Fizik

​Işık Hızından Daha Hızlı 4 Olası Durum

En baştan söyleyelim. “Işık hızı geçilemez” argümanı bu hali ile çok da doğru değil. Günümüzde evrendeki bazı olguları düşündüğümüzde veya bazı gözlemleri ele aldığımızda, ışık hızından daha yüksek hızlar ortaya çıkabiliyor.

1905’te Albert Einstein, fizikçilerin Evren’e bakışını sonsuza dek değiştirdi. Einstein’ın özel görelilik teorisi, kütle ve enerjiyi basit bir denklem ile birbirine bağladı. Bu küçük denklem, kütlesi olan hiçbir şeyin ışık kadar veya daha hızlı hareket edemeyeceğini öngörüyordu. Einstein’dan bu yana, fizikçiler bazı varlıkların ışık hızından daha hızlı olabileceğini yine de özel göreliliğin koyduğu kozmik kuralları takip edebildiğini keşfettiler. Bunlar Einstein’ın teorisini çürütmese de, ışığın kendine özgü davranışları ve kuantum alemi hakkında bize fikir verir.

​Işık Hızından Daha Hızlı Neler Var?

Big Bang

Işık hızından daha hızlı ne var dendiği zaman aklınıza ilk olarak genişleyen evrenimiz gelmelidir. Bildiğiniz gibi Evrendeki galaksiler, birbirlerinden hızla uzaklaşıyorlar. Bu durum, evrendeki en uzak galaksilerin bizden ışık hızından daha hızlı uzaklaştığı anlamına geliyor. Ancak bu “hiçbir şeyin ışıktan hızlı gidemeyeceği” düşüncesi ile çelişmez. Fotonlar, doğaları gereği ışık hızını aşamazlar, ancak ışık parçacıkları evrendeki tek kütlesiz varlık değildir. Boş uzay hiçbir madde içermez ve bu nedenle tanımı gereği kütlesi yoktur.

Büyük Patlama sırasında erken evren, güçlü antikütle çekimi güç alanları ile doluydu. Bu da uzay ve zamanın inanılmaz bir hızla genişlemesine neden oldu. Genişleme o kadar hızlıydı ki, farklı bölgeler birbirinden ışık hızından daha hızlı bir şekilde ayrıldı. Başlangıçta bir saniyenin trilyonda birinin trilyonda biri içinde, Evren iki katına çıktı. Sonrasında da bu durum sürekli olarak tekrarladı. Sonuç olarak, evrenin dış kenarı ışık hızından çok daha hızlı bir biçimde genişledi.

Kuantum Dolanıklığı

Kuantum dolanıklığı kulağa karmaşık ve ürkütücü gelir. Ancak ilkel düzeyde bu durum aslında atom altı parçacıkların birbirleriyle iletişim kurma şeklidir. Kuantum teorisinde eğer birbirine yakın iki elektron varsa, bunlar birlikte titreşebilirler. Bu iki elektronu birbirinden yüzlerce hatta binlerce ışık yılı uzaklıkta olacak şekilde ayırsak bile bu anlık iletişim köprüsü açık kalır.

Bir elektronu sallarsak, diğer elektron bu titreşimi anında, ışık hızından daha hızlı algılar. Kuantum dolanıklık teorisi, birbiriyle eşleşmiş olan iki farklı parçacığın birbirine bağlı şekilde hareket etmesidir. Aslında, 1935’te Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen, kuantum teorisini bir düşünce deneyiyle çürütmeye çalıştılar. EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoksu olarak adlandırılan makaleleri günümüzde kuantum kriptografi gibi uygulamaların temelini attı. Ama aslında EPR deneyi birçok kez yapıldı ve her seferinde Einstein yanıldı. Bilgi ışıktan hızlı gider ama son gülen Einstein olur. Bunun nedeni, ışık bariyerini aşan bilgilerin rastgele ve dolayısıyla işe yaramaz olmasıdır.

Solucan Deliği

Kütlesi olan hiçbir şey ışıktan hızlı seyahat edemeyeceğinden, yıldızlararası yolculukları klasik anlamda roketler ile gerçekleştirme şansımız yok. Einstein, özel görelilik teorisiyle bu hayalimizi yok etmiş olsa da 1915’teki genel görelilik teorisiyle bize yeni bir umut verdi. Özel görelilik kütle ve enerjiyi birleştirirken, genel görelilik uzay ve zamanı birbirine dokundurur. Halk dilinde solucan deliği dediğimiz şey teorik olarak bir şeyin anında çok büyük mesafeler kat etmesine izin verir. Bu da çok kısa bir sürede büyük mesafeler kat ederek kozmik hız sınırını aşmamızı sağlar. Ancak bir sorunumuz var. Bu geçitleri açık tutabilmek için henüz keşfetmediğimiz egzotik bir tür maddeye ihtiyacımız var. Kısaca solucan delikleri şu noktada bir süre daha bilimkurgu ögesi olmak zorunda.

Çerenkov Radyasyonu 

Resimde Idaho Ulusal Laboratuvarı’ndaki Gelişmiş Test Reaktöründe nükleer reaktörlerin içinde mavi bir parıltı olarak ortaya çıkan ışık patlamasını görüyorsunuz.

Sonik patlama, bir nesne havada ses hızından daha hızlı hareket ettiğinde oluşan şok dalgalarıyla ilişkilendirilen sestir. Sonik patlamalar, insan kulağına bir patlama ya da gök gürlemesi gibi gelen, muazzam miktarlarda ses enerjisi üretir. Aynı mantıkla teori de, bir şey ışık hızından daha hızlı giderse, “ışık patlaması” gibi bir şey üretmelidir.

Aslında, bu ışık patlaması Çerenkov (Cherenkov) Radyasyonu adıyla dünyamızda nükleer reaktörlerin içinde mavi bir parıltı olarak gözlemlenebilir. Cherenkov radyasyonu, adını ilk kez 1934’te ölçen ve keşfi için 1958’de Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülen Sovyet bilim adamı Pavel Alekseyevich Cherenkov’dan alıyor.

Bu parlamanın nedeni test reaktörünün çekirdeğinin soğutma amacıyla suya batırılmış durumda olmasıdır. Işık suda, uzay boşluğundaki hızının yüzde 75’i oranında bir hızla hareket eder. Ancak çekirdeğin içindeki reaksiyonun yarattığı elektronlar, suda ışıktan daha hızlı hareket eder. Bu hızla hareket eden elektronlar da bazen mavi bazen de mor ışık olarak parlayan bir ışık şok dalgası üretirler.



Einstein Yanılıyor muydu?

Einstein’ın özel görelilik teorisinin, kütleye sahip hiçbir şeyin ışık hızından hızlı gidemeyeceğini belirttiğini ve Evrenin bu kurala uyduğunu unutmayın. Peki ya kütlesi olmayan şeyler? Bu nedenle, cümlemizi “evrende bilgi veya madde, evrensel hız limitinden daha hızlı iletilemez” şeklinde değiştirdiğimizde, daha doğru bir argümana ulaşıyoruz.


İleri okumalar:

  • Jessica Orwig; These 4 Cosmic Phenomena Travel Faster Than The Speed of Light; Yayınlanma Tarihi: 19 Mart 2018 Yayınlandığı Yer: Sciencealert Bağlantı: https://www.sciencealert.com/
  • Michio Kaku; 4 Things That Currently Break the Speed of Light Barrier; Yayınlanma Tarihi: 9 Kasım 2010 Yayınlandığı Yer: Bigthink; Bağlantı: https://bigthink.com/
  • 4 cosmic phenomena that travel faster than the speed of light; Yayınlanma tarihi: 18 Ocak 2016; Bağlantı: https://www.businessinsider.com/

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.
Başa dön tuşu