Einstein Işığın Hızını Aşmayı Yasakladı mı?

Einstein görelilik teorisinde ışıktan hızlı gitmeyi gerçekten yasakladı mı? Yoksa yeni bir fizik geliştirildiği zaman ışıktan hızlı yolculuk warp sürüşü veya başka tekniklerle mümkün olacak mı? Görelilik teorisindeki ışık hızı sınırı halk arasında yanlış anlaşılıyor ve açıkçası insanımıza da doğru öğretilmiyor. Bu yazıda ışığın hızını aşmakla ilgili teorik sınırlamaları ele arak işin gerçeğini göreceğiz.

Görelilik teorisini Einstein geliştirdi ve bu teori binlerce kez kanıtlandı. O yüzden Einstein’ın özel görelilik teorisinde ışık hızı sınırı konusunda ne söylediğini görelim. Özel görelilikte ışık hızı herkes için aynı ve sabittir. Işık sudan veya camdan geçerken, yani yoğun ortamlarda kırılırken bile yavaşlamaz. Öte yandan ışık hızının herkes için aynı olması uzay-zamanın lokal ve göreli olmasını gerektirir. Lokal olarak da ışıktan hızlı gitmek imkansız olur. Bunun detaylarını kütlesiz parçacıkların hızıyla görelim:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Işığın hızını gösteren parçacıklar

Evrende kütlesiz parçacıklar var ve ilk keşfedilen kütlesiz parçacık da fotonlardır. Hem fotonlar bilinen ilk kütlesiz parçacık olduğu hem de ışık parçacığı olduğu için kütlesiz parçacıkların hızına ışık hızı deriz. Yoksa proton ve nötronları atom çekirdeği oluşturmak üzere birbirine bağlayan gluonlar da ışık hızında gider. Fiziksel etkileşimleri gerçekleştiren bütün parçacıklar kütlesizdir. Yerçekimi ile elektromanyetizma gibi kuvvetler ve her türlü iletişim sinyali uzaya ışık hızıyla yayılır.

Bu yüzden ışık hızına nedenselliğin hızı deriz. Peki gelecekte fotonların kütlesi olduğunu bulur muyuz? Dikkate almayacak kadar düşük bir ihtimal ama öyle olursa ışık hızı sınırı değişmeyecektir. Sadece ışık hızını yeniden belirlemek gerekecektir. Tabii fizik kuvvetlerini taşıyan diğer parçacıkların da foton kütlesinde olduğunu varsayarsak… Bunun dışında ışık hızı evrenin işleyişini belirler. Işık hızı daha yüksek veya düşük olsaydı evren çok daha farklı bir yer olurdu. Işık oyunun kurallarını belirler.

Bu bağlamda Einstein genel görelilik teorisinde şunu demiştir: Işıktan yavaş giden kütleli bir parçacığı ışık hızına çıkaramaz veya bu parçacıkla ışık hızını aşamazsınız. Fizikçiler bunun sonsuz enerji gerektirdiği için imkansız olduğunu söyleyecektir. Oysa bu yanlış bir cevaptır. Bir kere sonsuz enerjiye sahip olursanız ışık hızını aşabileceğinizi varsayar ki bu konu da tartışmalıdır. Einstein sadece kütleli parçacıkları ışık hızına çıkarmanın bir yolunu bilmiyorum demiştir.

Mutlak hız sınırı değil

Bu pratikte işleyen bir yasaktır ama teorik ve mutlak bir hız sınırı değildir! En basitinden: Cisimler uzayda ışıktan hızlı gidemez ama uzayın ışıktan hızlı genişlemesine engel yoktur. Büyük patlamaya yol açan kozmik enflasyon evrenin ışıktan hızlı şiştiği bir evredir. Peki ışıktan hızlı giden parçacıklar zaman paradokslarına, örneğin büyükbaba paradoksuna yol açar mı?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Işığın hızını düşündüren paradoks

Işık hızı sonlu olduğu için ne kadar uzağa bakarsanız o kadar eskiyi görürsünüz. Işıktan hızlı giderseniz de geçmişe gidersiniz. Bu da siz daha lambayı yakmadan lambanın yanması gibi paradokslara yol açar. Bunun bir örneği geçmişe gidip büyükbabanızı babanız doğmadan (yanlışlıkla umarım 😮 ) öldürmenizdir. O zaman babanız doğmaz ve siz de doğmamış olursunuz. Dolayısıyla geçmişe gidip büyükbabanızı yanlışlıkla öldüremezsiniz. Gerçi bu paradoksun bir çözümü var ki ayrıca yazdım.

Yine de büyükbaba paradoksunun çözümü herkesin kabul etmediği bazı teorilere dayanır. Bu yüzden ışıktan hızlı gitmek neden-sonuç ilişkisini bozduğu için yasaktır diyebilirsiniz. Oysa bu da anlamsızdır! Bir parçacığın laptop ekranında sağdan sola gidince geçmişe gittiğini varsayın. Bu neye benzer? Laptop ekranını ters tuttuğunuz zaman soldan sağa, yani geleceğe gitmeye benzer. Fizik yasaları zamanda simetriktir. Örneğin antimadde zamanda giren madde olarak da gösterilebilir (ama tabii ki değildir).

Keza yaşlı doğup gençleşmeyiz. Öyle ki evrenimiz laptopu düz tutmaya karar vermiş gibidir. Bunun sebebi kapalı sistemlerde entropinin artmasıdır. Entropi evrende sürekli artar ve zaman ileri akar. Gerçi evrenin oluşumunu açıklayan zamansız teoriler var ki zamanın ileriye akmasının asıl sebebi evrenin sürekli genişlemesi değildir. Evren küçülse bile zaman ileri akardı; çünkü entropi yine artardı. Evren küçülerek bir kara deliğe dönüşünce maksimum entropiye ulaşırdı. Bu durumda hem büyük patlama hem de evrenin sonsuza dek genişlemesiyle oluşacak ısıl ölüm maksimum entropi durumu olacaktır.

İlginç değil mi?

Ne de olsa “zamanlı” teorilerde evrenin minimum entropi durumunda başlayıp maksimum entropiye geçtiğini varsayarız. Bu da bir paradoks mu derseniz ek bilgi vereyim: Büyük patlama anı gözlemlenebilir evren için minimum entropidedir. Oysa büyük patlama önceden küçülen bir evrenin kara delik oluşturduktan sonra buharlaşmasıyla yaşansaydı o evren için maksimum entropi durumunda olacaktı. Öyleyse entropi de göreli midir? Bize göre hayır. 😊

İlgili yazı: Kozmik Zaman Kapsülleri Evrenin Kökenini Gösteriyor

 

Işığın hızını aşarsak ne olur?

Şimdi diyeceksiniz ki hocam bunun ışıktan hızlı gitmek ve büyükbaba paradoksuyla ne ilgisi var? Oraya geliyorum ama entropiyi anlamadan bunu anlayamayız. Tabii ki evrende zaman geleceğe akıyor. Zamanın oku geleceği gösteriyor. Buna kuşku yok. Peki öyleyse neden geçmişe giden bir insanın kişisel zamanının ileriye aktığını varsayıyoruz? Ben neden gençleşmek yerine normal şekilde yaşlanarak geçmişe gidiyorum? Tüm evren geleceğe akarken nasıl olur da bir tek ben geçmişe giderim?

Haydi diyelim ki ikizler paradoksu gibi lokal zamanım olsun. O zaman da şunu sormalıyız: Lokal zaman köpüğüyle geçmişe gidiyorsam global zamanı nasıl değiştirebilirim? Nitekim birçok fizikçi bu yüzden geçmişe gitsek bile ancak seyirci olabileceğimizi ve geleceği değiştiremeyeceğimizi söyler. Kısacası büyükbaba paradoksunun çözmenin yolu bu paradoksun imkansız olduğunu göstermektir. Bunun için tek yapmanız gereken şey tutarlı bir zaman oku kullanmaktır. Geçmişe gidenin zamanı da geri sarar.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Kuantum fiziği ışığın hızını aşmaya karşı

Işıktan hızlı gitmekle ilgili diğer sorun kuantum fiziğinden gelir. Termodinamik yasalarını kuantuma uyarlayınca klonlama yasak teoremine varırsınız. Buna göre enerjiyi kopyalayamazsınız. Bu yüzden de parçacıklar ve cisimlerin kusursuz kopyasını çıkaramazsınız. Sonuçta enerjiyi yok edemez ve yoktan var edemezsiniz. Oysa geçmişe giderseniz geleceğin enerjisini geçmişe taşımış olursunuz. Bu bütün evreni yok etmenin iyi bir yoludur! Nobel ödüllü Kip Thorne bu yüzden zaman makinelerinin çalışmayacağını söylüyor. Bunu denemek zaman makinesinin yüzünüzde patlamasını sağlayacaktır.

Bu açıklamayı somutlaştıralım. Bir parçacık ancak negatif enerjiyle geçmişe gidebilir. Öte yandan enerjinin korunumu gereği evrenin toplam enerjisi sıfırdır. Madde, uzay, karanlık madde, radyasyon hep pozitif enerjidir. Evreni genişleten karanlık enerjiyle yerçekimi alanı negatif enerjidir ve bütün bunların toplamı sıfıra eşittir. Bu yüzden evrende negatif enerji kullanamazsınız. Karanlık enerjinin tamamı evreni genişletmeye harcanır ve size bir şey kalmaz.

Buna karşın geçmişe gitmek evrenin geçmişine ek negatif enerji taşımaktır. Bu da evrenin enerjisini negatif yapar. Tek bir nötrinoluk negatif enerji bile buna yeterlidir. O zaman ne olur? Kuantum alanlarında ekstra enerji üretilir. Enerjiyi yok etmek imkansız olduğundan bunu bir yere deşarj etmek gerekir. Evren birden Planck ölçeğinde ışıktan hızlı şişmeye başlar. Tebrikler! Evreni yok eden yeni bir büyük patlama yarattınız. Şimdi bebek evrenin gelişimini izleyin. 😉

Eksik teoriler var

Yine de bir yanlış anlamayı giderelim: Antimaddenin enerjisi de pozitiftir. Sadece geçmişe giden parçacıklar negatif enerji içerir. Şansımıza geçmişe gitmek için de negatif enerji gerekir ama evrende negatif enerji yoktur. Dolayısıyla geçmişe gidemezsiniz. Buna karşın görelilik teorisi de kuantum mekaniği de eksik teorilerdir; çünkü evrende açıklayamadıkları durumlar var. Öyleyse gelecekte ışığın hızını aşmanın bir yolunu bulabilir miyiz?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Solucandelikleri ışığın hızını aşar mı?

Warp sürüşü bilimkurguda ışıktan hızlı gitmenin en gerçekçi yolu değildir. Önceki yazıda belirttiğim gibi warp köpüğünün uzayın içinde ışıktan hızlı gitmesini sağlamanız gerekir. Uzayın içinde ayrı bir uzay köpüğü oluşturup bunu ışıktan hızlı itmeye kalkmanız imkansız olabilir. Öte yandan Mass Effect video oyunundaki solucandelikleri ışıktan hızlı yolculuğun daha iyi bir yoludur. Solucandelikleri tünelin içinde ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı gitmenizi sağlar.

Buna karşın solucandeliği tüneli pozitif enerji içerir ve enerji kütleye denktir. Bu yüzden solucandeliği çöküp karadelik olmak ister. Bunu önlemek için de tünelin ağzını negatif enerjiyle açmanız gerekir ve sürpriz! Evrende kullanılabilir negatif enerji yoktur. Dolayısıyla atom boyundan büyük solucandelikleri muhtemelen imkansızdır.

Her şeye rağmen ışık hızı sınırlaması sadece kuantum fiziği ve görelilik teorisinde geçerlidir. Evreni açıklayan daha kapsamlı bir teoride ışıktan hızlı yolculuk mümkün olabilir. Yine de yaşadığımız evrenin yok olmaması için en azından bu evrenin içinde ışıktan hızlı gitmenin imkansız olması gerekiyor. Oysa yeni fizikle evreni yok etmeden solucandeliği açabilirsek ışığın hızını bir anlamda aşmakta mümkün olacaktır.

Peki ışık hızını neden ölçemezsiniz? Onu da şimdi okuyabilir ve ışık hızına yaklaşınca boyunuzun neden kısaldığına bakabilirsiniz. Işıktan hızlı yolculuk için yeni solucandeliği teorisine göz atıp ışık hızında çalışacak kuantum bilgisayarları inceleyebilirsiniz. Bilime doymazsanız lav gezegenlerini anlattığım starbasekozan videosunu da izleyebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 🙂

Lav gezegenleri nasıl nedir?

¹Cosmic event horizons and the light-speed limit for relative radial motion
²There is no general connection between the quantum speed limit and non-Markovianity
³A new limit on the light speed isotropy from the GRAAL experiment at the ESRF