Bunu anlamak için, kütlesiz sözcüğünün anlamını biraz daha yakından irdelememiz gerekmektedir. Fizikte, cisimlerin kütlesini iki durumda tanımlayabiliriz: Durgun kütle ve göreli kütle. Bir cisme "kütlesiz" dediğimizde kastettiğimiz, durgun kütlesinin sıfır olmasıdır. Durgun ve göreli kütle arasındaki farkın detayları için buraya göz atabilirsiniz.
Kütlenin Sıfır Olması
Her ne kadar fizikte bir cismin kütlesi ve enerjisi ön planda olsa da momentumu da diğer ikisi kadar önemli olan bir özelliğidir. Momentum (p), bir cismin kütlesi (m) ile hızının (v) çarpımıyla bulunur ve kütle ile enerji gibi momentum da daima korunur: p=mv
Kütlesiz veya hareketsiz bir cismin momentumu olmamasını bekleriz. Ancak durum bu değil. Yani "Kütlesiz bir cisim kütleçekiminden nasıl etkilenir?" sorusu, "Kütlesiz bir cismin nasıl enerjisi veya momentumu olabilir?" diye de sorulabilir. Bunlardan herhangi birinin cevabını vermek, diğer hepsinin cevabını verecektir.
Einstein'ın meşhur denkleminin genişletilmiş versiyonuyla başlayalım: Momentumu olmayan sistemler için enerji, E=mc2 olarak ifade edilir. Bu denkleme momentum eklenirse formül şu hali alacaktır:
E2=(pc)2+(m0c2)2
Dolayısıyla kütlesiz bir cismin bile enerjisi vardır, çünkü kütlesiz bir parçacık için yukarıdaki denklemde m=0 olmaktadır; ancak bu, denklemin sağ tarafını sıfır yapmaya yetmemektedir: E=pc olacak şekilde sadeleşmektedir ve kütlesiz cismin enerjisi, momentumu ile ışık hızının çarpımına eşit olmaktadır.
Peki, kütlesiz bir cismin neden momentumu vardır? Eğer p=mv ise ve fotonlar kütlesiz ise, elde ettiğimiz son denklemdeki p nasıl sıfırdan başka bir sayı olabilmektedir? Burada dalga-parçacık ikiliği devreye girmektedir. Kuantum Teorisi çerçevesinde de Broglie'nin ortaya koyduğu üzere, bir dalganın momentumu, Planck sabiti ve dalga boyu ile şu şekilde ilişkilidir: p=h/λ
Yani belli bir dalga boyu olan her madde, bu dalga özelliğinden ötürü de bir momentuma sahip olacaktır. Bu momentum, cismin kütlesinden veya hızından bağımsızdır. Aslında tüm maddelerin belli bir dalga boyu vardır, ancak hhh o kadar küçük bir sabit ve makro boyuttaki cisimlerin dalga boyu (λ) o kadar büyük bir sayıdır ki bu tür bir momentumun etkisi ihmal edilebilir ve doğrudan p=mv ile hesaplanabilir. Elbette ışığın momentumu çok çok küçük bir değerdir (10−28kgm/s). Zaten öyle olmasaydı, fotonların çarptığı nesneler masadan düşerdi. kritik nokta, ışığın momentumunun çok çok küçük olmasına rağmen sıfır olmadığı gerçeğidir.
Işığın Kütlesi
Işığın göreli kütlesi yok denecek kadar azdır: mışık=m1=3.15 × 10−36kg
Bu ufacık kütle üzerine anlamlı bir kütleçekimi etki edebilmesi için, ikinci kütlenin devasa büyüklükte olması gerekmektedir. Bu nedenle ışık, günlük hayatta karşılaştığımız nesnelerin ufak kütlesinden pek etkilenmez; ancak kara delikler, nötron yıldızları ve yıldızların kütlesinden etkilenir. Örneğin Güneş'ten 500 kat büyük kütleye sahip bir kara deliğin ığışa etkisi epey büyük olacaktır: mkaradelik = m2 = 9.94 × 1032kgm [1]
Toparlayacak olursak; Işık ışınları, uzayda iki nokta arasında hareket ederken her zaman aradaki en kısa yolu takip eder ve bu en kısa yol uzayın şekline bağlıdır. Uzayın eğriliği kütle tarafından belirlendiği için ışık ışınları da kütleçekiminden etkilenir.[2] Karadeliğin kütleçekimi o kadar büyüktür ki fotonlar bükülmekle kalmaz, o çekimden kaçamazlar bile
Kaynaklar
- Çağrı Mert Bakırcı. Fotonlar Kütlesizse, Kütleçekiminden Neden Ve Nasıl Etkileniyorlar?. (2 Temmuz 2022). Alındığı Tarih: 24 Şubat 2022. Alındığı Yer: Evrim Ağacı | Arşiv Bağlantısı
- Dr. Mahir E. Ocak. Işık Kütlesizse Neden Kütleçekiminden Etkileniyor?. Alındığı Tarih: 24 Şubat 2022. Alındığı Yer: Tübitak bilim genç | Arşiv Bağlantısı
