladık.

Işık Hızını Geçmek Mümkün mü?

Işık hızını geçmek mümkün değildir. Işık hızı evrende ulaşılabilecek hızın sınırı olan bir değerdir. Einstein’in görelilik teorisinde belirttiği gibi bir maddenin ışık hızına ulaşabilmesi için kütlesinin olmaması gerekir veya kütlesi olan bir maddeyi ışık hızına çıkarmak için sonsuz enerjiye ihtiyaç duyulur. Her iki durumda mümkün olmadığı için ışık hızını geçilmesi imkansızdır.

Işık Hızına En Yakın Ulaşılan Hız Ne Kadardır?

Her ne kadar ışık hızına ulaşmak mümkün olmasa da yapılan deneyler sonucu ışık hızına son derece yakın hızlarda hareket eden protonlar elde edilmiştir. CERN’de yer alan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC, Large Hadron Collider) protonlar ışık hızının %99.9999991’i kadar hızlandırır.

Işık Hızı ve İnternet Hızı Arasındaki İlişki Nedir?

Dünyanın büyük bir kısmını kaplayan bilgisayar ağı olarak tanımlanabilen internet için özellikle kıtalar arası bağlantı fiber optik kablolar aracılığı ile sağlanır. Günümüzde fiber optik kabloların kullanımı evlere ulaşan internet bağlantısında dahi kullanılmaktadır. Bu kablolar aracılığı ile veri iletimi amacıyla ışıktan faydalanılır. Böylelikle veri iletimi son derece yüksek seviyelere ulaşır.

Evrende ulaşılabilecek en yüksek hız sınırı olan ışık hızına ulaşamasak da fiber optik kablolar gibi günlük hayatta kullanım alanlarının olması sizce de ilginç değil mi? Bu konu hakkındaki yorumlarınızı paylaşmayı unutmayın.