Işık hızında giden bir trenin içinde, ışık hızında giden bir cisim daha olsa ışık hızı geçilmez mi ?

Güzel bir soru. Bunu daha iyi anlamamız için soruyu biraz değiştireceğim: "Işık hızıyla giden bir araba, farlarını açarsa ne olur? Farlardan çıkan ışık, ışık hızını aşar mı?" Bu sorunun farklı gözlemcilere göre 2 cevabı bulunmaktadır:

Arabanın içindeki gözlemciye göre far ışığı arabanın önünü aydınlatır. Çünkü araba, sabit süratle hareket etmektedir. Unutmayın; sabit süratle hareket eden bir sistemin hareketsiz bir sistemden farkı yoktur. Sabit süratle ilerleyen bir trenin içinde hangi deneyi yaparsanız yapın, onun hareket edip etmediğini dışarıya bakmadan anlayamazsınız.

Arabanın dışındaki gözlemciye göre ise durum daha farklıdır. Far ışığı ve araba aynı süratle, ışık hızında ilerlediği için far ışığı arabanın önünü aydınlatamaz.

Peki hangi gözlemci haklı, hangisi hatalıdır? Aslında ikisi de haklıdır. Asıl hata sorudadır. Hiçbir kütleli cisim, ışık hızına ulaşamaz. Sorumuz, bu en temel kurallardan birini çiğnemektedir. Dolayısıyla buna net bir cevap verilememektedir.

Tabii, kuralları çiğnemeden, örneğin arabanın ışık hızında değil de ışık hızına çok yakın bir hızda hareket ettiğini varsayarsak sonuç; iki gözlemci için de aynı olur. Far ışığı, arabanın önünü aydınlatır. Ve paradoks da çözülür.

Bunu daha iyi kavramanız için Tren Paradoksu'ndan da bahseden bu makaleyi şiddetle okumanızı tavsiye ederim.

Öncelikle soruyu düşünürken ilk hatamız şu oluyor; Trenin ışık hızında gittiğini kabul ediyoruz. Ancak ışık hızında giden bir tren içindeki her şeyle birlikte tamamen enerji olacağından kütlesel manada bir şeyi kalmayacaktır, yani o artık tren değil ve sen de içeride yürüyebilecek bir form değilsindir.

Soruyu şu şekilde düzeltmek daha doğru olacaktır. Işık hızına çok yakın bir hızda giden bir trende, aynı yönde toplam hızımız ışık hızından fazla olacak şekilde hareket etsen ışık hızını geçebilir misin?

Ancak bu soruda da şöyle bir sıkıntı oluyor. Normal hızlarda uzay-zaman ayrılmaz ikiliymiş gibi gözükse de ışık hızına yaklaştıkça uzay-zaman dokusunda bozulmaya ve zaman anlayışında kaymaya yol açılır. Bunun en basit örneği trenin içinde sen elindeki saate bakıp 1 saniye geçtiğini gördüğünde, dışarıdan izleyen benim için daha çok zaman geçmiştir.

Bu önemsiz bir detay gibi gözükse de sonuçta şuna yol açıyor; Hız dediğimiz kavram alınan yola ve zamana bağlı olduğundan, senin birim zamanda aldığını düşündüğün yol dışarıdan bakan bir gözlemci için (trenden bağımsız senin hızından bahsediyorum) birim zamanda düşündüğünden daha az bir yol alacağın anlamına geliyor. Ve trenin hızı ne kadar artarsa senin hızın da o kadar yavaşlayacağından popüler görüş hiçbir şekilde bu toplamı sağlayamayacağını söylüyor.

Aynı zamanda trenin içi ve dışına göre değişen tek şey zaman değil uzunluktur da, bu da bir yönden istediğimiz hızı imkansızlaştırıyor. Atacağım kaynak ışık hızında giden trende farklı bir soruyu cevaplandırıyor ancak oradan bu uzunluk kaymasını daha iyi anlayabilirsin.

^[1]

Evrende mantık tutarlılığı yaratan en büyük faktör ışık hızının elektromanyetik etkileşimin sınırını belirlemesidir. Bu sınır hem zaman tutarlılığı hem uzay (mekan) tutarlılığı yaratır (tabi bizler için çünkü zamana tabi olan yani evrenin lokal bir yerinde konumlanan nesneler için). Bu nedenle mantık kuralları sadece evren içindeki (lokal bir bölgede olan) gözlemciye göre oluşmuş tutarlılık kurallarıdır. (Tabi bu tutarlılık kurallarını sadece bilinçli gözlemciler sorgulama kapasitesine sahiptir ki bu da tutarlılığın evrende sınırlarının olmasını bilinçli gözlemciler için anlamlı hale getirir. Bunun da anlamı tutarlılık sadece bilinçli gözlemciler için önemli ve anlamlıdır. Çünkü tutarlı olmayan bir evrende hiç bir mantık kuralı oluşturmak mümkün olmaz. ) Mantık kurallarını mutlak kabul edenler (ezeli ve ebedi) kabul edenler bu noktada çok büyük bir yanılgı içindeler. Çünkü onlar mantık kurallarını evren ötesi kurallar olarak kabul etmiş olurlar. Oysa bu kurallar zaten evrenin varlığı ve fiziği ile ortaya çıkmış uzay zaman tutarlılığına (yani fizik kurallarına dayalı ortaya çıkmış kurallardır) dayanan kurallardır. Hal böyle olunca ışık ile ve ışık hızı ile ilgili konular sınırlara ulaşınca paradoksa dönüşür ve mantık tutarlılığı (örneğin olayların zamanda belli bir sırada gerçekleşmesi gibi etkileşim kuralları) biter. Bu nedenle ışık hızı bir sınırdır. (Aynı nedenle ışık hızı tutarlılık sınırıdır da) Bu sınır elektromanyetik etkileşimin hız sınırıdır bundan öte bir elektromanyetik hız limiti olmadığından eklemeli hız söz konusu olmaz. Yani ışık hızına yakın giden trenin içinde bir ışık tutarsanız yine bu hız limitinin daha ötesi olmadığı için bu limit sınır olacaktır ve ötesine elektromanyetik etkileşim olarak geçilmeyecektir. Bunu şey gibi düşünebilirsiniz. Ortada bir araba var ve arabanın maksimum hızı vardır ve daha ötesine araba hız yapamaz. Tabi elektromanyetik etkileşim evrenin dokusundan kaynaklı bir hız limitine sahip olduğundan her şekilde bu limit maksimum hızı oluşturur ve trenin içinde yada dışında bu limit tren ne kadar hızlı olursa olsun geçerli bir sınır teşkil eder. (Not evrendeki tüm madde etkileşimleri elektromanyetik etkileşimlere dayanır. Işık da elektromanyetik bir dalgadır. Bu nedenle ışıkla etkileşim kurmak da elektromanyetik bir etkileşimin ürünüdür. )