Fotonların Cilvesi: Işık Hızını Neden Geçemeyiz?

Bu yazının içerik özgünlüğü henüz kategorize edilmemiştir. Eğer merak ediyorsanız ve/veya belirtilmesini istiyorsanız, gözden geçirmemiz ve içerik özgünlüğünü belirlememiz için [email protected] üzerinden bize ulaşabilirsiniz.

Işık hızının saniyede 299.792.458 metre olduğu, artık ilginç bir gerçek olmaktan çıkmış olmalı; hiç olmazsa ''İlginç Bilgiler'' başlığı altında verilebilir bir madde olmaktan çıkmıştır diye düşünüyoruz. Belki de kimilerimiz için bugün bile ilginç ve gelecekte bu ilginçliği getiren ilgi, fizikte yeni ufuklar açacak, bilemiyoruz. Ancak biz, bir fizikçiye göre ''c'' olan ve evrendeki tüm enerji formları için bir üst limit olan hızdan bahsediyoruz. 

Kim olursa olsun ve ne kadar zor olursa olsun, bu hıza asla ulaşamayacağız. Bunun sebebi ise çok basit: kütlemiz var! Kütleli bir nesneyi istediğiniz gibi hızlandırabilirsiniz. Ancak şunu söylemeliyiz ki, ''c'''ye (Latince'de ''celeritas'', yani ''hız'') ulaşabilmeniz için sonsuz enerjiye gerek duyarsınız. Üzülerek söylüyoruz ki, evrende sınırlı bir enerji var. 

Ne var ki bu, ''c''nin %90'ına, %99'una ya da %99,9999'una razı olacağımız anlamına da gelmiyor. Bizler her zaman, enerjiden ekstra bir parça daha ekleyerek, hızı ''c''ye yaklaştırıyoruz; ancak ulaşmamızın olanağı bulunmuyor. Buna, yani ışık hızına yaklaşma deneyimlerine en fazla, Higgs bozonunu bulduğumuz CERN'de tanık olduk. 

İki protonu birbiriyle, saniyede 299.792.447'şer metre hızlarla çarpıştırarak (ışık hızından yalnızca 11 m/s düşük), yani iki protonu da zıt yönlerde, aynı hıza çıkararak gerçekleştirdiğimiz çarpışmalarda bizler, Einstein'ın E=mc²'sinin sınırladığı enerji aralığında, inanılmaz enerjik parçacıklar elde edebiliyoruz. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki güncellemeler tamamlandığında ise söz konusu çarpışma hızı, saniyede 299.792.455 metreye çıkarılacak (yani ışık hızından sadece 3 m/s düşük) ve şimdiye kadar Dünya üzerindeki en hızlı protonlar elde edilecek. Ancak buna ''hemen hemen'' parametresini de eklemeliyiz. 

Sonuçta proton, 1836 katı kadar ağır olduğu, atom çekirdeği etrafındaki elektrona nispeten ağır bir parçacık. Protonları, elektronlardan yüksek enerjilerde elde etmiş olsak bile, elektronları aynı hızlara çıkarmamız için gereken enerji, protonları bu hızlara çıkarmamız için gereken enerjinin 1836'da 1'i olur; yani %0,054'ü. Aradaki oran açık: kütleler, yani enerjiler. Yani E=mc²; diğer bir deyişle, bir miktar kütlenin enerji olarak karşılığını, kütleyi, çok büyük bir sayı olan, ışık hızının karesi ile çarparak bulabiliriz. Atom bombalarında da bu prensip işler; çok az bir madde (atomik boyutlardaki izotoplar), inanılmaz bir enerji açığa çıkarır. Konumuza dönelim. 

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın öncülü olan Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı, 104,5 GeV'luk (1 GeV, yani ''1 Gigaelectronvolt'': kabaca bir protonun kütlesinin enerji olarak ifadesi) hızıyla rekoru hâlâ elinde bulundursa da, güncellemeden sonra Büyük Hadron Çarpıştırıcısı için beklenen 6500 GeV'luk enerjinin yanında heyecan verici duruyor. Aslında 6500 GeV heyecan verici; fakat ilk deneyden elde ettiğimiz veriler, iki enerji için de heyecanı artırmaya yetiyor. 

Esasında çıkılması beklenen hız, saniyede 299.792.457,9964 metre; diğer bir deyişle, ışık hızının %99,9999999988'i. Bu hız, vakumda; yani prensipte hiçbir madde parçacığının olmadığı boşlukta, ışık hızından saniyede 3,6 milimetre yavaş. Tabii bunlar, bizim enerji kaynakları kısıtlı Dünya'mızdan çıkan sonuçlar. Evrenden bu bağlamda ne gelir; bilemiyoruz, fakat bizim elektromıknatıslı hızlandırıcılarımızdan yüksek enerjilerde bir şeyler olduğu kesin gibi görünüyor. 

Dış uzay, çöken yıldızlarla, süpernovalarla (yıldız kalıntılarıyla) ve süper kütleli kara deliklerle dolu. Özellikle büyük galaksilerin, süper kütleli kara delikler bulunan aktif merkezleri söz konusu olduğunda, manyetik alanlar, Dünya'mızın manyetik alanıyla veya rutin alanlarla karşılaştırılamayacak derecede, milyarlarca kat daha fazla gözlenir. Uzayda her yönden gelen ve adeta evreni kat eden kozmik ışınlar (yüksek enerjili parçacıklar; genellikle protonlar), bizim dünyada ürettiğimiz her makineyi adeta gözümüzde küçültüyor. 

Evet, daha yüksek enerjilere çıktıkça daha az parçacığa rastlıyoruz; fakat en yüksek enerjiler, artık GeV ile ölçülmüyorlar. GeV'in 1000 katı olan TeV (Teraelectronvolt), hatta TeV'un 1000 katı olan PeV (Petaelectronvolt) söz konusu! Tüm bu rakamların yerine şunu söyleyebiliriz: bu enerjilerin hepsini, 10 milyar GeV'a kadar çıkarabiliyoruz; burada sınırlanıyoruz. 

İşte buradaki sayı oldukça ilginç! Çünkü 40 veya 50 milyar GeV'un üzerine çıkıp o enerjilerde kalmanıza, evren izin vermiyor! ''Sorun nerede?'' öyle değil mi? İster inanın, ister inanmayın, parçacığınız ne kadar yüksek enerjilere çıkarsa çıksın, Büyük Patlama'dan kalan bir radyasyon banyosunun içinden geçmek zorunda! Bu radyasyon, 2.725 Kelvin (-270 Santigrat derece) değerine karşılık gelen bir sıcaklığa sahip, yani bizler için çok soğuk. Eğer bizler her bir fotonun uzaydaki ortalama enerjisini hesaplarsak, 0,00023 electronvolt gibi çok küçük bir enerjiye ulaşırız. Her zaman, bir yüksek enerjili ve yüklü parçacık, bir fotonla etkileşme olasılığına sahip olur. Bu, etkileşen tüm parçacıkların sahip olduğu olasılıkla aynı olasılıktır: eğer E=mc² izin veriyorsa, yeni bir parçacığın oluşabilmesi olasılığı var demektir. 

Şu işe bakın ki, gözlemler de 50 milyar GeV sınırının üzerinde, kozmik ışın bulunmadığını ortaya koyuyor! Protonlar bu enerjiyle hareket ettiği sürece hızlarının ne olacağını tahmin edebilir misiniz? Hızları bu durumda tam olarak, saniyede 299.792.457,999999999999918 metre olurdu. Bu, en yakın galaksiye göndereceğimiz proton ve fotonun yarışında, fotonun, Dünya'mıza sadece 22 mikronluk (mikron: milimetrenin 1000'de 1'i) bir farkla önce ulaşacağı demek. 

Sonuç: evrendeki tüm yüklü parçacıklar (her kozmik ışın, her atom çekirdeği, her proton) ışık hızı ile sınırlanmıştır. Aslında Büyük Patlama'nın kalıntısı sebebiyle, ''Tam olarak ışık hızıyla bile değil; ışık hızına çok yakın bir hızla sınırlanmıştır.'' demek, daha doğru olur. 


Kaynaklar ve İleri Okuma:

  1. HISPARC Cosmic Rays
  2. Milliern Files
  3. Nature

Kasırgalar Artçı Sarsıntıları Tetikleyebiliyor!

Arkeoloji Ne Değildir?

Yazar

Emre Oral

Emre Oral

Yazar

Katkı Sağlayanlar

Çağrı Mert Bakırcı

Çağrı Mert Bakırcı

Editör

Evrim Ağacı'nın kurucusu ve idari sorumlusudur. Popüler bilim yazarı ve anlatıcısıdır. Doktorasını Texas Tech Üniversitesi'nden almıştır. Araştırma konuları evrimsel robotik, yapay zeka ve teorik/matematiksel evrimdir.

Konuyla Alakalı İçerikler

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim