Işık Suratında Giden Otomobilin Farları Yolu Aydınlatır mı?
Albert Einstein tarafından 1905 yılında ortaya atılan özel görelilik kuramı, bugün hâlâ geçerliliğini koruyarak hareket halindeki cisimlerin ve ışığın nasıl davrandığını açıklıyor. Kuramın en değerli varsayımı, ışığın suratının her gözlemci için tıpkı olduğudur.
Peki bu kuram, ışığın suratında hareket eden (ki bu yaklaşık saniyede 300.000 kilometreye tekabül ediyor) bir otomobilin içerisinde bulunan bir gözlemciye nasıl işliyor? Yani biz bu otomobilin içindeyken farını açtığımızda ışık bizim gerimizde mı kalıyor, yoksa önümüzü aydınlatıyor mu?
Bu soruyu yanıtlamak için farkına varılması gereken birinci şey, özel görelilik kuramının nasıl çalıştığıdır.
Bu soru bize başta bir paradoks üzere gözükse de özel görelilik kuramının temel prensiplerini anladığımız vakit, sorunun kolay bir yanıtı olduğunu görürüz. Özel görelilik kuramına nazaran; rastgele bir aracın içindeki gözlemci, hangi süratle hareket ediyor olursa olsun, aracı ivmelenmediği sürece (sabit süratle hareket ettiği sürece) kendini daima “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! Lakin hiç de o denli üzere hissetmeyiz, değil mi? Zira Dünya bu süratle hep “sabit” bir biçimde döner.
Farkına varılması gereken ikinci şey ise Doppler kayması olarak bilinen olaydır.
Bu süratte hareket ederken bizim için vakit yavaşlar, uzunluklar (dalga boyları) kısalır, kütleler artar ve renkler değişir. Bu tesirler sırasıyla vakit genişlemesi, uzunluk kısalması, kütle artışı ve Doppler kayması olarak bilinir. Bunların hepsi, hareketlerinden bağımsız olarak tüm gözlemciler için ışık suratının sabit olmasının sonucudur.
Peki bu far ışığı için ne manaya geliyor?
Var sayalım ki bir otomobildesiniz ve farı açıyorsunuz. Bu durumda farlarınızın olağan bir biçimde önünüzü aydınlattığını göreceksiniz. Zira ışık size nazaran ışık suratında hareket edecek ve önünüzde ne varsa onu aydınlatacaktır. Lakin önünüzde aynı süratte giden öbür bir otomobil varsa, farlarınız ona çarptığında onun aydınlatılmadığını fark edeceksiniz.
Bunun nedeni, her iki otomobilin da vakit genişlemesi yaşaması ve sizin bakış açınızdan öteki otomobilin saatinin sizinkinden daha yavaş çalışmasıdır. Yani öteki otomobilden yansıyan ışığın gözünüze ulaşması, her iki otomobilin da sabit olmasına nazaran daha uzun sürecektir.
Peki ya otomobilde değilseniz ve yolun kenarında duruyorsanız? Arabayı ve farlarını nasıl görürdünüz?
Cevap çok farklı. Her şeyden evvel, arabayı uzunluğunun kısalması nedeniyle çok çarpık ve basık olarak görürsünüz. Ayrıyeten kütle artışı nedeniyle çok ağır ve yavaş görünecektir. Doppler kayması nedeniyle rengi spektrumun mavi ucuna yanlışsız kayar.
Peki ya farları? Onları x-ışınları yahut gama ışınları üzere çok parlak ve dar yüksek güçlü 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 ayrıyeten otomobilin hareket istikameti boyunca daha fazla odaklanacaktır.
Yani özetleyecek olursak;
Işık suratında giden bir otomobilin içindeyseniz ve farlarınızı yakarsanız, sizin bakış açınızdan farların normal çalıştığını görürdünüz, lakin dışarıdan bakan biri için çok farklı görünürlerdi. Farları açıkken ışık suratında giden bir arabayı dışarıdan izleyen bir gözlemci olsaydınız da onları gerçekte olduğundan çok farklı görürdünüz.
Tabii ki, bunların hepsi varsayımsal ve pratikte imkânsız. Bir otomobile yahut kütlesi olan rastgele bir cisme ne kadar güç verirseniz verin asla ışık suratına ulaşamaz. Yalnızca fotonlar üzere kütlesiz parçacıklar bu süratte hareket edebilir. Fakat bu sonu aşabilir ve göreliliğin tuhaf ve şahane dünyasını keşfedebilirsek neler olacağını hayal etmek eğlenceli ve öğretici.