Fotonların kütlesiz olduğu doğru olsa da, radyometrenin (Crookes radyometresi) yapraklarını hareket ettirmesi fotonların doğrudan kütlesiyle ilgili değildir. Bunun yerine, radyometredeki yaprakların hareket etmesi, gaz molekülleri ve ışığın yol açtığı ısıl etkilerle açıklanabilir. Bu olgu, fotonların enerjisiyle madde üzerindeki dolaylı etkileriyle bağlantılıdır.
Radyometre Nasıl Çalışır?
Radyometre, içinde çok düşük basınçta gaz bulunan bir cam tüp içinde yer alan dört hafif metal yapraktan oluşur. Bu yapraklar genellikle bir tarafı siyah, diğer tarafı parlak olacak şekilde tasarlanmıştır. Radyometreye ışık ya da başka bir enerji kaynağıyla radyasyon verildiğinde, yapraklar dönmeye başlar. İlk bakışta bunun fotonların doğrudan yapraklara çarpıp onları hareket ettirdiği düşünülebilir, ancak işleyiş mekanizması daha karmaşıktır.
Fotonların Kütlesiz Olmasına Rağmen Etkisi
Fotonlar kütlesizdir, ancak enerjileri vardır. Fotonların taşıdığı enerji, yaprakların siyah tarafını ısıtır. Siyah yüzeyler daha fazla ışık emer ve daha fazla ısınır. Isınma, yaprakların etrafındaki gaz moleküllerini hareketlendirir. Siyah tarafın ısınması, bu tarafa temas eden gaz moleküllerinin daha fazla enerji kazanmasına neden olur. Gaz molekülleri, siyah tarafla temas ettiklerinde daha hızlı hareket eder ve bu yüzden daha büyük bir kuvvet uygularlar. Parlak (yansıtıcı) yüzey ise daha az ısınır, dolayısıyla gaz molekülleri bu tarafa daha az kuvvet uygular.
Yüzey Sıcaklığı ve Gaz Moleküllerinin Etkisi
Bu farklı sıcaklık farkı, yapraklar arasında dengesiz bir kuvvet oluşturur ve gaz moleküllerinin siyah yüzeyden parlak yüzeye doğru hareket etmesine yol açar. Bu süreçte yapraklar dönmeye başlar. Yaprakların dönme yönü, siyah yüzeyin gaz moleküllerini daha fazla itmesi nedeniyle siyah yüzeyin geriye doğru hareket etmesi şeklinde olur.
Yanlış İlk Teoriler ve Güncel Anlayış
İlk başta, bu hareketin ışık basıncından kaynaklandığı düşünülmüştü. Işık basıncı fotonların momentumunun bir etkisidir ve gerçekten de ışık basıncı teorik olarak küçük bir kuvvet uygular. Ancak, radyometrede gözlemlenen hareketin, sadece ışık basıncıyla açıklanamayacak kadar güçlü olduğu fark edildi. Bunun sonucunda radyometre hareketinin ısıl etkilerle, yani gaz moleküllerinin hareketlenmesiyle ilişkili olduğu anlaşıldı.
Sonuç
Radyometrenin yapraklarının hareketi, fotonların kütlesiz olmalarına rağmen taşıdıkları enerjiyle dolaylı olarak gaz moleküllerini hareketlendirmelerinden kaynaklanır. Siyah yüzeyin daha fazla ısınması gaz moleküllerinin daha hızlı hareket etmesine neden olur ve bu, yapraklar arasında dengesiz bir kuvvet yaratarak döner hareketi oluşturur.
30 gün
90 gün
1 yıl
