Işık Hızı Nedir?

Işık hızını ilk Léon Foucault bulmuştur.1862 yılında Léon Foucault laboratuvarında çalışırken 10 yıllık çabası meyvesini vermiştir. Ancak, Foucault’ya gelinceye dek birçok bilim adamı bu uğurda gece gündüz çalışmıştır. Jean Bernard Léon Foucault, Fransız fizikçidir. Foucault sarkacı ve jiroskop araçlarının kendi icadı olması ile bilinir. Ayrıca ışık hızının ilk hassas ölçümlerinden birini gerçekleştirmiştir. Foucault akımları denen elektromanyetik fenomeni keşfeden kişi olmuştur.

Işığın hızı ilk defa 1676 yılında Ole Roemer tarafından hesaplanmıştır. Roemer, Jüpiter'in uydusu Io'nun Jüpiter'in arkasına geçip görünmez olduğu süreyi Jüpiter Dünya'ya yakınken ve uzakken ölçerek bu ikisi arasındaki farkı oranlayarak ışığın hızını bugün bilinene yakın bir değerde hesaplamıştır. Ole Christensen Roemer 1676 yılında ışık hızı için ilk defa başarılı tahminler yapmış olan Danimarkalı astronomdur. 25 Eylül 1644 tarihinde doğup 23 Eylül 1710 tarihinde yaşamını yitirmiştir.

Hollandalı bilim adamı Christiaan Huygens, 1690 yılında Fransızca olarak yayınlanan Traité de la Lumière (“Işık Üzerine İnceleme” adlı eserinde ışığın ilk ayrıntılı dalga teorisini formüle etmiştir. Bu bağlamda yansıma ve kırılma yasalarını da türetebilmiştir. Christiaan Huygens, Hollandalı bir matematikçi ve bilim insanıdır. Özellikle bir astronom, fizikçi, olasılıkçı ya da saat bilimi ile uğraşan kimliği ile bilinir. Huygens zamanının öncü bilim insanlarındandır.

Işık, bir elektromanyetik radyasyon biçim olarak nitelendirilir. Havanın olmadığı durumda bile uzayda serbestçe dalgalar halinde hareket eder. Elektromanyetik radyasyonun gerçek dalga boyu ışığın net rengini belirler. Uzun dalga boyları kırmızı renkler üretirken çok uzun dalga boyları göremediğimiz kızılötesi ışık üretir. Daha kısa dalga boyları ise mavi ışık ya da ultraviyole radyasyon üretir. Işık, düz bir çizgide hareket eden bir parçacık biçimi (foton) olarak da düşünülebilir. Her iki açıklama da dalga ve parçacık doğrudur ve her ikisi de ışığın bir enerji formu olduğu anlamına gelir.

Modern fizikte ışık, dünyadaki en hızlı şey ve boş uzaydaki hızı doğanın temel bir sabiti olarak kabul edilir. Işıktan daha hızlı olabilecek şeyleri araştıran bilim insanları, bazı teorilere göre geçilmesi imkânsız olan ışık hızını geçmeyi başarmış veya başarabilecek olan şeyler keşfederek Big Bang, ışığın görüntüsü ve kuantum dolanıklığını bulmuştur.

Işık ötesi hız, ışıktan hızlı bilgi aktarımı ve ışıktan hızlı yolculuk, bilginin ve maddenin ışık hızının daha üstünde hızlarla hareket etmesi halinde kazanacağı hızdır. Özel görelilik kuramına göre, kütlesi olan ve ışık hızından düşük hıza sahip olan bir parçacığın ışık hızına ulaşabilmesi için sonsuz enerjiye sahip olması gerekir. Fakat özel görelilik, ışıktan hızlı hareket eden kütleli parçacıkların varlığını her zaman yasaklamaz. Bu durum 19. yüzyılda takyon için geçerli kabul edilmiştir. Çünkü takyon, ışıktan hızlı giden farazi parçacıklardır.

Fizikte ışık, dünyadaki en hızlı şey ve boş uzaydaki hızı doğanın temel bir sabiti olarak kabul edilir. Işığın çok hızlı olmasının nedenleri şunlardır:

• Özel göreliliğe göre ışık hızı, evrendeki bütün madde ve bilgilerin hareket edebileceği maksimum hızdır.
• Işık hızının tam değeri saniyede 299.792.458 metredir.
• Fotonların hızı, ulaşması imkânsız denecek kadar fazladır.

Işık hızı birimi “c” ile ifade edilir. Geçmişte "V" ışık hızı için alternatif bir sembol olarak kullanılmıştır ve 1865’te James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. 1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch c'yi daha sonra ışık hızının √2 katına denk geldiği görülen başka bir sabit için kullanmışlardır. 1894’te Paul Druder c'yi modern anlamıyla tekrar tanımlamıştır. Einstein görecelik üzerine yazdığı orijinal Almanca makalelerde V'yi kullanmıştır ama 1907'de ışık hızı için standart sembol haline gelmiş c'yi kullanmaya başlamıştır.

Modern fizikte ışık hızı bilinen en hızlı şey olarak kabul edilir. Işık hızı çok hızlı olması nedeniyle genellikle İngilizce "constant" ("sabit") ya da Latince "celerity" (hızlı ya da çabuk) kelimesinin ilk harfi olan “c” ile ifade edilir. 

Işık hızıformülü c =λfifadesidir.Işık hızını ilk olarakOleRoemerhesaplamıştır.Formüldeki birimler aşağıdaki gibidir:

• c: ışık hızı birimi
• λ: dalga boyu
• f: frekans

Işık hızı ile ilgili örnek aşağıdadır:

Örnek 1:Dalga boyu 685nmisefrekans kaçtır? (c= 3x108)

c=λfàf= c/λ

685nm= 685x10-9m

f=3x108/685x10-9=4.38x1014

Örnek 2:1.5x10-8dalga boyuna sahip bir fotonun frekansı nedir?(c= 3x108)

c=λfàf= c/λ

f= 3x108/1.5x10-8=2x1016Hz

Işık hızı her yerde aynı değildir. Işık, sadece boşlukta maksimum hızı olan 300.000 km/sn‘ye ulaşır. Boşluk dışındaki ortamlarda ise ışık hızı değişkenlik gösterir. Örnek vermek gerekirse ışık elmasın içinden yarı hızından bile daha düşük bir hızla geçer. Yani neredeyse saniyede 130.000 km hızla geçişini tamamlar.

Işık, kırılma indisi 1.0 olan bir boşlukta saniyede 300.000 kilometre hızla hareket etmektedir. Ancak sudaki hızı saniyede 225.000 kilometreye kadar düşer. Bunun nedeni suyun kırılma indisinin 1.3 olmasıdır. Işığın sudaki hızı, her su için aynı olmaz. Suyun kırılma indisi olan 1.3 değeri tuzlu su için kabul edilebilir fakat bu havuzda aynı değeri vermez. Suyun sıcaklığı da etkili bir faktördür.

Işık sesten çok daha hızlı hareket eder. En klasik örneklerden biri şimşek çakmasıdır. Şimşek çaktığında ilk gördüğümüz gökyüzünde bir flaş ışığıdır. Gök gürültüsü sesi ise ışık hızından birkaç saniye sonra ortaya çıkar. Ses hızı 343 m/s iken ışık hızı 300.000.000 m/s’dir. Yani ışık hızı, ses hızından yaklaşık olarak 874.635 kat daha hızlıdır.

Işığın hızı ilk defa 1676 yılında Ole Roemer tarafından ölçülmüştür. Ole Roemer, Jüpiter'in uydusunun Jüpiter'in arkasına geçip görünmez olduğu süreyi Jüpiter Dünya'ya yakınken ve uzakken ölçerek bunlar arasındaki farkı oranlayarak ışığın hızını bugün bilinene yakın bir değerde hesaplamıştır.

Saniyedeki hızı 300.000 km olan ışığın hesaplama formülü (ışığın saniyedeki hızı)x(sn) şeklindedir. Örneğin ışık bir saatte 300.000x3600=1080000000 km hıza sahiptir.

Işık bir dakikada 18.000.000 km yol alır.

Işık suda 225.000x60= 13.500.000 hıza sahiptir.

Işık bir saatte 300.000x3600=1.080.000.000 km hıza sahiptir. Işık suda 225.000x3600= 8.100.00.000 km hıza sahiptir.

1 ışık hızı saniyede 300.000 km’dir. 1 ışık hızı suda ise 225.000 km’dir.

Işık hızı 1 saniyede dünyanın etrafını 7.5 kez dolaşır. Dünya’nın çevresi 40.075 km’dir. Işığın hızının bir saniyede 300.000 km’dir. Dünya’nın çevresini ışığın hızına böldüğümüzde sonuca ulaşılır.

300.000/40.075=7.5 kez dolaşır.

Işığın boşlukta bir yılda kat ettiği yol tam olarak 9.460.800.000.000 (yaklaşık 9 trilyon) kilometreye denk gelmektedir.

Işık bir yılda suda 7.095.600.000.000 km yol almaktadır.

Işık hızına yaklaşınca zamanın yavaşlaması ve nihayetinde durması, hiçbir şeyin ışık hızını aşamıyor oluşunun bir diğer nedenidir. Çünkü ışık hızına ulaştıktan sonra daha fazla hızlanmaya çalışmak ortaya mantık hatasını çıkartmaktadır.

Işık boşluktaki 299.792.458 metre\saniye hızı ile olağanüstü bir hıza sahiptir. Hız yükseldiğinde ise atom altı parçacıkların hareketi de yavaşlar. Işık hızında ise hareket durağan hale gelir. Yani zaman sadece sizin için durur veya ışık hızına yakın hızlarda seyahat ederseniz zaman sizin bakış açınızda yavaşlar.

Işık hızı mutlaktır. Mutlaklık, gözlemci ışık kaynağına göre ne kadar hızlı hareket ederse etsin, herhangi bir gözlemci tarafından görülenin aynı olduğu anlamına gelir.

Işık hızı sabit değildir. Su gibi bazı ortamlardan geçtiğinde oldukça yavaşlar. Örneğin elmas söz konusu olduğunda, hızı % 50'nin üzerinde kesilir.

Işık hızı sabit değildir. Su gibi bazı ortamlardan geçtiğinde oldukça yavaşlar. Elmas söz konusu olduğunda, hızı % 50'nin üzerinde kesilir. Einstein'ın Özel Görelilik Kuramı'na göre ışığın boş uzay boşluğundaki hızının tüm gözlemciler için aynı olup 300.000 km/s'nin hemen altında olduğu söylenir.

Diğer tüm hızlar başka bir şeye göre ölçüldüğünden, bu kuşkusuz gariptir. Örneğin, bir tren bir platformdaki birine göre saatte 150 km hızla hareket edebilir, ancak trenin yolcuları için hızı hemen hemen sıfırdır. Ancak ışık hızı sıradan bir hız değildir. Fizik yasalarından ortaya çıkan evrensel bir sabittir.

Mevcut fizik kuralları ve doğal dünyanı sınırlarına bakıldığında cevap “hayır” olmaktadır. Albert Einstein'ın ünlü E=mc2 denklemi ile özetlenen özel görelilik kuramına göre, ışık hızı (c), aşılamayacak kozmik bir hız sınırı gibi bir şeydir. Bu nedenle ışık hızında, yolculuk özellikle uzay aracı ve insanlar gibi kütlesi olan her şey için fiziksel imkansızlıklardır.

Zaman genişlemesi, birbirine göre hareket eden veya yerçekimi kütlelerinden farklı konumdaki gözlemciler tarafından ölçülen iki olay arasında geçen zamanın gerçek bir farkıdır. Bu nedenle Uluslararası Uzay İstasyonu'ndan dönen astronotlar yörüngede 6 ay geçirdikten sonra geleceğe 0.007 saniye seyahat etmişlerdir. Tabii ki zamanda gerçekten ileri gitmeyerek sadece dünyadaki herkese göre daha yavaş yaşlanmışlardır. Alpha Centauri (Güneş’e en yakın yıldız sistemi) örnek alınacak olursa kendinizi öldürmeden veya geminizi yok etmeden (muhtemelen ölümünüzle sonuçlanır) ışık hızının % 99,9'una anında hızlanabileceğinizi ve anında yavaşlayabileceğinizi varsayalım. Alpha Centauri teknik olarak 4,5 ışık yılı uzaklıktadır. Dünyadaki herkes dört yıl yaşlanmış olurken siz sadece 2 hafta yaşlanmış olursunuz.

Elektrik kelimesi, genel olarak bir potansiyel fark veya bir elektrik alanı varlığında bir iletken boyunca elektronların (veya diğer yük taşıyıcıların) hareketini ifade eder. Bu elektrik akımı hızının birden fazla anlamı vardır. Günlük elektrikli ve elektronik cihazlarda, sinyaller tipik olarak ışık hızının %50-99'unda elektromanyetik dalgalar olarak hareket ederken, elektronların kendileri çok daha yavaş hareket eder.

Elektronların ışık hızına yakın hareket etmelerine sebep olan şeyse elektromanyetik dalgalardır. Elektrik akımı hızı, elektrik üretimi ve dağıtımında kullanılan kabloların boyutları ve diğer teknik detaylara göre farklılıklar gösterse de genellikle ışık hızının % 90’ına ulaşmış olmaktadır. Bu da saniyede yaklaşık 270.000 km’ye karşılık gelmektedir. Işık, elektrikten daha hızlıdır.

Bir tel veya gaz içinde hareket eden negatif yüklü elektronların elektrik akımı, hareket ettikçe her elektronun etrafında hareketli bir elektrik kuvveti oluşturur. Bu elektrik yükü kuvvetleri, o teldeki atomların titreşimini (çoğunlukla ısı olarak görülen) arttırır. Bu da tüm maddelerde bulunan foton parçacıklarının (radyasyon) emisyonuna neden olur, kinetik enerji verilen bu fotonların bazıları yüzeyden kaçarak ışık haline gelir.

Bir nesnenin 'rengi', yansıttığı ışığın dalga boylarıdır. Işığın rengi, karmaşık kuantum yasalarına göre belirli enerjilerin fotonlarını emecek ve yeniden yayacak olan maddenin atomlarındaki elektronların düzenlenmesiyle belirlenir.

Açık renk veya görünüm Kelvin (K) sıcaklık ölçeğinde ölçülür ve bu, gün ışığı ampulleriyle yumuşak beyaz arasındaki farktır. Daha düşük Kelvin sayıları daha fazla sarı ışık anlamına gelir. Kelvin sayısı ne kadar yüksek olursa ışık o kadar beyaz veya mavi olur.

Işığın boşluktaki hızı sabittir. Tüm renklerin veya dalga boylarının ışığı aynı hızda hareket eder. Başka bir deyişle hız, dalganın frekansı veya polarizasyonu gibi özelliklerine bağlı değildir ve renk hıza bağlı değildir.

Albert Einstein adlı bilim adamına ait olan İzafiyet Teorisi ile ışık hızı arasındaki bağlantı, elektrik alanında çalışmaları ile de bilinen Albert Einstein’ın teorisinin, referans çerçevesi ne olursa olsun ışık hızının sabit olduğunu göstermesidir. Bu zamana kadar bilim adamları gittikçe daha isabetli hale gelen ölçümler yapmışlardır.