Fotonların enerjisi sonsuz olmadığına göre nasıl ışık hızında gidiyorlar?

Kütleli cisimleri ışık hızına ulaştırmak için sınırsız enerjiye ihtiyacımız var, evet bu doğru. Lakin kütlesiz parçacıklar için böyle bir şey söz konusu değil. Hatta özel göreliliğe göre kütlesiz parçacıklar ışık hızında gitmek zorunda. Fotonlar da kütlesiz oldukları için ışık hızında gidiyorlar

Bu arada fizikten bahsederken "madde" kelimesi pek çok bağlamda kullanılabilir, dikkatli olmak lazım. Mesela kozmolojide madde baskın evrenden kast edilen evrende var olan nesnelerin yavaş hareket ettiğii ve dolayısıyla iç basıncının az olduğudur. Parçacık fiziğinde ise kuvvet taşıyıcı parçacıklardan (bozonlardan) ayırmak için de kullanılabilir. Ek olarak "enerji" bir özelliktir, tıpkı kütle, yük gibi. O yüzden "her şeyin enerjidir" anlamsız bir cümle iken "her şeyin enerjisi vardır anlamlı bir cümledir.

Cisimlerin kütlesi arttıkça, onları hızlandırmak da zorlaşır. Zaten bu sebeple CERN gibi araştırma kurumları çarpıştırma deneylerinde ufacık protonları kullanırlar. Aynı şeyi bir demir bilye ile yapmaya çalışacak olsanız, binlerce kat güçlü mıknatıslara ihtiyaç duyarsınız, muhtemelen ışık hızına yaklaşmak mümkün olmaz, çünkü bir bilyenin kütlesini o hıza çıkarmak aşırı zordur. Protonları bile %100 ışık hızına çıkarmamız mümkün değildir; ancak ona çok yakın bir hıza eriştirebiliriz. İşte zaten o sebeple ışık hızı aşılamaz. Bilyeyi bile o hıza çıkaramazken, ışık hızına yaklaşan cisimlerin kütlesinin sonsuza yaklaşıyor olması, o "bir gıdımlık daha" hızlanmayı imkansız kılmaktadır.

Ama fotonların kütlesi yok. Dolayısı ile ışık hızında gidebiliyorlar.

Fotonlar da dahil olmak üzere evrenimizdeki her parçacık, "Higgs alanı" dediğimiz bir alan içerisinde hareket ederler. Bunu su içerisinde yüzmeye benzetebilirsiniz; ya da sert rüzgarlı bir havada, rüzgara karşı yürümeye. Nasıl ki su içerisinde veya rüzgara karşı ilerlemek zorsa, parçacıklar da Higgs alanından geçerken zorlanırlar ve bu onlara kütle kazandırır. Farklı parçacıklar Higgs alanıyla farklı şiddetlerde etkileşime geçerler. İşte bu sebeple bazı cisimler daha ağırdır, bazı diğerleri daha hafiftir. Fotonlar da Higgs alanından geçerler; ancak onunla hiç etkileşmezler, olduğu gibi içinden geçer giderler.

Bu ne anlama gelir? Fotonlar bu alanla etkileşmedikleri için, onların hızını kesecek hiçbir unsur yoktur. Bir diğer deyişle, serbest bir şekilde, hiçbir engele takılmaksızın uzayda hareket ederler. Dolayısıyla tek sınırları, halihazırda var olan sabit hızları gibi gözükmektedir. Bu hız fotonun, dolayısıyla herhangi bir diğer parçacığın da çıkabileceği en yüksek hızdır. Çünkü kütlesiz olup, hiçbir kütle kazandırıcı alanla etkileşmeden gidip de, daha yüksek bir hıza çıkmanız bu evren şartlarında mümkün değildir; mümkün olsaydı, fotonlar o hıza çıkabilirlerdi. Çünkü kütlesizden daha kütlesiz bir yapı var olamaz; dolayısıyla fotondan daha "hafif" olup da, daha hızlı gitmesini hayal edebileceğimiz bir parçacık var olamaz. Evren'imiz bu hızla sınırlanmıştır.

Yani kim olursa olsun ve ne kadar yüksek teknoloji geliştirirsek geliştirelim, 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.