Işık Hızında Giden Arabanın Farları Yolu Aydınlatır mı?

Albert ÖZETİ| Einstein tarafından 1905 yılında ortaya atılan özel görelilik kuramı, bugün hâlâ geçerliliğini koruyarak hareket halindeki cisimlerin ve ışığın nasıl davrandığını açıklıyor. Kuramın en önemli varsayımı, ışığın hızının her gözlemci için aynı olduğudur.

Peki bu kuram, ışığın hızında hareket eden (ki bu yaklaşık saniyede 300.000 kilometreye tekabül ediyor) bir arabanın içerisinde bulunan bir gözlemciye nasıl işliyor? Yani biz bu arabanın içindeyken farını açtığımızda ışık bizim arkamızda mı kalıyor, yoksa önümüzü aydınlatıyor mu?

Bu soruyu yanıtlamak için farkına varılması gereken ilk şey, özel görelilik kuramının nasıl çalıştığıdır.

Bu soru bize başta bir paradoks gibi gözükse de özel görelilik kuramının temel ilkelerini anladığımız zaman, sorunun basit bir cevabı olduğunu görürüz. Özel görelilik kuramına göre; herhangi bir aracın içindeki gözlemci, hangi hızla hareket ediyor olursa olsun, aracı ivmelenmediği sürece (sabit hızla hareket ettiği sürece) kendini hep "duruyor" yani "hareket etmiyor" olarak algılayacaktır.

Örneğin, Dünya'nın kendi etrafındaki dönüşü Türkiye enlemlerinde 350 m/sn'dir. Yani 1, 2, 3 diye saydığınız her saniyede aslında 350 metre yer değiştirirsiniz! Ancak hiç de öyle gibi hissetmeyiz, değil mi? Çünkü Dünya bu hızla daima "sabit" bir şekilde döner.

Farkına varılması gereken ikinci şey ise Doppler kayması olarak bilinen olaydır.

Bu hızda hareket ederken bizim için zaman yavaşlar, uzunluklar (dalga boyları) kısalır, kütleler artar ve renkler değişir. Bu etkiler sırasıyla zaman genişlemesi, boy kısalması, kütle artışı ve Doppler kayması olarak bilinir. Bunların hepsi, hareketlerinden bağımsız olarak tüm gözlemciler için ışık hızının sabit olmasının sonucudur.

Peki bu far ışığı için ne anlama geliyor?

Var sayalım ki bir arabadasınız ve farı açıyorsunuz. Bu durumda farlarınızın normal bir şekilde önünüzü aydınlattığını göreceksiniz. Çünkü ışık size göre ışık hızında hareket edecek ve önünüzde ne varsa onu aydınlatacaktır. Ancak önünüzde aynı hızda giden başka bir araba varsa, farlarınız ona çarptığında onun aydınlatılmadığını fark edeceksiniz.

Bunun nedeni, her iki arabanın da zaman genişlemesi yaşaması ve sizin bakış açınızdan diğer arabanın saatinin sizinkinden daha yavaş çalışmasıdır. Yani diğer arabadan yansıyan ışığın gözünüze ulaşması, her iki arabanın da sabit olmasına göre daha uzun sürecektir.

Peki ya arabada değilseniz ve yolun kenarında duruyorsanız? Arabayı ve farlarını nasıl görürdünüz?

Cevap çok farklı. Her şeyden önce, arabayı boyunun kısalması nedeniyle çok çarpık ve basık olarak görürsünüz. Ayrıca kütle artışı nedeniyle çok ağır ve yavaş görünecektir. Doppler kayması nedeniyle rengi spektrumun mavi ucuna doğru kayar.

Peki ya farları? Onları x-ışınları veya gama ışınları gibi çok parlak ve dar yüksek enerjili radyasyon ışınları olarak görürsünüz. Bunun nedeni, farlardan gelen ışığın Doppler kayması nedeniyle büyük bir faktör tarafından maviye kaymasıdır. Işığın momentumunun enine bileşenleri, uzunlamasına bileşenlere kıyasla çok fazla değişmeyeceğinden, kirişler ayrıca arabanın hareket yönü boyunca daha fazla odaklanacaktır.

Yani özetleyecek olursak;

Işık hızında giden bir arabanın içindeyseniz ve farlarınızı yakarsanız, sizin bakış açınızdan farların normal çalıştığını görürdünüz, ancak dışarıdan bakan biri için çok farklı görünürlerdi. Farları açıkken ışık hızında giden bir arabayı dışarıdan izleyen bir gözlemci olsaydınız da onları gerçekte olduğundan çok farklı görürdünüz.

Tabii ki, bunların hepsi varsayımsal ve pratikte imkânsız. Bir arabaya veya kütlesi olan herhangi bir cisme ne kadar enerji verirseniz verin asla ışık hızına ulaşamaz. Sadece fotonlar gibi kütlesiz parçacıklar bu hızda hareket edebilir. Ancak bu sınırı aşabilir ve göreliliğin tuhaf ve harika dünyasını keşfedebilirsek neler olacağını hayal etmek eğlenceli ve öğretici.