300 milyon newton neye eşit olur ve bu kuvveti nasıl elde edebiliriz?

300 milyon Newtonluk bir kuvveti gözümüzde canlandırmak için önce standart mekanik çerçeveden bakalım. Dünya'nın yerçekimi ivmesini kabaca 10 m/s² alırsak, bu kuvvet yaklaşık 30 milyon kilogramlık, yani 30 bin tonluk bir kütlenin ağırlığına eşdeğerdir. Orta boy bir ticari geminin veya devasa bir baraj kapağına binen su yükünün fiziksel baskısını hayal edebilirsiniz. İnşaat veya makine mühendisleri bu tarz devasa statik yüklerle uğraşabilirler. Benim asıl uzmanlığım fotonik olduğu için dev çelik karkasların stres analizleri beni aşıyor, ancak konuya kendi alanımdan bakarsak işin rengi çok daha eğlenceli bir hal alıyor.

Bir laboratuvar faresi olarak benim aklıma hemen şu soru geliyor: Bu kuvveti ışıkla, yani fotonlarla nasıl elde edebiliriz?

Bildiğiniz gibi ışığın kütlesi yoktur ama momentumu vardır. Bir lazer ışınını bir yüzeye yönelttiğinizde, fotonlar o y��zeye çarparak radyasyon basıncı dediğimiz itme kuvvetini uygular. Uzayda yakıtsız itki sağlamak için tasarlanan güneş yelkenlerinin temelinde yatan fiziğin kalbi de burasıdır. Işığı kusursuz şekilde yansıtan bir aynaya lazer gönderdiğimizde elde edeceğimiz kuvvetin formülü F = 2P/c şeklindedir. Burada F kuvveti, P lazerin gücünü, c ise boşluktaki ışık hızını temsil eder.

Şimdi lazer güvenlik gözlüklerinizi takın, biraz hesap yapıp 300 milyon Newton kuvveti sadece ışınlarla elde etmeye çalışalım. Formülü gücü bulmak için tersine çevirdiğimizde (P = F × c / 2) şöyle bir tablo çıkıyor ortaya: 300 milyon Newton ile saniyede yaklaşık 300 milyon metre olan ışık hızını çarpıp ikiye bölüyoruz. Karşımıza 4.5 × 1016 Watt, yani 45 Petawatt gibi korkunç bir rakam çıkıyor.

Güneş'in Dünya atmosferinin tamamına gönderdiği toplam gücün yaklaşık 174 Petawatt civarında olduğunu hatırlatmak isterim. Sadece bir cisme 30 bin tonluk bir kuvveti ışık aracılığıyla uygulamak için, tüm gezegenimize düşen güneş ışığının yaklaşık dörtte biri kadar devasa bir enerjiye ihtiyacımız var. Şu an sistemlerimizde kullandığımız dünyanın en güçlü lazerleri, femtosaniye mertebesindeki çok kısa süreli atımlarla 10 Petawatt sınırını ancak zorluyor. Bu gücü sürekli olarak vermek ise mevcut optik altyapımızla tamamen imkansız, zira fotonları taşıyacak fiber kablolar ve aynalar anında eriyip plazmaya dönüşürdü. Kısacası bu kuvveti mekanik yollarla kütle kullanarak elde etmek hidrolik presler için standart bir işken, aynalara ışık çarptırarak elde etmek için bilimkurgu fantezilerine ihtiyacımız var.