Hazırlayan: Özgür Özel , Eylül 2, 2014
İlk önce kısaca niye ışıktan hızlı gidemiyoruz? Einstein’ın aşağıdaki
görelilik denklemine göre kütlesi (m) olan bir nesnenin hızı (v) ışık hızına
yaklaştıkça o kütleyi ışık hızına çıkarmak için gereken enerjide sonsuz olur.
E=mc2(1-v2/c2)-1/2
Yani sadece kütlesi olmayan parçacıklar (photon) ışık hızında olabilirler.
1) Sapma hızı (Warp Speed)
Uzay Yolu dizisi sayesinde öğrendiğimiz ışıktan hızlı seyahat biçimidir.
Dizide uzay gemisinin etrafında bir baloncuk oluşturup uzay gemisini hareket
ettirmek yerine geminin etrafındaki uzayı bükerek ışıktan hızlı seyahati
gerçekleştirir. Sapma hızı ışıktan hızlı olsa da anlık bir seyahat değildir.
Sapma teknolojisini kullanan gemiler galaksimizin sadece belli bir kısmını
keşfedebilmişlerdir. Atılgan ve kardeş gemilerinin bir yerden diğerine gitmesi
bazen günler, aylar veya Uzay Yolu – Seyyah (Star Trek – Voyager) dizisinde
olduğu gibi seneler alabilir.
Teorik fizikçi Miguel Alcubierre, Einstein denklemlerini (Einstein Field
Equations) ve genel göreliliği kullanarak teorik olarak bu tür IHS’nin
olabileceğini ispatlamıştır. Alcubierre’nin teorisine göre uzay gemisinin
önünde kalan uzayı daraltıp, arkasında kalan uzayı genişleterek uzay gemisini
ışıktan hızlı seyahat ettirebiliriz. Burada esasen uzay gemisi değil
çevresindeki uzay, ışıktan hızlı hareket eder.
Alcubierre’nin denklemleri matematiksel olarak geçerli olsa da, baloncuğu
oluşturmak için eksi kütleye sahip egzotik maddeye (matematiksel olarak mümkün
ama var olmadığında inanılan bir madde) ihtiyaç duyduğu ve gereken enerjinin
çok büyük olması nedeniyle sapma hızı sahip olduğumuz fizik bilgisi ile pek
mümkün gözükmemektedir.
2) Solucan delikleri (Worm Holes / Einstein – Rosen Bridge)
Bir çok bilim kurgu kitap, dizi ve filminde ışıktan hızlı seyahat etmek için
uzay-zamanda bir kestirme yol oluşturarak ışıktan hızlı seyahat etme
yöntemidir. Bazı kitap, dizi ve filmlerde başlangıç noktası ve varılacak
noktada solucan deliği oluşturan makineler gerekirken (Yıldız Kapısı –
Stargate), diğerlerinde uzay gemilerinin kendisi solucan delikleri oluşturur.
(Farscape)
Sıkça kullanılan analojiyi kullanılırsak, bir kağıdın iki kenarına koyduğumuz
birer nokta arasında en kısa mesafe bir düz çizgidir. Bunu ışığın izlediği
normal yol olarak düşünebiliriz. Eğer biz kağıdı iki nokta üst üste gelecek
şekilde bükersek ve o iki noktayı bir tünelle birbirine bağlarsak kendimize
bir kestirme yol oluşturmuş oluruz.
Solucan deliklerinin matematiksel olarak olabilirliği Einstein ve Rosen
tarafından ispatlanmıştır. İki yönde de geçişe izin veren durağan bir solucan
deliği oluşturmak için eksi enerji ve/veya egzotik maddeye ihtiyaç olduğundan
bugünkü bilgimizle solucan delikleri mümkün gözükmüyor.
----------------------------------------------------------------------------
Akdelikler Gerçek Olabilir mi?
Tarih: 23 Haziran 2016 | Yazar: Alp Kütükçü
Gökyüzünde neden hiç akdelik görmüyoruz? Karadeliklerin varlığı için kanıt
olmasına rağmen henüz akdelikler için kanıt yok.
Bilimkurgu hayranları, başka evrenlerin var olma olasılığını ve onlar arasında
yolculuk yapabilmeyi düşlerler. Bu yolculuğun da solucan delikleri gibi
ekzotik oluşumlarla yapılacağını düşünürler ki bu solucan delikleri,
tekilliğinin içinde koridor açan bir karadelikten fazlası değildir. Daha az
bilinen ekzotik ve tamamıyla varsayımsal oluşumlar ise akdeliklerdir; yani
karadeliklerin tersi. Karadelikler madde ve ışığı yutar yani karadelikten
madde kaçışı imkansızdır; akdelik ise madde ve ışık kusar yani akdeliğe madde
girişi imkansızdır.
Solucan deliğinin oluşması için standart bir analoji: Sıkıca örtülmüş bir
yatak örtüsü düşünün. Örtünün ortasına bir bowling topu koyun. Örtü, yerçekimi
kuvvetiyle içeri doğru bükülecektir. Şimdi de bowling topunun sıkıştırıldığını
hayal edin; topun kütlesi bu sefer çok daha küçük bir yere sığmak zorunda
kalacaktır, yani top küçüldükçe daha yoğun bir hale gelecektir. Aynı şekilde
yatak örtüsü de daha aşağı bükülecektir, ta ki bowling topu bir toplu iğne
başı büyüklüğüne ulaşana kadar. Bu noktada, uyguladığı yerçekimi kuvveti ve
yoğunluğu o kadar büyük bir hale gelir ki, örtünün ortasında küçük bir delik
açar. Karadeliğin merkezinde bir solucan deliği oluşursa işte bunlar olur. Ama
diğer tarafta ne var?
Denklemlerinde simerti konusunda detaycı olan Einstein, öbür tarafta bir ayna
evrenin yani bir akdeliğin olması gerektiğini varsaydı.
Karadeliği uzun boyunlu bir huniye benzetirsek ve bu boynu kesip ters
çevrilmiş bir başka huniyle (akdelik) birleştirirsek elimizde iki ucu
birleştirilmiş kum saatine benzer bir şey olur. Einstein-Rosen Köprüsü (Albert
Einstein ve Nathan Rosen) adı verilen bu varsayımsal yaklaşım, solucan
deliğinin ilk teorik görselleştirilmesidir.
1971’de bir gözlemevinde çalışan Robert Hjellming adlı astrofizikçi, Nature
dergisinde akdeliklerin karadeliklerin ayna görüntüsünden ibaret
olmayabileceğini iddia eden bir makale yayınladı. Karadelik maddeyi yutuyor
olabilirdi ve bu madde akdelik vasıtasıyla evrenin başka bir yerinde ortaya
çıkabilirdi; ya da İngiliz fizikçi Roger Penrose’u dinlersek, tamamen başka
bir evrende oluşabilirdi. Hjellming’e göre, kuasarlar ve galaksi merkezleri
tarafından salınan maddelerin kaynağı akdeilkler olabilirdi.
1971 için mantıklı bir görüş olabilir ama şimdi 2016’dayız ve bilim insanları
bugün evrenimiz hakkında daha çok şey biliyorlar. Bugün kuasarlardan gelen
muazzam enerji kaynağının, süpermasif karadeliklerin madde yutmasıyla ortaya
çıkan ışıma olduğu düşünülüyor.
Oregon Üniversitesi’nden Stephen Hsu ise, akdeliklerin sıradan olmadığı
konusunda ısrarcı. Sonuçta karadeliklerin varlığı da yıllar boyunca sadece bir
varsayımdı.
Akdelikler bizden saklanıyor olabilir mi? 1970’lerde yaptığı çalışmalarda
Stephen Hawking, bir karadelik veya bir akdeliğin çevresiyle ısı
dengesindeyken saldığı ve emdiği radyasyonun eşit olduğunu, yani birini
öbüründen ayırmanın imkansızlığını gösterdi. Bir başka deyişle, karadelik
sandığımız bazı objeler aslında gizlenmiş birer akdelik olabilirler. Ama bu
çok özel bir durumdur. Hsu, vakumda (izole) olduklarında, yani karadeliklerle
ısıl dengede olmadıklarında akdeliklerin nasıl davranacaklarını inceledi.
Yaygın teoriyse karadeliklerin zamanla Hawking Işıması formunda madde salınımı
yaparak buharlaştıkları, yani yok olduklarıdır. Oysa akdelikler evrende izole
oldukları zaman ne madde emilimi ne de salınımı yapabilecektir.
Peki ama madde salınımı yapamayan bir akdeliğe ne olur? Hsu’ya göre muazzam
bir ısıl benzeri ışıma yaparak patlarlar ve büyük bir enerji açığa çıkarırlar.
Hsu, kararlı akdeliklerin evrende var olamayacağını söyler; onlara yönelik
hiçbir kanıt göremememizin sebebi de budur. Büyük olasılıkla, onları
gözlemleyecek teknoloji ve aletleri geliştirmemizden çok önce ısıl-benzeri
ışıma yaparak yok olacaklardır.
--------------------------------------------------------------------------------------------
3) Hiperuzay (Hyperspace)
HYPERDRIVE
Uzay-zaman boyutunun dışından başka bir boyuta geçerek ışıktan hızlı seyahat
etme şekli olan hiperuzay, Yıldız Savaşları, Babylon 5 ve Isaac Asimov’un
kitapları gibi birçok bilim kurgu yapıtında karşımıza çıkar. Hiperuzayın
yapısı her bilim kurgu yapıtında farklıdır.
1950’lerde Burkhard Heim adlı fizikçi, her şeyin teorisini oluşturmak için
çalışırken var olan boyutlara ilave boyutlar önermiş ve elektromanyetik
alanları kullanarak bildiğimiz boyutlardan üst/alt bir boyuta geçip yolculuk
yapılabileceğini iddia etmiştir. Teorisinde eksikler ve aksaklıklar olduğu
için diğer fizikçiler tarafından bu teoriye ilgi gösterilmemiştir.
Bilim kurgu yapıtlarında çok çeşitli ışıktan hızlı seyahat biçimleri varmış
gibi gözükse de genelde bu üç IHS türünün birinin altında sınıflandırılabilir.
Bu türler dışında kalan ışıktan hızlı seyahat biçimleri, genelde hikaye örgüsü
içinde IHS sorununu çözmek için oluşturulmuş ilginç ve bilimin sınırları
dışında (Sonsuz Olasılık Motoru, Bistromatik Motoru, Düşünce gücü ile, v.b.)
ışıktan hızlı seyahat türleridir.
Not: Otostopçunun Galaksi Rehberi’ne göre en etkili ve konforlu ışıktan hızlı
seyahat Bistromatik Motoru sayesinde yapılır.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
Işıktan Hızlı Parçacıklar ve Özel Görelilik Kuramı
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | Tarih: 29.07.08
Özel Görelilik Kuramı 1905 yılında Albert Einstein tarafından ortaya atılmıştı
ve bu kuram ile mutlak zaman ve uzay kavramları yitmiş, yerine gözlemciye
dayalı bir evren ortaya konmuştu. Yani Einstein sadece evreni değil evrendeki
gözlemcileri, katılımcıları da önemsiyordu. Bu çalışmamız içerisinde daha çok
Özel Görelilik Kuramının sonucu olan enerji ve ışık hızı arasında kurulan
bağıntıyı ele alacağız. Bu bağıntı ise birçoklarımızın bildiği/karşılaştığı
bir matematiksel formül: E=mc2.
Özel Görelilik Kuramının bu matematiksel ifadesi gereğince bir m kütlesine
sahip olan bir cisim ışık hızından hızlı gidemez. Bu ışık hızının değeri
yaklaşık olarak saniyede 300.000 kilometredir ve bu hızı aşan cisim yoktur.
Sadece ışık bu hızla hareket eder. Bu tanımlamadan sonra merak eden ve kuşkucu
yaklaşan birçok kişi şu soruyu sorabilir:
Işık hızından hızlı cisimler var mıdır? Yahut neden ışıktan hızlı gidilemez?
Aslında, ışık hızından hızlı gidilemez. Ancak bu kural sadece bildiğimiz
kütlelerde geçerlidir. Bildiğimiz kütle dediğimiz şey nedir?
Bu yazıda kütlenin esas tanımını ele almayacağız. Çünkü kütlenin esas tanımı
çok spesifik bir konu ve açıkçası tartışmalıdır. Bu yüzden bildiğimiz kütle,
görülebilir, tartılabilir ve tanımlanabilirdir. İşte Einstein’ın zamanında
daha çok bu kütle tanımı biliniyordu, hâliyle.
Işıktan hızlı giden cisimleri ele aldığımızda kütlelerini, “bildiğimiz kütle”
olarak düşünemeyiz çünkü Einstein’ın Özel Görelilik Kuramının sonucu olan
matematiksel ifadeye aykırı olur. Onlar için başka bir kütle kavramı
kullanmamız gerekir. Bu kavrama “sanal kütle” diyebiliriz.
Buraya kadar anlattıklarım konuyu özetleyecek şekildeydi. Şimdi ayrıntılarını
başlıklar hâlinde inceleyeceğiz.
Özel Görelilik Kuramının Getirdikleri
Bu teorinin sonucunda zaman genişlemekte, uzunluk büzüşmekte ve ışık her
eylemsiz referans sistemine göre sabittir. Işık hızı Einstein’in çalışmaları
ile bir sabit, bir duvar vazifesi görmekte doğa ve evren üzerinde. Işık
hızının sabit olduğu daha önce ki çalışmalarda bulunmuştu. Maxwell’in harika
denklemleri olarak da bilinen elektromanyetizma denklemlerinde boş uzayda
(yükün ve akımın 0 olduğu durumda) ışığın hızının c yani saniyede yaklaşık
300.000 km olduğu bulunmuştu ve bu ışık hızının birer elektromanyetik dalga
gibi davrandığını gösterir bunu da Faraday daha önceden önermişti ve
matematiksel olarak da Maxwell ispatlamıştı.
Ünlü formül E=mc2 yi ele aldığımızda ışık hızını sabit olarak
değerlendirirerek kütle ile enerjinin eş değerliliği karşımıza çıkıyor. Kütle
ile enerji birbirlerine dönüşebiliyor! Bu sonuç çok çok önemli idi bilim
dünyası için; özellikle de nükleer fizik. Bu sonucu açıklamak için klasik
olarak hep bir uranyuma nötron bombardımanın yapılması örnek verilir. Bir
uranyum çekirdeğine nötron gönderdiğimizde uranyum çekirdeği parçalanır ve o
parçaların kütlesi toplandığında uranyum çekirdeğinin parçalanmadan önceki
kütlesi ile aynı olmadığı görülür. Bu sefer enerjiler toplanır ve enerjinin
fazla olacağı görülür. O hâlde parçalanma sırasında kütle enerjiye dönüşmüştür
sonucu açık olarak çıkar. Bu önemli sonuç o yıllarda çok yankı bulmuştu ama
asıl yankı bulan nokta hiçbir durgun m kütlesine sahip cismin ışık hızından
daha hızlı gidemeyeceğinin kesin olarak ifade edilmesidir, özel görelilik ile!
Bu sonuç, insanları daha farklı bir dünya hayal etmeleri için zorluyordu.
Aslında bu kurama kadar zaman ve uzay mutlaktı; her şey ölçülebilirdi. Yine bu
sonuca göre ışıktan hızlı gidilemezdi, ışık hızında gitmek için bir cismin
durgun kütlesi sıfır olmalıydı… Peki durgun kütlenin sıfır olması ne demektir?
Bir parçacığın durgun kütlesi o parçacığın hareketsiz hâlde iken
ölçülen-tartılan kütlesidir. O zaman durgun kütlesi sıfır olan kütle yok mudur
diye akıllara bir soru gelebilir?
Görünüşte bu şekilde gözükse de bu ifadede başka bir sonuç daha çıkıyor.
Durgun kütlesi sıfır olan parçacıklar yok olarak düşünülemez, aslında o
parçacıkların durgun hâlde bulunamayacaklarını söyler ya da şunu da
söyleyebiliriz durgun kütlesi sıfır olan parçacıkları gözlemleyemeyiz. Durgun
kütlesi sıfır olan bir parçacık da gerçekte vardır, o da foton parçacığıdır.
Bilindiği gibi foton parçacığı ışığı ileten parçacıktır. Yani ışıktır.
Yani ışık hızına ulaşabilen tek parçacık fotondur. Peki ışık hızında hareket
eden bir parçacık varsa bir ihtimal de olsa ışık hızından hızlı gidilebilir
mi?
Işıktan Hızlı Giden Parçacıklar
Einstein’in Özel Görelilik Kuramı gereğince ışıktan hızlı gidilemez ama yine
aynı kuram gereğince ışıktan hızlı gidilebildiği söylenebilir ama nasıl!?.
Eğer kütlemiz bildiğimiz kütle ise evet ışıktan hızlı gitmek farazidir. Ya
kütlemiz bildiğimiz kütle değilse ve yeni bir kavram olarak karşımıza çıkan
sanal kütleli ise kütlemiz işte o zaman Özel Görelilik gereğince ışıktan hızlı
gitmemiz mümkün ve aslında c hızının altında da hareket edemeyiz bu şekilde
bir de sınırlama söz konusu olur.
Çok ilginç değil mi bizim gibi kütle kavramına sahip parçacıklar ışıktan hızlı
gidemezken sanal kütleli parçacıklar ışık hızının altına inemeyerek ışık
hızından daha hızlı hareket edebiliyorlar.
Einstein yanlışlanmadan bu yorumlara/sonuçlara ulaşabilmek zor değil. Çok da
fazla matematik bilgisine gerek yok bunu anlamak için. İşte kısaca
matematiksel analizi:
Yukarıda gördüğünüz formülü iki şekilde inceleyeceğiz. İlki bildiğimiz
kütleler için yani Einstein’in irdelediği biçimde. Diğeri ise sanal kütle
dediğimiz kavram açısından…
Bildiğimiz kütle cinsinden ele aldığımızda payda kısmındaki kareköklü ifadenin
tanımlı yanı sıfırdan büyük olabilmesi için v yani cismin hızının c’den, ışık
hızından büyük olmaması gerekiyor, büyük olursa kareköklü ifade negatif olur
ve sanallaşır. Bu yüzden de Einstein bizlere hiçbir cisim ışık hızından hızlı
gidemez demiştir doğal olarak. Lakin bu hiçbir cismin kapsamı sanal kütle
denilen kavramı kapsamamaktadır. O yıllarda bu kavram üzerine değinen çok
kimse yoktu.
Sanal kütle açısından bu formülü değerlendirdiğimizde kütlemiz kompleks bir
ifade yani sanal olsun. O halde bu formülün tanımlanabilir olması için
paydasının da sanal olarak ifade edilmesi gerekir ki böylece pay ve paydadaki
sanal kısımlar birbirini sadeleştirerek ifademiz doğrulanmış olur. Paydanın
sanal olabilmesi için cismin hızı ışıktan hızlı olmalıdır ve böylece kareköklü
ifade negatif değer alır. Bilindiği üzere kök içerisinde -1, “i” ile
gösterilir. “i” de sanal ifade olduğunu belirtir. Böylece pay ve payda
sanallıktan kurtularak gerçel bir enerji ifadesi elde etmiş oluruz.
Fizik kurallarına ve Özel Görelilik Kuramına aykırı bir işlem ve yorumda
bulunmadan bir parçacığın ışıktan hızlı gidebileceğini söyleyebiliriz. Tek
şart kütlesinin sanal kütle olmasıdır.
Artık matematiksel olarak da olsa bizler bir parçacığın bir şekilde ışıktan
hızlı gidebileceğini belirtebiliyoruz. Ne var ki sanal bir ifade ne kadar
soyutsa bu bahsettiklerimiz de o kadar soyuttur. Soyut matematiğin bize işaret
ettikleri bunlardır sadece. Matematik bizi kandırıyor mu diye sormak oldukça
sinsi ve zekice olabilir ama evrenin dilinin matematik olduğunu unutmamak
gerekir!
Işıktan hızlı gidebilen parçacıklara en iyi örnek takyonlardır. Ancak
takyonlar başlı başına bir konu oldukları için bu yazı içerisinde
değinemeyeceğim. Ancak takyonların, teorik parçacıklar olduklarını bilmekte
yarar var.
Diğer taraftan bu yazı 2008 yılında hazırlansa da güncel bir not eklemeliyim.
2011 yılının son dönemlerinde nötrinoların ışıktan hızlı olduğuna dair bazı
deneysel sonuçlar bilim dünyasınca konuşulmuştu. Kuark Bilim Topluluğu olarak
da bu sıcak konuyu üç farklı yazıda ve bir de ücretsiz dergimiz NetBilim’in
kapak konusu olarak ele almıştık. Nihayetinde yapılan deneylerin hatalı
olabileceği düşüncesi sıkça konuşulurken 2012 yılının Mayıs ayı ile birlikte
farklı parçacık fiziği laboratuvarlardan nötrinoların hızına ilişkin yeni
veriler alınacak. Ancak beklentiler nötrinoların ışıktan hızlı olmayacağı
yönünde, bu yazı vesilesi ile bu güncel konuya değinmek gerekti. İlgili
yazılar için kaynaklar kısmına bakabilirsiniz.
Işıktan hızlı gidildiğinde ne olur o da başka bir yazı ama şunu da söylemek
gerek. Işıktan hızlı giden takyon parçacıkları ele alındığında zamanda geriye
gidebilmeleri gibi müthiş bir olay meydana gelir. Zamanda geriye gitmek ise
Özel Görelilik Kuramının nedensellik ilkesine aykırıdır. Fiziksel olarak bunu
açıklayabilmek zor görünmektedir.
Fiziksel olarak anlam getirebilecek miyiz? Kim bilir?
Işık Hızında Seyahat Gerçeğe mi Dönüşüyor?