Renkler değişir, zaman bozulur ve siz de muhtemelen gözleme olursunuz.
Bilimkurguda ışık hızı veya ötesinde yolculuk eden uzay gemileri evreni aklınıza gelebilecek her şekilde keşfetmeyi mümkün kılıyor. Fakat Dünya’dan kopamayan gerçekliğimizde, hantal bir roketin içerisinde ışık hızında (boşlukta saniyede 299.792.458 metre) seyahat etmek fiziksel açıdan imkansız. Michigan Eyalet Üniversitesinde çalışan yardımcı fizik profesörü Gerd Kortemeyer, “O hızda kütlesiz şeyler seyahat eder” diyor. Bu yüzden kütleli hiçbir şey o hıza ulaşamaz. Ayrıca kütlesiz parçacıklar bile ışık hızıyla sınırlı. “Buna genelde kozmik hız sınırı denir çünkü kimse bundan daha hızlı gitmez” diyor Kotemeyer.
Aramızda çok ama çok uzak galaksileri ziyaret etmek isteyenler varsa, onlar için iki kat talihsiz bir durum daha var: Işık hızına yakın bir hızda hareket etmek bile mümkün değil. “Bu yaşlı, güzel Dünya’mıza kıyasla ışık hızının yakınında seyahat etmek ne mümkün ne de hayatta kalınabilen bir şey” diyor fizikçi.
Bu inekvari kuramsal açıklamalar bir yana, insan taşıyan herhangi bir uzay aracını o hıza çıkarmak için çok fazla yakıt ve enerji gerekirdi. Kortemeyer’in hesaplamalarına göre 10 ton ağırlığındaki bir uzay gemisinde (çoğu uzay aracından önemli derecede hafif ve ufak) ışık hızının %99’una ulaşırken, katlanılabilir bir g-kuvvetinde hızlanmak için bir yılda Dünya’da tüketilen enerjinin 200 katından fazla enerji kullanmak gerekirdi. Üstelik bunu yaparken, kütlenin hiç ısı kaybı olmadan itiş enerjisine dönüştüğü mükemmel derecede verimli bir yakıt olduğunu varsayıyoruz; termodinamiğin ikinci kanununa göre bu da başka bir fiziksel imkansızlık.
Işık hızına en çok yaklaştığımız yer, ufak tefek atomik parçacıkların ışık hızının %99,99999896’sına kadar hızlandırıldığı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Her Yıl Nasıl Sıfırlanıp Yenileniyor?
Fakat tüm bunları görmezden gelelim ve bir anlığına ışık hızına yaklaşabildiğimizi düşünelim. Eğer mükemmel, verimli (ve bir sürü) yakıtımız, buna dayanacak şekilde yapılmış bir uzay aracımız ve cesaretimiz olsaydı, ışık hızına yakın bir hızda yolculuk etmek nasıl olurdu?
İşler belki de tuhaf bir hal alırdı.
Işık hızını bu kadar özel yapan şey ne?
İlk önce ışık hızının tuhaf yanlarından birkaç tanesini anlamak önem taşıyor. Kortemeyer bunun sadece bir hız olmadığını, “doğanın temel sabitlerinden birisi de olduğunu” açıklıyor. 1600’lerden beri gezegenlerin hareketlerine yönelik yapılan gözlemler, ışığın hızına işaret etmişti. 1865 yılında ise James Clerk Maxwell, ışığın bir elektromanyetik dalga olduğu sonucunu çıkarmış ve “Elektromanyetik alanın dinamik bir kuramı” başlıklı simgesel makalesinde bugün bilinen değere yakın bir hız hesaplamıştı.
Ardından ise Einstein, fiziğe dair bildiklerimizi alt üst etti. 1905 yılında sunduğu özel görelilik kuramı, uzay -zamanı “c” sabitiyle bağlanmış birleşik, evrensel bir kumaş şeklinde görüyor. “C” değeri, Einstein hesapladığında ışık hızına eşit çıkıvermiş. İşte meşhur E=mc^2 denklemi bu.
En basit terimlerle özel görelilik, ışık hızının değişmediğini ama zamanın (dördüncü boyut) cisimlerin hareketlerine göre büküldüğünü söylüyor. Bu sebeple hareket halindeki cisimler, zamanı duran cisimlerden farklı şekilde yaşıyor. Dünya’daki en kavranabilir hızlarda bu fark edilmiyor. Fakat ışık hızına yakın hızlarda, zaman genişlemesi şeklinde bilinen bir olgu meydana geliyor (sonraki bölümde buna geleceğiz).
Üstelik ışık hızının uzay -zaman ile olan benzersiz ilişkisi sebebiyle, bir gözlemcinin hızı ne olursa olsun değeri aynı kalıyor. Bir an için otoyoldaki bir arabada olduğunuzu hayal edin. Eğer saatte 60 km’lik sabit bir hızda gidiyorsanız ve önünüzdeki bir araba sizi saatte 120 km hızla geçtiyse, o zaman bu araba kendi hızınıza göre sizden saatte 60 km hızla uzaklaşıyordur. Fakat bir fotonu yakalamak için yarışırsanız, ışık hızının %50’sine ulaşsanız bile o foton sizden hâlâ ışık hızında uzaklaşıyor olacaktır. “Nasıl hareket ediyorsanız olun, bu her zaman ışık hızındadır, diğer her şeyden çok farklıdır” diyor Kortemeyer.
Bu kavramlar hep beraber bir araya gelerek, ışık hızına yaklaşmayı heyecanlı bir yolculuk haline getiriyor.
Işık hızına yakın yolculuk etmek neye benzerdi?
Kortemeyer ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde çalışan ortaklarının 2012 yılında geliştirdiği bu canlandırmada tasvir edildiği üzere renkler ve parlaklık bozularak çok farklı görünürdü. Bu basit oyun, ışık hızına yakın hareket etmenin göreli etkilerini tasvir etmeyi amaçlıyor ve ışığın çok daha yavaş hareket ederek, siz dünyada dolaştıkça devamlı şekilde yavaşladığı bir evrende geçiyor. O evrende ışık hızına hâlâ ulaşamayacak veya onu aşamayacak olsanız da tempolu bir yürüme hızında yaklaşabilirdiniz.
Bunu yaptığınızda, yanınızdan hızlanarak geçen bir ambulansın sirenlerinin tonunun değişmesi gibi görsel bir Doppler etkisi yaşardınız. Bir cisme doğru gitmek, dalga boyu görsel olarak kısaldığı için o cismin daha mavi görünmesine sebep olurdu. Bir cisimden uzaklaşmak da tersini meydana getirir ve görünüşünü daha kırmızı yapardı.
Bir şeye doğru hızlanmak, spot ışığı etkisiyle o cismin algıladığınız parlaklığını artırırdı. Kortemeyer bu olguyu yağmurda koşmakla karşılaştırıyor. Bir sağanak yağmurdan hızla geçmek, ön kısmınıza daha fazla damlanın çarpmasına neden olur ve bu yüzden giysiniz daha fazla ıslanır. Bu canlandırma oyununda ise su damlacıklarının yerini fotonlar alıyor. Bir ışık hüzmesinde ışık hızına yakın bir hızda koşmak, gözlerinize tek seferde daha fazla ışık parçacığının çarpacağı anlamına geliyor.
Eğer yeterince tuhaf gelmediyse, bir de zamana ne olacağını düşünün. Zaman genişlemesi kavramını hatırladınız mı? Uzay -zaman ışık hızı sabitine uymak için büküldüğünden, ışık hızına yakın bir hızda uzayda giden birisi Dünya’da bekleyen diğer tüm insanlardan daha yavaş yaşlanır. Bu fikir, ikiz paradoksu düşünce deneyinde de örneklendiriliyor. Zaman genişlemesi ve belli bir süratte hareket halindeki zamanda, durma halindeki zamana göre gerçekleşen değişim hassas biçimde hesaplanabiliyor.
Eğer saniyede 299.792.450 metreye ulaşmayı başarırsanız (yani ışık hızının hemen altına), o hızla uzayda iki dakika yolculuk yapmak, gezegenimizde yaklaşık altı gün geçmesine eşdeğer olur.
Bu bükülmüş zaman kavramı genelde hiper-ışık hızı yolculuğunun nasıl çalışabileceğini açıklamada kullanılıyor. “Star Trek’in çok büyük hayranıyım, bu yüzden moral bozmak istemiyorum” diyor Kortemeyer. Fakat dizinin ışık hızını geçen bilimkurgu “warp hızı” iddiasının tamamen kurgu olduğunu ve bilim olmadığını söylüyor. “Uzayı bükmek fiziksel bir gerçeklik” ancak hızı manipüle etmek için uzayı bükülmeye zorlamanın veya bükülmeyi kontrol etmenin hiçbir yolu yok. “Fizikte büküm sürüşü diye bir şey yok” diyor bilim insanı. “Fiziğin hangi ilkesinin bunu mümkün kılacağını bilmiyorum.”
Ayrıca işleri daha da Dünya’ya döndürmek gerekirse, saniyede 299.792.450 metreye ulaşmak başlı başına bir deney olurdu. Yüksek hızlar söz konusu olduğunda, başa çıkılacak en büyük engel sabit bir süratte seyretmek değil, hızlanmak olurdu. Zaten tahmin edebileceğinizden çok daha hızlı hareket ediyoruz. Dünya üzerindeki bizler, Güneş’in etrafında saatte yaklaşık 108.000 km hızla dolaşıyoruz. Fakat bu hız değişmediği için onu hissetmiyoruz. Ancak Dünya’ya göre ışık hızına ulaşmak farklı bir hikaye olurdu. “Öylece kalkış yapıp ışık hızına ulaşamazsınız. Dümdüz olurdunuz” diyor Kortemeyer.
Çok dikkatli hızlanmazsanız, ışık hızına yaklaşmanın g-kuvveti muazzam olurdu. İnsanlar Dünya’daki kütleçekim hızı olan 1 g’de hayatta kalmaya uyum sağlamış. Çoğu insan birkaç saniyeden birkaç dakikaya kadar değişen kısa atılımlarda 4-6 g’ye dayanabiliyor. Fakat daha uzun sürelerde veya daha yüksek yoğunlukta g-force, vücudumuzun içindeki sıvı dinamikleri yapışkan duruma geçtiğinden ölümcül hale geliyor.
Kortemeyer’in hesaplamalarına göre hızlanma kuvvetini 3 g’nin altında tutmak istiyorsanız, bir insanın ışık hızına kadar hızlanması yaklaşık bir yıl sürerdi. Fakat bu seviyedeki hızlanma kuvvetine bile uzun dönemli maruz kalmanın vücudu nasıl etkileyeceğini bilmediğimizi belirtiyor bilim insanı. Evrimleştiğimiz şeyin ötesinde, aralıksız 12 ay hızlanma gücüne maruz kalmanın sadece fiziğin sınırlarını değil, aynı zamanda kendi fiziksel sınırlarımızı da test etmesi mümkün.
Yazar: Lauren Leffer/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
