Rahatsız Edici Bir Gerçek: Işık Hızı Aşılamaz Ama Neden?

Albert Einstein, doğa kanunları hakkında parlak öngörüleri ile sık sık tüm zamanların en etkili bilim insanlarından biri olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte çalışmalarının, özellikle bir gün uzak yıldızlara seyahat etmeyi uman bilim meraklıları için, hayal kırıklığı yaratan bir sonucu var. Bu, Evrende en yüksek hızın bir sınırı olması ile ilgilidir. Diğer bir deyişle elde ettiği sonuçlar bize ışık hızının aşılamayacağını söyler. Bu, en yakın yıldıza mümkün olan en kısa gidiş-dönüş yolculuğunun yaklaşık on yıl süreceği anlamına gelir.

Peki ama neden? En bilgili bilim meraklıları bile, neden ışıktan hızlı gidemeyeceğiniz konusunda genellikle yanlış veya en azından eksik bir anlayışa sahiptir. Sonucunda bu nihai hız sınırı ilginç bir gerçektir. Ayrıca sezgilerimize de oldukça aykırıdır. Sonuçta, arabanızda gaza basarsanız daha hızlı gidersiniz. Arabanızın azami bir hız sınırı olsa da, savaş uçakları ve mermiler gibi daha hızlı şeylerin var olduğunuz da biliyoruz. Ancak ne yaparsak yapalım, ~300.000 km/sn’den daha hızlı gidemezsiniz. Bunun sebebi ise kütlemizin olmasıdır.

Işık Hızı Neden Aşılamaz Sorusunun Klasik Cevabı

ışık hızından daha hızlı

Bu kozmik hız sınırı için en yaygın açıklama, bir nesnenin hızının arttıkça kütlesinin artmasıdır. Bu açıklama elbette doğrudur. Bu nedenle de genel açıklama bu biçimdedir. Sonuçta nesnelerin kütlesi ışık hızına yaklaştıkça sonsuz hale gelirse, bu hız engelini aşamamanız mantıklıdır. Bunu başarmak için sonsuz enerji gerekir. Ancak ne yazık ki evrende sınırlı bir enerji vardır.

Işıktan hızlı gidememenizin gerçek nedenini anlamak için Einstein’ın teorisinden önemli bir fikir öğrenmemiz daha gerekiyor. Ortak deneyimimiz bize uzay ve zamanın farklı şeyler olduğunu söylerken, farklı olmaktan çok benzer olduklarını artık biliyoruz. Bu nedenle uzay ve zaman yerine, uzay-zaman denen tek bir şeyden bahsederiz.

Işık Hızı İle Uzay Zaman Olgusunun İlişkisi

Bu fikri belki de bir örnekle daha kolay açıklayabiliriz. Herhangi bir dünya haritasına bakın. Haritada bir konumu iki sayı olarak tanımlayabiliriz: enlem (kuzey/güney ) ve boylam (doğu/batı numarası). Bazı küçük farklılıklar olsa da (örneğin, kuzeye/güneye gidildikçe daha sıcak veya daha soğuk olur), iki yön arasında gerçekten bir fark yoktur. Uzay-zamanda, hemen hemen aynıdır. Tıpkı gezginlerin doğuya/batıya karşı kuzeye/güneye hareket etmeye karar vermesi gibi, bireyler de zaman veya uzayda hareket edebilir. Daha fazla bilgi için bu yazımıza göz atabilirsiniz.

Minkowski uzayı, Einstein’ın özel görelilik teorisi ile yakından ilişkilidir ve özel göreliliğin formüle edildiği en yaygın matematiksel yapıdır. 

Yazının bundan sonrasını daha iyi anlamak için kendinizi büyük ve düz bir yolda hayal edin. Bu esnada altınızda yalnızca tek bir hızda diyelim ki 100 km/sa hızda gidebilecek şekilde gaz pedalının kilitli olduğu bir araba olsun. Şimdi direksiyona geçelim ve sürelim. 100 km hızla doğuya giderseniz, kuzey/güney yönünde hiç hareket etmezsiniz. 

Benzer şekilde, kuzeye sabit hızda gidebilirsiniz, ancak o zaman doğuya/batı yönünde hiç hareket edemezsiniz. Ya da kuzeydoğuya 100 km hızla gitmeyi seçebilirsiniz. Böylece hem doğu hem de kuzey yönlerinde yaklaşık 69 km/sa hızla hareket edebilirsiniz. Sonucunda hangi yönde giderseniz gidin bu sabit hızdan daha hızlı hareket edemezsiniz.

Ve uzay-zamanda da durum aynıdır. Nesneler uzay-zamanda ışık hızında hareket eder. Duran bir nesne uzayda hiç hareket etmez ise nesne zamanda ışık hızında hareket eder. Ancak uzayda ışık hızıyla hareket eden bir cismin zamanda hareket edecek hızı kalmamıştır. Bu fikir aynı zamanda hızı gittikçe artan bir nesne için zamanın yavaşlaması ile ilgili olguyu da açıklayacaktır. Sonucunda uzayda seyahat eden bir nesne, zamanda daha az seyahat ediyor demektir.

Hız Sınırı Aslında Acı Bir Gerçektir

ışık hızı neden aşılamaz

Uzayda ışık hızında seyahat etmenin zor olmasının nedeni, uzay yönünde daha fazla hareket etmek için nesneyi zaman yönünde hareket halinden dışarı itmeniz gerekmesidir. Bunu başarabilsek bile o tek hızı geçemezsiniz. Bu, nihayet yıldızlararası uzaya çıktığımız gün ışıktan daha hızlı seyahat edemeyeceğimiz mi anlamına mı geliyor? Sonucunda galaksinin merkezine gidiş-dönüş ışık hızında seyahat etsek bile 50.000 yıl sürer. Bundan daha iyisini yapabilir miyiz?

Ne yazık ki, cevap hayır. En azından yeni bir bilimsel keşif olmadan bu mümkün değil. Warp sürücüsü, hiperuzay ve tanıdık bilimkurgudaki tüm ışıktan hızlı seçenekler gerçek değil ya da en azından doğa kanunlarına dair en iyi anlayışımız tarafından bilinmiyor. Ancak unutmayalım. Bilim insanları daha önceleri de radyo dalgaları ve radyoaktivite gibi, bir zamanlar bilinmeyen şeyler keşfettiler. Bu nedenle bir keşfin her şeyi değiştireceği düşünülebilir. Yani, belki de gelecekte bir umut vardır.



İleri okumalar için: What’s the real reason you can’t go faster than the speed of light?; Yayınlanma tarihi: 17 Nisan 2022; Bağlantı: https://bigthink.com/


Dip Not:

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bu Yazılarımıza da Bakmanızı Öneririz