Fizik

Matematiğin Kabul Ama Fiziğin Reddettiği Işıktan Hızlı Olan Takyonlar Nedir?

Işık hızı gerçekten doğanın hız sınırı mıdır? Böyle olduğu­na inanmak için güçlü gerekçelerimiz var, ancak bilimde hiçbir şey mutlak değildir. 2011 yılında İtalya’da yapılan bir deney, nötrino olarak bilinen temel parçacıkların ışıktan daha hızlı hareket edebildiğine dair kanıtları ortaya çıkarmıştı. Her ne kadar sonradan çürütülmüş olsa da bu, yeterince anlaşılmayan temel parçacıkların kozmik hız sınırını aşabileceğinin ilk iddiası değildi. Bir önceki aday ise takyonlardı.

takyonlar

Einstein’ın görelilik kuramına göre, kütleli hiçbir parçacık ışık hızından öteye hızlandırılamaz ya da geçemez. Tanıdık evren, boşlukta ışık hızında hareket edebilen fotonlar gibi kütlesiz parçacıklardan ve her zaman daha yavaş hareket eden kütlesi olan parçacıklardan oluşur. 

Einstein’ın Özel Görelilik Teorisinin temel bir özelliği, kütlesi olan nesneler için hız arttıkça kütlenin de artmasıdır. Günlük koşullar altında bu artış fark edilemeyecek kadar küçüktür. Ancak kütlesi ışık hızında hareket eden herhangi bir şeyin sonsuz kütleye sahip olması gerekir ki bu imkansızdır. Ancak yine de bu durum fizikçilerin takyon adını verdikleri varsayımsal bir parçacık hakkında düşünmelerini engellemedi.

Takyonlar Nedir?

Işıktan Hızlı Olan Takyonlar Nedir?
Bu bir takyon. Ama hata yapmayın, bu parçacıklar sadece bilim kurgu yazarlarının hayal gücünün ürünü değildir.

Takyonların varlığına, özel görelilik kuramının matematiği izin verir. Sıradan parçacıklar nasıl asla ışık hızına çıkamıyorsa, takyonlar da ışık hızından yavaş gidemez. Takyonlar her daim hareket halinde olduklarından durgun kütleleri de yoktur.

Takyonlar ilk olarak görelilik öncesi zamanlarda fizikçi Arnold Sommerfeld tarafından önerildi. Konuyu fizikçi Gerald Feinberg devraldı ve bu parçacıklara, Yunanca ‘hızlı’ anlamına gelen “Takyon” adını verdi. “Takyon” terimi bilimsel literatüre ilk olarak 1967’de “Possibility of faster-than-light particles (Işıktan hızlı parçacıkların olasılığı )”  başlıklı makale ile dahil oldu.

Bu terminolojinin uzantısı olarak, ışıktan daha yavaş hareket eden parçacıklara tardyonlar (veya daha modern kullanımda bradyonlar) ve fotonlar gibi tam olarak ışık hızında hareket eden parçacıklara luksonlar denmekteydi.

Işıktan Hızlı Olan Takyonlar Nedir?
Takyonlar, ışık hızından daha hızlı hareket eden ve zamanda geriye doğru giden varsayımsal parçacıklardır.

Takyonlar Matematiksel Olarak Mümkündür

Einstein’ın özel görelilik kuramının en önemli ve anlamlı sonuçlarından biri, aşağıdaki formülde gördüğünüz c’nin evrensel hız sınırını belirlemesidir. Bu ışığın boşluktaki hızıdır. Kütleli bir cisim ışık hızına eriştiğinde, Einstein’ın görelilik kuramının matematiğine göre cismin kütlesi sonsuz olmaktadır. Işık hızının aşılması sonucunda, denklemlere göre kütle sonsuz değil, sanal olmaktadır.

Denkleme bir göz atalım. Burada E, bir parçacığın kütle enerjisi, m kütlesi, v hızı ve c ışık hızıdır.

Bu formülde eğer cismin hızı ışık hızından daha büyük olursa o zaman kare kökün içi eksi olur. Eksi sayılarda kare kök dışına çıkamayacağına göre, ancak kare kök dışına sanal sayı olarak çıkar. Bu sonuca göre de, kütle sanal (soyut) kütle olur. Yani herhangi bir cisim veya parçacık ışık hızından daha yüksek bir hızda hareket ediyorsa, bu cisim veya parçacık soyut (eksi) kütleye sahip demektir. 

Bir Takyon enerji kaybederse yavaşlar, enerji kazanırlarsa hızlanır. Bu, durum da bir soruna yol açar. Sonucunda ışık hızından daha hızlı hareket eden yüklü parçacıklar, Cherenkov radyasyonu şeklinde enerji yayar. Bu da onların daha da çok hız kazanmalarına neden olacaktır. Enerji kaybettikçe de daha da çok hızlanacaklar ve sonunda kontrolden çıkacaklardır.

Takyon Nedir?
Takyonlar bilim-kurgu yazarı Gregory Benford’a 1980 yılı romanı Timescape için ilham kaynağı olmuştur. Romanda araştırmacılar, yaklaşmakta olan ekolojik felaket hakkında uyarmak için 1998’den 1962’ye mesaj gönderirler. Bunu yapmak için, varlığını Einstein’ın görelilik matematiğinin öngördüğü, fakat sahip ol­duğu özelliklerin garipliğinden dolayı günümüzde sadece bilim-kurgu sayfalarında kendine yer bulabilen “takyon” adındaki varsayımsal ato­maltı parçacıkları kullanırlar.

Takyonlar Zamanda Yolculuğa da İzin Verecektir

Duyu organlarımız aracılığıyla oluşturduğumuz algılara göre, geçmişten geleceğe doğru 24 saatlik bir hızla, yani her zaman aynı hıza sahip bir zaman akışı içerisinde hareket etmekteyiz. Ancak takyon dünyasındaki tüm ölçümler matematiksel olarak eksi, yani negatif değerler alır. Bunun sonucunda da eksi (-) zaman oluşmakta, yani zaman tersine dönmektedir. Bu da ilginç paradoksların ortaya çıkmasına neden olacaktır.

Buna bir örnek istiyorsanız basit bir deney düşünelim. Bir kişi ayda bir kişi dünyada bulunsun. Birbirlerine bir düğmeye basarak ışık yollasınlar. Normal koşullarda ışığın Dünyayla Ay arasındaki mesafeyi kat etmesi yaklaşık 1,3 saniye sürer. Bu durumda biz dünyada düğmeye basınca aydaki arkadaşımız bunu 1,3 saniye sonra görecektir. Sonrasında da o da düğmeye basacak ve biz de ışığı toplam 2,6 saniye sonra görmüş olacağız.

Olayların farklı zamanlarda farklı referans çerçevelerinde nasıl göründüğü

Peki ya sinyali ışıktan daha hızlı gönderebilsek ne olurdu? Eğer parıltıyı sadece 2 saniye sonra görürsek, düğmeye basmamızla ışığın par­laması arası sadece 0,7 saniye (2 – 1,3 = 0,7) sürmüş demektir. Uzaktan bakıldığında her şey normaldir.

Ancak bu süreçte Ay’a ışık hızına yakın bir hızla giden birine göre garip bir şey gerçekleşir. Ay’da ışığın parlaması, siz Dünyada düğ­meye basmadan önce olur. O zaman size ışıktan hızlı bir sinyal de onlar göndererek Ay’daki parıltıyı gördüklerini bildirebilirler. Bu sinyal siz daha düğmeye basma­dan önce size ulaşacaktır. Böyle bir senaryodan kaçınmanın tek yolu, ışıktan hızlı sinyal olabile­ceğini reddetmektir. Sonuçta bu durum, modern bilimin kalbinde yer alan “neden-sonuç zincirini” bozmaktadır.

Bir Gün Bir Takyon Gözlemlemek Mümkün Olacak mı?

Takyonlar, ışıktan daha hızlı hareket eden varsayımsal parçacıklardır, ancak var olup olmadıklarını kimse bilmiyor.

Aslında bu sorunun kesin cevabını vermemiz mümkün değil. Diğer parçacıklar gibi, muhtemelen akıl almaz derecede küçük olmaları bir yana, takyonlar her zaman ışıktan daha hızlı hareket ettiğinden, yaklaşırken bir tanesini tespit etmek mümkün değildir. Bunun nedeni, ilişkili tüm fotonlardan daha hızlı hareket etmesidir.

Her ne kadar matematik yoluyla bu soyut kütleyi hesaplayabiliyorsak da, bizim bildiğimiz ve kullandığımız ölçü aletleriyle bunları ölçemeyiz, tartamayız ve göremeyiz. Bunlar matematik olarak varlar, fakat fizik açısından yoklar. Takyonların gerçekte gösterdiği şey, evreni anlama arayışımızda hayal gücünün önemidir. Onlar var olmayabilirler ve varlarsa bir tane ölçme umudumuz olmayabilir.

Ama kimi zamanlarda teknolojimizin yakalayamadığını, zihnimiz yakalayabilir. Zamanda geriye yolculuk eden bir parçacığın olasılığını ve bunun zamanın doğası, Evren ve onları dolduran olaylar hakkında ne söylediğini düşünebiliriz. Buna hiçbir engel yoktur.

Sonuç olarak;

Takyonların olasılığına ilişkin daha yeni araştırmalar, bunların gerçek kütleye sahip olmasını içeriyor. Her iki durumda da çoğu fizikçi onları “düşünmesi eğlenceli ama var olması pek mümkün olmayan” kategorisine koyuyor. Yine de takyona inananlar arasında kararlı bir azınlık varlığını sürdürüyor ve ara sıra kanıt sağladığını iddia eden makaleler yayınlanıyor.

1929’da, George Sylvester Viereck ile The Saturday Evening Post’ta yayınlanan bir röportajda Albert Einstein’ın şöyle dediği bilinmektedir. ” Hayal gücü bilgiden daha önemlidir. Bilgi sınırlıdır. Hayal gücü dünyayı kuşatır.” Takyonlar ile ilgili yapılan düşünce deneyleri de buna güzel bir örnektir. Göz atmak isterseniz: Einstein “Hayal Gücü Bilgiden Daha Önemlidir” Diyerek Gerçekte Ne Söylemek İstemişti?


Kaynaklar ve ileri okumalar


Size Bir Mesajımız Var!

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 veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak 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.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu