Video, ışık hızının neden aşılamayacağını Özel Görelilik, nedensellik ve bilgi aktarım sınırları üzerinden açıklar; aynı zamanda gölgeler, makas örneği, süpernovalar ve Cherenkov radyasyonu gibi olaylarda görülen süperluminal (ışık hızından hızlı) görünümün neden gerçek bir hız aşımı olmadığını gösterir. Ayrıca evrenin genişlemesi, warp sürüşü/solucan delikleri ve Kozmik Enflasyon gibi kavramların ışık hızı sınırlamasıyla nasıl uyumlu olduğunu tartışır.
Işık hızı aslında ışığa özgü bir hız limiti olmaması. Yine size daha önceki videolarda gösterdiğim gibi, ışık hızı ışıkla ilgili bir olay değil, Evren'de her şeyin yaşandığı sahne olan uzay-zaman dokusunun nitelikleriyle ilgili bir olay. Yani mesela sadece ışık değil, kütlesiz olan her şey (mesela graviton veya gluon gibi parçacıklar da) Evren'deki maksimum hızda gitmek zorunda ve o maksimum hız, bugün "ışık hızı" dediğimiz şey. Evrensel hız limiti derken kastettiğimiz şey, ışığın uzay boşluğundaki, yani vakumdaki saniyede yaklaşık 300.000 kilometrelik hızı.
"Süperluminal", yani ışıktan hızlı hareket, başta bilimkurgu fanatikleri olmak üzere fizikten hoşlanan herkesin rüyalarını süsleyen bir hayal.
Özel Görelilik Teorisi'nin temel postülatlarından, yani temel varsayımlarından biri, ışık hızının evrensel bir sabit olduğu ve aşılamayacağı yönünde... Eğer bu postülat hatalıysa, Görelilik Teorisi de hatalı demektir ve bu durumda onu doğrulamamızı sağlayan yüzlerce deneyin neden tam da teorimizin öngördüğü sonuçları verdiğini izah edebilmemiz gerekir.
Evren'de her şeyin yaşandığı sahne olan uzay-zaman dokusunun nitelikleriyle ilgili bir olay. Işık hızı limiti, uzay-zaman dediğimiz ve her şeyin üzerinde yaşandığı bu esnek sahnenin dokusundan kaynaklı bir sınır.
Kütlesiz olan her şey (mesela graviton veya gluon gibi parçacıklar da) Evren'deki maksimum hızda gitmek zorunda ve o maksimum hız, bugün "ışık hızı" dediğimiz şey.
Kütleli bir cismin ışık hızına çıkabilmesi için sonsuz miktarda enerji harcaması gerekirdi; fakat Evren'deki enerjinin sonsuz olmadığını biliyoruz. Ve o nedenle, kütleli tüm cisimlerin sahip olduğu lanete sahipsiniz: Işık hızına ulaşmanız imkansız.
Aslında "Işık hızı aşılamaz." derken kastettiğimiz şey, lokal (yani yerel) olarak hiçbir kütleli cismin ışık hızını aşamayacağı. Yani fiziksel olarak bir motor, itici, yelken, jeneratör vs. kullanarak kendi kendinizi veya herhangi bir cismi ışık hızının ötesine çıkaramazsınız.
Ama göreli olarak, ışık hızını pekala aşabilirsiniz. Şu anda biz, bizden 13.8 milyar ışık yılı uzaktaki galaksilerin hepsinden ışık hızında uzaklaşıyoruz. Ama bizden 27.6 milyar ışık yılı uzaktaki galaksilerden, ışık hızının 2 katı hızla uzaklaşıyoruz. Bu, evrensel hız limitini ihlal eden bir şey değil, çünkü bu, göreli bir hız; lokal bir hız değil. Unutmayın: Evren'de mutlak hız diye bir şey yok; her hız göreli olmak zorunda!
Evrendeki galaksi kümeleri birbirinden uzaklaşıyorlar ve daha uzak galaksi kümeleri birbirinden daha hızlı uzaklaşıyorlar.
Işık hızını aşmak demek, Evren'de gördüğümüz en temel niteliklerden biri olan nedenselliği alt üst ederdi. Şu ana kadar gördüğümüz kadarıyla Evren'de nedenler, sonuçlardan her zaman önce geliyor: Bir bardak önce düşüyor, sonra kırılıyor; önce kırılıp da sonra düşmüyor. Bir futbolcu şut çekiyor da gol oluyor, önce gol olup da sonra şut çekilmiyor. Ama ışık hızı aşılabilseydi, nedenlerin sonuçları, o nedenlerden sonuçlara henüz bilgi ulaşmadan yaşanabilirdi.
Işık paketçikleri olan fotonlar.
Bilginin transfer edilme hızı da ışık hızıyla sınırlı. Bu bilgi, bir yerden diğer yere iletmeye çalıştığınız bir mesaj da olabilir; bir cismi bir arada tutan parçalar arasında yaşanan etkileşimler de... Yani fiziksel anlamda bilgi, gündelik hayatta kullandığımız gibi sadece bilgisayarlarımızdaki veya beynimizin içindeki veri yığınlarından ibaret değil; olay ve olgular arasındaki ilişkileri tarif eden çok daha temel bir unsur.
Eğer ki radyoaktif bir kaynak, ışıdığı elektron gibi yükleri saniyede 225.000 kilometreden daha hızlı fırlatırsa, işte o zaman IŞIĞIN SU İÇİNDEKİ HIZI aşılmış oluyor. Bu süper-hızlı (ama halen evrensel hız sabitinden daha yavaş) hareket eden yüklü parçacıklar Cherenkov Radyasyonu dediğimiz bir şok dalgası yayıyorlar ve bu, gözümüze ürpertici bir mavi veya mor renkte görünüyor.
Cisimleri bir arada tutan bazı kuvvetler var; işte kütleçekim kuvveti veya güçlü nükleer kuvvet gibi. Bu kuvvetler de anlık kuvvetler değiller; en nihayetinde bir yere etki etmek için oraya ulaşmaları gerekiyor ve bu ulaşmayı sadece ışık hızında yapabiliyorlar.
Cisimleri bir arada tutan bazı kuvvetler var; işte kütleçekim kuvveti veya güçlü nükleer kuvvet gibi. Bu kuvvetler de anlık kuvvetler değiller; en nihayetinde bir yere etki etmek için oraya ulaşmaları gerekiyor ve bu ulaşmayı sadece ışık hızında yapabiliyorlar.
Makası sıktığınızda kapanmasına sebep olan kuvvet, elektromanyetik bir dalga değil, bir basınç dalgası; dolayısıyla ışık hızında bile değil, malzemenin (mesela çeliğin) içindeki maksimum ses hızında iletiliyor.
Makası sıktığınızda kapanmasına sebep olan kuvvet ... malzemenin (mesela çeliğin) içindeki maksimum ses hızında iletiliyor. Yani saniyede en fazla 5 kilometre civarında; ışık hızından 60.000 kat daha yavaş! 1 ışık yılı uzunluğundaki bir makası kapatabilecek olsaydınız bile, en uç kısımların harekete geçmesi 60.000 yıl sürerdi.
Solucan delikleri de bizi Evren'in bir ucundan diğer ucuna fazlasıyla kısa yollardan götürerek kağıt üzerinde ışık hızını aşıyormuşuz gibi davranmamızı sağlayabilir; gerçekte ışık hızını hiçbir noktada aşamıyor olsak da.
Medeniyetimiz, ... Kardashev Ölçeğinde 2 veya 3 seviyesine ulaştığında, warp motorları veya solucan delikleri gibi hipotetik şeylerle belki de ışık hızından hızlı gidebiliyormuşuz gibi bir izlenime kavuşacağız. Ama dikkat edin: "Gidebiliyormuşuz gibi"... Bir warp motoru ... aslında Özel Göreliliğin temel postülatı olan ışık hızının aşılamazlığı iddiasını ortadan kaldırmıyor olacak. Negatif enerjiye sahip egzotik malzemeler keşfedersek, uzay araçlarımızın önünde kalan uzay-zaman dokusunu sıkıştırıp, arkasında kalan uzay-zaman dokusunu sündürerek lokal olarak ışık hızı limitini aşmaksızın, pratikte ışık hızından çok daha hızlı ilerleyebiliriz.
Bugün bildiğimiz anlamıyla Evren'e dönüşecek olan uzay-zaman dokusu, Büyük Patlama'dan önce muhtemelen ışık hızından kat kat yüksek bir hızda genişledi. Bu, Görelilik Teorisi'ni ihlal eden bir durum değil; çünkü bunun yaşandığı sırada bırakın Göreliliği, kütleçekim kuvveti ve elektromanyetizma gibi temel kuvvetler bile henüz oluşmamıştı veya vardılarsa da birbirinden ayrı kuvvetler değillerdi.
Işık hızı, evrensel ve fiziksel bir hız limiti. Ve bu çok üzücü, çünkü Dünya boyutunda ışık gerçekten çok hızlı olsa da, Evren boyutunda bir salyangozdan bile daha yavaş. Yani ışık, Dünya'nın çevresini 1 saniyede 7.5 kez dolanabiliyor ama; Güneş ve Dünya arasındaki mesafeyi anca 8 dakika 20 saniyede alabiliyor. Mesela Evren'in bir ucundan diğer ucuna kadar olan mesafe, Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin 6 KATRİLYON katı. Işık, kozmik ölçekte o derece yavaş.
Gölge gerçek bir nesne veya bilgi taşıyıcısı değildir; gölge değişimi, farklı fotonların farklı yerlere düşmesinden kaynaklanır ve fotonlar vakumda c'yi aşmaz.
Boşluktaki c, bilgiyi taşıyan her şey için evrensel bir hız sınırıdır ve kütlesiz tüm parçacıkların azami hızıdır; bu sınır sadece 'ışık' ile sınırlı değildir.
Özel Görelilik'e göre kütleli cisimleri yerel olarak c'nin üzerine çıkarmak teorik olarak imkansızdır çünkü gereken enerji sonsuzdur; teknoloji ilerlemesi bu temel sınırlamayı ortadan kaldırmaz.
Bu uzaklaşma uzayın genişlemesinin sonucudur ve lokal olmayan, göreli bir hızdır; Görelilik sadece lokal hareket için c sınırını koyar, genişleyen uzay için değil.
Kesişim noktası gerçek bir fiziksel nesne değildir; kuvvet ve bilgi iletimi malzeme içindeki dalga hızlarıyla sınırlıdır (çoğunlukla ses hızı mertebesinde), dolayısıyla c aşılmaz.
Cherenkov, parçacığın ortam içindeki ışık hızını aştığı durumlarda oluşur; vakumdaki c hâlâ aşılamaz ve parçacık genelde vakumdaki c'nin altındadır.
Gerçek bilgi iletimi fotonlar veya etkileşimler aracılığıyla olur ve bunlar fotonların hedefe ulaşma süresine bağlıdır; gölge değişimi bilgi taşımaz ve gecikme vardır.
Bu yöntemler, eğer mümkün olurlarsa, uzay-zamanı manipüle ederek pratikte FTL görünümü verirler ama yerel olarak c sınırını ihlal etmezler; ayrıca şu anda teorik ve egzotik gereksinimlere bağlıdırlar.
Işık hızına ulaşabilen yalnızca kütlesiz parçacıklardır; kütleli gözlemciler için zamanın tamamen durması mümkün değildir; ayrıca 'foton perspektifi' fiziksel olarak tanımlı bir dinlenme çerçevesi değildir.
Uzayın kendisinin genişleme hızı, lokal hareket kurallarından farklıdır ve bunun sonucu olarak uzak noktaların birbirinden göreli hızları c'yi aşabilir; bu Görelilik'in lokal sınırlamalarını ihlal etmez.
Bu bir pratik eksiklikten çok teorik bir sınırdır; Özel Görelilik doğruysa, hangi teknolojik düzeye gelinirse gelinsin lokal olarak c aşılmayacaktır.
Genel cevap: Işık hızı vakumda yerel olarak aşılamaz; gölgeler veya göreli uzaklaşma gibi durumlarda görünen 'aşılma' gerçek bir süperluminal hareket veya bilgi iletimi değildir.
Gölge gerçek bir nesne veya sinyal değil; parmağınızın konumuyla ışık kaynaklarından gelen fotonların farklı yerlere düşmesi sonucu gölge farklı noktalarda oluşur, fakat bilgiyi taşıyan fotonlar c'den hızlı gitmez.
Hayır; Özel Görelilik'e göre lokal olarak kütleli bir cismi c'nin üzerine çıkarmak teorik olarak imkansızdır; teknoloji artışı bu temel teorik sınırı ortadan kaldırmaz.
Hayır; uzak galaksilerin bizden göreli olarak c'den hızlı uzaklaşması uzayın kendisinin genişlemesinden kaynaklanır ve lokal fizik kanunlarını veya Görelilik'i ihlal etmez.
Hayır; kesişim noktası gerçek bir madde parçası değildir ve kuvvet iletimi malzeme içindeki dalga hızına (çoğunlukla ses hızı mertebesinde) bağlıdır, dolayısıyla c aşılmaz.
Hayır; Cherenkov parçacıkları bulunduğu ortamda ışığın o ortam için olan hızını aşar, ancak vakumdaki ışık hızını aşmazlar; bu yüzden ortaya mavi ışıma çıkar.
Hayır; gölge gibi fenomenler bilgi taşımaz; gerçek bilgi transferi fotonlar veya etkileşimler aracılığıyla yapılır ve bunlar vakumdaki c ile sınırlıdır.
Bunlar teorik olarak uzay-zamanı manipüle ederek pratikte FTL izlenimi verebilir, ancak yerel olarak c'yi aşmazlar ve şu an için spekülatif, egzotik enerji gerektiren fikirlerdir.
Hayır; enflasyon sırasında uzayın kendisi çok hızlı genişlemiş olabilir, ama bu durum Özel Görelilik'in lokal hız sınırını ihlal etmez çünkü genişleme, madde içindeki lokal etkileşimlerden farklı bir süreçtir.
Işık hızına yaklaşırken zaman göreli olarak yavaşlar ve gidilen yöndeki mesafe kısalır; bu sayede mürettebat açısından çok uzak yerlere ulaşmak mümkün olabilir, ama Dünya'da çok uzun süreler geçmiş olur.
Newton'un teorisinin daha sonra başka bir teoriyle (Einstein'ın teorisiyle) değiştiğine dair örnek verirken anıldı.
Özel Görelilik Teorisi'nin (ışık hızının aşılamazlığı postülatının) yazarı olarak ve teorisinin hatalı olabileceği durumuna dair örneklerde anıldı.
Hubble Yasası'na atıf yapılırken, galaksilerin birbirinden uzaklaşması ve uzaklığın hızla ilişkisi bağlamında anıldı.
Nükleer reaktörlerde görülen mavi ışığın (Cherenkov Radyasyonu) adını veren bilim insanı olarak dolaylı şekilde anıldı; reaktörlerde yüklerin ortam içindeki ışık hızını aşması örneğinde kullanıldı.
Medeniyet düzeylerini sınıflandıran Kardashev Ölçeği bağlamında, uygarlık seviyelerinden ve olası teknoloji uygulamalarından bahsederken anıldı.
Keza solucandelikleri de bizi Evren'in bir ucundan diğer ucuna fazlasıyla kısa yollardan götürerek kağıt üzerinde ışık hızını aşıyormuşuz gibi davranmamızı sağlayabilir; gerçekte ışık hızını hiçbir noktada aşamıyor olsak da. Ama bunların detayları tabii ki başka videoların konusu; eğer kaçırmak istemezseniz kanal bildirimlerini şimdi açmayı unutmayın. Ve son olarak... Aslında Evren'de, ışık hızını gerçekten aşabildiğini bildiğimiz bir tanecik şey var: Evren'in ta kendisi...
Uzatmamak adına burada ışık hızıyla ilgili diğer detaylara girmeyeceğim; örneğin ışığın grup hızı ve faz hızı arasındaki farklara veya ışık hızının neden aşılamayacağına değinmeyeceğim. Eğer bunlar ilginizi çekiyorsa, kanala abone olup bildirimleri açmayı unutmayın, çünkü bunlar ve çok daha fazlası yolda. Ayrıca Evrim Ağacı'nın içerik üretimi size bir şeyler katıyorsa, aşağıdaki Katıl butonundan veya Patreon veya Kreosus üzerinden destekçilerimiz arasına katılabilirsiniz.
Bir cismin yarıçapı ne kadar büyükse, yani cisim ne kadar iriyse, kulağa çok hızlı gibi gelen hızlar onun için aslında oldukça yavaş olabiliyor. Daha burada bile bir çeşit görelilik karşımıza çıktı; ama gerçek göreliliğe az sonra geleceğiz. Dünya'nın dönüşü nedeniyle olan hareketiniz, sizin tek hızınız değil!
Dolayısıyla hız limiti aşılmamış oluyor. Bu bilgi hızı limiti, bir başka videonun konusu tabii... Kaçırmak istemezseniz, kanalın bildirimlerini açmayı unutmayın.
