IŞIK HIZININ ÖLÇÜLMESİ-1: Astronomik Metodlar

solUzun bir süreden sonra MERHABA..

Birçok derste merak edilen ve bana sorulan sorulardan biri ışık hızının nasıl tespit edildiğidir. Aslında insanoğlu uzun yıllar ışığın sayılarla ifade edilebilecek bir hızının olmadığını, yani sonsuz bir hızla yayılmakta olduğunu zannetmiştir. Bunun en temel nedenlerinden biri hızını ölçecek bilimsel bir metodun ortaya çıkarılamamış olması, diğer bir nedeni ölçmek için çok büyük mesafelere gereksinim duyulmasıdır. Işık hızı “c” ile gösterilir, Latince celeritas (hız) isminden gelir.  Işığın hızı sadece boşluk ortamında c ‘ye eşittir. Havada da c’ye eşit kabul edilir. Su, cam, plastik gibi ortamlardan geçerken ışığın hızı c’den küçüktür. Geçmişte bilim adamları ışık hızının hesaplanmasına yönelik farklı metodlar kullanmışlardır. Işık hızının tespitine yönelik ilk denemeleri 1632 yılında (ses hızı tespiti için kullandığı metodun bir benzeri ile) Galilei yapmıştır. Fener metodu diye de bilinen bu metodun çok başarılı olduğu söylenemez. Bundan sonra ışık hızının tespitine yönelik metodları en temel anlamda üçe ayırabiliriz. Astronomik metodlar, yerüstü metodlar ve modern fiziği kullanan metodla. Yazının bu ilk bölümünde astronomik metodlar anlatılacaktır.

ASTRONOMİK METODLAR

Roemer Metodu: 1673’de Roemer gökyüzüne yönelttiği bir dürbünle 1610’da Galilei tarafından belirlenen Jüpiter’in dört uydusuna ait gözlemler yapmıştır. Jüpiter Güneş etrafındaki bir turunu yaklaşık 12 Dünya yılında tamamlar. Roemer’in hesabı Yer ile Jüpiter’in, Güneşin aynı tarafında bulunduğu bir dönemde (Conjunction) uydularından birinin (Io) Jüpiter’in gölgesinde kalmasını gözlemlemesi ile başlamıştır. Gözlemlerine devam ettiğinde Yer ile Jüpiter’in birbirinden uzaklaştıkça (Güneşin iki farklı tarafında bulunduğunda – Opposition) aynı tutulma olayının gitgide artan bir gecikme ile gerçekleştiğini görmüştür. Bu iki olay arasındaki gecikme farkı ışığın ikinci durumda daha fazla yol almasından kaynaklanıyor olduğunu düşünerek basit bir hesapla 6 ayda Yer’in yaklaşık olarak Jüpiter’den Dünya’nın yörünge yarıçapının (yaklaşık 150 milyon km) iki katı kadar uzaklaştığını tespit etmiştir. Io’nun tutulma süresindeki artışı yaklaşık olarak 20 dakika ölçen Roemer ışığın hızını yaklaşık olarak 214 000 km/s olarak bulmuştur.

 thumbnail_1 thumbnail_2  thumbnail_3

Bradley Metodu: Roemer’in fikirleri hemen kabul görmemiştir. 1727’de İngiliz astronomu Bradley’in keşfettiği sapınç (aberasyon) olayı ile sağlam bir dayanak bulmuştur. Metod temel olarak şu şekildedir: Oldukça uzakta bulunan bir S ışık kaynağının, ortalarında sonsuz ince iki O1 ve O2 deliği açılmış iki ekran taşıyan boru vasıtasıyla gözlendiğini varsayalım. S hareketsiz ve boru SO1 ışınına normal olan bir ν hızı ile hareketli ise, O1den geçen ışık O2’ye vardığında O2 deliğine rastlanmaz çünkü bu delik t ışığının O1O2 yolunu alması için geçen zaman olmak üzere; y=ν.t kadar yer değiştirmiştir. Gözlemci S kaynağını görmez. Görebilmek için ışık ikinci ekrana vardığı vakit O2 deliği SO1 çizgisi üzerinde bulunacak tarzda boruyu bir α açısı kadar eğmek zorunda kalır. Böylece S kaynağı gözlemciye O1O2 doğrultusunda görünür.

α=(O2 O2′)/(O1 O2 )=(ϑ.t)/(c.t)=ϑ/c

Yer yörüngesini yaklaşık 30 km/s hızla dolanır. Yörüngenin dairesel Yer’in hızını sabit kabul edersek; Yer’den bir X yıldızına baktığımızda görebilmemiz için, baktığımız noktaları birleştiren ekseni; Yer’in hareket hızının doğrultusunda bir α açısı kadar eğmek zorunda kalırız. Altı ay sonra Yer yarım devir yaptığında hızı ve α açısı yön değiştirmiş olur. Bu nedenle 2α açısı kadar döndürmek gerekir. Bradley’in bu metodla hesaplarına göre ışık hızı 301 000 km/s olarak bulunmuştur.

Dr. Fikret KORUR

Yazının ikinci bölümü için TIKLAYINIZ (Yerüstü Metodlar)