Süperlüminal Hareket: Evrensel Hız Limitlerini Kırmak

Süperlüminal hareket, bir şeyin görelilik teorisine göre yapabileceğinden daha hızlı hareket ediyormuş gibi görünmesi durumudur. Ayrıca bir obje ışık hızını aştığında “pair event” denen garip bir olgu açığa çıkar. Evrensel hız sınırlarını aşmanın 2 yolu vardır: Görelilik, madde ve enerji için geçerlidir ve iki tür hız vardır: göreli ve gerçek. Burada, bu istisnalar dahilinde ışık hızını nasıl aşacağımızı ve aştığımızda ne olacağını tartışacağız

Uzay yollarında hız sınırları tanımayanların hikayesi

Bu olgu ilk kez 1901 yılında Charles Dillon tarafından gözlemlendi. Dillon, Nova Persei bulutsusunu incelerken beklenen değerlerden önemli ölçüde daha hızlı hareket ettiğini fark etti. Bu fenomen, bulutsunun ışığını yansıtan bazı yıldızlararası tozlardan kaynaklanıyordu ve ışık hızını aşmamasına rağmen daha önceki ölçümlerden daha hızlı gidiyordu. Bu, bir şeyin ilk kez orijinal hızından daha hızlı göründüğünü fark ettiğimiz bir zamandı.

1902’de Jacobus Kapteyn, Nova GK Persei’nin ejektasında ilk gerçek süperlüminal hareketi gözlemledi ancak bulguları İngilizce konuşan astronomlar tarafından fazla dikkat çekmedi.

Martin Rees, 1966’da görelilikle hareket eden cisimlerin ışık hızını aşan enine hızlara sahipmiş gibi görünebileceğini öne sürdü. 1960’ların sonlarında ve 1970’lerin başlarında Çok Uzun Baz Interferometrisi (VLBI), radyo galaksileri ve kuasarlar dahil olmak üzere süperlüminal hareketin ana nedenleri olan kaynakları ortaya çıkardı. Bu teknik, görünür ve açısal hızları hesaplamamızı çok daha kolay hale getirdi. Bu teknikle bilim insanları ışık hızının altı katına kadar olan hızları hesapladılar.

Işık hızı nasıl aşılır?

Daha önce bahsedildiği gibi ışık hızını aşmanın iki olası yolu vardır. Bu, bir şeyin gölgesi olabilir; bilindiği gibi gölgeler madde veya enerji değildir, dolayısıyla görelilik tarafından belirlenen sınırlamalar burada geçerli değildir. Alternatif olarak, doğrusal hızı ışık hızından daha hızlı olabilir; bu konu da aşağıda açıklanmıştır.

Ancak ışık hızından daha hızlı hareket eden şeylerin nasıl göründüğünü düşünmek daha heyecan verici. En büyük gücümüz olan hayal gücümüzle, ışık hızından daha hızlı hareket eden bir şeyi görebiliriz. Bu şeye “top” diyeceğim ancak bu, ışık hızından daha hızlı hareket eden herhangi bir şey olabilir. Topun yolunun gözlemciye doğru geldiğini hayal edin. Gözlemci bu tür bir şeyi nasıl görebilir? Bu olaya pair event denir.

Bunları da okuyun!

Işık Yılı Nedir? – Uzayda Mesafe Ölçümü

23 Nisan 2024

17 görüntüleme

NASA’nın Ingenuity Helikopteri Üç Yıllık Mars Görevini Tamamladı

26 Ocak 2024

25 görüntüleme

Basitçe açıklamamız gerekirse pair event: topun yolunda eşit aralıklarla yerleştirilmiş ampuller olduğunu ve top onların yanından geçtiğinde ampullerin yandığını düşünün. Top ilk ampulün yanından geçtiğinde bu olaydan kaynaklanan ışık, ikinci ampul yandıktan sonra ondan çıkan ışıktan önce gözlemciye ulaşamaz. Bunun nedeni, ilk ampul yandığında o ampulden gelen ışığın, topun kendisi ışık hızından daha hızlı hareket ettiği için toptan önce ikinci ampule bile ulaşamaması. Bu yüzden 2. ampulden çıkan ışık birinci ampulün önüne geçer daha ne kadar çok ampul eklersek ekleyelim her zaman en sondaki ampulün ışığı gözlemciye ilk ulaşır. Bunu bildiğimizde, topu kendisini gözlemciye ulaşmadan önce göremeyeceğimizi tahmin edebiliriz. Aynı nedenle, top tarafından üretilen ışık gecikir ve top, kendi yarattığı ışıktan önce gözlemciye ulaşır.

Gözlemcinin bunu nasıl göreceğini düşünmek daha da gariptir. Gözlemci ilk kez topu gördüğünde topun yolu gözlemciye dik olacak şekilde aynı hizada olmalıdır. Daha önce belirtilen nedenlerden dolayı ikinci ampulün ışığı ilk ampulden önce gözlemciye ulaşır ve gözlemcinin gördüğü topun yönü, topun gecikmiş ışığı nedeniyle topun gerçek yönünün tersi olur. Ayrıca top gözlemcinin yanından geçtikten sonra gözlemciden uzaklaşırken görünmeye devam eder. Aynı zamanda gözlemci top gelirken gecikmiş ışığı da görmeye devam eder. Bunun sonucu gözlemci aynı “topun” 2 farklı kopyasını görür birisi gerçek diğeri ise gecikmiş ışıktır. 2 farklı kopya göründüğü içinde buna “pair event” denir.

Hız sınırlarını tanımayanların gerçek örnekleri

Uzayda her yöne hareket eden galaksileri bulmak mümkündür. Doğru koşullar sağlandığında (bir galaksi küçük bir açıyla gözlemciye doğru yeterli bir hızda geliyorsa), galaksinin Dünya’ya göre göreli hızı ışık hızından daha hızlı olabilir. Kanıtı aşağıya bırakacağım:

Bu oldukça karmaşık, ancak biraz trigonometri ve türevler kullanarak cisimlerin bize göre görünen hızlarını hesaplayabiliyoruz. Matematik yapıldığında, hareket eden bir cismin hızının süperlüminal olduğu (ışık hızından daha hızlı) ortaya çıkar.

Çerenkov radyasyonu

Her sıvının, içinde hareket eden bir cismin maksimum hızını sınırlayan bir ortamı vardır. Örneğin, ışık su içinde \( \style{font-family:’Times New Roman’}c \) hızında değildir. Suyun ortamı \( \style{font-family:’Times New Roman’}{n=1.33} \) olarak tanımlanır, bu da su içindeki ışık hızının \( \frac c{1.33}=c_w \) olduğu anlamına gelir. \(\style{font-family:’Times New Roman’}{c_w\approx225,407,863\;\frac ms} \). Suyun yarattığı yansıma nedeniyle, su içinde veya herhangi bir yansıtıcı sıvı içinde ışıktan daha hızlı hareket etmek mümkündür. Yüklü bir parçacık (çoğunlukla elektronlar) dielektrik bir sıvıya (kutuplanabilen sıvı) girdiğinde, ışıktan daha hızlı hareket edebilir. Özellikle, o sıvı içindeki ışık hızını aşabilir. Bu olaya Cherenkov radyasyonu denir.

Sonik patlamalar

Süperlüminal hareket tamamen teorik bir bilim gibi görünse de dünyada bunun benzeri başka bir olayı kolayca deneyimleyebiliriz. Uçaklar uçarken onları takip eden iki basınç dalgası vardır: biri önde diğeri arkada, tıpkı suda yüzen gemiler gibi. Uçak ses hızını aştığında bu dalgalar birleşmeye başlar ve tek bir enerjik dalga haline gelir. Bunun nedeni jet ses hızını aştığında, şok dalgasının jetin önünde olması gereken dalganın önünde kalamayışıdır; çoğu dalganın ses hızına yakın hızlarda hareket ettiğini hatırlarsak jetin kendisi yarattığı dalgadan daha hızlı hareket ettiğinde, dalga geri düşer ve jetin arkasına yaklaşır. Doğru zamanda, jetin gecikmiş ön dalgası ve arka dalgası birleşerek daha büyük ve daha güçlü bir dalga oluşturur. Bu, duyduğumuz sonik patlamadır. Bu olay birçok yönden süperlüminal harekete de benzer, bu da onu anlamayı kolaylaştırır.

Açısal ve çizgisel hızın farkı

Bunu günlük hayatta denemek mümkündür. Opak bir nesne çizgisel yayılan bir ışık kaynağının yanından geçtiğinde (lazer) arkasında bir gölge oluşturur. Ama ne kadar uzağa? Bunun bir sınırı yoktur. Işık kaynağının sonsuz bir menzile sahip olduğunu hayal edersek ışık kaynağını yakın ve hızlı hareket eden bir opak nesneye tutup gölgesinin çok uzağa düşmesine izin verdiğimizde, gölgenin hızı nedir? Nesneyle aynı anda başlamalı ve durmalıdır. Bu bilgiyi kullanarak, gölgenin ortalama hızını kolayca hesaplayabiliriz. Ayrıca ışık kaynağını dairesel olarak döndürdüğümüzü unutmayın, bu nedenle başlangıç ve bitiş noktaları da bir dairesel yayılmalıdır. Ancak gölge ışık kaynağından çok uzağa düşürüldüğünde, gölgenin kat etmesi gereken yer değiştirmenin verilen süre içinde mümkün olması imkansızdır. Alttaki formülde de bahsedildiği gibi açısal hız ile çizgisel hız aynı şey değildir açısal hız dairesel hareket boyunca sabitken çizgisel hız yarıçapla birlikte atar eğer yarıçap yeteri kadar büyükse cisim ışık hızını aşmalı ve süperlüminal şekilde hareket etmelidir.

Bunu gözlemlemenin bir başka yolu da bir lazer kullanmaktır. Bir duvara doğru yönlendirildiğinde ve kendi etrafında döndürüldüğünde duvardaki noktanın dönen lazerden daha hızlı hareket ettiği kolayca fark edilebilir. Lazer döndürülürken açısal hız her yerde aynı olmalıdır (tam bir turu tamamlamak için gereken süre) ancak doğrusal hız yarıçapla artar. Bir dairesel yolda yarışan iki arabayı hayal edin. Her ikisi de aynı dairesel yolda yarışıyorsa biri iç çemberde diğeri dış çemberde yarışı aynı anda bitirmek için hangisi daha hızlı gitmelidir? bu dıştaki araç daha hızlı gitmelidir çünkü dönmesi gereken çember daha büyüktür bu olayı şu an gerçekleştirdiğimiz düşünce deneyine uygularsak; lazer çok uzak bir noktaya tutulduğunda ve belirli bir açısal hızla döndürüldüğünde lazerden gelen ışığın o noktada çevirdiğimiz lazer ile aynı açısal hızla dönmelidir. Ancak çizgisel hızı biz lazeri ile aynı çizgide kalmak için aynı olmalıdır. Dönen dairenin yarıçapı çok büyükse başka bir değişle lazerin noktasının etrafında dönmesi gereken çember çok büyüdüyse bu daireyi ışık hızı sınırları içinde tamamlamanın bir yolu yoktur bu yüzden ışık hızını aşmaktan başka bir yol yoktur.

1. ^{SÖZLÜK YAZISI} Wikipedia Turkish. (n.d.). Işıktan hızlı hareket. Wikipedia Turkish. [Wikipedia Turkish]
2. ^WEBSİTE Kozmik Anafor. (2016, July 8). Süperlüminal (Işıktan Hızlı) Hareket. Kozmik Anafor. [Kozmik Anafor]
3. ^WEBSİTE Popular Science Türkiye. (2022, October 26). Uzaydaki bu jet akımları işıktan hızlı gidiyor gibi görünüyor. Popular Science Türkiye. [Popular Science Türkiye]
4. ^WEBSİTE Kayalı, Ö. (2022, October 20). Süperlüminal Hareket: Işıktan Hızlı Hareket Mümkün mü? Evrim Ağacı. [Evrim Ağacı]