Işık hızı neden geçilemez?

Bundan önce biraz Higgs Alanından bahsedelim. Higgs Alanı evreni tamamen kaplar ve maddeye, parçacıklara vb. kütle kazandırır. Haraket eden cisimler, higgs alanıyla etkileştiği için cisim yavaşlar fakat bu durum foton için farklıdır. Foton, kütlesi olmadığı için Higgs alanıyla etkileşmiyor ve onu kimse durduramıyor, yoluna kendi hızında devam ediyor. Fakat biz bu alanla etkileştiğimiz için ışık hızını malesef geçemiyoruz.

Öncelikle soru çok yerinde; ne yazık ki popüler olarak gördüğümüz bir çok açıklama ışık hızının geçilememesini bunun için sonsuz enerji gerekmesine ya da Higgs alanına bağlamakta. Bu açıklamalar ışık hızının geçilememesine sebep olarak verildiklerinde hatalıdırlar!

Bu konuyu madde madde özetleyelim:

1. Işık hızının geçilememesi bir sonuç değil bir kabuldür! Einstein'ın özel göreliliğinin ikinci varsayımı (postulate) bize ışık hızının bütün gözlemciler için aynı olduğunu söyler. Matematiksel olarak hesapladığımızda da bu varsayımın sonucu olarak bulduğumuz durum şudur: Işık hızından daha yavaş giden bir cisim ışık hızını geçemez, ve ışık hızından daha hızlı giden bir cisim de ışık hızından daha az hızlı hale gelemez.
2. Her gözlemci kendine göre durgun olduğu için, gözlemci olarak alabileceğimiz her nesne en azından bir gözlemciye göre (kendisine göre) sıfır hızına sahiptir. Bu sebeple de durgun olarak alabileceğimiz hiçbir nesne ışık hızını geçemez! Örneğin ışığın kendisi ışık hızında hareket ettiği için ışığı durgun olarak gözlemleyebileceğimiz bir referans sistemi matematiksel olarak mümkün değildir.
3. Pekala evrende asla durgun halde alınamayacak ve her zaman ışık hızından hızlı giden nesneler olabilir, özel görelilik bu nesnelerin olmaması gerektiğini söylemez! Gerçekten de bu tarz hipotetik nesneler matematiksel bir araç olarak kullanılabilirler de, örneğin kuantum alan teorisinden ışık hızından hızlı giden hipotetik parçacıklar kullanılmaktadır!
4. Özel göreliliğe ek olarak nedensellik (causality, determinism değil) koşulunu getirirsek bilgi taşıyan hiçbir nesnenin ışık hızından hızlı gidemeyeceği sonucuna varırız, çünkü ışık hızından hızlı giden nesneler için neden sonuçtan sonra gelebilir (bu matematiksel olarak çıkıyor). Bu sebeple de klasik fizikte hiçbir cismin ışık hızından hızlı gidemeyeceğini söyleyebiliriz. Kuantum fiziğindeyse her cisim gözlemlenebilir değildir, daha doğrusu boşlukta kendiliğinden oluşup yok olan nesneler tanımlayabiliriz, ve bu nesneler pekala bilgi taşımayabilir. Bu durumda bu nesnelerin ışık hızını geçmesinde bir sorun yoktur; yukarıda dediğim gibi böyle nesneleri kuantum alan teorisinde kullanıyoruz da.
5. Peki niçin Einstein özel göreliliğinde böyle bir kabul almıştır? Ve neden kalkıp da bu kabulünü bugün dahi kullanıyoruz? Cevap çok basit: Çünkü bu kabul altında türettiğimiz teoriler deneyleri geçmişin teorilerine göre çok çok daha iyi açıklıyor! Öyle ki özel göreliliğin kabullerini reddederek bugünkü deney sonuçlarını açıklayabilen bir alternatif teorimiz yok!
6. Son olarak, sürekli ışık hızı geçilemiyor desek de aslında kastettiğimiz ışığın boşluktaki hızıdır! Işık bir madde içinde ilerlerken çok daha yavaş ilerleyebilir, örneğin camdaki hızı boşluktaki hızının 4'de 3'üdür, ve camda ışığı geçebilmemiz teorik olarak mümkündür. Deneylerde de boşluk olmayan bir ortamda ışıktan hızlı gidebilen parçacıklar gözlemlenmiştir, buna Çerenkov radyasyonu denir.

Peki popüler olarak sunulan nedenler doğru değiller mi? Onlara da kısaca değineyim:

1. Işık hızından hızlı bilgi iletilememesi klasik fizikte de olan bir olgudur, kuantum fiziği ile yapılan açıklamalar bu sebeple tam doğru değildir! Örneğin Higgs alanı ile foton arasında bir etkileşim olmamasını ve bu sebeple fotonun kütlesiz olması doğru bir ifadedir, fakat ışık hızının geçilememesinin foton ile bir ilgisi yok! Sonuçta klasik fizikte foton diye bir şey dahi yok, klasik fizikte ışık sadece bir elektromanyetik dalga!
2. Bir cismin ışık hızını geçebilmesi için ona vermemiz gereken enerji gerçekten de sonsuzdur, eğer bu cisim ilk başta ışıktan daha yavaş hareket ediyorsa. Fakat bu ışık hızının geçilememesi için bir sebep değildir, tam tersine ışık hızının geçilememesinin matematiksel sonucudur. Bir başka deyişle sonsuz enerji gerektiği için ışık hızı geçilemiyor değil, ışık hızı geçilemediği için sonsuz enerji gerekiyor.

Zamanında niçin özel göreliliğin kabullerine ihtiyacımız olduğu üzerine denklemsiz bir yazı yazmıştım Evrim Ağacı'nda, ekliyorum ona da bakabilirsin.

şöyle basit bir mantık kuralım.iki denek olsun.biri şişman diğeri de zayıf hangisi daha hızlı koşar?.zayıf olan daha hızlı koşar tabii ki.hatta kimyada çok basamaklı tepkimelerinin hızının yavaş basamağa göre belirlenmesinin nedeni budur.şimdi parçacık boyutunda bakacak olursak duruma yine öyledir.kinetik teoriye göre hafif olan atom ağır olan atoma göre daha hızlıdır.dolayısıyla kütle azaldığında hız artar.bildiğimiz üzere ışık kütlesizdir.bu da onu evrendeki en hızlı madde yapar.evrenin hız limitidir.he şimdi "ışık hızına ulaşmak için gereken enerji sonsuzdur" ifadesine gelirsek bu ifade biz kütleli cisimler için kullanılır.çünkü hızımızı arttırdığımızda enerjimiz artar dolayısıylada kütlemiz artar.(e=mc^2).ışık hızına ulaştığımızda sonsuza yakın enerji gerekmektedir çünkü evrenin hız sınırına ulaşıyorsunuz ayrıca kütlenizde artıyor.