Hayaa… Fışttt… Eğer yeterince pratik yaparsam… Sanki bu kılıcı ışık hızından bile hızlı savurabilirim. İnanmıyor musunuz? Bakın göstereyim. Elimle kılıcı çevirdiğim zaman, kılıç bir bütün olarak dönüyor. Aynı açıda döndüğü için, uç kısmı, elime yakın olan kısmından daha çok yol katediyor. Yani uç kısmı daha hızlı hareket ediyor. Ne kadar uzakta, o kadar hızlı. O halde yeterince uzun bir kılıç alırsam… Ucundaki hız ışık hızını geçebilir. İnanmadınız mı? İnanmadıysanız haklısınız. “Işık hızını nasıl aşabiliriz?” diye düşünenlerin aklına gelen belki de ilk örnek budur. Bu şekilde kılıcı savurarak ışık hızını aşmanız mümkün değil. Nedenlerini söyleyeceğim. Ama birazdan anlatacağım ışık hızını aşmanın üç farklı yolundan birinde, bu kılıcı kullanarak ışık hızını aşmanın gerçek bir yöntemini göstereceğim. Üstelik bunların hiçbiri Einstein’ın özel görelilik teorisine aykırı değil.
–Takyonlar–
Ama bir dakika. E hani Einstein, “hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez” demişti. Yoksa demedi mi? Siz hiç dediğini gördünüz mü 🙂 Einstein aslında tam olarak bunu söylemiyor. Fiziğin en meşhur konusu, aynı zamanda en yanlış anlaşılan konularından da biri haline geldi. O yüzden önce bu yanlış anlaşılmayı çözeceğiz. Bunu çözünce, ışık hızının nasıl aşılabileceğini de anlayacaksınız. Çünkü bu üç yöntemden ilki, takyonlar. Yunanca “hızlı, çabuk” anlamına geliyor. Bunlar daima ışıktan hızlı olduğu düşünülen, hipotetik parçacıklar. Yani takyonları aslında hiç gözlemlemedik. Hatta birçok fizikçi bunun “deli saçması” olduğunu düşünür. Böyle söyleyince, kafayı sıyırmış fizikçilerin sadece buna ihtimal verdiğini zannetmeyin 🙂 Çok büyük fizikçiler, hatta Nobel ödüllü bazıları, aynı zamanda çok sıkı takyon savunucuları. Her ne kadar onları gözlemlememiş olsak da, araştırılmaları gerektiğini savunuyorlar. Gerekçeleri de şöyle:
Einstein’ın özel görelilik teorisi aslında bize tam olarak şunu söylüyor. Bir “cismi” ışık hızına “ivmelendirebilmek” için sonsuz kuvvet gerekir.
Örneğin bir roketi alıp uzaya fırlattığımızı düşünelim. Farz edelim ki bu roketin yakıtı hiç bitmesin. Hızlandıkça hızlanıyor. Fakat ışık hızına yaklaştıkça, hızı daha da artırabilmek için giderek daha fazla yakıt harcamak gerekiyor. Uzay gemisini sonsuza kadar hızlandırabiliyoruz evet, ama ışık hızına asla erişemiyoruz. Bu tıpkı arabanın gazına basarken başlarda çabuk hızlanıp, sonlara doğru hızlanmanın zorlaşmasına benziyor. Yakıtı yaksanız da daha fazla hızlanamıyorsunuz.
Tabii ışık hızına erişememe sebeplerimiz başka. Einstein aslında bu sonuca varmadan önce, daha denklemlerini geliştirirken önemli bir tahminde bulunuyor. Bütün eylemsiz gözlemcilerin ışık hızını sabit ölçeceğini öngörüyor. Yani hangi hızda giderseniz gidin, ışık hızını ölçmeye kalkarsanız hep aynı hızda ölçersiniz. Bakın bu çok deli saçması bir varsayım. Eğer bir teori geliştirmek istiyorsanız normalde böyle şeylerle yola çıkmazsınız. Sebebi de basit!
Diyelim ki roket saatte 300 kilometre hızla ilerliyor. Eğer rokete göre sabitseniz, onu saatte 300 kilometre hızla ilerlerken görürsünüz. Fakat onunla aynı yönde saatte 100 kilometre hızla ilerlerken roketin hızını ölçecek olursanız saatte 200 kilometre hızla ilerlediğini ölçersiniz. Bu her şey için böyledir. İşte Einstein, ışık için öyle olmadığını söylüyor.
Sabit bir gözlemci olarak ışık hızını saniyede 300.000 kilometre olarak ölçersiniz. Işık hızının yarısında onunla aynı yönde, yani saniyede 150.000 kilometre hızla gidecek olsanız… Işığın hızını saniyede 150.000 kilometre değil, yine saniyede 300.000 kilometre olarak ölçersiniz! Yani ışık hızına yakın bir hızda arabanın farlarını açacak olursanız, sabit bir arabada farları açmaktan hiç de bir farkı olmaz. İşte ışığın “limit hız” olma durumu bu kadar sıradışıdır. Ne kadar hızlanırsanız hızlanın, ışık sizden daima ışık hızında uzaklaşır. Bu yüzden asla tam olarak ışık hızına erişemezsiniz. Einstein yola böyle tuhaf bir varsayımla çıkıyor ama, bunun gerçekten de doğru olduğunu buluyor. O yüzden bugün ışık hızını, evrenin önemli bir “özelliği” olarak görüyoruz.
Ee o zaman takyonlar nasıl var olabilir ki? Size fiziğin çok büyük isimlerinden birinin konuyla ilgili açıklamasını vereceğim. Kendisini muhtemelen hiç duymadınız: George Sudarshan. Bilim dünyasında kuantum optiği alanında yaptığı önemli katkılarla tanınıyor. Ve kendisi takyonlarla ilgili şunu söylüyor:
“Bir coğrafyacının çıkıp da Himalayaların kuzeyinde kimsenin yaşamadığını, çünkü bu dağları kimsenin tırmanıp da aşamayacağını söylediğini düşünün. Bu çok absürt bir çıkarım olurdu. Orta Asya’daki insanlar orada doğarlar ve orada yaşarlar. Hindistan’da doğup da dağları aşmaları gerekmemiştir. Aynı şekilde ışıktan hızlı parçacıkların da…”
Kendisi aslında özel görelilikte birçok fizikçinin dikkatinden kaçırdığı önemli bir detayın altını çiziyor. Einstein’ın teorisi, bir cismi ışık hızına “ivmelendirmek” için sonsuz kuvvet gerektiğini söylüyor. Fakat bir cismin doğrudan ışıktan hızlı oluşabilmesini yasaklamıyor. Işığın kendisi bile buna bir örnek! Çünkü ışık doğrudan ışık hızında oluşuyor ve ışık hızında yok oluyor. O hıza ivmelenmiyor. Yani Himalayalar, aslında ışık hızını temsil ediyor. “Aşağısında bizim bildiğimiz, ışıktan yavaş parçacıklar varsa… Ötesinde de takyonlar olabilir” diyor. O yüzden Sudarshan takyonlar için de şunu söylüyor:
“Eğer takyonlar varsa, bulunmalıdırlar. Eğer yoksa da, açık bir şekilde neden var olmadıklarını söyleyebilmeliyiz.”
Sudarshan’ın adı pek duyulmasa da kendisinin temelini attığı çalışmalar iki kez Nobel ödülüne layık görüldü. Fakat kendisine hiçbir zaman bu ödül verilmedi… Hatta bu durum birçok fizikçiyi kızdırıp Nobel komitesine yazmalarına neden olsa da Sudarshan, 2018’de 86 yaşında hiç Nobel ödülü alamadan hayatını kaybetti.
– Cherenkov –
Işık hızını aşmanın ikinci bir yolu daha var. Bu sefer takyon gibi hipotetik parçacıklardan bahsetmiyorum. Bu bayağı bayağı gerçek. Gözünüzle bile görebileceğiniz kadar gerçek üstelik. Ama bir numarası var. Taaa Einstein’ın 1905’teki keşfinden önce üç bilim insanı (Heaviside, Des Coudres ve Sommerfeld) önemli bir iddiada bulunmuş. “Eğer elektron gibi yüklü bir parçacık bir ortamda ışıktan hızlı hareket ederse, garip şeyler olur” demişler. Fakat Einstein’ın keşfi ortaya çıkınca, unutulup gitmişler. Çünkü malum… “Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez”… Eh madem gidemiyor, o zaman bu üçünün dediğinin de bir önemi yok.
Ta ki Cherenkov adında genç bir Sovyet fizikçi 1934’te tuhaf bir ışık gözleyene kadar. Sudaki radyoaktif bir örneğin içerisinde çok sönük mavi bir ışık görüyor. Bu öyle sönük ki, gözlemlerini yapabilmek için Cherenkov bütün ışıkların kapalı olduğu bir odaya giriyor. Üstüne örtü örtüyor ve bir saat kadar gözlerinin karanlığa alışmasını bekliyor. Örtüsünü kaldırıyor, gözlemi yapıyor, örtüyü kapatıyor ve asistanlar not alıyor. Keşfettiği şeyin ne olduğunu tam olarak bilemiyorlar. Fakat bundan üç yıl kadar sonra, yine iki Sovyet fizikçi Ilya Frank ve Igor Tamm, bu ışığın kökenini buluyorlar. Nasıl mı? Einstein’dan önce o iddiada bulunan üç bilim insanının (Heaviside, Des Coudres ve Sommerfeld’in) izinden giderek. Buldukları şey şu:
Tıpkı süpersonik bir jetin arkasında Mach konisi oluşturması gibi… Jet, ses hızından hızlı gidince, önündeki basınç dalgalarını öyle sıkıştırıyor ki, bir koni oluşturuyor. Hatta “ChatGPT ile bilimsel simülasyonlar nasıl hazırlarsınız?” videosunda bunu detaylıca anlatmıştım. İşte Cherenkov’un gözlediği bunun ses değil, ışık versiyonu. Biz sürekli ışık hızı, ışık hızı derken, aslında ışığın boşluktaki hızından bahsediyoruz. Fakat ışığın hızı bir ortama girdiğinde düşüyor. Örneğin suya girdiğinde ışık, %25 yavaşlıyor. Ama Einstein’ın özel görelilik teorisinde bahsettiği hız limiti, ışığın boşluktaki hız limiti. Dolayısıyla diğer parçacıklar aslında ışığın sudaki hızından hızlı gidebilir. Sonuçta boşluktaki hızını aşmıyorlar. Ve bu olduğunda, tıpkı ses dalgasında olduğu gibi, elektromanyetik dalgalar bir koni üzerinde yoğunlaşıyor. Bugün buna onu keşfeden kişiden dolayı “Cherenkov ışıması” adını veriyoruz. Sonradan bu üçlü (Cherenkov, Frank, Tamm) Nobel ödülüne layık görülüyor. Bugün bu radyasyonu özellikle nükleer reaktörlerde çok net bir şekilde, karakteristik mavi rengiyle görebiliyoruz. Hatta hayalet parçacık nötrino videosunda anlattığım nötrinoları da kutupta buzulun 1 kilometre altında yine bu mavi Cherenkov ışıması sayesinde gözlüyoruz.
–Algısal fenomenler–
Işık hızını aşmanın üçüncü yolu için, kılıca geri dönüyoruz. Haahhh! Pardon. Bu sefer savurarak değil. Başka bir numara göstereceğim. Ve bu sefer ışık hızı derken, ışığın boşluktaki hızından bahsediyorum. Şimdi anlatacağım şeyler için hiçbir limit yok. İstediği kadar hızlı olabilir! Ve öyle takyon gibi hipotetik de değiller üstelik, bayağı bildiğimiz gözlenebilen “fenomenler”. Özellikle “fenomenler” diyorum.
Bu “fenomenlerin” ne olduğunu anlamak için öncelikle bu kılıcın neden ışıktan hızlı dönemeyeceğini anlamamız gerekiyor. Kılıcı döndürmek için elimle bir kuvvet uyguladığımda, bu kuvvet bir dalga olarak kılıç boyunca yayılıyor. Kılıç katı bir malzeme olduğu için bu dalgayı biz göremiyoruz tabii. Sanki bir bütün gibi hareket ediyor. Fakat gitar teli gibi esnek bir materyal olsaydı görebilirdik. Ya da kılıcı bir kırbaç olarak düşünebiliriz. Elimizi savurduğumuzda, ucuna doğru ilerleyen dalgayı görmek mümkün. İşte bu mekanik bir dalga. Maddenin atomları birbirine bir etki uygulayarak atomik bir meksika dalgası gibi ilerliyor. Fakaaat… Mekanik bir dalga olduğu için ses hızında yayılıyor. Ve ses hızı ışık hızından epeeeyce bir düşük. Bir kıyaslama yapacak olursak sesin havadaki hızı saniyede 343 metre iken, ışığın boşluktaki hızı saniyede yaklaşık 300 milyon metre. O yüzden kılıcı ışık hızında çevirmeyi unutun… Zaten çevirebilseydiniz bile, ucu ancak ışık hızına yaklaşabilirdi. Çünkü hatırlayın… Einstein’ın göreliliği maddeleri ancak ışık hızına yaklaştırabileceğimizi söylüyor. Bu yüzden kılıcın ışık hızına yaklaşan ucu bu, elime yakın olan tarafına göre daha az hızlanabilir. Yani ucu ve başı farklı açılarda döner ve kılıcın şekli değişirdi. Tabii kırılmazsa.
Kılıç yerine benzer bir şekilde makası düşünebiliriz. Tam kesişim noktasının hızının ışık hızını aşıp aşmayacağını düşünelim. Aslında bu makas da iki kılıcın bir araya gelmesi gibi. O yüzden o da olmaz. Ama bir numara var… Giyotin. Farz edin ki matbaada giyotinle kağıt kesiyorsunuz. Bu giyotin bıçağının belirli bir açısı var. Bu kağıdı bir uçtan diğer uca kesme süresi bu açıya bağlı. Eğer açı ne kadar darsa, bir uçtan öbür uca o kadar hızlı keser. Ve pratikte bu açıyı o kadar küçük yapabilirsiniz ki, açısız olur. İşte bu kılıç gibi dümdüz. Ve bunu kağıda bastığınız anda, kağıdın iki ucu da aynı anda kesilir. Sanki sonsuz bir hızda kesmişsiniz gibi. Birazcık ufak bir açı yaparsanız da ışıktan hızlı kesebilirsiniz.
Fakat dikkat edin. Kağıtta bir uçtan öbür uca ilerleyen hiçbir şey yok. Herhangi bir maddeyi ivmelendirmiyoruz. Sadece kesim noktasından bahsediyoruz ve bu aslında bizim tanımladığımız bir şey. Fiziksel bir varlık değil. Benzer şekilde bu da öyle. Lazer. Daha doğrusu lazerin kendisi değil ama karşıda oluşturduğu nokta. Elinize bir lazer alıp tıpkı kılıcı savurur gibi lazeri gezdirirseniz epey hızlı hareket eder. Bu duvar ne kadar uzaktaysa, lazer noktası da o kadar hızlı ilerleyecektir. Bunu anlamak için şöyle düşünebilirsiniz.
Elim, lazer ve duvar. Bu açıda başlatıyorum. Lazeri açıyorum ve tam bir saniyede öbür uca gelip lazeri kapatıyorum. Lazer noktası sadece bir saniye boyunca görünmeli. O yüzden duvar ne kadar uzaksa, ona göre bir mesafeyi, bir saniyede kat eder. Bu da özel göreliliği ihlal etmiyor, çünkü lazer noktası fiziksel bir varlık değil. Duvara farklı zamanlarda düşüp yansıyan birbirinden bağımsız fotonları görüyoruz aslında. Eğer gözümüz saniyede 25 kare kadar görmeseydi çok daha uzun pozlasaydı, nokta değil çizgi görürdük. Yani bu aslında tamamen algısal bir olay. Einstein’ın özel göreliliği, “bir şeyleri” ışık hızına “ivmelendirebilmek” için sonsuz kuvvet gerektiğini söylüyor. Ortada bir şey yani bir madde yok. Dolayısıyla onu ittirmek için de bir kuvvete ihtiyacımız yok. Benzer şekilde gölgemiz de ışıktan hızlı hareket edebilir. Bunların hepsi, “algısal” fenomenler.
Algısal deyip önemsizmiş gibi göründüğüne bakmayın. Neden önemli olduğunu astronomlar daha Einstein’ın göreliliğinden bile önce 1900’lerin başlarında anlamaya başladı. Çünkü bir bulutsunun ışıktan hızlı genişlediğini gözlediler. Tabii Einstein’dan sonra bu gözlemler de unutuldu gitti. Çünkü böyle bir şey olamazdı. Zaten biz de maddenin ışık hızından öteye ivmelendirilemeyeceğini söyledik. Ama gözlemler doğruydu. Astronomların bunu ciddiye alıp, açıklamaları neredeyse 70 yıl sürdü. Yapılan hesaplamalarda fark ettiler ki eğer bir şey ışık hızına yakın hızlarda genişliyorsa, biz onu ışıktan hızlı genişliyormuş gibi görmeliydik. V838 Monocerotis’te de bir benzeri gözlendi. Farklı zaman aralıklarında yapının genişlemesini izleyen astronomlar, yapının ışıktan hızlı genişlemesi gerektiğini buldular. Ama madde bu kadar hızlı ilerleyemez. Sonradan anlaşıldı ki aslında orada ilerleyen bir madde yok. Yıldızın etrafı, pek de görülmeyen bir toz tabakasıyla çevrili ve yıldızın aniden parlaklığının artması, bir flaş gibi etrafını aydınlatıyor. Bu aydınlanma yüzeyi ilerledikçe, etraftaki karanlık toz tabakasının farklı kısımlarını görüyoruz. Ve bu ilerlemeyi ölçtüğümüzde, ışıktan hızlıymış gibi görünüyor.
Takyonlar, Cherenkov ışıması ve algısal fenomenler. Bu üçünden son ikisinin ortak noktası, gerçekten gözlenebilen, doğruluğundan emin olduğumuz olaylar olması. Takyonlar ise hala hipotetik, onları henüz gözleyemedik. Belki de yoklar. Fakat bu üçünün hepsinin ortak noktası, Einstein’ın göreliliğinin gölgesi altında on yıllarca gözardı edilmiş olmaları. Acaba takyonları da bu yüzden gözden kaçırıyor olabilir miyiz? Yoksa, evrene dair en büyük aydınlanmalarımızdan biri, diğerlerinin üzerine gölge mi düşürüyor?
Bugün size anlattığım hikaye, aslında görünür sınırların ötesini hayal edebilmenin, sorgulamanın ve araştırmanın hikayesiydi. Işık hızı gibi aşılamaz görünen engellerin bile, farklı açılardan bakıldığında nasıl aşılabildiğini gördük.
Toplumların önünde de görünmez sınırlar vardır. Ve bazen tek bir insanın vizyonu, tüm bir ulusun kaderini değiştirebilir. Atatürk, bilimin ve aklın ışığının her engeli aşabileceğini tüm dünyaya gösterdi… Bugün bize düşen, onun açtığı bu aydınlık yolda, kendimize koyduğumuz her sınırı aşmak için çalışmak. Çünkü ışık gibi fikirler de asla ölmez…