ALICE YASASININ IŞIK DENEYİNDE

IŞIK NİÇİN YÖN DEĞİŞTİRECEKTİR?


Han Erim

3 Kasım 2010 

Copyright 2009 © Han Erim All Rights Reserved

    

 

GİRİŞ

  

Hareket halindeki bir hedefe doğru giden bir ışığın hızı ve davranışları bu güne kadar laboratuar koşullarında ölçülmemiş ve incelenmemiştir. Alice Yasasının ışık deneyi bize bu olanağı verebilen bir deneydir. Deney, birbirine paralel dönen aynalar arasında ışığı yansıtmak ve bir hedefe düşürmek şeklindedir. Aynaların dönüş hızına bağlı olarak ışığın varma hedefi değişmektedir. 

 

Bu yazımda size ışığın niçin yön değiştireceğini anlatacağım. Yazımın ilerleyen bölümlerinde sizin için büyük bir sürpriz de hazırladım. Konunun ne kadar önemli olduğunu sizin takdirinize bırakıyorum.

 

  

Daha basit mantık yürütebilmek için Figür 2 deki düzenekten yararlanalım. Birbirine paralel iki ayna arasında ışığı bir kaç kez yansıtıyoruz.  Işık kaynağı düzeneğe monte edilmiş durumda ve düzeneği sağa sola hareket ettirebiliyoruz. 

 

Düzeneğin referans sistemine göre düşündüğümüz zaman şunu hemen görürüz. Düzeneği hareket ettirmemiz ışığın aynalar arasındaki gidiş rotasını hiç bir şekilde değiştirmemektedir. Bu doğal bir sonuçtur, çünkü düzgün doğrusal hareket eden sistemlerde fizik yasaları değişmezdir. Alice Yasasının ışık deneyinde ışığın yön değiştireceğini anlamak için bu kadar bilgi zaten yeterlidir. Işığın aynalar arasındaki kalış süresini ne kadar uzatabilirsek, ışığın varış noktasını o kadar uzağa veya yakına taşımak mümkün olur. Bu nedenle de Alice Yasasının ışık deneyinde ışığın yön değiştireceği aşikar bir durumdur. Figür 3 

   

 

Ancak burada üzerinde önemle durulması gereken bir detay vardır. Burada şu soru gündeme gelir: Işık aynaların hareket ettiğini nereden bilmektedir? Öyle ya, olayı yer referans sistemine göre ele alırsak, ışığın düzeneğin referans sistemine bağlı bir şekilde davrandığı açıkça ortadadır. Bu soruya Klasik Mekanik şu şekilde cevap vermektedir: Düzeneğin hareket hızına bağlı olarak, ışık normal gidiş doğrultusuna ilave olarak düzeneğin hareketi yönünde ilave bir momentuma sahip olarak yayınlanır. Çünkü burada ışık kaynağı düzeneğe bağlıdır. Bu momentum ışığın aynalar arasındaki gidiş rotasının değişmemesini sağlar. Işık kaynağının düzeneğe monte edilmiş olup olmaması da o kadar önemli değildir. Çünkü, aynadaki ilk kırılımda ışık bu momentumu kazanacaktır. 

 

Gördüğümüz gibi Alice Yasasının ışık deneyinde ışığın yön değiştirip değiştirmeyeceği tartışmak yersizdir, ışığın yönü değişecektir. Ancak burada önemli bir konuyu gözden kaçırmamak ve tartışmak gerekiyor. Çünkü ışık momentum taşımaz. 

 

Şu andan sonra konunun giderek ne kadar ilginç bir hal alacağını ve ne kadar önemli bir konu haline geldiğini görelim.

  

Işık momentum taşıyabilir mi? 

 

 

Uzayda birbirine göre karşılıklı olarak hareket eden A ve B şeklinde iki cisim ele alım. B üzerinde bir ışık kaynağı olarak bir fener vardır ve fenerin konumu X eksenine diktir. (Figür 4) 

 

Kendimizin bu iki cisimden herhangi birinin üzerinde olduğunu varsayalım. Bu A cismi olsun.

 

Soru: Üzerinde olduğumuz A nın hızını söyleyebilir miyiz?

Cevap: Hayır. Yalnızca B'ye göre olan hızımızı söyleyebiliriz. 

 

Soru: Bulunduğumuz A referans sistemini durağan olarak kabul edebilir miyiz?

Cevap: Evet. Zaten gidip gitmediğimizi bile bilmiyoruz. A durağandır ve B hareket halindedir diyebiliriz.

 

Bu soru ve cevaplar referans noktalarımızıdır.

 

 

 

A'yı kendi referans sistemimiz olarak seçtiğimizi ve olayı A dan izlediğimizi düşünüyoruz.

 

Sorumuz şudur : Fenerin ışığının A'ya ulaşması için fener nerede yanmalıdır? 

 

Bu sorunun iki cevabı vardır. 

 

1) Eğer ışık momentum taşıyabiliyor ise, bu taktirde fener A'nın koordinat sistemine göre X=0 noktasına varmadan önce yanmalıdır ve ışığın B'ye ait mavi renkli Y ekseni üzerinde gitmesi gerekir. (Bu Klasik Mekaniğin yukarıda okuduğunuz paralel iki ayna olayını açıklarken kullandığı mantıktır). Figür 5

 

 

 

 

2)  Eğer ışık momentum taşımıyor ise, bu taktirde fener A'nın koordinat sistemine göre X=0 noktasında yanmalıdır ve ışığın A'ya ait kırmızı renkli Y ekseni üzerinde gitmesi gerekir. (Bu da Alice Yasasının görüşüdür. Einstein fiziğine göre de kısmen bu şekildedir diyebilirim. Çünkü Einstein'ın Evrensel Işık Hızı postülasına göre ışığın hızı yayınlandığı kaynağın hızından bağımsız olmalıdır. Kısmen dedim çünkü Einstein fiziğinde yukarıdaki sorunun net bir karşılığı yoktur.) Figür 6

 

 

 

 

Gördüğümüz gibi karşımızda iki seçenek vardır. Burada tuhaf olan nokta, bu iki görüşten hangisinin doğru olduğunun şimdiye kadar netleştirilmemiş olmasıdır. Bu durumu hayretle karşıladığımı söylemek isterim. Bu ayrıntının ne kadar önemli olduğunu ifade etmekte kelimeler hakikaten yetersiz kalıyor. Bu ayrıntının bilinmesi o kadar önemlidir ki.

 

Işığın momentum taşıyıp taşımadığını nasıl ölçebiliriz? 

 

Bu sorunun cevabını yukarıdaki iki cisim örneğini bir kez daha kullanarak vereceğim. Şimdi referans sistemimiz B olsun ve B'yi durağan kabul edelim. Bu taktirde A, B ye göre hareket halinde olacaktır. Referans sistemimizi değiştirmemiz, meydana gelen olayı değiştirmeyeceğine göre yukarıda yazdığımız iki şık burada da aynen geçerlidir.

 

1) Eğer ışık momentum taşıyor ise, bu taktirde fener A'nın koordinat sistemine göre X=0 noktasına varmadan önce yanmalıdır ve ışığın B'ye ait mavi renkli Y ekseni üzerinde gitmesi gerekir. (Bu Klasik Mekaniğin yukarıda okuduğunuz paralel iki ayna olayını açıklarken kullandığı mantıktır). Figür 5

 

 

  

2)  Eğer ışık momentum taşımıyor ise, bu taktirde fener A'nın koordinat sistemine göre X=0 noktasında yanmalıdır ve ışığın A'ya ait kırmızı renkli Y ekseni üzerinde gitmesi gerekir.

 

 

 

Şimdi bu analizden nasıl bir sonuç elde ettiğimize bakalım:     

B'nin referans sistemi göz önüne alındığında, ışık eğer momentum taşıyorsa düz bir yol izlemekte, eğer momentum taşımıyorsa yön değiştirmektedir. (Figür 9)

 

 

 

 

Artık nasıl bir deneyle bu ayrıntıyı tespit edebileceğimizi söyleyebiliriz.

 

Işığın momentum taşıyıp taşımadığını deneysel olarak nasıl tespit edebiliriz?

 

Kare şeklindeki bir kaidenin ortasına dönebilen bir disk yerleştiriyoruz. Burada ışığı yansıtmayacağımız için ayna kullanmamıza gerek yok. Amacımız kaide üzerine düşen ışığın fotoğrafını çekmektir. Yukarıdaki mantığı burada uygularsak B ışık kaynağı, A ise dönen disk olur. Figür 10

 

  

Disk dönerken, mümkün olduğu kadar uzak bir noktadan ışığı çok ince bir çizgi şeklinde kaidenin bütünü üzerine düşürüyoruz ve fotoğrafını çekiyoruz.  Alice Yasasının Işık Deneyi gerçekte budur ve yapılması gereken deney de budur.

 

1) Eğer ışık momentum taşıyorsa çektiğimiz fotoğrafta kaide üzerine düşürdüğümüz ışık çizgisinin bozulmadığını görmemiz gerekir. Hem dış kaide üzerindeki hem de içte bulunan diskin üzerindeki çizgiler birbirini takip eden kesiksiz düz bir çizgi oluşturacaktır. Figür 11

  

 

  

2)  Eğer ışık momentum taşımıyorsa, bu taktirde diskin dönüş hızına bağlı olarak ışığın yön değiştirmesi gerektiği için, çekilen fotoğrafta disk üzerindeki ışık çizgisinin diskin dönüş yönünde ileri doğru kaydığını görmemiz gerekir. Figür 12. 

 

 

 

Sonuç ve Tartışma

 

Burada bu deneyin Alice Yasası ile bağlantısını anlatmadım. Çünkü buna şu an için gerek yoktur. Alice Yasası şunu demiş, Klasik Mekanik bunu demiş, Einstein fiziğine göre şöyledir böyledir diye tartışmanın da bir anlamı da yoktur. Bu deney o kadar temeldir ki, o kadar önemlidir ki. Bu deney fiziğin genel teorisini düzenler. 

 

Bu deneyin Alice Yasasının lehine sonuçlanacağını da buradan söylemek isterim. 

 

Şimdi son soruyu sormalıyım, bu deneyi kim yapacak?

  

 

Han Erim

 

 

Ayrıntıları daha rahat inceleyebilmeniz ve analiz yapabilmeniz için aşağıdaki animasyonu hazırladım. Kaynak kodlarını buradan download edebilirsiniz. (Flash CS3 Actionscript 3.0)

 

 

aliceinphysics.com

Establish: December 2001

Copyright © 2000-2010. Han Erim. All Rights Reserved.