Evrendeki hiçbir şey ışık hızından daha hızlı olamamaktadır. Bu makalede bu miktarın ne olduğunu ve gerçekten nasıl ölçebileceğinizi anlatmaya çalışacağız.
Işık hızı “c”, fizikteki en önemli temel sabitlerden biridir. Hız değeri 299.792.458 m / (± 1.2 m / s doğrulukla) ölçülmektedir. Yani saniyede yaklaşık 300.000 kilometreye eşittir. Bu durum, ışığın bir saniyede 300.000 kilometre yol kat ettiği anlamına gelmektedir. Örneğin, Ay’da duruyorsanız ve Dünya’ya güçlü bir ışık kaynağı tutuyorsanız, ışığın burada görülebilmesi için 1,25 saniye gerekmektedir.
Aslında bu hız doğrudur. Çünkü uluslararası konvansiyona göre metrenin tanımı, ışığın boşlukta 1/299792458 saniyede kat ettiği uzunluk bir metredir.
Bununla birlikte, bunun gerçekten yalnızca bir boşluktaki ışığın hızı olduğuna dikkat etmek gerekmektedir. Ayrıca ışık bir ortamdan geçerse, sadece hava olsa bile bu durum onu yavaşlatmaktadır.
Işık hızı “c” kesin olarak saniyede 299.792.458 metre olarak tanımlanmaktadır. Hiçbir şey ışıktan hızlı hareket etmemektedir.
Işık hızı ne kadar hızlıdır?
Ne kadar hızlı olduğunu hayal etmek zordur. Bunu daha aşina olduğunuz hızlara kıyasla hayal etmek en iyisidir. Aşağıdaki tabloda kıyaslama olarak, günlük hayatımızda diğer ölçüm yöntemlerinin ne kadar hızlı hareket ettiğini düşünmeniz için örneklendirilmiştir.
| Nesne | M/s cinsinden hız (yuvarlamalı) |
| İnsan | 1,5 |
| Yarış arabası | 100 |
| Ses dalgaları | 343 |
| Uçak | 400 |
| Işık hızı | 300 000 000 |
Ancak bu durum, boşluktaki hızıdır. Örneğin, uzaydaki hızına bağlıdır. Işık hava gibi bir ortamdan geçerse, hızı bazen büyük ölçüde azalmaktadır.
Tüm madde ve bilgilerin maksimum hızıdır. Sıradan yollarda hiçbir zaman boşlukta ışık hızından daha hızlı hareket edememektedir. Bu nedenle yalnızca görüntünün değil, diğer her şeyin bu hız sınırına tabi olduğu anlamına gelmektedir. Bunlar, örneğin elektromanyetik radyasyon ve yerçekimi dalgalarını içermektedir. Bu tür dalgalar ve parçacıklar, kaynaklarının hızına ve yönüne bakılmaksızın hareket etmektedir. Bu aynı zamanda hareketli bir nesne için de geçerlidir. Örneğin, bir tren farları açık halde seyahat ediyorsa, tren ne kadar hızlı hareket ederse etsin, yine de aynı hızda hareket edecektir. Kütlesi sıfır olmayan parçacıklar madde hızına yaklaşabilir, ama asla ona ulaşamamaktadır.
Çeşitli ortamlarda ışık hızı
Hava veya cam gibi saydam ortamlarda ışık, boşluktaki halinden daha yavaş hareket etmektedir. Aynısı iletkenlerdeki elektromanyetik dalgalar için de geçerlidir. Ayrıca ışık hızından daha yavaş hareket etmektedir. Işık hızının “c” ortamdaki hıza oranı “v” kırılma indisi “n= c / v” olarak adlandırılmaktadır.
Havadaki hızı.
Havada, görünür ışık için bu kırılma indisi 1.0003’tür. Bu nedenle, ışık havada boşlukta olduğundan saniyede yaklaşık 90 kilometre daha yavaş hareket etmektedir. Yani c/1.0003 ≈ 299910 km/s’dir.
Sudaki hızı.
Suda kırılma indisi yaklaşık 1,3’tür. Bu nedenle ışığın hızı saniyede 230.769 kilometreye, yani c/1.3 ≈ 230.769 km/s’ye düşürülmektedir.
Camdaki hızı.
Camda kırılma indisi 1.5’tir. Bunu daha önce olduğu gibi hesaplarsanız, saniyede yaklaşık 200.000 kilometrelik bir hız elde edersiniz. Yani c/1.5 ≈ 200.000 km/sn.
Işık hızını ölçmek
Evde ışıkları açtığınızda, ışık hemen odayı dolduruyor gibi görünmektedir. Ancak çok uzak mesafelerden ve çıplak gözünüzden daha gelişmiş ölçüm cihazlarıyla bakıldığında, ışığın sonlu hızı görünür hale gelmektedir.
Bu tür deneyler çoktur. Ancak ilginç bir varyantta Ay’ımız hedef olarak kullanılmaktadır.
Ay yüzeyine bir ayna yerleştirdiğinizi hayal edin. Şimdi dünya’dan bu aynaya ışık tutmak için bir lazer kullanıyorsunuz ve yansıyan ışığı görmenizin ne kadar süreceğini bekliyorsunuz. Sadece yaklaşık 2,5 saniye sonra aynanın parladığını göreceksiniz.
Lazer hızı v nedir?
Bunu hesaplayabilirsiniz. Ay, Dünya’dan 384.400 kilometre uzaklıktadır. Lazer ışığınız bu mesafeyi iki kez kat etmelidir. Bir kez bulunduğunuz yerden aya gitmek için, sonra tekrar aydan size geri dönmek için. Lazerin bu mesafeyi kat etmesi 2,5 saniye sürmektedir.
v = mesafe / zaman = 2 * 384.400 km / 2.5 s = 307.520 km / s.
Bu nedenle, saniyede yaklaşık 300.000 kilometrelik gerçek değere tam olarak karşılık gelmemektedir. Ancak çok yakındır. Daha hassas ölçüm cihazları ile ışığın hızı daha doğru bir şekilde belirlenebilmektedir.
Bu arada, ışığın Güneş’ten Dünya’ya seyahat etmesi daha da uzun sürmektedir. Güneş’ten gelen ışığın Dünya’da bize ulaşması ortalama 8 dakika 17 saniye sürmektedir.
Işık hızının belirlenmesi bilimde çok önemli bir rol oynamıştır. Doğası gereği sadece aydınlatılmakla kalmamış, aynı zamanda hiçbir cismin boşlukta hızını aşan bir hızda hareket edemeyeceği de tespit edilmiştir. Bu durum, görelilik teorisinin yaratılmasından sonra netleşmiştir.
Birimler
Şimdi hızın metre/saniye, ayrıca kilometre/saniye veya kilometre/saat olarak gösterildiğini gördünüz. Basit hesaplamaları kullanarak değerleri bağımsız olarak uygun ölçü birimlerine dönüştürebilirsiniz.
Hesaplamayı kolaylaştırmak için, toplayıp hızının saniyede 300.000.000 metre (300.000.000 m/s) olduğunu söylüyoruz.
Işık hızı km/sn.
Saniyede kilometreye dönüştürmek nispeten basittir. Bir kilometrede 1000 metre vardır. Işığın saniyede 300.000.000 metre hızla yol aldığını biliyorsunuz, yani 300.000.000 metre / 1000 = 300.000 km.
Bu, ışığınızın bir saniyede 300.000 kilometre yol kat ettiği anlamına gelmektedir.
Işık hızı km/h olarak hesaplanmaktadır.
Artık ışığın bir saniyede ne kadar yol kat ettiğini biliyorsunuz. Şimdi bunu sadece saatlere tahmin etmeniz gerekmektedir. Bir saatte 60 dakika vardır. Bir dakikada 60 saniye vardır, ardından 60 * 60 s = 3600 s. Yani bir saatte 3600 saniye vardır.
Sonuç olarak şunu elde edersiniz. ( 300.000 km * 3600 ) / ( 1 s * 3600 ) = 1.080.000.000 km / 3600 s = 1.080.000.000 km / s.
Bu nedenle, ışık bir boşlukta yaklaşık 1.080.000.000.000.000 km/sa (saatte kilometre) hızla hareket etmektedir.
Elektrodinamikte ışık hızı
Klasik fizik, ışığı bir tür elektromanyetik dalga olarak tanımlamaktadır. Ek olarak, Maxwell denklemleri elektromanyetik dalgaların klasik davranışını tanımlamaktadır.
Maxwell yasaları boşluktaki dalgaları şu hızda tahmin etmektedir: c = 1 / ε0 * μ0 , burada ε0 elektrik sabitidir ve μ0 manyetik sabittir.
Modern kuantum fiziğinde, kuantum elektrodinamiği (QED) teorisi elektromanyetik alanı tanımlamaktadır. Bu durumda ışık ve elektromanyetik alanın temel uyarımıdır (kuantum da denir). Bu uyarım bir foton şeklini almaktadır. QED içinde fotonlar kütlesiz parçacıklardır. Bu nedenle özel göreliliğe göre boşlukta ışık hızında hareket ederler.
