Uzayda Işık Yıpranır mı?

San Diego’daki ışık kirliliğiyle dolu arka bahçemde, astrofotografi için kurduğum teleskop, Dünya’dan inanılmaz uzaklıktaki bir galaksiye odaklanmıştı. Eşim Cristina, o sırada tabletime ilk uzay fotoğrafı aktarıldı. Ekranımızda ışıltılı bir görüntü belirdi.

“Bu Pinwheel galaksisi,” dedim. Adı, şekline atıfta bulunuyor – ancak bu çarkıfelek yaklaşık bir trilyon yıldız içeriyor.

Pinwheel’den gelen ışık, 25 milyon yıl boyunca, yaklaşık 150 kentilyon mil öteden teleskobuma ulaştı.

Eşim merakla sordu: “Işık bu kadar uzun bir yolculukta yorulmaz mı?”

Merakı, ışığın doğası hakkında düşündürücü bir sohbeti başlattı. Nihayetinde, ışık zamanla neden yıpranmaz ve enerjisini kaybetmez?

Işık Hakkında Konuşalım

Ben bir astrofizikçiyim ve eğitimimde öğrendiğim ilk şeylerden biri, ışığın genellikle sezgilerimize meydan okuyan şekillerde davrandığıdır. İletimi, elektromanyetik radyasyon olarak düşünün: temelde, birbirine bağlı bir elektrik dalgası ve bir manyetik dalga, uzay-zaman içinde gelişir. Kütlesi yoktur. Bu önemli bir nokta, çünkü toz parçasından uzay aracına kadar bir nesnenin kütlesi, uzayda ulaşabileceği en yüksek hızla sınırlıdır.

Ancak ışık kütlesiz olduğundan, bir vakumda maksimum hız sınırına, yani saniyede yaklaşık 186.000 mil (300.000 kilometre) ya da yılda neredeyse 6 trilyon mil (9.6 trilyon kilometre) hıza ulaşabilir. Uzayda hareket eden hiçbir şey daha hızlı değildir. Perspektif oluşturmak için: Gözlerinizi kırptığınız sürede, bir ışık parçacığı Dünya’nın çevresini iki kereden fazla dolaşır.

Olağanüstü hızlı olsa da, uzay son derece yaygındır. Güneş’ten, Dünya’dan 93 milyon mil (yaklaşık 150 milyon kilometre) uzakta olan ışık, bize ulaşmak için biraz üzeri sekiz dakika alır. Başka bir deyişle, gördüğünüz gün ışığı sekiz dakika öncedir. Alpha Centauri, Güneş’ten sonraki en yakın yıldızdır ve 26 trilyon mil (yaklaşık 41 trilyon kilometre) uzaktadır. Bu nedenle gece gökyüzünde gördüğünüzde, ışığı biraz üzeri dört yıllıktır. Ya da astronomların dediği gibi, dört ışık yılı uzaktadır.

Bu muazzam uzaklıkları düşünürken, Cristina’nın sorusunu tekrar gözden geçirelim: Işık nasıl oluyor da evren boyunca seyahat edebilir ve yavaş yavaş enerji kaybetmez?

Aslında, bazı ışıklar enerji kaybeder. Bu, bir şeye çarptığında, örneğin yıldızlararası tozdan sekip dağılabilir. Ancak çoğu ışık bir engelle karşılaşmadan yoluna devam eder. Bu genellikle böyledir çünkü uzay çoğunlukla boştur–yani hiçbir şey yoktur. İletiminin önünde hiçbir engel olmadığında, ışık enerji kaybetmez. Bu şekilde, saniyede 186.000 mil hızını sonsuza kadar koruyabilir.

Zaman Hakkında

İşte bir başka kavram: Kendinizi Uluslararası Uzay İstasyonu‘nda bir astronot olarak hayal edin. Saatte 17.000 mil hızla (yaklaşık 27.000 kilometre) yörüngedesiniz. Dünyada biriyle karşılaştırıldığında, kol saatiniz yıllık olarak 0.01 saniye daha yavaş hareket eder.

Bu, zaman genişlemesi örneğidir – zaman, farklı koşullar altında farklı hızlarda hareket eder. Eğer çok hızlı hareket ediyorsanız veya büyük bir kütleçekim alanına yakınsanız, saatiniz daha yavaş çalışacaktır. Yavaş hareket eden biri veya büyük bir kütle çekim alanından daha uzakta olan biriyle karşılaştırıldığında. Kısaca söylemek gerekirse, zaman görecelidir.

Şimdi, ışığın zamanla ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olduğunu düşünün. Bir foton, temel bir ışık parçacığı üzerinde oturduğunuzu hayal edin; burada, maksimum zaman genişlemesi deneyimlersiniz. Dünya’daki herkes sizi ışık hızında görür, ancak sizin referans çerçevenizde zaman tamamen durur.

Bunun nedeni, zamanı ölçen “saatlerin” iki farklı yerde, çok farklı hızlarda olmasıdır: ışık hızında hareket eden fotona karşı, Güneş etrafında yavaşça dönen Dünya.

Dahası, eğer ışık hızında veya yakınında seyahat ediyorsanız, bulunduğunuz yer ile gittiğiniz yer arasındaki mesafe daha kısa olur. Yani, alanın kendisi hareket yönünde daha kompakt hale gelir – bu yüzden ne kadar hızlı giderseniz, yolculuğunuz o kadar kısa olur. Diğer bir deyişle, foton için, uzay sıkışır.

Bu, beni Pinwheel galaksisinin fotoğrafına geri getiriyor. Fotonun perspektifinden, galaksi içindeki bir yıldız onu yaydı ve ardından arka bahçemdeki kameramda bir piksel onu soğurdu – tam aynı anda gerçekleşti. Çünkü uzay sıkışmış, fotona göre yolculuk sonsuz hızlı ve sonsuz kısa, saniyenin küçük bir parçasıydı.

Ancak Dünya’dan bakıldığında, foton galaksiden 25 milyon yıl önce ayrıldı ve 25 milyon ışık yılı boyunca uzaya yayılarak tabletimde, arka bahçemdeki kamerama ulaştı.

Ve orada, serin bir bahar gecesi, büyüleyici görüntüsü, bir bilim adamı ve meraklı eşi arasında hoş bir sohbet başlattı.

Jarred Roberts, Proje Bilimcisi, Kaliforniya Üniversitesi, San Diego. Bu makale, The Conversation‘dan Creative Commons lisansı altında yeniden yayımlandı. Orijinal makaleyi okuyun.