IŞIK HIZININ ÖLÇÜLMESİ-3: Modern Metodlar

[youtube]https://youtu.be/YCeP6G9pbG0[/youtube]

Michelson – Morley Ölçümleri:

Işık hızının ölçülmesi -1 ve 2 sayfalarında bahsettiğim düzeneklerden çok farklı olmayan döner ayna metodu Amerikan fizikçi Michelson tarafından da uygulandı. Michelson-Morley deneyinde ışık demeti çok kez yansıtılarak, içinde boşluk bulunan bir mil uzunluğundaki bir boru yolunu defalarca katediyordu. 2885 ölçümün ortalaması olan deneylerin sonucu, 11 kilometrelik bir farkla c=299774 km/s değerine ulaşıldı. Onbinde bir bir pressesyon ile astronomik ölçmelerin sonucuna karşılık gelmektedir.

Dünya’nın güneş etrafındaki hızı da dikkate alındığında (yaklaşık 30km/s), Dünyanın bir tarafı için ışık hızında c+30 diğer tarafı ise c-30 kadar bir kayma oluşmalıydı. olarak ölçülmeliydi. Bu hassas aletlerle yapılan deneyde bunun böyle olamayacağı gösterildi. Işık hızı hep aynı çıkıyordu. Ayrıca deney farklı ortamlar için tekrarlandı. Etheri (esir) ispatlamakta kararlıydılar. Esir rüzgarı tarafındaki aynaya gelirken ışığın hızının c-v, aynadan yansıdıktan sonra c+v olması beklenmekteydi. Her iki aynadan yansıyan iki ışın demeti bir araya gelip bir girişim deseni oluşturdu. Girişim ölçerin farklı açılarda döndürülmesi ile gelen ve yansıyan ışınlar arasında girişim deseninin, farklı açılar için değişmediği yine bu deney ile ortaya çıkmıştır. Farklı günler, zaman dilimleri, mevsimler için deneyi tekrar ettiler. Sonuç hep aynı çıkıyordu.Esirin olması için Dünya’nın Güneş etrafında hareket etmemesi veya evreni dolduran esirin Dünya ile hareket ediyor olması gerekirdi. Bunlar olamayacağına göre, deney esir hipotezinin kabul görmemesi yönünde (1) Dünya’nın esir referans sistemine göre mutlak hızı ölçülemez, (2) ışığın uzayda (boşlukta) yayılması için bir esir ortamına ihtiyacı yoktur, sonuçlarını ortaya çıkarmıştır. Işık hızı tüm referans sistemleri için aynıdır [Einstein’ın özel izafiyet teorisi temelleri buna dayanır]. Öyleyse deneyin sadece ışık hızının tespitine değil, ışığın karakteristiğinin belirlenmesine katkı sunması bakımından bir çığır açtığı söylenebilir.

Elektromanyetik teori, ışığın kendine eşlik eden ortamı kendisinin oluşturduğunu ortaya koyar. Işık aynı ortam içinde hep aynı hızla hareket eder. Eğer ışık yavaşlasaydı, ona eşlik eden elektrik alanda değişir ve daha zayıf manyetik alan oluştururdu. Böylece elektrik alanda zayıflar ve kaybolurdu. Öyleyse aynı ortam içinde ışık gittiğinden daha yavaş gidemez; yavaşlayamaz. Tam tersini düşündüğümüzde; daha güçlü manyetik alan, daha güçlü elektrik alanı gerektirmekte ve hızın artmasına neden olma ihtimalini ortaya çıkarmaktadır. Ancak Maxwell eşitliklerini kullanarak yapılan deneyler ile elektromanyetik dalgaların ancak ışık hızında olabildiğini (ona eşlik ettiğini) belirlemişlerdir. Öyleyse EM ışıma (herhangi frekansta) ışık hızı ile hareket etmektedir.

Işık, acaba havada mı yoksa suda mı daha hızlıdır?

Bugün, ışığın hem dalga hem de tanecik özelliğini birlikte (dual) gösterebildiğini biliyoruz.Arago’nun tasarlayıp Foucault’un gerçekleştirdiği deneylerle, ışık hızının havadan başka ortamda tespiti için de bu özelliklerin dikkate alınması gerektiği ortaya çıktı. Newton ortaya koyduğu emisyon teorisinde, ışığın su içinde; hava içinde olduğundan daha büyük bir hıza sahip olması gerektiğini belirtir. Şaşırtıcı değil mi? Oysaki dalga teorisini ele aldığımızda bu ikisi arasında tersine bir bağıntı olmalıdır. Dolayısıyla Michelson’un döner ayna metodunda kullanılan borunun içine su doldurulması ikisi arasında bir karşılaştırma yapılması için yeterlidir. Michelson’un araştırmalarında su için elde edilen hızın, dalga teorisi ile ortaya çıkarılan, Vhava/Vsu=n sonucuyla uyuştuğu görülür.

Suyun bugün bilinen tayf içindeki ortalama kırıcılık indisi 1,33 iken, Michelson bunu 1,30-1,35 arasında bulmuştur. Karbon sülfüriçin ise 1,75 değerini bulmuş, ancak onun bugün bilinen ortalama değeri 1,65’tir. Işığın farklı bir maddesel ortamda hareketinde , ne akustik denklemlerinde ne de Maxwell denklemlerinde ortaya çıkmayan bir özelliği karşımıza çıkar. “Işığın dalga hızı titreşim frekansına göre değişim gösterir ve dispersiyon oluşur.” Az dispersif bir ortam olan suda, ölçülen hız dalganınkine yakındır. Sonuç kırılmanın verdiği ile uygun düşmektedir. Karbon sülfür ise daha dispersif olduğu için ölçülen hız dalganın hızından daha küçüktür ve fotonun hızına yaklaşır. Bu nedenle karbon sülfür hız ölçümünde hata payı nispeten daha büyük olmuştur.

Bütün bunların sonucunda, havada ve boşlukta ışığın renge tabi olmadığı düşünüldüğünde, havada yaklaşık olarak, boşlukta ise mutlak olarak bir ışık hızından söz edilir ve genel fiziksel hesaplamalarda bu değer c=300 000 km/s olarak alınır. Işığın bir yılda aldığı yol ışık yılı olarak bilinir ve astronomik uzaklıkların sadeleştirmesinde yaygın olarak kullanılır.

1 ışık yılı = 300 000 x 31 557 600 s (bir yılın saniye karşılığı) = 9 460 730 472 580 800 metredir. (9,5.10^12 km)

Bize en yakın yıldızın bize 4,22 ışık yılı uzaklıktaki Alfa Centauri olduğunu biliyormuydunuz?

Siz bu yıldızdan çıkan ışık ışınlarını yaklaşık dört yıl sonra görüyorsunuz. Ya da o yıldızın enerjisi tükense, yaklaşık dört yıl sonra haberimiz olur.

Sevgilerimle.

Dr. Fikret KORUR

Güneş’ten başlayarak ışık hızı ile seyahate ne dersiniz? Videomuzu izleyin..

[vimeo]https://vimeo.com/117815404[/vimeo]