Işığın hacmi yoksa neden 3 boyutludur?

Işığın üç boyutlu olması kendi içinde katı bir hacme sahip olmasından değil, içinde hareket ettiği uzayın üç boyutlu olmasından ve bir elektromanyetik dalga olarak bu koordinatlara yayılmasından kaynaklanır. Kısacası ışık, bir koli veya bilardo topu gibi yer kaplayan fiziksel bir hacme sahip değildir, fakat üç boyutlu uzayda belirli bir bölgeye yayılarak enerji taşır.

Günlük hayatta hacim dediğimiz kavram, genellikle maddenin yani fermiyonların (elektronlar ve kuarklar gibi parçacıkların) bir sonucudur. Pauli Dışarlama İlkesi gereği iki özdeş fermiyon aynı anda aynı kuantum durumunu paylaşamaz. Masaya vurduğunuzda elinizin masanın içinden geçmemesini, atomların belirli bir hacim kaplamasını sağlayan şey bu kuraldır. Işığı meydana getiren fotonlar ise bozon sınıfındadır. Bozonlarda bu dışarlama kuralı işlemez, aynı noktaya veya duruma teorik olarak sonsuz sayıda foton üst üste yığabilirsiniz. Bu yüzden temel parçacık fiziğinde foton noktasal kabul edilir, yani kendine ait katı bir iç hacmi veya dinlenme kütlesi yoktur.

Işığın üç boyutla anılmasının sebebi ise dalga mekaniğidir. Işık, uzayda ilerleyen bir elektromanyetik dalgadır. İlerleme doğrultusu bir eksendir, bu doğrultuya dik salınan elektrik alan ikinci eksendir, her ikisine de dik salınan manyetik alan ise üçüncü eksendir. Pratikte bir lazer demetini ele alırsanız, bu demetin bir kesit alanı (en ve boy) ile darbe süresinden kaynaklanan bir boyu (derinliği) bulunur. Yani dalga paketi uzayda üç boyutlu bir geometriyi tarayarak akar.

Özetle ışık mekanik bir nesne gibi yer işgal edip başkasına kapalı bir hacim yaratmaz. Fakat var olduğu, salındığı ve yayıldığı evren üç uzay boyutuna sahip olduğu için taşıdığı elektromanyetik alan ve enerji dağılımı zorunlu olarak üç boyutta tanımlanır.