09-19-2018, 12:51 PM
Işık hızı Nedir? Işık hızı Aşılabilirmi? Lichtgeschwindigkeit
Işığın boşluktaki hızı, genellikle c ile gösterilir, fiziğin birçok bölümünde kullanılan önemli bir fiziksel sabittir. Kesin değeri 299.792.458 m/s'dir. ( yaklaşık olarak
3.00×108 m/s). Metrenin uzunluğu bu sabitten ve uluslararası zaman standardından hesaplanmıştır. Özel göreceliliğe göre c, evrendeki bütün madde ve bilgilerin hareket
edebileceği maksimum hızdır. Bütün kütlesiz parçacıkların ve ilgili alanlardaki değişimlerin boşluktaki hareket hızıdır ( ışık ve çekimsel dalgalar gibi elektromanyetik
radyasyon dahil). Bu parçacıklar ve dalgalar gözlemcinin eylemsiz referans çerçevesi ya da kaynağın hareketi ne olursa olsun c'de hareket ederler. Görecelilik Teorisi'nde c,
uzay- zaman arasındaki ilişkiyi kurar; aynı zamanda meşhur kütle-enerji eşdeğerliliği formülünde de gözükür. E = mc2.[1]
Işığın hava veya cam gibi şeffaf maddelerdeki ilerleyiş hızı c'den azdır. Benzer şekilde radyo dalgalarının tel kablolardaki ilerleyişi de c'den yavaşdır. Işığın madde içindeki
hızı v ile c arasındaki orana o maddenin kırılma endeksi ( n) denir ( n=c/v). Örneğin, görülebilir ışık için camın kırılma endeksi genellikle 1.5 civarındadır. Yani ışık camın
içinde c/1.5≈ 200.000 km/s; kırılma endeksi 299.700 km/s ( c'den yaklaşık 90 km/s daha yavaş) ile hareket eder.
Hangi açıdan bakılırsa bakılsın ışık ve öteki elektromanyetik dalgalar anında yayılıyormuş gibi gözükür ancak, ölçülebilir hızlarının uzun mesafeler ve hassas ölçümlerle
ölçülebilir sonuçları vardır. Uzaydaki keşif araçlarıyla iletişim kurarken mesajların Dünya'dan uzay aracına ya da uzay aracından Dünya'ya ulaşması dakikalar ya da saatler
alabilir. Yıldızlardan gelen ışık onları yıllar önce terk etmiştir ve bu sayede uzaktaki nesnelere bakarak evrenin tarihini çalışma şansı verir. Işığın ölçülebilir hızı aynı
zamanda bilgisayardaki bilgilerin çipler arasında aktarılması gerektiği için bilgisayarların teorik hızını da sınırlar. Işık hızı, uzak mesafeleri yüksek isabetle ölçebilmek
için uçuş zamanı ölçümlerinde de kullanılır.
Ole Romer ilk olarak 1676'da, Jüpiter'in uydusu Io'nun görünür hareketini inceleyerek, ışığın ölçülebilir bir hızda hareket ettiğini göstermiştir( anlık hareketin aksine).
1865'te James Clerk Maxwell Elektromanyetizm Teorisi'nde ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu ve bu nedenle c hızında hareket ettiğini ileri sürmüştür. 1905'te Albert
Einstein ışığın hızının herhngi bir referans çerçevesinde ışık kaynağından bağımsız olduğunu öne sürmüştür ve bu varsayımının sonuçlarını Görecelik Teorisi'ni öne atıp c
parametresini ışık ve eletromanyetizm dışındaki şeylerle alakalı olduğunu göstermiştir.
Yüzyıllar boyunca süren ve giderek daha da kesinleşen ölçümler sonucunda 1975'te ışığın hızının 299.792.458 m/s olduğu 4 milyarda birlik bir belirsizlikle hesaplanmıştır. 1983
yılında metre Uluslararası Ünite Sistemi ( SI) tarafından, ışığın boşlukta 1/299.792.458 saniyede katettiği mesafe olarak yeniden tanımlanmıştır. Bunun sonucu olarak, c'nin
değeri metrenin tanımı tarafından net bir şekilde sabitlenmiştir. [2]
Sayısal Değer, Formül ve Birimler
Işık hızı genellikle sabit( constant) ya da Latince celerity( hızlı, çabuk) kelimelerinin temsilen “c” ile ifade edilir. Geçmişte V ışık hızı için alternatif bir sembol
olarak kullanılmıştır ve 1865'te James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. 1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch c'yi daha sonra ışık hızının √2 katına denk
geldiği görülen başka bir sabit için kullanmışlardır. 1894'te Paul Druder c'yi modern anlamıyla tekrar tanımlamıştır. Einstein Görecelik üzerine yazdığı Orijinal Almanca
makalelerde V'yi kullanmıştır ama 1907'de o zaman ışık hızı için standart sembol haline gelmiş c'yi kullanmaya başlamıştır.[3][4]
Bazen c dalgaların herhangi bir maddesel çevredeki hızını ifade etmek için kullanılır ve c0 da ışığın boşluktaki hızını ifade etmek için kullanılır.[5] SI tarafından da kabul
edilmiş bu alt simgeli ifade diğer alakalı sabitlerle aynı forma sahiptir, μ0 vakum geçirgenliği veya manyetik sabit, ε0 boşluktaki iletkenlik veya eletrik sabiti ve Z0 uzayın
direnci için.
1983'ten beri metre Uluslararası Ünite Sistemin'de ışığın 1/ 299792458 saniyede katettiği mesafe olarak tanımlanmıştır. Bu tanım ışığın boşluktaki hızını kesin olarak 299792458
m/s olarak sabitlemiştir. Boyutsal fiziksel bir sabit olarak c ünite sistemlerinde farklı değerlere sahiptir. Fiziğin c'nin sıkça gözüktüğü görecelik gibi bölümlerinde, doğal
ölçüm ünitesi ya da geometrik ölçüm ünitesi olarak c=1 kullanılır. Bu üniterler kullanıldığında c, 1 bölme ve çarpma işlemlerinde etkisiz olduğu için çok gözükmez.
Fizikteki Temel Rolü
Işığın boşluktaki yayılma hızı ışık kaynağının hareketinden de gözlemcinin hareketsiz referans noktasından da bağımsızdır. Işık hızının değişmezliği, 1905'te Maxwell'in
Elektromanyetizm Teorisi'nden ve Luminiferous Aether( 19. Yüzyılda ışık kaynağı olduğu düşünülen teori)'ın varlığına dair bir kanıt olmamasından ilham alarak, Einstein
tarafından öne sürülmüştür ve o zamandan bu yana birçok deney tarafından kanıtlanmıştır. Yalnızca iki yönlü ışığın( ışık kaynağın ve ayna gibi) hızının çevreden bağımsız
olduğunu onaylamak mümkündür çünkü kaynakla alıcıdaki saatlerin nasıl senkronize edileceğine dair bir yol bulmadan ışığın tek yönlü hızını ölçmek mümkün değildir. Ancak,
Einstein senkronizasyonunu saatlere uyguladığımızda tek yönlü ve çift yönlü ışık hızları birbirine eşitlenir. İzafiyet Teorisi bu değişimsizliğin sonuçlarını tüm eylemsiz
referans çerçevelerinde fiziğin kanunlarının aynı olduğunu varsayarak inceler. Tek sonuç, c'nin bütün kütlesiz parçacıkların ve dalgaların, ışık dahil, boşluktaki hızıdır..
Özel göreliliğin birçok mantığa aykırı ve deneylerle onaylanmış çıkarımları vardır. Bunlara kütle-enerji denkliği ( E = mc2),yükseklik kısalması( hareket eden cisimler
kısalır) ve zaman genişlemesi ( hareket eden saatler daha yavaş işler) dahildir. Boyun kısaldığı ve zamanın genişlediği γ etmeni Lorentz Faktörü olarak bilinir ve γ = ( 1 −
v2/c2)−1/2ile ifade edilir( v nesnenin hızı). γ ile 1 arasındaki fark günlük hızlar gibi c'den çok daha düşük olan hızlar için ( özel göreliliğin Galilean göreliliği
tarafından yaklaşıldığı bir durum) gözardı edilebilir ancak göreceli bir hızla yükselir ve v c'ye yaklaştıkça sonsuzluğa doğru sapar.
Özel göreliliğin sonuçları uzay ve zamanı uzayzaman olarak bilinen ve matematiksel formülü c parametresini içeren Lorentz değişmezi adlı özel bir simetriyi sağlayan bir yapı
olarak kabul edilerek özetlenebilir. ( c uzay ve zamanın birimlerine bağlıdır). Lorentz değişmezi modern fizik teorileri için neredeyse evrensel olarak kabul edilmiş bir
çıkarımdır. Modern fizikte c hemen hemen her yerde ortaya çıkan, ışıkla alakası olmayan birçok konuda dahi görülen bir parametre haline gelmiştir. Örneğin, genel görelilik c'nin
aynı zamanda yer çekiminin ve yer çekimsel dalgaların da hızı olduğunu tahmin etmektedir. Hareketsiz referans çerçevelerinde ışığın hızı sabit ve c'ye eşittir ancak ışığın
ölçülebilir mesafedeki hızı mesafenin ve zamanın nasıl tanımlandığına bağlı olarak c'den farklı çıkabilir.[6]
Genel olarak c gibi temel sabitlerin uzayzamanda değişmediği, yani mekana bağlı olmadığı ve zamanla değişmediği varsayılır. Ancak, değişik teorilerde ışığın hızının zaman içinde
değişmiş olabileceği öne sürülmüştür. Bu değişimleri onaylayacak bir kanıt henüz bulunamasa da araştırmalar devam etmektedir. .[7][8]
Aynı zamanda genel olarak ışığın izotopik olduğu varsayılır. Yani, ne yönde ölçülürse ölçülsün aynı değere sahiptir.Nükleer enerji seviyelerinin yayılan çekirdeklerin ve optik
rezonatörlerin fonksiyonu olarak gözlemleri olası iki taraflı eşyönsüzlüğe sıkı bir limit koymaktadır..[9][10]
Hızın üst limiti
Özel göreliliğe göre m kütleli ve v hızlı bir nesnenin enerjisi γmc2, ile ifade edilir. v 0 olduğunda γ 1'dir ve bu meşhur E = mc2 denklemini sağlar. v c'ye yaklaştıkça γ
sonsuza yaklaşır ve kütlesi olan ve ışık hızında hareket eden bir nesneyi hızlandırmak sonsuz ölçüde bir enerji gerektirir. Kütlesi olan nesneler için ışık hızı üst hız
limitidir ve fotonlar ışık hızından daha hızlı hareket edemezler. Bu birçok göreceli enerji ve momentum deneylerinde kanıtlanmıştır. .[11]
Daha genel olarak, bilginin ya da enerjinin c'den daha hızlı hareket etmesi imkansızdır. Bunun bir argümanı, özel göreliliğin eşzamanlılık göreliliği olarak bilinen mantık dışı
bir çıkarımını takip eder. Eğer A ve B olayları arasındaki mesafe, aralarındaki zaman aralığının c ile çarpımından büyükse, aralarında A'nın B'yi takip ettiği ya da B'nin A'yı
takip ettiği referans çerçeveleri vardır ve bazılarında A ve B eşzamanlıdır. Bunun sonucu olarak, eğer bir şey hareketsiz bir referans çerçevesine göre c'den daha hızlı hareket
ediyorsa başka bir çerçeveye göre zamanda geriye doğru hareket ediyor olur ve nedensellik bozulmuş olur. Böyle bir bir referans çerçevesinde bir etki nedeninden önce
gerçekleşebilir. Nedenselliğin bu şekilde bozulması henüz kayıtlara geçmemiştir.[12]
Işıktan hızlı deneyler ve gözlemler
Bazı durumlarda enerji, cisimler ya da bilgi ışıktan hızlı hareket ediyormuş gibi gözükse de etmezler. Örneğin; aşağıdaki "ışığın bir çevrede yayılması"nda bazı dalgaların hızı
c'yi geçebilir. Örneğin, x-ray ışınlarının çoğu camdaki faz hızı c'yi geçmektedir ancak faz hızı dalgaların bilgiyi yayma hızını göstermez.[13]
Eğer bir lazer ışını uzaktaki bir nesne üzerinde hızlıca gezdirilirse, ışık noktasının ilk hareketi ışığın uzaktaki nesneye ulaşma süresi nedeniyle gecikse de, ışık noktası
c'den hızlı hareket edebilir. Ancak, yalnızca hareket eden fiziksel varlıklar lazer ve onun yaydığı ışıktır ve lazerden değişik noktalara ışık hızında hareket ederler. Benzer
olarak, uzaktaki bir gölge de zamanda bir gecikmeden sonra ışıktan hızlı hareket ettirilebilir. İki durumda da herhangi bir madde, enerji ya da bilgi ışıktan hızlı hareket
etmez.[14]
Hareket eden iki referans çerçevesi arasındaki mesafenin değişme oranı c'nin üzerinde bir değere sahip olabilir. Ancak, bu hareketsiz bir çerçeve içinde ölçülen herhangi bir
cisimin hızını yansıtmaz.[14]
Bazı quantum etkileri, EPR paradox'unda olduğu gibi, anında, yani c'den hızlı olarak aktarılıyormuş gibi gözükebilir. Bir örnek birbirine girmiş iki parçacığın quantum
durumlarını içermektedir. İki parçacıktan herhangi biri incelenene kadar parçacıklar üst üste gelmiş iki quantum durumu içinde var olurlar. Eğer parçacıklar ayrılıp birinin
quantum durumu incelenirse ötekinin quantum durumu anında belirlenmiş olur. Ancak, ilk parçacığın gözlemlendiğinde hangi quantum durumunu kontrol etmek mümkün olmadığı için
bilgi bu yolla yayılamaz. [14][15]
Işıktan hızlı hızları tahmin eden başka bir quantum etkisi de Hartman Etkisi'dir. Belirli koşullar altında, yapay bir parçacığın bir bariyerden geçmesi için gereken zaman,
bariyerin kalınlığı ne olursa olsu, sabittir. Bu, yapay parçacığın geniş bir boşluğu ışıktan hızlı bir şekilde geçmsiyle sonuçlanabilir. Ancak, bu etki kullanılarak herhengi bir
bilgi gönderilemez.[16]
Sözde ışıktan hızlı hareket, radyogalakilserin göreceli jetleri, yıldızsı gök cisimleri gibi astronomik nesnelerde gözlemlenebilir. Ancak, bu jetler ışıktan hızlı hareket
etmemektedir. Göze ışıktan hızlı gelen hareket cismin ışık hızına yaklaşmasının ve dünyaya düşük bir görüş açısıyla yaklaşmasının sonucudur.[17]
Genişleyen evrenin modellerinde galaksiler ne kadar uzaklarsa birbirlerinden o kadar hızlı uzaklaşırlar. Ayrılma uzaydaki hareketin değil, uzayın genişlemesinin sonucudur.
Örneğin, dünyaya uzak olan galaksiler dünyaya olan uzaklarıyla orantısal bir hızla uzaklaşırlar. [18]
CERN’deki uluslararası araştırma grubunun sözcüsü, Antonio Ereditato, ışık hızını aşmayı başardıklarını söyledi.
İSVİÇRE’nin Cenevre kentinde bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi ( CERN) bilim adamları, üç yıl süren deneylerin son aşamasında atomdan küçük nanopartikülleri ışık
hızından daha hızlı seyahat ettirmeyi başardıklarını açıkladı.
CERN’in sözcüsü Antonio Ereditato, Cenevre’den İtalya’nın Gran Sasso kentine nötrinoları ( kütlesi olmayan temel parçacıklar) saniyede 300 bin km olan ışık hızından 60
nanosaniye daha hızlı göndermeyi başardıklarını belirtti.
CERN’deki bilim adamları, 2011 yılında yapılan deneylerde Alplerin kolu olan Apenin Dağları’nın altında bir laboratuvardan 700 kilometre ötedeki diğer laboratuvara nötrinoların
saniyenin milyarda birinden hızlı bir şekilde ulaştığını ve ışık hızının aşıldığını iddia etmişlerdi. Ancak daha sonra nötrinoların ışık hızından daha hızlı hareket ettiğini öne
süren anormal sonuçların makinede meydana gelen arızadan kaynaklandığı açıklanmıştı.
Sözcü Antonio Ereditato, bu kez sonuçlardan emin olduklarını söyledi. Albert Einstein’a göre hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket edemez. Ancak doğrulandığı takdirde bu deney,
Albert Einstein’ın Özel Görelilik Kuramı’nın bazı kısımlarını tersine çevirebilir, evrenin nasıl işlediğini açıklayan yasalar altüst olabilir.
Işığın yayılımı
Klasik fizikte ışık elektromanyetik dalga olarak sınıflandırılmıştır. Elektromanyetik alanların klasik hareketi Maxwell denklemleriyle tanımlanmıştır. Bu denklemlerde,
elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı olan c elektrik sabite ve manyetik sabite c = 1/√ε0μ0.[19] Modern kuantum fizikte elektromanyetik alan kuantum elektrodinamik
teorisiyle( QED) tanımlanmaktadır. Bu teoride ışık, elektromanyetik alanın temel çıkışı olan fotonlarla tanımlanır. QED'ye göre fotonlar kütlesiz parçacıklardır ve boşlukta
ışık hızıyla hareket ederler.
QED'nin fotonun kütleye sahip olduğu genişlemeleri de düşünülmüştür. Böyle bir teoride fotonun hızı frekansına bağlı olur ve değişmez c hızı ışığın boşluktaki hızının üst limiti
olur. Işığın hızında testlerde herhangi bir değişim gözlenmemiştir ve bu da fotounun kütlesine sıkı bir limit koymaktadır. Elde edilen limit kullanılan modele göre değişebilir.
Işığın hızının frekansına bağlı olarak değişmesinin başka bir sebebi de, quantum yerçekimindeki bazı teorilerde tahmin edildiği gibi, özel göreliliğin gelişi güzel küçüklükteki
durumlarda uygulanamaması olabilir. 2009'da gamma ışını patlaması GB 090510'un gözlemlerinde farklı enerjilerdeki fotonların hızında bir değişme gözlemlenmemiştir, bu da Lorentz
değişmezinin en azından Planck Uzunluğu'nun 1.2'ye bölümüne kadar onaylanması demektir. [20]
Ortam İçinde
Bir çevrede ışık genel olarak c'ye eşit bir hızda yayılmaz; daha da fazlası, değişik ışık dalgaları değişik hızlarda ilerleyebilir. Düz bir dalganın ( bir frekansla bütün
uzayı doldurabilen dalga) tavan ve taban yaparak yayıldığı hıza faz hızı denir. Ölçülebilir bir uzunluğu( ışık nabzı) olan gerçek bir fiziksel işaret farklı bir hızda ilerler.
Nabzın en büyük bölümü grup hızında ilerlerken erken kısımları ön hızla ilerler.
Faz hızı ışın bir maddede ya da bir maddeden ötekine nasıl ilerlediğini belilerken önemlidir. Kırılma endeksi olarak temsil edilir. Bir maddenin kırılma endeksi, c'nin maddedeki
faz hızına oranı olarak tanımlanır. Bir maddenin kırılma endeksi ışığın frekansına, yoğunluğuna, polarizasyonuna ya da yayılma yönüne bağlı olabilir ama çoğu durumlarda maddeye
bağlı bir sabit olarak görülebilir. Havanın kırılma endeksi yaklaşık olarak 1.0003'tür. Bose- Einstein Yoğuşuğu gibi egzotik maddelerde kırılma endeksi sıfıra yakın olabilir, bu
da ışığın hızını saniyede yalnızca birkaç metreye kadar düşürebilir. Ancak, bu atomlar arasındaki emilim ve tekrar yayılma geçikmesini temsil eder. Işığın maddede yavaşlamasını
ölmek için iki farklı fizikçi takımı ışığı rubidium elementinden yapılma bir Bose-Einstein Yoğuşuğu kullanarak durdurmayı denediler. Ancak bu denelerdeki "ışığın durması" tanımı
yalnızca ışığın atomun daha kararsız hallerinde depolanması ve daha sonra gelişi güzel bir zamanda tekrar yayılması şeklinde olmuştur. "Durduğu" sürede ışık olmayı bırakmıştır.
Bu tarz davranış genel olarak ışığı yavaşlatan tüm çevreler için doğrudur.
Şeffaf maddelerde kırılma endeksi genelde 1'den büyüktür, yani faz hızı c'den küçüktür. Öteki materyallerde kırılma endeksinin bazı frekanslarda 1'den küçük olması olasıdır;
bazı egzotik maddelerde kırılma endeksinin negatif olması dahi olasıdır. Nedenselliğin bozulmaması gereksinimi herhangi bir maddenin dieletrik sabitinin gerçek ve sanal
kısımlarının Kremars- Kronig ilişkisiyle bağlı olduğunu ima eder. Pratic olarak, kırılma endeksinin 1'den küçük olduğu maddelerde dalganın emilimi o kadar hızlıdır ki c'den daha
hızlı bir sinyal gönderilemez.
Farklı grup ve faz hızları olan bir nabız zaman içinde biter. Bu süreç ayrılım olarak bilinir. Bazı maddeler ışık dalgaları için çok düşük grup hızlarına sahiptir, yavaş ışık
olarak adlandırılan ve deneylerle onaylanmış bir fenomen. Tam tersi, c'yi aşan grup hızları, aynı zamanda deneylerde gözlemlenmiştir. Anlık ya da zamanda geriye doğru hareket
eden nabızlar için grup hızın sonsuz olması ya da negatif çıkması da mümkün olmalıdır.[21]
Ancak, bu seçeneklerin hiçbiri bilginin c'den daha hızlı aktarılmasını sağlamaz. Erken kısımlarından daha hızlı bir nabızla bilgi yollamak mümkün değildir. [21]
Bir parçacığın bir maddenin içinde o maddenin faz hızından daha hızlı ilerlemesi mümkündür. Yüklü bir parçacık bunu iletken olmayan bir maddenin içinde yaptığı zaman Cherenkov
Radyasyonu olarak bilinen bir şok dalgası yayılır. .[22]
Ölçülebilirliğin pratik etkileri
Işık hızı iletişimle alakalıdır : Tek yönlü ve gidiş-geliş gecikmeleri sıfırdan büyüktür. Bu küçükten astronomik ölçülere kadar geçerlidir. Öteki yandan, mesafe ölçümü gibi
bazı teknikler ışığın ölçülebilir hızına da bağlı olabilir.
Küçük ölçekler
Süperbilgisayarda, ışık hızı bilgilerin işlemciler arasında ne kadar hızlı yollanabileceğine dair bir sınır oluştumaktadır. Eğer bir işlemci 1 gigahertz'den açılıyorsa bir
sinyal bir döngüde maximum 30 cm ilerleyebilir. Bu yüzden işlemciler iletim gecikmesini minimuma indirmek için birbirilerine yakın konmalıdırlar, bu da soğutma sorunlarına neden
olabilir. Eğer saat freanksları yükselmeye devam ederse ışık hızı tekil çiplerin tasarımında bir limit haline gelecektir.[23]
Dünya üzerinde büyük mesafeler
Örneğin, dünyanın 40075 km ve c'nin de 300000 km/s civarında olduğunu düşünürsek bilginin kürenin yarısını gezeceği en kısa süre 67 milisaniyedir. Işık dünyada optik bir iplikte
gezerken iletim süresi daha uzundur çünkü kırılma endeksine bağlı olarak ışık optik iplikte %35 civarıdna daha yavaş hareket eder. Ayrıca düz hatlar global iletişimlerde nadiren
kullanılır ve sinyal eletronik düğmeden ya da sinyal üreticiden geçerken yavaşlar.[24]
Uzay uçuşları ve astronomi
The diameter of the moon is about one quarter of that of Earth, and their distance is about thirty times the diameter of Earth. A beam of light starts from the Earth and reaches
the Moon in about a second and a quarter.
A beam of light is depicted travelling between the Earth and the Moon in the time it takes a light pulse to move between them : 1.255 seconds at their mean orbital ( surface-
to-surface) distance. The relative sizes and separation of the Earth–Moon system are shown to scale.
Benzer şekilde dünya ve uzay araçları arasındaki iletişim de anlık değildir. Kaynakla alıcı arasındaki mesafe arttıkça daha da belirginleşen bir gecikme vardır. Apollo 8 ayın
yörüngesine giren ilk insanlı hava aracı olduğunda bu gecikme çok büyüktü : Her sorunun cevabı için yer kontrol istasyonu 3 saniye beklemek zorundaydı. Dünya ve Mars arasındaki
gecikme 5-20 dakika arası değişebilir.
NASA Jüpeter'in yörüngesinde dolaşan bir probedan bilgi almak için saatlerce beklemek zorundadır. Bu da bir navigasyon hatası durumunda düzeltmenin zamanında yetişememesi
riskini ortaya çıkarmaktadır.
Daha uzaktaki astronomik kaynaklardan ışık ya da farklı sinyaller almak bundan da uzun sürebilir. Uzak nesnelerin ışığın ölçülebilir hızı nedeniyle daha genç gözükmeleri
astronomlara yıldızlarsın, galaksilerin hatta evrenin evrimini gözlemleme şansı vermiştir.
Bazen astronomik mesafeler, özellikle popüler bilim yayınlarında ve medyada ışık hızıyla ifade edilir. Işık yılı ışığın bir yılda katettiği mesafedir. Yaklaşık olarak bir ışık
yılı 10 trilyon km ya da 6 trilyon mildir. Dünyaya güneşten sonraki en yakın yıldız uaklaşık 4.2 ışık yılı uzaklıktadır.[25]
Mesafe ölçümü
Radyo sistemleri bir hedefe olan mesafeyi radyo dalgasının antenden yansıtıldıktan sonra hedeften dönmesinin aldığı zamana göre ölçer. Global pozisyonlama sistemi( GPS) alıcısı
GPS uydusuna olan uzaklığını uydulardan gelen sinyallerin süresine göre hesaplar ve uydularla arasındaki mesafeden kendi yerini hesaplar. Lunar Lazer Menzilleme deneyi, radar
astronomisi ve Derin Uzay Ağı Ay'a, gezegenlere ve uzayaraçlarına olan mesafeleri sinyallerin gidiş-geliş sürelerine göre hesaplarlar.
Yüksek frekanslı alım satım
Işık hızı yüksek frekanslı alım-satımda giderek daha önemli hake gelmektedir. Tüccarlar mallarını birkaç saniye önce teslim ederek dakika avantajı sağlamaya çalışmaktadır.
Örneğin; tüccarlar mikrodalga iletişimi optik-fiber iletişime tercih ediyorlar çünkü optik-fiber sinayaller ışıktan %30-40 daha yavaş hareket ederken mikrodalgalar havada ışık
hızına yakın hızlarda hareket ederler.[26]
Ölçüm
c'nin değerini belirlemenin farklı yolları vardır. Bir yol, ışığın yayıldığı gerçek hızı hesaplamaktır ki değişik astronomik ve dünya temelli adımlarla yapılabilir. Ancak ε0 ve
μ0 gibi fiziksel değerlerin c ile bağlantısı kurularak da hesaplanabilir. Tarihte en isabetli ölçümler, ışığın dalgaboyu ve frekansı tek tek hesaplanıp sonuçlar c'ye eşitlenerek
elde edilmiştir.
![[Image: 148108046285321.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108046285321.png)
![[Image: 148108046287562.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108046287562.png)
Astronomik ölçümler
Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasından faydalanılarak ışık hızının ölçümü
Dış uzay, büyük boyutu ve mükemmele yakın boyutu sayesinde c'yi ölçmek için son derece elverişlidir. Tipik olarak, birisi ışığın belirli bir referans sistemindeki mesafeyi
katetmesi için gerek zamanı ölçer. Tarihte bu tip ölçümler, referans uzaklığın dünya temelli birimlerle ne kadar isabetli olarak ölçüldülğüne göre, son derece isabetli olarak
yapılabilmiştir. Elde edilen sonuçlar gün başına Astronomik Birimerle( AU) ifade edilir.
Ole Christensen Romer astronomik ölçümleri kullanarak ışığın mikratsal hızının ilk tahminlerini yapmıştır. Dünyadan ölçüldüğü zaman uyduların gezegenlerin etrafında dönme hızı
dünya gezegelere yaklaşırken, uzaklaşıkerkenki hızlarından daha fazladır. ışığın gezegenden dünyaya katettiği mesafe, dünya yörüngesinde o gezene en yakın konumundayken daha
kısadır, mesafedeki fark dünyanın Güneş etrafındaki yörüngesinin çapıdır. Uydunun periyorundaki değişim ışığın uzak ya da yakın mesafeyi katetmesindeki zaman farkından
oluşmaktadır.
A star emits a light ray which hits the objective of a telescope. While the light travels down the telescope to its eyepiece, the telescope moves to the right. For the light to
stay inside the telescope, the telescope must be tilted to the right, causing the distant source to appear at a different location to the right.
Işığın sapması : Uzak bir kaynaktan gelen ışık farklı bir yerden geliyormuş gibi görünür. Bunun sebebi ışığın hızının sonlu olmasıdır.
Bir başka metodsa 18. yy. da James Bradley tarafından keşfedilen "ışığın sapması"dır. Bu etki, uzaktaki bir kaynaktan ulaşan ışığın hızına gözlemcinin hızının vektör olarak
eklenmesiyle oluşur. Hareketli bir gözlemci ışığı farklı bir noktadan gelirken gözlemler ve kaynağın yerini farklı görür. Dünya Güneş'in etrafında döndükçe dünyanın hızının yönü
değiştiği için bu yıldızların hareket ettiği izlenimi verir. Yıldızların konumunun açısal farkından ışığın hızını dünyanın güneş etrafındaki hızı cinsinden yazmak mümkündür.
1729'da Bradley bu metodu kullanarak ışığın dünyanın yörüngedeki hızından 10,210 kat daha hızlı hareket ettiğini öne sürmüştür. [27]
Astronomik Birim
AU yaklaşık olarak dünya ile güneş arasındaki mesafedir. 2012'de net olarak 149 597 870 700 m. olarak yeniden tanımlanmıştır. Daha önce AU SI birimleri ile değil, Güneş
tarafından uygulanan yerçekimi kuvvetinin klasik mekanik çerçevesindeki koşullarıyla ifade edilmiştir. Güncel tanım , AU'nun önceki tanımının tavsiye edilen şekilde metre ile
ifade edilmiş halini kullamaktadır. Bu yeniden tanımlama , ışık hızını saniye başına AU'da sabitlemiştir.
Daha önce c'nin tersi saniyede AU olarak ifade edilmiş ve radyo sinyallerinin Güneş Sistemin'deki araçlara ulaştığı zaman kullanılırak hesaplanmıştır. Bu tarz birçok hesaplama
birleştirilerek birim uzaklık başına ışık zamanı için en iyi değer elde edilebilir. Örneğin; 2009'da Uluslararası Astronomik Birlik tarafından kabul edilen en iyi tahmin : [28]
[29]
Birim uzaklık başına ışık zamanı : : 7002499004783836000♠499.004783836( 10) s
c = 7008299792457999999♠0.00200398880410( 4) AU/s = 7002173144632674000♠173.144632674( 3) AU/day.
Bu hesaplardaki göreceli hesap hatası milyarda 0.02'dir. Metre belli bir zamanda ışık tarafından katedilen mesafe olarak tanımlandığı için, ışık zamanının önceki AU tanımı ile
ölçülmesi eski AU'nun metre ile ölçülmesi olarak yorumlanabilir.[Note 7]
Uçuş zamanı teknikleri
One of the last and most accurate time of flight measurements, Michelson, Pease and Pearson's 1930–35 experiment used a rotating mirror and a one-mile ( 1.6 km) long vacuum
chamber which the light beam traversed 10 times. It achieved accuracy of ±11 km/s
A light ray passes horizontally through a half-mirror and a rotating cog wheel, is reflected back by a mirror, passes through the cog wheel, and is reflected by the half-mirror
into a monocular.
Fizeau aletinin diyagramı
Işık hızını ölçmenin bir metodu da ışığın bilinen bir noktaki bir aynaya gitme ve geri dönme hızının hesaplanmasıdır. Bu Fizeau-Foucault düzeneğinin arkasındaki prensiptir ve
Hippolyte Fizeau ve Leon Foucault tarafından geliştirilmiştir.
Fizeu tarafından kullanılan bu düzenek 8 kilometre uzaklıktaki bir aynaya gönderilen bir ışık huzmesinden oluşur. Kaynaktan aynaya giderken huzme dönen dişli bir çarktan geçer.
Belli bir dönme hızında huzme giderken bir boşluktan ve dönerken başka bir boşluktan geçer ancak biraz düşük ya da yüksek dönme hızlarında huzme dişlerden birine çarpar ve
çarktan geçemez. Dişliyle ayna arasındaki mesafeyi, çarktaki diş sayısını ve dönme hızını bilerek ışığın hızı hesaplanabilir. [14]
The method of Foucault replaces the cogwheel by a rotating mirror. Because the mirror keeps rotating while the light travels to the distant mirror and back, the light is
reflected from the rotating mirror at a different angle on its way out than it is on its way back. From this difference in angle, the known speed of rotation and the distance to
the distant mirror the speed of light may be calculated.[30]
Bu günlerde bir nanosaniyeden az zaman çözünürlüğü olan salınım izlerler sayesinde ışığın hızı bir lazer ya da LED'den gelen ışık nabızının aynadan yansımasının zamanı ile direk
olarak ölçülebilir. Bu metod diğer modern teknşklerkadar isabetli değildir anca bazı üniversite fizik sınıflarında labaratuvar deneyi olarak kullanılır..[31][32][33]
Elektromanyetik sabitler
C'yi elektromanyetik dalgaların yayılımına bağlı olmadan hesaplamanın bir yolu Maxwell'in teorisinde kullanılan c, ε0 ve μ0 arasındaki ilişkişkiyi kullanmaktır. ε0 kapasitans
ve kapasitörün boyutları hesaplanarak bulunabilir. μ0 ise 4π×10−7 H·m−1 olarak sabittir. 1907'de Rosa ve Dorsey bu metodu kullanarak 299710±22 km/s değerini bulmuşlardır.[34]
[35]
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar
Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir
seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen
ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun
geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]
Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s
sonucunu vermiştir. [37]
Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir : eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak
antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c
genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir.
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar
Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir
seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen
ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun
geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]
Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s
sonucunu vermiştir. [37]
Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir : eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak
antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c
genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir. [38][39]
İnterferometre
Schematic of the working of a Michelson interferometer.
An interferometric determination of length. Left : constructive interference; Right : destructive interference.
İnterferometre elektromanyetik radyasyonun dalgaboyunu bularak ışık hızını hesaplamanın başka bir yoludur. Frekansı bilinen uyumlu bir ışık huzmesi iki yolu izlemesi için
bölünür ve tekrar birleşir. Etki düzlemini gözlemlerken yolun uzunğunu ayarlayarak ve yol uzunluğundaki değişimi dikkatlice ölçerek ışığın dalgaboyu bulunabilir. Sonra ışık hızı
c = λf denklemi ile hesaplanır.
Lazer teknolojisinin gelişmesinden önce uyumlu radyo kaynakları ışık hızının interferometrik ölçümleri için kullanılırdı. Ancak; dalgaboylarının interferometrik hesaplanması
dalgaboyları ile birlikte daha isabetsiz hale gelmeye başladı ve bu yüzden deneyler radyodalgalarının uzun dalgaboyları( ~0.4 cm) ile sınırlandı. Netlik kısa dalgaboyları ile
artırılabilir ama o zaman da ışığın frekansını direk olarak ölçmek zorlaşır. Bu sorunu çözmenin bir yolu, frekansı hesaplanabilen düşük frekanslı br sinyalle başlayıp bu
sinyalden giderek daha yüksek frekanslı sinyaller sentezlereyemektir. Daha sonra bir lazer frekansa sabitlenip dalgaboyu interferometre kullanılarak bulunabilir. 3.5×10−9.[40]
[41]
Tarih
C'nin ölçüm tarihi ( km/s) <1638 Galileo, covered lanterns inconclusive[Note 8]
<1667 Accademia del Cimento, covered lanterns inconclusive[Note 9]
1675 Rømer and Huygens, moons of Jupiter 220.000[42][43]
1729 James Bradley, aberration of light 301.000[14]
1849 Hippolyte Fizeau, toothed wheel 315.000[14]
1862 Léon Foucault, rotating mirror 298.000±500[14]
1907 Rosa and Dorsey, EM constants 299.710±30[34][35]
1926 Albert A. Michelson, rotating mirror 299.796±4[44]
1950 Essen and Gordon-Smith, cavity resonator 299.792.5±3.0[37]
1958 K.D. Froome, radio interferometry 299.792.50±0.10[45]
1972 Evenson et al., laser interferometry 299.792.4562±0.0011[41]
1983 17th CGPM, definition of the metre 299.792.458 ( exact)[46]
Modern periyodun erken bölümlerine kadar ışığın anlık mı yoksa son derece hızlı ölçülebilir bir hızla mı hareket ettiği bilinmiyordu. Bu olayın ilk ölçüldüğü olay antik
Yunanistandaydı. Antik Yunanlar, müslüman ve avrupalı bilimciler Romer ışık hızının ilk hesaplarını sağlayana kadar bunu tartıştılar. Einstein'ın İzafiyet Teorisi ışık hızının
referans çerçevesi ne olursa olsun sabit olduğunu göstermiştir. O zamandan bu yana bilimadamları giderek daha isabetli hale gelen ölçümler yapışlardır.
Erken Tarih
Empedocles ışığın ölçülebilir hızı olduğunu idda eden ilk kişiydi. Işığın hareket eden bir şey olduğunu dolayısıyla hareketinin zaman alması gerektiğini öne sürdü. Aristo ise
tam tersini öne sürüp "ışığın bir şeyin varlığından oluşutuğunu ve hareket etmediğini öne sürmüştür. Euclid ve Ptolemy Empedocles'in ışığın gözlerden emilierek görüşü sağladığı
yolundaki teorisini ilerletmişlerdir. Bu teoriye dayanarak Alexandrialı Heron yıldızlar gibi uzak nesneler gözümüzü açtığımız anda görülebildiği için ışığın hızının sonsuz
olduğunu ileri sürmüştür. Hindu Vedas'ta bahsedildiği üzere Sayana ışık hızının hesaplanması üzerine yorumlar yapmıştır. Eski İslam filozofları ilk başta Aristonun görüşlerine
katılmışlardır. 1021'de Alhazen Optik Kitabını yayınlayarak görüş teorisine karşı çıkmış ve ışığın nesnlerden göze geldiğini öne süren ve şimdi kabul edilmiş olan intromisyon
teorisini savunmuştur. Bu da Alhazen'i ışığın ölçülebilir hızı olduğunu öne sürmeye yönlendirmiştir. Işığın bir madde olduğunu, yayılmasının bizim hislerimiz tarafından fark
edilmese de zaman aldığını söylemiştir. Ayrıca 11.yy.da Abu Rayhan al Biruni de ışığın ölçülebilir hızı olduğunu söylemiş ve ışığın sesten çok daha hızlı olduğunu
gözlemlemiştir.[47]
13.yy.da Roger Bacon filozofik argümanları Alhazen ve Aristo'nun da yazdıklarıyla destekleyerek ışığın havadaki hızının sonsuz oladığını öne sürmüştür. 1270'lerde Witeloışığın
boşlukta sonsuz hızla hareket edip daha yoğun ortamlarda yavaşladığını düşünmüştür.[48]
17.yy başlarında Johannes Kepler boş uzay herhangi bir engel sunmadığı için ışık hızının sonsuz olduğuna inanmıştır. Rene Descartes eğer ışığın hızı ölçülebilir olsaydır Güneş,
Dünya ve Ay'ın bir aay tutulması sırasında düzen dışında olacağını öne sürdü. Böyle birdüzensizlik de gözlemlenmediği için Descartes ışık hızının sonsuz olduğunu varsaydı.
Descartes eğer ışığın hızının ölçülebilir olduğu keşfedilirse kendisinin bütün filozofi sisteminin yerle bir olacağını söyledi. Snell Yasası'nın Descartes derivasyonunda ışık
hızı anlık olmasına rağmen çevre ne kadar yoğunsa ışık o kadar yavaştır. Fermat da ölçülebilir ışık hızını savunmuştur. [49]
İlk ölçüm girişimleri
1629'da Isaac Beeckman bir kişinin ışık patlamasınının bir mil uzaklıktaki bir aynadan yansımasını gözlemlediği bir deney önermiştir. 1638'de Galileo Galilei bir feneri açıp bir
mesafedeki algısını gözlemleyeceği ve aradaki gecikmeden ışık hızını ölçebileceği bir deney ortaya atmıştır. Işığın anlık hareket edip etmediğini ayırt edememiştir ancak
etmiyorsa dahi inanılmaz hızlı olduğu sonucuna varmıştır. 1667'de Accademia del Cimento Galileo'nun deneyini 1 mil uzaklıktaki bir fenerle uyguladığını ve gecikme
gözlemlemediğini söylemiştir. Bu deneydeki gerçek gecikme 11 mikrosaniye civarında olurdu.
A diagram of a planet's orbit around the Sun and of a moon's orbit around another planet. The shadow of the latter planet is shaded.
Rømer'in gözlemi
Işık hızının ilk miktarsal tahmini 1676'da Romer tarafından yapılmıştır. Dünya Jüpitere yaklaşırken Jüpiter'in uydusu Io'nun uzaklaşırken gözüktüğünden daha kısa olduğunu
gözlemiş ve ışığın ölçülebilir hızının olduğu sonucuna vamıştır ve Dünya'nın yörüngesinin çapını 22 dakikada geçtiğini tahmin etmiştir. Christian Huygens butahmini Dünya'nın
yörüngesinin çapının bir tahiniyle birleştirmiş ve ışığın hızını yaklaşık 220000 km/sn olark bulmuştur. [43]
1704'te yayınladığı kitabı Optics'de Newton Romer'in hesaplarını yazmış ve ışığın Güneş'ten Dünya'ya ulaşma süresini 7 ya da 8 dakika olarak belirtmiştir. Newton Romer'in
tutulma gölgelerinin renkli olup olamdığını soruşturmuş ve olmadığını duyunca farklı renklerin aynı hızda hareket ettikleri sonucuna varmıştır. 1729'da James Bradlet yıldızsal
sapmayı keşfetti. Burdan yola çıkarak ışığın Dünya'nın yörüngesindeki hareketinden 10210 kere daha hızlı hareket ettiği sonucuna vardı.[27]
Elektromanyetizm ile bağlatılar
19.yy. de Hippolyte Fizeau Dünya'daki uçuş zamanlarına dayanarak ışık hızını hesaplamak için bir metod geliştirdi ve 315000 km/sn lik bir değer buldu. Metodu Leon
Foucault'un1862'de 298000 km/sn lik değer bulan metodundan geliştirilmişti.1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch eletromanyetik ve eletrostatik şarj birimleririni
bir Leyden kavanozunun şarjını boşaltarak ölçüp numarasal değerinin ışık hızına çok yakın olduğunu bulmuşlardır. Bir sonraki yıl Gustav Kirchoff dirençsiz bir telde elektrik
sinaylinin de bu hızda ilerlediğini bulmuştur. Erken 1860larda Maxwell üzerinde çalıştığı eletromanyetizm teorisine göre elektromanyetik dalgaların boş uzyda Weber/ Kohraush
oranında bulunan hızda hareket ettiğini bulmuştur.[50]
"Luminiferous aether"
Hendrik Lorentz ( sağda) ve Albert Einstein.
Zamanında boş uzayın arka planda Luminiferous aether adlı içinde elektromanyetik alan bulunduran bir nesneyle dolu oluduğu düşünülüyordu. Bazı fizikçiler aether'ı ışığın
yayılmasının tercih edilen referans çerçevesi olduğunu düşünmüştür ve dünyanın hareketini bu çevrede ölçülebileceğine inanmıştır. 1880lerden itibaren bunu tespit etmek için
çeşitli deneyler yapılmıştır. Bunların en meşhuru A.A.Michelson ve E.W Morley tarafından 1887de yapılmıştır. Tespit edilen hareket her zaman gözlemsel hatadan daha azdı. Modern
deneyler ışığın çiftyönlü hızının saniyede 6 nanometreye kadar izotopik olduğunu işaret etmektedir. Bu deney nedeniyle Lorentz teçhizatın aether içindeki hareketinin teçhizatın
hareketin yönündeki uzunluğunu daraltabileceğini öne sürmüş ve hareket halindeki sistemler için zaman değişkeninin de buna göre değişebileceğini varsaymıştır ve bu da Lorentz
değişimi formülüne yol açmıştır. Lorentz'in aether teorisinden yola çıkara Henri Poincare( 1900) yerel zamanın aether içinde hareket eden saatler tarafından gösterildiğini
göstermiştir. 1904te Lorentz'in teorilerinin doğrulanması halinde ışık hızının dinamikte sınırlayıcı bir faktör olabileceğini öne sürmüştür. 1905'te Lorentz'in aether teorisini
görelilik prensibiyle gözlemsel anlaşmaya getirmiştir.[51][52]
![[Image: 148108061033261.jpg]](https://image.1trk.net/uploads/148108061033261.jpg)
![[Image: 148108061041312.jpg]](https://image.1trk.net/uploads/148108061041312.jpg)
Özel Görelilik
1905'te Einstein ışığın boşlukta hızlanmayan bir gözlemci tarafından ölçülen hızının kaynaktan ya da gözlemciden bağımsız olduğunu öne sürmüştür. Bunu ve görelilik prensibini
kullanarak Özel Görelilik Kuramı'nı ortaya atmıştır. Bu da hareketsiz aether konseptini kullanışsız hale getirmiştir ve uzay ve zaman konseptlerinde devrim yaratmıştır.[53][54]
C'nin artan doğruluğu ve metre ile saniyenin yeniden tanımlanması
20.yy.nin ikinci yarısında ışık hızının ölçümünün daha isabetli olması konusunda, ilk önce boşluk rezonansı tekniği ile daha sonra da lazer interferometer teknikleriyle birçok
gelişme katedildi bunlara metre ve saniyenin yeni ve daha kesin tanımları da yardımcı oldu. 1950'de Louis Essen hızı boşluk rezonansını kullanarak 299792.5±1 km/sn olarak
hesapladı. Bu değer 12. Radyo-Bilimsel Genel buluşması tarafından kabul edildi. 1960'da metre krypton-86 spectral düzleminin belli bir dalgaboyuna göre yeniden tanımlandı ve
1967'de saniye caesium-133'ün ince geçiş frekansına göre yeniden tanımlandı.
1972de lazer interferometre metodu ve yeni tanımlar kullanılarak NBS Boulder, Colordo'da bir grup ışığın boşluktki hızını 299792456.2±1.1 m/sn olarak hesapladı. Bu daha önce
kabul edilen değerden 100 kat daha belirgin bir değerdi. Geri kalan belirsizlik çoğunlukla metrenin tanımına bağlıdır. [55]
Işık hızını belirgin bir sabit olarak tanımlamak
1983 de 17. CGPM frkans ölçümlerindeki dalgaboylarının ve ışık hızı için geçerli değerin bir önceki standarttan daha tekrarlanabilir olduğunu bulmuştur. Saniyenin 1967'deki
tanımı sabit bıraktılar, bu nedenle caesium ince frekansı şu an hem metreyi hem de saniyeyi tanımlamaktadır. Bunu yapabilmek için metreyi "ışığın boşlukta saniyenin
1/299792458'inde aldığı mesafe"olarak tanımladılar. Bu tanımın bir sonucu olarak ışığın boşluktaki hızı tam olarak 299792458 m/sn'dir ve SI tarafından tanımlanan bir sabit
haline gelmiştir. ".[56][57]
2011'de CGPM bütün temel SI birimlerini "belirgin-sabit formülasyonunu" kullanarak yeniden tanımlamak niyetinde olduğunu belirtmiştir. Bu metrenin yeni ama tamamen denk bir
tanımını sunmuştur : "metre, uzunluk birimi, ışığın boşluktaki hızının SI birimi s−1 ile yazılımında 299792458 olan büyüklüktür.
Notes
Kaynakça
Wikipedia
Işığın boşluktaki hızı, genellikle c ile gösterilir, fiziğin birçok bölümünde kullanılan önemli bir fiziksel sabittir. Kesin değeri 299.792.458 m/s'dir. ( yaklaşık olarak
3.00×108 m/s). Metrenin uzunluğu bu sabitten ve uluslararası zaman standardından hesaplanmıştır. Özel göreceliliğe göre c, evrendeki bütün madde ve bilgilerin hareket
edebileceği maksimum hızdır. Bütün kütlesiz parçacıkların ve ilgili alanlardaki değişimlerin boşluktaki hareket hızıdır ( ışık ve çekimsel dalgalar gibi elektromanyetik
radyasyon dahil). Bu parçacıklar ve dalgalar gözlemcinin eylemsiz referans çerçevesi ya da kaynağın hareketi ne olursa olsun c'de hareket ederler. Görecelilik Teorisi'nde c,
uzay- zaman arasındaki ilişkiyi kurar; aynı zamanda meşhur kütle-enerji eşdeğerliliği formülünde de gözükür. E = mc2.[1]
Işığın hava veya cam gibi şeffaf maddelerdeki ilerleyiş hızı c'den azdır. Benzer şekilde radyo dalgalarının tel kablolardaki ilerleyişi de c'den yavaşdır. Işığın madde içindeki
hızı v ile c arasındaki orana o maddenin kırılma endeksi ( n) denir ( n=c/v). Örneğin, görülebilir ışık için camın kırılma endeksi genellikle 1.5 civarındadır. Yani ışık camın
içinde c/1.5≈ 200.000 km/s; kırılma endeksi 299.700 km/s ( c'den yaklaşık 90 km/s daha yavaş) ile hareket eder.
Hangi açıdan bakılırsa bakılsın ışık ve öteki elektromanyetik dalgalar anında yayılıyormuş gibi gözükür ancak, ölçülebilir hızlarının uzun mesafeler ve hassas ölçümlerle
ölçülebilir sonuçları vardır. Uzaydaki keşif araçlarıyla iletişim kurarken mesajların Dünya'dan uzay aracına ya da uzay aracından Dünya'ya ulaşması dakikalar ya da saatler
alabilir. Yıldızlardan gelen ışık onları yıllar önce terk etmiştir ve bu sayede uzaktaki nesnelere bakarak evrenin tarihini çalışma şansı verir. Işığın ölçülebilir hızı aynı
zamanda bilgisayardaki bilgilerin çipler arasında aktarılması gerektiği için bilgisayarların teorik hızını da sınırlar. Işık hızı, uzak mesafeleri yüksek isabetle ölçebilmek
için uçuş zamanı ölçümlerinde de kullanılır.
Ole Romer ilk olarak 1676'da, Jüpiter'in uydusu Io'nun görünür hareketini inceleyerek, ışığın ölçülebilir bir hızda hareket ettiğini göstermiştir( anlık hareketin aksine).
1865'te James Clerk Maxwell Elektromanyetizm Teorisi'nde ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu ve bu nedenle c hızında hareket ettiğini ileri sürmüştür. 1905'te Albert
Einstein ışığın hızının herhngi bir referans çerçevesinde ışık kaynağından bağımsız olduğunu öne sürmüştür ve bu varsayımının sonuçlarını Görecelik Teorisi'ni öne atıp c
parametresini ışık ve eletromanyetizm dışındaki şeylerle alakalı olduğunu göstermiştir.
Yüzyıllar boyunca süren ve giderek daha da kesinleşen ölçümler sonucunda 1975'te ışığın hızının 299.792.458 m/s olduğu 4 milyarda birlik bir belirsizlikle hesaplanmıştır. 1983
yılında metre Uluslararası Ünite Sistemi ( SI) tarafından, ışığın boşlukta 1/299.792.458 saniyede katettiği mesafe olarak yeniden tanımlanmıştır. Bunun sonucu olarak, c'nin
değeri metrenin tanımı tarafından net bir şekilde sabitlenmiştir. [2]
Sayısal Değer, Formül ve Birimler
Işık hızı genellikle sabit( constant) ya da Latince celerity( hızlı, çabuk) kelimelerinin temsilen “c” ile ifade edilir. Geçmişte V ışık hızı için alternatif bir sembol
olarak kullanılmıştır ve 1865'te James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. 1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch c'yi daha sonra ışık hızının √2 katına denk
geldiği görülen başka bir sabit için kullanmışlardır. 1894'te Paul Druder c'yi modern anlamıyla tekrar tanımlamıştır. Einstein Görecelik üzerine yazdığı Orijinal Almanca
makalelerde V'yi kullanmıştır ama 1907'de o zaman ışık hızı için standart sembol haline gelmiş c'yi kullanmaya başlamıştır.[3][4]
Bazen c dalgaların herhangi bir maddesel çevredeki hızını ifade etmek için kullanılır ve c0 da ışığın boşluktaki hızını ifade etmek için kullanılır.[5] SI tarafından da kabul
edilmiş bu alt simgeli ifade diğer alakalı sabitlerle aynı forma sahiptir, μ0 vakum geçirgenliği veya manyetik sabit, ε0 boşluktaki iletkenlik veya eletrik sabiti ve Z0 uzayın
direnci için.
1983'ten beri metre Uluslararası Ünite Sistemin'de ışığın 1/ 299792458 saniyede katettiği mesafe olarak tanımlanmıştır. Bu tanım ışığın boşluktaki hızını kesin olarak 299792458
m/s olarak sabitlemiştir. Boyutsal fiziksel bir sabit olarak c ünite sistemlerinde farklı değerlere sahiptir. Fiziğin c'nin sıkça gözüktüğü görecelik gibi bölümlerinde, doğal
ölçüm ünitesi ya da geometrik ölçüm ünitesi olarak c=1 kullanılır. Bu üniterler kullanıldığında c, 1 bölme ve çarpma işlemlerinde etkisiz olduğu için çok gözükmez.
Fizikteki Temel Rolü
Işığın boşluktaki yayılma hızı ışık kaynağının hareketinden de gözlemcinin hareketsiz referans noktasından da bağımsızdır. Işık hızının değişmezliği, 1905'te Maxwell'in
Elektromanyetizm Teorisi'nden ve Luminiferous Aether( 19. Yüzyılda ışık kaynağı olduğu düşünülen teori)'ın varlığına dair bir kanıt olmamasından ilham alarak, Einstein
tarafından öne sürülmüştür ve o zamandan bu yana birçok deney tarafından kanıtlanmıştır. Yalnızca iki yönlü ışığın( ışık kaynağın ve ayna gibi) hızının çevreden bağımsız
olduğunu onaylamak mümkündür çünkü kaynakla alıcıdaki saatlerin nasıl senkronize edileceğine dair bir yol bulmadan ışığın tek yönlü hızını ölçmek mümkün değildir. Ancak,
Einstein senkronizasyonunu saatlere uyguladığımızda tek yönlü ve çift yönlü ışık hızları birbirine eşitlenir. İzafiyet Teorisi bu değişimsizliğin sonuçlarını tüm eylemsiz
referans çerçevelerinde fiziğin kanunlarının aynı olduğunu varsayarak inceler. Tek sonuç, c'nin bütün kütlesiz parçacıkların ve dalgaların, ışık dahil, boşluktaki hızıdır..
Özel göreliliğin birçok mantığa aykırı ve deneylerle onaylanmış çıkarımları vardır. Bunlara kütle-enerji denkliği ( E = mc2),yükseklik kısalması( hareket eden cisimler
kısalır) ve zaman genişlemesi ( hareket eden saatler daha yavaş işler) dahildir. Boyun kısaldığı ve zamanın genişlediği γ etmeni Lorentz Faktörü olarak bilinir ve γ = ( 1 −
v2/c2)−1/2ile ifade edilir( v nesnenin hızı). γ ile 1 arasındaki fark günlük hızlar gibi c'den çok daha düşük olan hızlar için ( özel göreliliğin Galilean göreliliği
tarafından yaklaşıldığı bir durum) gözardı edilebilir ancak göreceli bir hızla yükselir ve v c'ye yaklaştıkça sonsuzluğa doğru sapar.
Özel göreliliğin sonuçları uzay ve zamanı uzayzaman olarak bilinen ve matematiksel formülü c parametresini içeren Lorentz değişmezi adlı özel bir simetriyi sağlayan bir yapı
olarak kabul edilerek özetlenebilir. ( c uzay ve zamanın birimlerine bağlıdır). Lorentz değişmezi modern fizik teorileri için neredeyse evrensel olarak kabul edilmiş bir
çıkarımdır. Modern fizikte c hemen hemen her yerde ortaya çıkan, ışıkla alakası olmayan birçok konuda dahi görülen bir parametre haline gelmiştir. Örneğin, genel görelilik c'nin
aynı zamanda yer çekiminin ve yer çekimsel dalgaların da hızı olduğunu tahmin etmektedir. Hareketsiz referans çerçevelerinde ışığın hızı sabit ve c'ye eşittir ancak ışığın
ölçülebilir mesafedeki hızı mesafenin ve zamanın nasıl tanımlandığına bağlı olarak c'den farklı çıkabilir.[6]
Genel olarak c gibi temel sabitlerin uzayzamanda değişmediği, yani mekana bağlı olmadığı ve zamanla değişmediği varsayılır. Ancak, değişik teorilerde ışığın hızının zaman içinde
değişmiş olabileceği öne sürülmüştür. Bu değişimleri onaylayacak bir kanıt henüz bulunamasa da araştırmalar devam etmektedir. .[7][8]
Aynı zamanda genel olarak ışığın izotopik olduğu varsayılır. Yani, ne yönde ölçülürse ölçülsün aynı değere sahiptir.Nükleer enerji seviyelerinin yayılan çekirdeklerin ve optik
rezonatörlerin fonksiyonu olarak gözlemleri olası iki taraflı eşyönsüzlüğe sıkı bir limit koymaktadır..[9][10]
Hızın üst limiti
Özel göreliliğe göre m kütleli ve v hızlı bir nesnenin enerjisi γmc2, ile ifade edilir. v 0 olduğunda γ 1'dir ve bu meşhur E = mc2 denklemini sağlar. v c'ye yaklaştıkça γ
sonsuza yaklaşır ve kütlesi olan ve ışık hızında hareket eden bir nesneyi hızlandırmak sonsuz ölçüde bir enerji gerektirir. Kütlesi olan nesneler için ışık hızı üst hız
limitidir ve fotonlar ışık hızından daha hızlı hareket edemezler. Bu birçok göreceli enerji ve momentum deneylerinde kanıtlanmıştır. .[11]
Daha genel olarak, bilginin ya da enerjinin c'den daha hızlı hareket etmesi imkansızdır. Bunun bir argümanı, özel göreliliğin eşzamanlılık göreliliği olarak bilinen mantık dışı
bir çıkarımını takip eder. Eğer A ve B olayları arasındaki mesafe, aralarındaki zaman aralığının c ile çarpımından büyükse, aralarında A'nın B'yi takip ettiği ya da B'nin A'yı
takip ettiği referans çerçeveleri vardır ve bazılarında A ve B eşzamanlıdır. Bunun sonucu olarak, eğer bir şey hareketsiz bir referans çerçevesine göre c'den daha hızlı hareket
ediyorsa başka bir çerçeveye göre zamanda geriye doğru hareket ediyor olur ve nedensellik bozulmuş olur. Böyle bir bir referans çerçevesinde bir etki nedeninden önce
gerçekleşebilir. Nedenselliğin bu şekilde bozulması henüz kayıtlara geçmemiştir.[12]
Işıktan hızlı deneyler ve gözlemler
Bazı durumlarda enerji, cisimler ya da bilgi ışıktan hızlı hareket ediyormuş gibi gözükse de etmezler. Örneğin; aşağıdaki "ışığın bir çevrede yayılması"nda bazı dalgaların hızı
c'yi geçebilir. Örneğin, x-ray ışınlarının çoğu camdaki faz hızı c'yi geçmektedir ancak faz hızı dalgaların bilgiyi yayma hızını göstermez.[13]
Eğer bir lazer ışını uzaktaki bir nesne üzerinde hızlıca gezdirilirse, ışık noktasının ilk hareketi ışığın uzaktaki nesneye ulaşma süresi nedeniyle gecikse de, ışık noktası
c'den hızlı hareket edebilir. Ancak, yalnızca hareket eden fiziksel varlıklar lazer ve onun yaydığı ışıktır ve lazerden değişik noktalara ışık hızında hareket ederler. Benzer
olarak, uzaktaki bir gölge de zamanda bir gecikmeden sonra ışıktan hızlı hareket ettirilebilir. İki durumda da herhangi bir madde, enerji ya da bilgi ışıktan hızlı hareket
etmez.[14]
Hareket eden iki referans çerçevesi arasındaki mesafenin değişme oranı c'nin üzerinde bir değere sahip olabilir. Ancak, bu hareketsiz bir çerçeve içinde ölçülen herhangi bir
cisimin hızını yansıtmaz.[14]
Bazı quantum etkileri, EPR paradox'unda olduğu gibi, anında, yani c'den hızlı olarak aktarılıyormuş gibi gözükebilir. Bir örnek birbirine girmiş iki parçacığın quantum
durumlarını içermektedir. İki parçacıktan herhangi biri incelenene kadar parçacıklar üst üste gelmiş iki quantum durumu içinde var olurlar. Eğer parçacıklar ayrılıp birinin
quantum durumu incelenirse ötekinin quantum durumu anında belirlenmiş olur. Ancak, ilk parçacığın gözlemlendiğinde hangi quantum durumunu kontrol etmek mümkün olmadığı için
bilgi bu yolla yayılamaz. [14][15]
Işıktan hızlı hızları tahmin eden başka bir quantum etkisi de Hartman Etkisi'dir. Belirli koşullar altında, yapay bir parçacığın bir bariyerden geçmesi için gereken zaman,
bariyerin kalınlığı ne olursa olsu, sabittir. Bu, yapay parçacığın geniş bir boşluğu ışıktan hızlı bir şekilde geçmsiyle sonuçlanabilir. Ancak, bu etki kullanılarak herhengi bir
bilgi gönderilemez.[16]
Sözde ışıktan hızlı hareket, radyogalakilserin göreceli jetleri, yıldızsı gök cisimleri gibi astronomik nesnelerde gözlemlenebilir. Ancak, bu jetler ışıktan hızlı hareket
etmemektedir. Göze ışıktan hızlı gelen hareket cismin ışık hızına yaklaşmasının ve dünyaya düşük bir görüş açısıyla yaklaşmasının sonucudur.[17]
Genişleyen evrenin modellerinde galaksiler ne kadar uzaklarsa birbirlerinden o kadar hızlı uzaklaşırlar. Ayrılma uzaydaki hareketin değil, uzayın genişlemesinin sonucudur.
Örneğin, dünyaya uzak olan galaksiler dünyaya olan uzaklarıyla orantısal bir hızla uzaklaşırlar. [18]
CERN’deki uluslararası araştırma grubunun sözcüsü, Antonio Ereditato, ışık hızını aşmayı başardıklarını söyledi.
İSVİÇRE’nin Cenevre kentinde bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi ( CERN) bilim adamları, üç yıl süren deneylerin son aşamasında atomdan küçük nanopartikülleri ışık
hızından daha hızlı seyahat ettirmeyi başardıklarını açıkladı.
CERN’in sözcüsü Antonio Ereditato, Cenevre’den İtalya’nın Gran Sasso kentine nötrinoları ( kütlesi olmayan temel parçacıklar) saniyede 300 bin km olan ışık hızından 60
nanosaniye daha hızlı göndermeyi başardıklarını belirtti.
CERN’deki bilim adamları, 2011 yılında yapılan deneylerde Alplerin kolu olan Apenin Dağları’nın altında bir laboratuvardan 700 kilometre ötedeki diğer laboratuvara nötrinoların
saniyenin milyarda birinden hızlı bir şekilde ulaştığını ve ışık hızının aşıldığını iddia etmişlerdi. Ancak daha sonra nötrinoların ışık hızından daha hızlı hareket ettiğini öne
süren anormal sonuçların makinede meydana gelen arızadan kaynaklandığı açıklanmıştı.
Sözcü Antonio Ereditato, bu kez sonuçlardan emin olduklarını söyledi. Albert Einstein’a göre hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket edemez. Ancak doğrulandığı takdirde bu deney,
Albert Einstein’ın Özel Görelilik Kuramı’nın bazı kısımlarını tersine çevirebilir, evrenin nasıl işlediğini açıklayan yasalar altüst olabilir.
Işığın yayılımı
Klasik fizikte ışık elektromanyetik dalga olarak sınıflandırılmıştır. Elektromanyetik alanların klasik hareketi Maxwell denklemleriyle tanımlanmıştır. Bu denklemlerde,
elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı olan c elektrik sabite ve manyetik sabite c = 1/√ε0μ0.[19] Modern kuantum fizikte elektromanyetik alan kuantum elektrodinamik
teorisiyle( QED) tanımlanmaktadır. Bu teoride ışık, elektromanyetik alanın temel çıkışı olan fotonlarla tanımlanır. QED'ye göre fotonlar kütlesiz parçacıklardır ve boşlukta
ışık hızıyla hareket ederler.
QED'nin fotonun kütleye sahip olduğu genişlemeleri de düşünülmüştür. Böyle bir teoride fotonun hızı frekansına bağlı olur ve değişmez c hızı ışığın boşluktaki hızının üst limiti
olur. Işığın hızında testlerde herhangi bir değişim gözlenmemiştir ve bu da fotounun kütlesine sıkı bir limit koymaktadır. Elde edilen limit kullanılan modele göre değişebilir.
Işığın hızının frekansına bağlı olarak değişmesinin başka bir sebebi de, quantum yerçekimindeki bazı teorilerde tahmin edildiği gibi, özel göreliliğin gelişi güzel küçüklükteki
durumlarda uygulanamaması olabilir. 2009'da gamma ışını patlaması GB 090510'un gözlemlerinde farklı enerjilerdeki fotonların hızında bir değişme gözlemlenmemiştir, bu da Lorentz
değişmezinin en azından Planck Uzunluğu'nun 1.2'ye bölümüne kadar onaylanması demektir. [20]
Ortam İçinde
Bir çevrede ışık genel olarak c'ye eşit bir hızda yayılmaz; daha da fazlası, değişik ışık dalgaları değişik hızlarda ilerleyebilir. Düz bir dalganın ( bir frekansla bütün
uzayı doldurabilen dalga) tavan ve taban yaparak yayıldığı hıza faz hızı denir. Ölçülebilir bir uzunluğu( ışık nabzı) olan gerçek bir fiziksel işaret farklı bir hızda ilerler.
Nabzın en büyük bölümü grup hızında ilerlerken erken kısımları ön hızla ilerler.
Faz hızı ışın bir maddede ya da bir maddeden ötekine nasıl ilerlediğini belilerken önemlidir. Kırılma endeksi olarak temsil edilir. Bir maddenin kırılma endeksi, c'nin maddedeki
faz hızına oranı olarak tanımlanır. Bir maddenin kırılma endeksi ışığın frekansına, yoğunluğuna, polarizasyonuna ya da yayılma yönüne bağlı olabilir ama çoğu durumlarda maddeye
bağlı bir sabit olarak görülebilir. Havanın kırılma endeksi yaklaşık olarak 1.0003'tür. Bose- Einstein Yoğuşuğu gibi egzotik maddelerde kırılma endeksi sıfıra yakın olabilir, bu
da ışığın hızını saniyede yalnızca birkaç metreye kadar düşürebilir. Ancak, bu atomlar arasındaki emilim ve tekrar yayılma geçikmesini temsil eder. Işığın maddede yavaşlamasını
ölmek için iki farklı fizikçi takımı ışığı rubidium elementinden yapılma bir Bose-Einstein Yoğuşuğu kullanarak durdurmayı denediler. Ancak bu denelerdeki "ışığın durması" tanımı
yalnızca ışığın atomun daha kararsız hallerinde depolanması ve daha sonra gelişi güzel bir zamanda tekrar yayılması şeklinde olmuştur. "Durduğu" sürede ışık olmayı bırakmıştır.
Bu tarz davranış genel olarak ışığı yavaşlatan tüm çevreler için doğrudur.
Şeffaf maddelerde kırılma endeksi genelde 1'den büyüktür, yani faz hızı c'den küçüktür. Öteki materyallerde kırılma endeksinin bazı frekanslarda 1'den küçük olması olasıdır;
bazı egzotik maddelerde kırılma endeksinin negatif olması dahi olasıdır. Nedenselliğin bozulmaması gereksinimi herhangi bir maddenin dieletrik sabitinin gerçek ve sanal
kısımlarının Kremars- Kronig ilişkisiyle bağlı olduğunu ima eder. Pratic olarak, kırılma endeksinin 1'den küçük olduğu maddelerde dalganın emilimi o kadar hızlıdır ki c'den daha
hızlı bir sinyal gönderilemez.
Farklı grup ve faz hızları olan bir nabız zaman içinde biter. Bu süreç ayrılım olarak bilinir. Bazı maddeler ışık dalgaları için çok düşük grup hızlarına sahiptir, yavaş ışık
olarak adlandırılan ve deneylerle onaylanmış bir fenomen. Tam tersi, c'yi aşan grup hızları, aynı zamanda deneylerde gözlemlenmiştir. Anlık ya da zamanda geriye doğru hareket
eden nabızlar için grup hızın sonsuz olması ya da negatif çıkması da mümkün olmalıdır.[21]
Ancak, bu seçeneklerin hiçbiri bilginin c'den daha hızlı aktarılmasını sağlamaz. Erken kısımlarından daha hızlı bir nabızla bilgi yollamak mümkün değildir. [21]
Bir parçacığın bir maddenin içinde o maddenin faz hızından daha hızlı ilerlemesi mümkündür. Yüklü bir parçacık bunu iletken olmayan bir maddenin içinde yaptığı zaman Cherenkov
Radyasyonu olarak bilinen bir şok dalgası yayılır. .[22]
Ölçülebilirliğin pratik etkileri
Işık hızı iletişimle alakalıdır : Tek yönlü ve gidiş-geliş gecikmeleri sıfırdan büyüktür. Bu küçükten astronomik ölçülere kadar geçerlidir. Öteki yandan, mesafe ölçümü gibi
bazı teknikler ışığın ölçülebilir hızına da bağlı olabilir.
Küçük ölçekler
Süperbilgisayarda, ışık hızı bilgilerin işlemciler arasında ne kadar hızlı yollanabileceğine dair bir sınır oluştumaktadır. Eğer bir işlemci 1 gigahertz'den açılıyorsa bir
sinyal bir döngüde maximum 30 cm ilerleyebilir. Bu yüzden işlemciler iletim gecikmesini minimuma indirmek için birbirilerine yakın konmalıdırlar, bu da soğutma sorunlarına neden
olabilir. Eğer saat freanksları yükselmeye devam ederse ışık hızı tekil çiplerin tasarımında bir limit haline gelecektir.[23]
Dünya üzerinde büyük mesafeler
Örneğin, dünyanın 40075 km ve c'nin de 300000 km/s civarında olduğunu düşünürsek bilginin kürenin yarısını gezeceği en kısa süre 67 milisaniyedir. Işık dünyada optik bir iplikte
gezerken iletim süresi daha uzundur çünkü kırılma endeksine bağlı olarak ışık optik iplikte %35 civarıdna daha yavaş hareket eder. Ayrıca düz hatlar global iletişimlerde nadiren
kullanılır ve sinyal eletronik düğmeden ya da sinyal üreticiden geçerken yavaşlar.[24]
Uzay uçuşları ve astronomi
The diameter of the moon is about one quarter of that of Earth, and their distance is about thirty times the diameter of Earth. A beam of light starts from the Earth and reaches
the Moon in about a second and a quarter.
A beam of light is depicted travelling between the Earth and the Moon in the time it takes a light pulse to move between them : 1.255 seconds at their mean orbital ( surface-
to-surface) distance. The relative sizes and separation of the Earth–Moon system are shown to scale.
Benzer şekilde dünya ve uzay araçları arasındaki iletişim de anlık değildir. Kaynakla alıcı arasındaki mesafe arttıkça daha da belirginleşen bir gecikme vardır. Apollo 8 ayın
yörüngesine giren ilk insanlı hava aracı olduğunda bu gecikme çok büyüktü : Her sorunun cevabı için yer kontrol istasyonu 3 saniye beklemek zorundaydı. Dünya ve Mars arasındaki
gecikme 5-20 dakika arası değişebilir.
NASA Jüpeter'in yörüngesinde dolaşan bir probedan bilgi almak için saatlerce beklemek zorundadır. Bu da bir navigasyon hatası durumunda düzeltmenin zamanında yetişememesi
riskini ortaya çıkarmaktadır.
Daha uzaktaki astronomik kaynaklardan ışık ya da farklı sinyaller almak bundan da uzun sürebilir. Uzak nesnelerin ışığın ölçülebilir hızı nedeniyle daha genç gözükmeleri
astronomlara yıldızlarsın, galaksilerin hatta evrenin evrimini gözlemleme şansı vermiştir.
Bazen astronomik mesafeler, özellikle popüler bilim yayınlarında ve medyada ışık hızıyla ifade edilir. Işık yılı ışığın bir yılda katettiği mesafedir. Yaklaşık olarak bir ışık
yılı 10 trilyon km ya da 6 trilyon mildir. Dünyaya güneşten sonraki en yakın yıldız uaklaşık 4.2 ışık yılı uzaklıktadır.[25]
Mesafe ölçümü
Radyo sistemleri bir hedefe olan mesafeyi radyo dalgasının antenden yansıtıldıktan sonra hedeften dönmesinin aldığı zamana göre ölçer. Global pozisyonlama sistemi( GPS) alıcısı
GPS uydusuna olan uzaklığını uydulardan gelen sinyallerin süresine göre hesaplar ve uydularla arasındaki mesafeden kendi yerini hesaplar. Lunar Lazer Menzilleme deneyi, radar
astronomisi ve Derin Uzay Ağı Ay'a, gezegenlere ve uzayaraçlarına olan mesafeleri sinyallerin gidiş-geliş sürelerine göre hesaplarlar.
Yüksek frekanslı alım satım
Işık hızı yüksek frekanslı alım-satımda giderek daha önemli hake gelmektedir. Tüccarlar mallarını birkaç saniye önce teslim ederek dakika avantajı sağlamaya çalışmaktadır.
Örneğin; tüccarlar mikrodalga iletişimi optik-fiber iletişime tercih ediyorlar çünkü optik-fiber sinayaller ışıktan %30-40 daha yavaş hareket ederken mikrodalgalar havada ışık
hızına yakın hızlarda hareket ederler.[26]
Ölçüm
c'nin değerini belirlemenin farklı yolları vardır. Bir yol, ışığın yayıldığı gerçek hızı hesaplamaktır ki değişik astronomik ve dünya temelli adımlarla yapılabilir. Ancak ε0 ve
μ0 gibi fiziksel değerlerin c ile bağlantısı kurularak da hesaplanabilir. Tarihte en isabetli ölçümler, ışığın dalgaboyu ve frekansı tek tek hesaplanıp sonuçlar c'ye eşitlenerek
elde edilmiştir.
Astronomik ölçümler
Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasından faydalanılarak ışık hızının ölçümü
Dış uzay, büyük boyutu ve mükemmele yakın boyutu sayesinde c'yi ölçmek için son derece elverişlidir. Tipik olarak, birisi ışığın belirli bir referans sistemindeki mesafeyi
katetmesi için gerek zamanı ölçer. Tarihte bu tip ölçümler, referans uzaklığın dünya temelli birimlerle ne kadar isabetli olarak ölçüldülğüne göre, son derece isabetli olarak
yapılabilmiştir. Elde edilen sonuçlar gün başına Astronomik Birimerle( AU) ifade edilir.
Ole Christensen Romer astronomik ölçümleri kullanarak ışığın mikratsal hızının ilk tahminlerini yapmıştır. Dünyadan ölçüldüğü zaman uyduların gezegenlerin etrafında dönme hızı
dünya gezegelere yaklaşırken, uzaklaşıkerkenki hızlarından daha fazladır. ışığın gezegenden dünyaya katettiği mesafe, dünya yörüngesinde o gezene en yakın konumundayken daha
kısadır, mesafedeki fark dünyanın Güneş etrafındaki yörüngesinin çapıdır. Uydunun periyorundaki değişim ışığın uzak ya da yakın mesafeyi katetmesindeki zaman farkından
oluşmaktadır.
A star emits a light ray which hits the objective of a telescope. While the light travels down the telescope to its eyepiece, the telescope moves to the right. For the light to
stay inside the telescope, the telescope must be tilted to the right, causing the distant source to appear at a different location to the right.
Işığın sapması : Uzak bir kaynaktan gelen ışık farklı bir yerden geliyormuş gibi görünür. Bunun sebebi ışığın hızının sonlu olmasıdır.
Bir başka metodsa 18. yy. da James Bradley tarafından keşfedilen "ışığın sapması"dır. Bu etki, uzaktaki bir kaynaktan ulaşan ışığın hızına gözlemcinin hızının vektör olarak
eklenmesiyle oluşur. Hareketli bir gözlemci ışığı farklı bir noktadan gelirken gözlemler ve kaynağın yerini farklı görür. Dünya Güneş'in etrafında döndükçe dünyanın hızının yönü
değiştiği için bu yıldızların hareket ettiği izlenimi verir. Yıldızların konumunun açısal farkından ışığın hızını dünyanın güneş etrafındaki hızı cinsinden yazmak mümkündür.
1729'da Bradley bu metodu kullanarak ışığın dünyanın yörüngedeki hızından 10,210 kat daha hızlı hareket ettiğini öne sürmüştür. [27]
Astronomik Birim
AU yaklaşık olarak dünya ile güneş arasındaki mesafedir. 2012'de net olarak 149 597 870 700 m. olarak yeniden tanımlanmıştır. Daha önce AU SI birimleri ile değil, Güneş
tarafından uygulanan yerçekimi kuvvetinin klasik mekanik çerçevesindeki koşullarıyla ifade edilmiştir. Güncel tanım , AU'nun önceki tanımının tavsiye edilen şekilde metre ile
ifade edilmiş halini kullamaktadır. Bu yeniden tanımlama , ışık hızını saniye başına AU'da sabitlemiştir.
Daha önce c'nin tersi saniyede AU olarak ifade edilmiş ve radyo sinyallerinin Güneş Sistemin'deki araçlara ulaştığı zaman kullanılırak hesaplanmıştır. Bu tarz birçok hesaplama
birleştirilerek birim uzaklık başına ışık zamanı için en iyi değer elde edilebilir. Örneğin; 2009'da Uluslararası Astronomik Birlik tarafından kabul edilen en iyi tahmin : [28]
[29]
Birim uzaklık başına ışık zamanı : : 7002499004783836000♠499.004783836( 10) s
c = 7008299792457999999♠0.00200398880410( 4) AU/s = 7002173144632674000♠173.144632674( 3) AU/day.
Bu hesaplardaki göreceli hesap hatası milyarda 0.02'dir. Metre belli bir zamanda ışık tarafından katedilen mesafe olarak tanımlandığı için, ışık zamanının önceki AU tanımı ile
ölçülmesi eski AU'nun metre ile ölçülmesi olarak yorumlanabilir.[Note 7]
Uçuş zamanı teknikleri
One of the last and most accurate time of flight measurements, Michelson, Pease and Pearson's 1930–35 experiment used a rotating mirror and a one-mile ( 1.6 km) long vacuum
chamber which the light beam traversed 10 times. It achieved accuracy of ±11 km/s
A light ray passes horizontally through a half-mirror and a rotating cog wheel, is reflected back by a mirror, passes through the cog wheel, and is reflected by the half-mirror
into a monocular.
Fizeau aletinin diyagramı
Işık hızını ölçmenin bir metodu da ışığın bilinen bir noktaki bir aynaya gitme ve geri dönme hızının hesaplanmasıdır. Bu Fizeau-Foucault düzeneğinin arkasındaki prensiptir ve
Hippolyte Fizeau ve Leon Foucault tarafından geliştirilmiştir.
Fizeu tarafından kullanılan bu düzenek 8 kilometre uzaklıktaki bir aynaya gönderilen bir ışık huzmesinden oluşur. Kaynaktan aynaya giderken huzme dönen dişli bir çarktan geçer.
Belli bir dönme hızında huzme giderken bir boşluktan ve dönerken başka bir boşluktan geçer ancak biraz düşük ya da yüksek dönme hızlarında huzme dişlerden birine çarpar ve
çarktan geçemez. Dişliyle ayna arasındaki mesafeyi, çarktaki diş sayısını ve dönme hızını bilerek ışığın hızı hesaplanabilir. [14]
The method of Foucault replaces the cogwheel by a rotating mirror. Because the mirror keeps rotating while the light travels to the distant mirror and back, the light is
reflected from the rotating mirror at a different angle on its way out than it is on its way back. From this difference in angle, the known speed of rotation and the distance to
the distant mirror the speed of light may be calculated.[30]
Bu günlerde bir nanosaniyeden az zaman çözünürlüğü olan salınım izlerler sayesinde ışığın hızı bir lazer ya da LED'den gelen ışık nabızının aynadan yansımasının zamanı ile direk
olarak ölçülebilir. Bu metod diğer modern teknşklerkadar isabetli değildir anca bazı üniversite fizik sınıflarında labaratuvar deneyi olarak kullanılır..[31][32][33]
Elektromanyetik sabitler
C'yi elektromanyetik dalgaların yayılımına bağlı olmadan hesaplamanın bir yolu Maxwell'in teorisinde kullanılan c, ε0 ve μ0 arasındaki ilişkişkiyi kullanmaktır. ε0 kapasitans
ve kapasitörün boyutları hesaplanarak bulunabilir. μ0 ise 4π×10−7 H·m−1 olarak sabittir. 1907'de Rosa ve Dorsey bu metodu kullanarak 299710±22 km/s değerini bulmuşlardır.[34]
[35]
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar
Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir
seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen
ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun
geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]
Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s
sonucunu vermiştir. [37]
Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir : eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak
antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c
genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir.
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar
Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir
seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen
ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun
geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]
Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s
sonucunu vermiştir. [37]
Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir : eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak
antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c
genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir. [38][39]
İnterferometre
Schematic of the working of a Michelson interferometer.
An interferometric determination of length. Left : constructive interference; Right : destructive interference.
İnterferometre elektromanyetik radyasyonun dalgaboyunu bularak ışık hızını hesaplamanın başka bir yoludur. Frekansı bilinen uyumlu bir ışık huzmesi iki yolu izlemesi için
bölünür ve tekrar birleşir. Etki düzlemini gözlemlerken yolun uzunğunu ayarlayarak ve yol uzunluğundaki değişimi dikkatlice ölçerek ışığın dalgaboyu bulunabilir. Sonra ışık hızı
c = λf denklemi ile hesaplanır.
Lazer teknolojisinin gelişmesinden önce uyumlu radyo kaynakları ışık hızının interferometrik ölçümleri için kullanılırdı. Ancak; dalgaboylarının interferometrik hesaplanması
dalgaboyları ile birlikte daha isabetsiz hale gelmeye başladı ve bu yüzden deneyler radyodalgalarının uzun dalgaboyları( ~0.4 cm) ile sınırlandı. Netlik kısa dalgaboyları ile
artırılabilir ama o zaman da ışığın frekansını direk olarak ölçmek zorlaşır. Bu sorunu çözmenin bir yolu, frekansı hesaplanabilen düşük frekanslı br sinyalle başlayıp bu
sinyalden giderek daha yüksek frekanslı sinyaller sentezlereyemektir. Daha sonra bir lazer frekansa sabitlenip dalgaboyu interferometre kullanılarak bulunabilir. 3.5×10−9.[40]
[41]
Tarih
C'nin ölçüm tarihi ( km/s) <1638 Galileo, covered lanterns inconclusive[Note 8]
<1667 Accademia del Cimento, covered lanterns inconclusive[Note 9]
1675 Rømer and Huygens, moons of Jupiter 220.000[42][43]
1729 James Bradley, aberration of light 301.000[14]
1849 Hippolyte Fizeau, toothed wheel 315.000[14]
1862 Léon Foucault, rotating mirror 298.000±500[14]
1907 Rosa and Dorsey, EM constants 299.710±30[34][35]
1926 Albert A. Michelson, rotating mirror 299.796±4[44]
1950 Essen and Gordon-Smith, cavity resonator 299.792.5±3.0[37]
1958 K.D. Froome, radio interferometry 299.792.50±0.10[45]
1972 Evenson et al., laser interferometry 299.792.4562±0.0011[41]
1983 17th CGPM, definition of the metre 299.792.458 ( exact)[46]
Modern periyodun erken bölümlerine kadar ışığın anlık mı yoksa son derece hızlı ölçülebilir bir hızla mı hareket ettiği bilinmiyordu. Bu olayın ilk ölçüldüğü olay antik
Yunanistandaydı. Antik Yunanlar, müslüman ve avrupalı bilimciler Romer ışık hızının ilk hesaplarını sağlayana kadar bunu tartıştılar. Einstein'ın İzafiyet Teorisi ışık hızının
referans çerçevesi ne olursa olsun sabit olduğunu göstermiştir. O zamandan bu yana bilimadamları giderek daha isabetli hale gelen ölçümler yapışlardır.
Erken Tarih
Empedocles ışığın ölçülebilir hızı olduğunu idda eden ilk kişiydi. Işığın hareket eden bir şey olduğunu dolayısıyla hareketinin zaman alması gerektiğini öne sürdü. Aristo ise
tam tersini öne sürüp "ışığın bir şeyin varlığından oluşutuğunu ve hareket etmediğini öne sürmüştür. Euclid ve Ptolemy Empedocles'in ışığın gözlerden emilierek görüşü sağladığı
yolundaki teorisini ilerletmişlerdir. Bu teoriye dayanarak Alexandrialı Heron yıldızlar gibi uzak nesneler gözümüzü açtığımız anda görülebildiği için ışığın hızının sonsuz
olduğunu ileri sürmüştür. Hindu Vedas'ta bahsedildiği üzere Sayana ışık hızının hesaplanması üzerine yorumlar yapmıştır. Eski İslam filozofları ilk başta Aristonun görüşlerine
katılmışlardır. 1021'de Alhazen Optik Kitabını yayınlayarak görüş teorisine karşı çıkmış ve ışığın nesnlerden göze geldiğini öne süren ve şimdi kabul edilmiş olan intromisyon
teorisini savunmuştur. Bu da Alhazen'i ışığın ölçülebilir hızı olduğunu öne sürmeye yönlendirmiştir. Işığın bir madde olduğunu, yayılmasının bizim hislerimiz tarafından fark
edilmese de zaman aldığını söylemiştir. Ayrıca 11.yy.da Abu Rayhan al Biruni de ışığın ölçülebilir hızı olduğunu söylemiş ve ışığın sesten çok daha hızlı olduğunu
gözlemlemiştir.[47]
13.yy.da Roger Bacon filozofik argümanları Alhazen ve Aristo'nun da yazdıklarıyla destekleyerek ışığın havadaki hızının sonsuz oladığını öne sürmüştür. 1270'lerde Witeloışığın
boşlukta sonsuz hızla hareket edip daha yoğun ortamlarda yavaşladığını düşünmüştür.[48]
17.yy başlarında Johannes Kepler boş uzay herhangi bir engel sunmadığı için ışık hızının sonsuz olduğuna inanmıştır. Rene Descartes eğer ışığın hızı ölçülebilir olsaydır Güneş,
Dünya ve Ay'ın bir aay tutulması sırasında düzen dışında olacağını öne sürdü. Böyle birdüzensizlik de gözlemlenmediği için Descartes ışık hızının sonsuz olduğunu varsaydı.
Descartes eğer ışığın hızının ölçülebilir olduğu keşfedilirse kendisinin bütün filozofi sisteminin yerle bir olacağını söyledi. Snell Yasası'nın Descartes derivasyonunda ışık
hızı anlık olmasına rağmen çevre ne kadar yoğunsa ışık o kadar yavaştır. Fermat da ölçülebilir ışık hızını savunmuştur. [49]
İlk ölçüm girişimleri
1629'da Isaac Beeckman bir kişinin ışık patlamasınının bir mil uzaklıktaki bir aynadan yansımasını gözlemlediği bir deney önermiştir. 1638'de Galileo Galilei bir feneri açıp bir
mesafedeki algısını gözlemleyeceği ve aradaki gecikmeden ışık hızını ölçebileceği bir deney ortaya atmıştır. Işığın anlık hareket edip etmediğini ayırt edememiştir ancak
etmiyorsa dahi inanılmaz hızlı olduğu sonucuna varmıştır. 1667'de Accademia del Cimento Galileo'nun deneyini 1 mil uzaklıktaki bir fenerle uyguladığını ve gecikme
gözlemlemediğini söylemiştir. Bu deneydeki gerçek gecikme 11 mikrosaniye civarında olurdu.
A diagram of a planet's orbit around the Sun and of a moon's orbit around another planet. The shadow of the latter planet is shaded.
Rømer'in gözlemi
Işık hızının ilk miktarsal tahmini 1676'da Romer tarafından yapılmıştır. Dünya Jüpitere yaklaşırken Jüpiter'in uydusu Io'nun uzaklaşırken gözüktüğünden daha kısa olduğunu
gözlemiş ve ışığın ölçülebilir hızının olduğu sonucuna vamıştır ve Dünya'nın yörüngesinin çapını 22 dakikada geçtiğini tahmin etmiştir. Christian Huygens butahmini Dünya'nın
yörüngesinin çapının bir tahiniyle birleştirmiş ve ışığın hızını yaklaşık 220000 km/sn olark bulmuştur. [43]
1704'te yayınladığı kitabı Optics'de Newton Romer'in hesaplarını yazmış ve ışığın Güneş'ten Dünya'ya ulaşma süresini 7 ya da 8 dakika olarak belirtmiştir. Newton Romer'in
tutulma gölgelerinin renkli olup olamdığını soruşturmuş ve olmadığını duyunca farklı renklerin aynı hızda hareket ettikleri sonucuna varmıştır. 1729'da James Bradlet yıldızsal
sapmayı keşfetti. Burdan yola çıkarak ışığın Dünya'nın yörüngesindeki hareketinden 10210 kere daha hızlı hareket ettiği sonucuna vardı.[27]
Elektromanyetizm ile bağlatılar
19.yy. de Hippolyte Fizeau Dünya'daki uçuş zamanlarına dayanarak ışık hızını hesaplamak için bir metod geliştirdi ve 315000 km/sn lik bir değer buldu. Metodu Leon
Foucault'un1862'de 298000 km/sn lik değer bulan metodundan geliştirilmişti.1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch eletromanyetik ve eletrostatik şarj birimleririni
bir Leyden kavanozunun şarjını boşaltarak ölçüp numarasal değerinin ışık hızına çok yakın olduğunu bulmuşlardır. Bir sonraki yıl Gustav Kirchoff dirençsiz bir telde elektrik
sinaylinin de bu hızda ilerlediğini bulmuştur. Erken 1860larda Maxwell üzerinde çalıştığı eletromanyetizm teorisine göre elektromanyetik dalgaların boş uzyda Weber/ Kohraush
oranında bulunan hızda hareket ettiğini bulmuştur.[50]
"Luminiferous aether"
Hendrik Lorentz ( sağda) ve Albert Einstein.
Zamanında boş uzayın arka planda Luminiferous aether adlı içinde elektromanyetik alan bulunduran bir nesneyle dolu oluduğu düşünülüyordu. Bazı fizikçiler aether'ı ışığın
yayılmasının tercih edilen referans çerçevesi olduğunu düşünmüştür ve dünyanın hareketini bu çevrede ölçülebileceğine inanmıştır. 1880lerden itibaren bunu tespit etmek için
çeşitli deneyler yapılmıştır. Bunların en meşhuru A.A.Michelson ve E.W Morley tarafından 1887de yapılmıştır. Tespit edilen hareket her zaman gözlemsel hatadan daha azdı. Modern
deneyler ışığın çiftyönlü hızının saniyede 6 nanometreye kadar izotopik olduğunu işaret etmektedir. Bu deney nedeniyle Lorentz teçhizatın aether içindeki hareketinin teçhizatın
hareketin yönündeki uzunluğunu daraltabileceğini öne sürmüş ve hareket halindeki sistemler için zaman değişkeninin de buna göre değişebileceğini varsaymıştır ve bu da Lorentz
değişimi formülüne yol açmıştır. Lorentz'in aether teorisinden yola çıkara Henri Poincare( 1900) yerel zamanın aether içinde hareket eden saatler tarafından gösterildiğini
göstermiştir. 1904te Lorentz'in teorilerinin doğrulanması halinde ışık hızının dinamikte sınırlayıcı bir faktör olabileceğini öne sürmüştür. 1905'te Lorentz'in aether teorisini
görelilik prensibiyle gözlemsel anlaşmaya getirmiştir.[51][52]
Özel Görelilik
1905'te Einstein ışığın boşlukta hızlanmayan bir gözlemci tarafından ölçülen hızının kaynaktan ya da gözlemciden bağımsız olduğunu öne sürmüştür. Bunu ve görelilik prensibini
kullanarak Özel Görelilik Kuramı'nı ortaya atmıştır. Bu da hareketsiz aether konseptini kullanışsız hale getirmiştir ve uzay ve zaman konseptlerinde devrim yaratmıştır.[53][54]
C'nin artan doğruluğu ve metre ile saniyenin yeniden tanımlanması
20.yy.nin ikinci yarısında ışık hızının ölçümünün daha isabetli olması konusunda, ilk önce boşluk rezonansı tekniği ile daha sonra da lazer interferometer teknikleriyle birçok
gelişme katedildi bunlara metre ve saniyenin yeni ve daha kesin tanımları da yardımcı oldu. 1950'de Louis Essen hızı boşluk rezonansını kullanarak 299792.5±1 km/sn olarak
hesapladı. Bu değer 12. Radyo-Bilimsel Genel buluşması tarafından kabul edildi. 1960'da metre krypton-86 spectral düzleminin belli bir dalgaboyuna göre yeniden tanımlandı ve
1967'de saniye caesium-133'ün ince geçiş frekansına göre yeniden tanımlandı.
1972de lazer interferometre metodu ve yeni tanımlar kullanılarak NBS Boulder, Colordo'da bir grup ışığın boşluktki hızını 299792456.2±1.1 m/sn olarak hesapladı. Bu daha önce
kabul edilen değerden 100 kat daha belirgin bir değerdi. Geri kalan belirsizlik çoğunlukla metrenin tanımına bağlıdır. [55]
Işık hızını belirgin bir sabit olarak tanımlamak
1983 de 17. CGPM frkans ölçümlerindeki dalgaboylarının ve ışık hızı için geçerli değerin bir önceki standarttan daha tekrarlanabilir olduğunu bulmuştur. Saniyenin 1967'deki
tanımı sabit bıraktılar, bu nedenle caesium ince frekansı şu an hem metreyi hem de saniyeyi tanımlamaktadır. Bunu yapabilmek için metreyi "ışığın boşlukta saniyenin
1/299792458'inde aldığı mesafe"olarak tanımladılar. Bu tanımın bir sonucu olarak ışığın boşluktaki hızı tam olarak 299792458 m/sn'dir ve SI tarafından tanımlanan bir sabit
haline gelmiştir. ".[56][57]
2011'de CGPM bütün temel SI birimlerini "belirgin-sabit formülasyonunu" kullanarak yeniden tanımlamak niyetinde olduğunu belirtmiştir. Bu metrenin yeni ama tamamen denk bir
tanımını sunmuştur : "metre, uzunluk birimi, ışığın boşluktaki hızının SI birimi s−1 ile yazılımında 299792458 olan büyüklüktür.
Notes
Kaynakça
Wikipedia