Bilim Adamları Açıklıyor: Işık Hızı Geçilebilir mi?
Işık Hızı Geçilebilir mi? – “2011 yılının Eylül ayıydı. CERN laboratuvarlarında her şey sıradan bir şekilde ilerliyordu. Sonrasında italyan fizikçi Antonio Ereditato evren anlayışını alt üst eden duyuruyu yaptı. OPERA projesi üzerinde çalışan 160 bilim insanının topladığı veriler doğruysa, düşünülemez olan gözlemlenmişti: Parçacıklar – bu durumda, nötrinolar – ışıktan daha hızlı seyahat ettiler!”
Bir Soru – Işık Hızı Geçilebilir mi?
Bu hikayeyi büyük ihtimal öğretmeninizden veya haberlerden duymuşsunuzdur. CERN’deki büyük OPERA deneyi imkansızı kanıtlamıştı. Işık hızı geçilmişti. Fakat işlerin bu şekilde olmaması gerekiyordu. Einstein’ın görelilik teorilerine göre bu mümkün olmamalıydı. Ve bunun gerçekleştiğini göstermenin sonuçları çok büyüktü. Birçok fizik tanımının tekrar gözden geçirilmesi gerekiyordu. Soru tekrarladı; Işık hızı geçilebilir mi?
Ereditato, kendisinin ve ekibinin sonuçlarında “yüksek güven” olduğunu söylemesine rağmen, bunun tamamen doğru olduğunu iddia etmediler. Aslında, diğer bilim adamlarından neler olduğunu anlamalarına yardımcı olmalarını istiyorlardı.
Sonunda OPERA sonucunun yanlış olduğu ortaya çıktı. GPS uydularından doğru sinyaller gönderiyor olması gereken zayıf bağlanmış bir kablodan kaynaklanan bir zamanlama sorunu vardı. Yani kablo düzgün bağlanmamıştı!
Sinyalde beklenmedik bir gecikme oldu. Sonuç olarak, nötrinoların verilen mesafeye ne kadar sürede ulaştığına dair ölçümler yaklaşık 73 nano saniye uzaktaydı – 1 saniyeden yaklaşık 10 milyon kat daha küçük – ve bu, ışığın yapabileceğinden daha hızlı hareket etmiş gibi görünmesini sağladı.
Deneyden önce aylar süren dikkatli kontrollere ve daha sonra verilerin bolca tekrar kontrol edilmesine rağmen, bilim adamları bu sefer yanlış yaptıklarını anladılar. Ereditato görevinden istifa etti.
Peki bir şeyin ışıktan daha hızlı seyahat ettiğini önermek neden bu kadar önemliydi? Ve hiçbir şeyin yapamayacağından gerçekten emin miyiz? Gelin bu sorulara beraber bakalım!
Işık Hızı Neden Geçilemez?
Aslında bizim ve çoğu parçacığın sahip olduğu ana engel kütledir. Kütlesi olan herhangi bir nesne hızlanır, enerji kazanır, ancak daha da hızlanması için her zaman daha fazlasına ihtiyaç duyar. Yani bizi ışık hızına itmek sonsuz miktarda enerji alacaktır. Nottingham Üniversitesi’nden araştırma görevlisi Peter William Millington, “Bizi hızlandıracak kadar büyük bir yakıt kaynağı yok,” diye açıklamıştı. Ancak bu, bilim adamlarının bu devasa soruna geçici bir çözüm bulmaya çalışmasını engellemedi. İsviçre’deki CERN laboratuvarındaki ekipler, nötrinoları – evrendeki bilinen en hafif parçacıklar – ışık hızını aşmaya çalıştılar, ancak başarısız oldular. (Yukarıda bahsettiğimiz OPERA projesi)
Peki insan yapımı herhangi bir nesneışık hızıyla yarışabilir miydi? Şimdiye kadar yapılmış en hızlı insan yapımı nesnelerden biri olan New Horizons uzay aracı, Temmuz 2015’te Pluto ve Charon’dan geçti. Dünya’ya göre 16 km/s’nin biraz üzerinde hareket ediyordu. Lakin bu ışık hızının oldukça altındaydı – Boşlukta ışık hızı saniyede 299,792.458 km’idi.
Bununla birlikte, küçük parçacıkların bundan çok daha hızlı hareket etmesi sağlandı. 1960’ların başlarında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden William Bertozzi elektronları gittikçe daha yüksek hızlarda hızlandırmayı denedi.
Elektronlar negatif yüke sahip olduklarından, aynı negatif yükü bir malzemeye uygulayarak onları itmek mümkündür. Ne kadar çok enerji uygulanırsa, elektronlar o kadar hızlı hızlanır. Fakat sonunda MIT profesörleri bariyere ulaştılar: Işık hızı.
Işık hızı sabit midir?
Bu soru Albert Einstein’ı oldukça düşündürttü. Işığın sınırlı bir hızı varsa, hareket eden bir roketin önüne bir meşale bağlarsanız ne olur? Bu meşaleden gelen ışık, ışık hızından daha hızlı gitmez mi? Einstein birkaç “Gedanken” (düşünce deneyi) ile bu konuya kafa yordu ve çılgın bir çözüm buldu: Bir nesnenin hareketi bir şekilde zamanı yavaşlatmalı. Zaman artık sabit değildi ve böylece görelilik doğdu.
Pek çok deney, Einstein’ın tahminlerini dikkatlice test etti. 1964’te, MIT’deki William Bertozzi elektronları çeşitli hızlara kadar hızlandırdı. Daha sonra kinetik enerjilerini ölçtü ve hızları ışık hızına yaklaştıkça elektronların daha da ağırlaştığını buldu – o kadar ağırlaşana kadar daha hızlı gitmeleri imkansızdı. Peki elektronların daha fazla hızlanamayacak kadar ağırlaşmadan önce hareket etmesini sağlayabileceği maksimum sabit neydi? 299,792.458 km. Yani ışık hızı.
Bir başka önemli testte, fizikçiler Joseph Hafele ve Richard E. Keating, ticari uçaklarla dünya çapında çeşitli yolculuklarda senkronize, süper hassas sezyum atomik saatler uçurdu. Yolculuklardan sonra, tüm hareketli saatler birbirleriyle ve laboratuvardaki referans saatle aynı fikirde değildi. Yani bu şu anlama geliyordu: Işık hızı hala sabitti. Ölçülen zaman hıza göre değişiyordu!
Sonuç olarak baktığımızda elimizde sabit bir ışık hızı var. Bunu Einstein’ın genel görelilik teoreminden ve onu kanıtlayan nice deneylerde gördük. Kütlesi olan herhangi bir cismin de asla ışık hızına ulaşamayacağını, bunun için sonsuz bir enerjiye sahip olması gerektiğini öğrendik. Peki ışık hızını geçebilecek herhangi kütlesiz bir yapıyla hiç karşılaşabilecek miyiz? Bu sorunun cevabını geleceğin bilim insanlarına bırakıyoruz…
