Işık: Kozmos Kahramanı

by Hüseyin Acar · 16 Ekim 2018

Biraz ışığın yakın tarihinden bahsedelim; ışık hakkında geçmişte bilim dünyasında ki şiddetli tartışmaları duymuşuzdur bu tartışmaların ana konusu ışığın dalgamı yoksa parçacık mı ? olduğu konusuydu. Karadeliklerin kara olma nedenlerini yüksek yeğinlikli kütle çekim kuvvetlerinden olduğunu biliyoruz nitekim ışık bile bu alandan kurtulamıyor geçmişte bu durum ışığın dalga ise nasıl kütle çekimden etkilendiği veya parçacık ise nasıl dalga gibi davranabildiği tezlerini sürekli karşı karşıya getiren sebeplerden biri ama biz bugün ışığın her ikisi de olduğunu kabul ediyoruz.

Görelilik evrendeki maksimum hızı ışık hızıyla sınırlar. Kütleli cisimler için sonuçlarına bakacak olursak bir cisim ne kadar hızlanırsa kütlesi o kadar artacaktır. Yani deha Einstein’ın E=mc^2 denklemi gereği.

Hızımız arttıkça kütlemiz de artacak ve ışık hızına ulaşmak için sonsuz enerji ve sonsuz kütle gibi tabirlerin de devreye girmesi gerekecek tabi. Örneğimizi sınayacak olursak CERN de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) atom altı parçacıkları çarpıştırmadan önce ışık hızının 0.99999999’u gibi anlaşılmaz hızlara çıkarır (elektrik alan sayesinde) ve parçacıklar bu hızdayken ki kütleleri durgun kütleleri oranla binlerce kat daha fazladır ve kütle arttığı içinde (denklem gereği) verilmesi gereken enerji değeri de artar ve buda ışık hızına ulaşmamızı engeller.

Madem teorilerden bahsediyoruz İzafiyeti atlamayalım ışık hızı sabit bir değerdir ve biz bu değerin sınır değer olduğunu biliyoruz hız ve kütle arasındaki bağı anlatmıştık ışık hızına yaklaştığımızda kütle değerimiz bununla orantılı olarak artacak ve uzay-zaman dokusunda belirli bükülmelere yol açacaktır buradan da ışık hızına yaklaştıkça zamanın neden yavaşlaması gerektiğini anlayabiliriz. Newton’la başlayan bu sürecin Eisntein’ın ellerinde mükemmelize edilmesiyle bu süreci anlatabildik. Sözü uzatmadan ışığın bizim için etkilerine geçelim.

Işık Nedir?

Işık büyük bir kahramandır biz gök cisimlerinin kimyasal yapısını, yaklaşıp uzaklaştıklarını, sır dolu bulutsuların içini ve arkasında olup bitenleri ve örneklerde belireceğimiz sayısız niceliği yine ışığa borçluyuz ve ışığın geçmişten geldiğini adeta zaman portalı özelliği gösterdiğini de.

Işığın yapısını inceleyen her coğrafi bölgeden sayısız bilim insanı olmuştur. Onu bir cam prizmada ayrıştırıp yapay gökkuşağı oluşturanlar hani. Alman optikçi Joseph Von Fraunhofer güneşten gelen ışığı ayrıştırıp incelerken tayfta karanlık çizgilere rastlamıştır ve bu karanlık çizgilerin neler olduğunu anlayamadan hayatını kaybetmiştir. Fraunhofer den sonra gelenler ise güneş tayfında bulunan bu karanlık çizgilerin mantığını çözmüşler.

Peki Nedir bu karanlık çizgiler?

Aslında karanlık çizgilerden bahsediyorsak soğurma spektraskopisinden bahsediyoruz.

Öncelikle ışık kaynağımız güneş olsun. Güneş bünyesinde bulunan elementlerce ışıma yapar.

Resim’de görüldüğü gibi her element farklı dalga boylarında yayma ve soğurma yapar. Nasıl her insanın parmak izi birbirinden farklı ise her elementin de yayma ve soğurma çizgileri farklı yerde ve farklı dalga boyundadır. Daha sonra yapılan araştırmalarla her elementin yayma ve soğurma (emisyon ve arbsorpsiyon) çizgileri çıkarılmış ve bu sayede bir gök cisminden gelen ışık incelendiğinde o gök cismindeki elementleri öğrenebilmişiz.

Başlıkta ışığın bir kahraman olduğunu vurgulamıştık işte gök cisminden gelen ışık sayesinde neleri bulacağımızı artık biliyoruz.

Peki nasıl oluşur bu karanlık çizgiler? Öncelikle her elementin farklı sayıda elektron varlığı olduğunu hatırlayalım bu elektronlar bulundukları orbitalden daha düşük bir enerji seviyesine geçtiğinde belirli bir dalga boyundaki ışınları absorbe ediyor. Ve bu bize karanlık çizgiler olarak yansıyordu.

(resim’de yayma çizgileri ile soğurma çizgilerinin neredeyse aynı yerde olduğunu göreceksiniz.)(istisnaları da var elbet)(Siyah fon üstündeki renkli çizgiler yayma, renkli fondaki karanlık çizgiler soğurma çizgileridir.) sebebini element hangi dalga boyunda ışığı absorbe ediyorsa aynı dalga boyundaki ışıkla enerjisini yükseltip daha sonra ışıma yaptığı mantığıyla açıklayabiliriz.

Gözlemleyebildiğimiz gök cisimlerinde bu sayede bizim bildiğimiz elementlerden ekstra bir element olmadığını ve tüm evrenin aynı elementlerden oluştuğu mantığını da çıkarıyoruz.

Bir Yere ayrılmayın Andromeda geliyor;

Sahi biz Andromeda ile gelecekte belirli bir zamanda çarpışacaktık. Peki nereden biliyoruz ?

Temeli Doppler Etkisi ne dayanır.

Doppler Etkisi

Kısaca bizden uzaklaşan cisimlerin tayfının kızıl öte tarafına kayacağı yani gözümüze kırmızı görünmeye başlayacağını söyler bunu bir ambulans örneğiyle açıklayalım ambulans bize yaklaştıkça dalgalar arası mesafe azalıp enerji artacak ve biz tiz bir ses duyacağız yine uzaklaşırken de gittikçe sönük bir ses.

Eğer bir gök cismi bizden uzaklaşıyor ise dalga boyu kızıl öte kısma kayacak ve bize kırmızı gözükecek ee demek ki Andromeda maviye kaymış ki bize yakınlaştığını anlıyoruz. Unutmadan kahramanımız yine Işık (Işık dediğimiz tüm dalga boylarındaki ışımalar yani gama ışınları veyahut mikrodalga ışınları da birer ışıktır.)

Işık daha önümüze neler serecek ?

Karina bulutsusu’nu baz alırsak bu bulutsu yoğun kozmik gaz ve toz gibi maddelerle kaplı olduğu için içindeki yıldızı bize göstermiyor binevi onu örtülüyor. Ama biz kızılötesi ışınları kullanarak içeride gizli kalmış yıldızımız eta carinae’ yi gözlemliyoruz nasıl mı ? görünür bölge hepimizin bildiği gibi tayfın ortalarında bir yerlerde belirli dalga boylarında bulunur. Kızılötesi ışınlar ise daha sağdadır hani şu enerjileri düşük ve yüksek dalga boylu olanlar. Kızılötesi ışık düşük enerjisi nedeniyle yıldızı örtüleyen gaz tabakası ile etkileşime girmeden içinden geçer bizde o yıldızın kızılötede yayınladığı ışınları incelersek varlığını ispatlamış oluruz. Aynı yöntemle gök cisimlerinin farklı dalga boylarındaki görünümlerini de elde edebiliriz unutmadan yıldızları kara cisim gibi düşünüp (aslen değil) onların her dalga boyunda ışıma yaptığını hatırlayalım. Kahramanımız yine Işık.

Say say bitmeyen kahramanlıklar bazı sihirbazlıkları da beraberinde getirir

Gök cisimleri incelenirken bazılarının görüldükleri yerde değilde daha başka yerde oldukları tespit edildi. Bunun nedeni ışık ışınları uzayda yol alırken herhangi bir kütleli cismin oluşturduğu alandan etkileniyor ve kırılıyordu buda bize cismin yönünü yanlış tarif ediyordu.

Einstein Halkası adı verilen olay ise gök cisminden gelen ışığın daha fazla kırıldığı ve bize neredeyse çembersel olacak şekilde ve birden fazla görüntüsünü görebileceğimiz bir mucize sunuyor işte ışığın bu sihirbazlığı kütleçekimsel merceklemedir ve ışığın kütleçekiminden etkilendiğinin ispatı.

Işığın diğer bir numarası ise bize zaman yolculuğu imkanını sunması Ole Romer geçmişte ışık hızının sabit olduğunu söylemiş ve o hıza makul doğrulukta bir hesaplama yapmıştır biz bugün ışık hızının 299.792.458 m/s olduğunu biliyoruz. Işığın hızının belirli olması bazı sonuçlar doğurur. Örneğin Güneşe baktığımızda onun 8 dakika 20 saniye önceki halini görürüz yeni yola çıkanlar daha dünyamıza ulaşmamıştır çünkü. Farklı Galaksilerde akıllı varlıklar olduğunu var sayalım ve bunlar bizim gezegenimizi gözlemlesinler görecekleri şey bir T-Rex olacaktır çünkü o zaman da dünyamızdan yansıyan ışınlar yeni yeni oralara ulaşmış olacaktır.

Makul kısalıkta ışığın gizli dünyasını anlatmaya çalıştık ışık bize saydıklarımızın çok çok üstünde fırsatlar sunmuş ve bizim gökbilimine olan kararlılığımızı hep desteklemiştir. Işığa olan saygınızı artırabilmek dileğiyle.