Işığın Kütlesi Yoksa Neden Kütleçekiminden Etkileniyor? Işığın Nasıl Enerjisi Olabiliyor?

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Modern fiziğe birazcık ilgi duyan herkes, ışığın kütlesiz olduğunu bilecektir. Ancak aynı kişiler, uzak mesafelerden gelen ışığın galaksiler ve karadelikler gibi yüksek kütleli gök cisimleri etrafında yön değiştirdiğini, yani kütleçekiminden etkilendiğini de bileceklerdir. Uzak bir kaynaktan çıkan ışık, adeta bir lensten geçiyormuş gibi kırılarak odaklanır. Biz de, örneğin Dünya'dan bunu gözleyebiliriz. Bu olaya, kütleçekim lensleme etkisi denir. İyi ama, eğer ki ışık kütlesizse, nasıl oluyor da kütleçekiminden etkilenir?

Sorunun cevabı aslında çok basittir: Kütleçekimi aslen "iki cismin birbirini çekmesi" demek değildir. Klasik Fizik ya da Newton Fiziği'ne göre bu böyledir, evet. Bu yüzden okullarda hep bu basit versiyonu öğretilir. Ancak günümüzde Newton'un Kütleçekim Teorisi'ni büyük oranda egale etmiş ve bu teorinin kullanımını, sadece günlük yaşantımızdaki sıradan nesnelerle sınırlandırmış olan Einstein'ın Görelilik Teorisi sayesinde biliyoruz ki, kütleçekimi cisimlerin birbirine kuvvet uygulaması olayı değildir. Kütleçekimi dediğimiz olay, uzay-zaman dokusunun bükülmesiyle ilgilidir. 

Özellikle büyük kütleli cisimler, içerisinde bulundukları uzay-zaman dokusunu, tıpkı gergin bir çarşaf üzerine bırakılan ağır bir top gibi bükerler. Bu bükümün etki edebildiği bölgeden geçen her cisim, uzay-zamanın dokusundaki bu bozulmadan etkilenir. Buna kütleli-kütlesiz her cisim dahildir. Örneğin Ay'ın Dünya'nın yörüngesinde dönmesinin nedeni, aralarında bulunan çizgisel bir çekim kuvveti değildir. Dünya'nın uzay-zaman dokusunu bükmesinden ötürü oluşan çukur içerisinde Ay'ın dönüp durmasıdır. 

Aynı şekilde, bu bükülmeden ışık da etkilenmektedir. Eğer ki ışığın geçtiği yolda büyük kütleli bir cisim varsa (bir karadelik gibi), bu cismin uzay-zaman dokusunu bükmesi, ışığın yolunu değiştirmek zorunda kalmasına neden olur. Çünkü ışık, kütlesinin var olup olmamasından bağımsız olarak uzay-zaman dokusu içerisinde ilerlemek zorundadır. Eğer ki bu doku bükülmüşse, ışık da onu takip etmek zorundadır. 

Kütlesiz Işığın Nasıl Enerjisi Olabilir?

Bu durumda akla şu soru gelebilir: "Einstein'ın meşhur E=mc2E=mc^2 formülüne göre enerjisi olan her şeyin kütlesi olmak zorundadır. Işığın enerjisi vardır. O zaman ışığın neden kütlesi yoktur?"

Soru oldukça güzel ve önemlidir. Hata ise, bu formülün hareket halinde olmayan cisimlerin kütlesi için kullanılabiliyor olmasıdır. Buna durgun kütle adı verilir. Işık gibi parçacıklar ise durgun değildir, sürekli hareket halindedir. Hatta, ışık hızında hareket ederler. Hareketli cisimler için Einstein'ın meşhur denklemi, birazcık daha "sevimsiz" hale gelir ve şöyle olur:

Er=p2×c2+m02×c4E_r=\sqrt{\smash[b]{{p^2}\times{c^2}+{m_0^2}\times{c^4}}}

Burada pp, hareketli cisimlerin sahip olduğu momentum, cc ışık hızı, m0m_0 durgun kütle, ErE_r ise relativistik enerjidir. Dolayısıyla enerjisi olan her cismin kütlesi olmasına gerek yoktur, hızı olması da yeterlidir. Kütlesiz olan fotonlarda da m0=0m_0=0 olduğu için, bu formül Er=pcE_r=pc olarak sadeleştirilebilir. Görülebileceği gibi, fotonların enerjisi E=mc2E=mc^2 formülü ile değil, E=pcE=pc formülü ile hesaplanmaktadır.

Peki E=mc2E=mc^2 formülünü ne zaman kullanıyoruz? Kütleli olan cisimlerde formülün m02×c4m_0^2\times{c^4} kısmı o kadar büyük olur ki, p2×c2{p^2}\times{c^2} kısmı önemsiz derecede küçük kalır. Bu nedenle o kısmı yok saymak mümkün olur ve formül E=mc2E=mc^2 olarak sadeleşir. Yani kütlesi olan her cismin, hareketsiz olsa bile bir enerjisi vardır ve hareketsizlik durumunda meşhur E=mc2E=mc^2 formülü ile enerjisi hesaplanabilir.

Ancak uzun lafın kısası, Einstein'ın formülü kütleli cisimler için basitleştirildiği ve o haliyle meşhur olduğu için enerjisi olan her cismin kütlesi olması gerektiği gibi bir algı yayılmıştır; ancak bu doğru değildir. Kütlesiz cisimler de enerjiye sahip olabilir. Dolayısıyla ışığın kütlesi yoksa bile, enerjisi vardır.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • 3
  • 7
  • 2
  • 3
  • 1
  • 2
  • 1
  • 1
  • 0
  • 0
  • 1
  • 1
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • W. Mike. Q & A: Photons, Mass, Gravity, Light, Rest Mass, Invariant Mass, Energy, Momentum. (2018, Ocak 19). Alındığı Tarih: 03 Temmuz 2019. Alındığı Yer: University of Illinois

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 20/07/2019 07:13:42 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/3365

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!
Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

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 Gönder