IŞIK NE KADAR HIZLA YOL ALIR?
Büyük sayıları kullanmak insanı bezdirici ve bütün o sıfırlar akıl karıştırıcıdır. Güneş sistemi içinde milyon kilometrelerle ve hatta birkaç milyar kilometre ile uğraşmak olasıdır. Ancak, iş yıldızlara geldiğinde en az birkaç trilyon kilometre ve büyük olasılıkla binlerce trilyon kilometrelik uzaklıkları kullanmamız gerekebilir. Bu durumda ellerimizi havaya kaldırıp; “Bütün bunların ne yararı olur ki?” diye sorabiliriz.
Burada sorun, kilometre ve İngiliz ölçü birimi olan milin dev gökbilimsel uzaklıkları değil, yeryüzünde her gün karşılaştığımız uzaklıkları ölçmek için tasarlanmış olmasında yatmaktadır. Yıldızların uzaklıklarıyla kolayca çalışabilmek üzere başka bir ölçme birimine gereksinim duyarız. Bu da ışığın kullanılışım ortaya çıkarır.
Şu halde ışığı bu amaçla kullanabilmek üzere önce sormalıyız: Işık, ne kadar hızla yol alır? Odanızın köşesindeki anahtarı çevirip ışığı yakarsamz, ışığın odanın öbür tarafına gidip orayı da aydınlatması ne kadar zaman sürer?
Böyle bir soruyu hiç düşünmemiş olan kişinin bile vereceği yanıt, ışığın anında ya da sınırsız bir hızla yol aldığı şeklindedir. Ne de olsa, anahtarı çevirip ışığı yaktığınızda odanın her köşesi anında aydınlanmıştır. Gece aydınlatması yapılmış dev bir stadyumda olsanız, orada bile ışığı yaktığınız anda tüm stadyumun aydınlandığım görürsünüz.
Bununla birlikte anında ya da sınırsız algılanması güç sözcüklerdir. Ve ışık anında değil de, yalnızca çok kısa ama sıradan yöntemlerle ölçülemeyecek kadar küçük bir süre içinde yol alabilir. Belki de ışık sınırsız olmayan ama sınırsız gibi görünen bir hızla yayılıyor olabilir.
Söylediğimiz bu olasılığı denemenin en iyi yolu, ışığa çok uzak bir mesafeye kadar yol aldırmaktır. İşte o zaman ışığın o uzaklığı geçişi zaman olarak ölçülebilir. Bu deneyimi ilk düşünen kişi Galileo olmuştur.
Galileo ve bir yardımcısı, karanlık bir gecede ellerinde lambalarla iki komşu tepeye tırmandılar. Galileo elindeki lambanın minik kapısını açacak ve yardımcısı tarfından ışığın görülmesini sağlayacaktı. Öteki tepede bulunan yardımcısı da bu ışığı görür görmez kendi lambasının minik kapısını açıp ışığım Galileo’ya gösterecekti. Galileo, iki komşu tepe arasındaki uzaklığı biliyordu. Bu şekilde kendi ışığını gösterişi ile yardımcısının ışığım gösterişi arasında geçen zaman, ışığın iki tepe arasındaki uzaklığı iki kez geçiş zamanı demek olacaktı.
Gerçekten iki ışığın görülüşü arasında bir zaman geçmişti. Bu kısmen ışığın yolu iki kez geçişi ama kısmen de kişinin tepkime süresi nedeniyleydi. Ne de olsa, Galieo’nun yardımcısının ışığı görüp sezinlemesi ve kendi lambasımn minik kapağını açıp ışığı göstermesi belli bir zamam almıştı.
Galileo bu nedenle deneyi birbirinden daha uzak iki tepe arasında yinelendi. Bu seferinde tepkime zamam aynı kalacak, ancak ek süre ilk ışığın yanışı ile İkincinin görünüşü arasında ışığın geçtiği daha büyük uzaklık nedeniyle meydana gelmiş olacaktı. Galileo bu deneyi de yaptı ve oluşacak ek süreyi saptayamadı. İlk ışığın görülüşü ve İkincisi arasındaki tümüyle tepkime zamanıydı. Işık öyle hızla yol alıyordu ki, bu şekilde hızı ölçülemeyecekti.
Sonunda Galileo birbirinden çok uzak iki tepede deney yapmak gereğini düşündü. Ama bunun da uygulanabilir nitelikte olmadığını biliyordu. Dünyanın yuvarlaklığı nedeniyle çok uzak iki tepe, birbirinden görülmeyecek şekilde gizlenmiş gibi olacaktı. Üstelik Galileo çok uzak iki tepeden görünecek denli parlak ışığı bulamayacaktı. Kuşkusuz elinde çok minik zaman dilimlerini ölçecek kadar duyarlı bazı aygıtları olsa, birtakım ölçüınlemeler yapacaktı. Ama, böyle aygıtları bulunmuyordu. Sonunda bilim adamı bu deneyleri yapmaktan vazgeçti.
Aşağı yukarı yarım yüzyıl sonra sorun kaza sonucu çözüldü. DanimarkalI gökbilimci Olaus Roemer (1644-1710) Jüpiter gezegeninin dört uydusunu inceliyordu. O sıralarda sarkaçlı saat tam duyarlılıkla zamanı ölçmeyi sağlamış durumdaydı. Ve her bir uydusunun Jüpiter’in çevresinde dönmesinin ne kadar süreyi aldığı bilinmekteydi. Belli zamanda, oldukça düzenli bir şekilde her uydusu Jüpiter’in arkasında kayboluyor ve sonra öbür taraftan görünüyordu.
Oysa, durum bütünüyle düzenli değildi. Yılın ilk yarısında tutulmalar zaman çizelgesinin bir miktar öncesinde, yılın ikinci yarısında da zaman çizelgesinin bir miktar arkasında kalıyordu. Ortalama olarak bütün bu tutulmalar eşitleniyordu. Ancak, tutulmalar önce zaman çizelgesinin sekiz dakika kadar önüne geçiyor ve altı ay sonra zaman çizelgesinin sekiz dakika gerisinde kalıyordu.
Roemer bu duruma bir açıklama düşündü ve tutulmaların Jüpiter gezegeni ile uydularından yansıyan ve oralardan yeryüzene kadar yol alan güneş ışığı sayesinde görüldüğünü sezinledi. Jüpiter ve dünya, güneş çevresindeki yörüngelerinde dolandıklarına göre, her iki gezegenin de güneşin tam aynı tarafında olduğu zamanlar yaşanıyor ve bu sürede ışık Jüpiter’den yeryüzüne olası en kısa yoldan geliyordu. Aşağı yukarı iki yüz gün sonra Jüpiter ile dünya güneşin karşıt taraflarında yer alıyor ve Jüpiter’den gelen ışık önce dünya aynı yanda bulunsa yer alacağı noktaya geliyor sonra yeryüzünün yörüngesinin tüm genişliğini geçerek şimdi dünyanın bulunduğu noktaya ulaşıyordu.
Böylece yeryüzü yörüngesinin genişliği boyunca ışığın yol alması on altı dakikalık süreyi gerektiriyordu. Bunun 8 dakikası ışığın Jüpiter’den güneşe ve sonraki 8 dakikası da öbür tarafta bulunan yeryüzüne varması için geçiyordu. Bu uzaklık belli ki, Galileo’nun deneylerinde kullandığı tepeler arası uzaklıktan çok çok daha fazlaydı. İki pek uzak “tepe” olan Jüpiter ile dünya birbirlerini görecek yerdeydiler. Işık, görülebilecek kadar güçlüydü ve uzaklık zamanla sabit şekilde değişiyordu. Bu aynen, Galileo’nun dev ölçeklerde gerçekleştirilmiş deneyi gibiydi. Ve bu kez, deney işe yaramıştı.
Roemer vardığı sonuçları 1676 yılında yayınladı. Yeryüzünün yörengesinin tam genişliğini ilişkin gerçek sayı elinde bulunmuyordu. Bu yüzden yaptığı hesaplamalar gerçeğinden biraz düşüktü. Ama, vardığı sonuçlar doğruydu: Artık ilk kez insanlar ışık hızının sınırsız olmadığım; ancak o ana değin ölçülebilen herhangi bir şeyin hızından çok daha hızlı olduğunu öğrenmiş bulunuyorlardı. Daha sonraları ışık hızını daha duyarlı şekilde ölçmek üzere diğer yöntemler tasarlandı. Şu anda ışık hızının saniyede 299.800 kilometrenin biraz aşağısında olduğu kabul edilmektedir.