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 çok önemli varsayımı, ışığın suratının her gözlemci için benzeyenolduğudur.

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 ilk şey, özel görelilik kuramının nasıl çalıştığıdır.

Bu soru bize başta bir paradoks gibi gözükse de özel görelilik kuramının temel unsurlarını anladığımız zaman, sorunun kolay bir yanıtı olduğunu görürüz. Özel görelilik kuramına göre; herhangi bir aracın içindeki gözlemci, hangi süratle hareket ediyor olursa olsun, aracı ivmelenmediği sürece (sabit süratle hareket ettiği sürece) kendini hep “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 öylei hissetmeyiz, değil mi? Zira Dünya bu süratle ebediyen “sabit” bir şekilde döner.

Farkına varılması gereken ikinci şey ise Doppler kayması olarak bilinen olaydır.

Bu süratte hareket ederken bizim için zaman yavaşlar, uzunluklar (dalga boyları) kısalır, kütleler artar ve renkler değişir. Bu tesirler sırasıyla zaman 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 şekilde önünüzü aydınlattığını göreceksiniz. Zira ışık size göre ışık suratında hareket edecek ve önünüzde ne varsa onu aydınlatacaktır. Fakat önünüzde aynı süratte giden diğer bir otomobil varsa, farlarınız ona çarptığında onun aydınlatılmadığını fark edeceksiniz.

Bunun nedeni, her iki otomobilin da zaman genişlemesi yaşaması ve sizin bakış açınızdan diğer otomobilin saatinin sizinkinden daha yavaş çalışmasıdır. Yani diğer otomobilden yansıyan ışığın gözünüze ulaşması, her iki otomobilin da sabit olmasına göre daha uzun sürecektir.

Peki ya otomobilde değilseniz ve yolun kenarında duruyorsanız? Arabayı ve farlarını nasıl görürdünüz?

Cevap çok farklı. Her şeyden önce, 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 doğru kayar.

Peki ya farları? Onları x-ışınları ya da gama ışınları 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 tarafı 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 ya da kütlesi olan herhangi bir cisme ne kadar enerji verirseniz verin asla ışık suratına ulaşamaz. Yalnızca fotonlar aynıi kütlesiz parçacıklar bu süratte hareket edebilir. Lakin bu hududu aşabilir ve göreliliğin tuhaf ve şahane dünyasını keşfedebilirsek neler olacağını hayal etmek eğlenceli ve öğretici.