Işıklar birbiri içinden nasıl geçer?

Işık demetleri birbirinin içinden geçer, çünkü boşlukta ve doğrusal ortamlarda elektromanyetik dalgalar birbirine kuvvet uygulamaz, yalnızca üst üste biner (süperpozisyon ilkesi). Fotonlar elektrik yükü taşımadığı için Maxwell denklemlerinde birbirine doğrudan bağlanmazlar. İki el feneri demetini kesiştirdiğinizde kesişim bölgesinde alanlar toplanır, sonra her demet hiçbir şey olmamış gibi yoluna devam eder.

Işığın birbirini "görmemesi" aslında günlük hayatın şartı. Karşı yönlerden gelen ışık dalgaları birbirini bozsaydı, uzaktaki bir yıldızın ışığı gözümüze ulaşana kadar her yönden gelen öteki ışıkla karışıp dağılırdı. Bu yüzden gökyüzüne bakıp milyarlarca yıl önceki bir galaksiyi net görebiliyoruz.

Kesişim bölgesinde bir şey olmuyor da değil. Dalgalar girişim yapar, yani bazı noktalarda alan güçlenir, bazılarında sönümlenir. Ama bu, enerjinin yok olması anlamına gelmez, enerji yeniden dağılır ve kesişimden sonra demetler eski haline döner. Girişimin "dalgaların birbirini itmesi" mi yoksa "basit toplam" mı olarak yorumlanması gerektiği üzerine literatürde tartışmalı yorum çalışmaları var, ancak bunlar standart tahminleri değiştirmiyor (Mardari vd., 2009). Ana akım görüş süperpozisyondur.

Bu kural bazı koşullarda aşılır:

• Doğrusal olmayan ortamlar: Çok yoğun lazer ışığı bir kristal ya da gaz içinden geçerken ortamın tepkisi ışığın şiddetine bağlı hale gelir. Bu durumda ışık demetleri ortam aracılığıyla enerji alışverişi yapabilir. Plazmada kesişen iki yüksek güçlü lazer arasında yaklaşık yüzde 7'ye varan enerji aktarımı gözlenmiştir (Science, 2009).
• Metamalzemeler: Nano ölçekte tasarlanmış ince bir tabakada, düşük şiddetli iki tutarlı (koherent) demet doğrusal olmayan etki gerekmeden birbirini kontrol edebilir. Burada etkileşimi yine malzeme sağlar (Zhang vd., 2012).
• Kuantum elektrodinamiği: Foton-foton saçılması, sanal elektron-pozitron çiftleri üzerinden kuramsal olarak mümkündür. Bu etki aşırı küçüktür. ATLAS deneyi, kurşun iyonlarının çarpışmalarında bu süreci doğrudan gözlemledi (Schott, 2020).

Yani asıl ayrım şu: ışık ışıkla doğrudan etkileşmez, ya bir ortam aracılık eder ya da çok küçük kuantum düzeltmeleri devreye girer. Günlük koşullarda ise demetler birbirinin içinden pürüzsüzce geçer.