ışık kütlesiz ise güneş yelkenleri nasıl çalışıyor?

Işığın kütlesi olmamasına rağmen, momentumundan kaynaklanan enerjisi vardır. Kütleli cisimler için momentum p=mv formülü ile hesaplanırken, ışığın momentum enerjisi biraz farklı hesaplanır p=h/λ, h bu formülde Planck Sabiti, λ ışığın metre cinsinden dalga boyunu temsil eder. Planck sabiti= 6,63*10^-34 .

Enerji kütle eşdeğer formülünü hareket halindeki kütleli veya kütlesiz parçacıklar için yazarsak, E²=m²c⁴+p²c² kütle gördüğümüz yeri sıfırlasak bile + işaretinden sonraki değer sıfır olmaz, dolayısı ile ışığın momentumundan kaynaklı bir enerjisi vardır ve formülün kısaltışmış hali E=p*c dir.

NASA, Güneş Yelkenlisi projesi üzerinde çalışmaktadır. İlk hedef, bir veya bir kaç gram ağırlığındaki bir aracı, Dünya'dan veya uydulardan yelkenliye odaklanan lazer ışınları sayesinde, ışık hızının %20 sine ulaşarak, bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri'ye bir yolculuk yapmaktır.^[1][2]

Işıkların kütleleri yoktur ancak momentumları vardır. Bu projenin bir benzeri olan, Hawking'in de kuruculuğunu yaptığı Breakthrough Starshot'dan bahsedeyim. Hawking, Breakthrough Starshot isimli girişimle böyle bir yelken düşünmüştü. Bu yelken üç konseptlidir: Minyatürleştirilmiş uzay aracı, ışık gücüyle itki (ışık, dediğim üzere momentuma sahiptir) ve faz kitlemeli lazerlere sahiptir. Ve yerde ise kilometrelerce ölçeğinde bir dizi lazer tek bir ışınımda birleşir ve onlarca gigawattlık güçle çarpar. Ve saatte 160 milyon kilometre hızına ulaşabilir.^[1]

Sözgelimi yelkenin hareket etmesi, fotonların momentuma sahip olmasıdır. Zaten itme dediğimiz şey deltaP yani momentumdaki değişimdir.

Pekiştirme yapmak için şöyle de diyebiliriz: Fotonların enerjilerileri vardır, bunu biliyoruz ve şu denklemle açıklanır E = pc ve buradaki p, momentumdur. Ancak klasik fizikteki momentum gibi P = mv değildir buna dikkat ediniz. Burada p = hλ'dır.