Teleskopla gökyüzüne bakarken, bizden akıl almaz derecede uzaktaki bir galaksiyi hayal etmek her zaman büyüleyicidir. Ekrana yansıyan o ilk uzay fotoğrafı karşısında, galaksinin muhteşem yapısı hemen dikkat çeker.
Örneğin, yaklaşık bir trilyon yıldız barındıran ve şeklinden dolayı 'Girdap Galaksisi' olarak adlandırılan Messier 101 gibi bir gök cismine baktığınızı düşünün. Bu galaksiden gelen ışık, teleskopunuza ulaşmak için evren boyunca yaklaşık 25 milyon yıl, yani kabaca 150 kentilyon kilometre yol kat etmiştir.
İnsanın aklına hemen şu soru gelir: Bu kadar uzun ve yorucu bir seyahatte ışık nasıl oluyor da enerjisini kaybetmiyor, 'yorulmuyor'?
Işık Hakkında Bilmemiz Gerekenler
Bu soru, ışığın davranışları hakkında düşündürücü bir sohbetin kapısını aralar. Bir astrofizikçi olarak öğrendiğim ilk şeylerden biri, ışığın sezgilerimize sık sık meydan okuyan şekillerde davranmasıdır.
Işık, temelde elektromanyetik radyasyondur: Birbirine kenetlenmiş bir elektrik ve bir manyetik dalganın uzay-zamanda yolculuk etmesi şeklinde düşünülebilir. Işığın kütlesi yoktur. Bu nokta çok kritiktir, çünkü bir toz zerresi veya uzay gemisi gibi kütlesi olan her şeyin uzayda seyahat edebileceği en yüksek hız sınırlıdır.
Ancak kütlesiz olduğu için ışık, boşlukta ulaşabileceği maksimum hız sınırına ulaşır: saniyede yaklaşık 300.000 kilometre. Bu, yılda yaklaşık 9,6 trilyon kilometreye denk gelir. Uzayda ondan daha hızlı hareket eden hiçbir şey yoktur. Şöyle düşünün: Gözünüzü kırptığınız sürede bir ışık parçacığı Dünya'nın çevresini iki kereden fazla dönebilir.
Bu hız inanılmaz olsa da, uzay da inanılmaz derecede geniştir. Güneş'ten bize gelen ışık, yaklaşık 150 milyon kilometre uzaktaki yolculuğunu sekiz dakikadan biraz uzun sürede tamamlar. Yani gördüğünüz güneş ışığı sekiz dakikalıktır. Güneş'ten sonra bize en yakın yıldız olan Alpha Centauri ise yaklaşık 41 trilyon kilometre uzaklıktadır. Bu yıldızın ışığını gece gökyüzünde gördüğünüzde, ışığı dört yıldan biraz daha yaşlıdır. Gökbilimcilerin tabiriyle, Alpha Centauri bize 'dört ışık yılı' uzaklıktadır.
Bu devasa mesafeleri aklımızda tutarak o ilk soruya dönelim: Işık evreni baştan başa geçerken nasıl yavaş yavaş enerji kaybetmez?
Aslında, bazı ışıklar enerji kaybedebilir. Bu, yıldızlararası toz gibi bir şeye çarpıp saçıldığında gerçekleşir. Ancak ışığın çoğu, hiçbir şeye çarpmadan yoluna devam eder. Bu neredeyse her zaman böyledir, çünkü uzayın büyük bir kısmı boştur – tam anlamıyla hiçliktir. Dolayısıyla, ışığın yolunda duracak pek bir şey yoktur. Işık engellenmeden seyahat ettiğinde enerji kaybetmez. Saniyede 300.000 kilometre olan o inanılmaz hızını sonsuza kadar koruyabilir.
Her Şey Zamanla İlgili
İşte burada başka bir kavram devreye giriyor: Zaman. Işık, zamanla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır.
Uluslararası Uzay İstasyonu'nda saatte 27.000 kilometre hızla yörüngede dönen bir astronot olduğunuzu hayal edin. Dünya'daki birine kıyasla, kol saatiniz bir yıl boyunca 0.01 saniye daha yavaş işleyecektir. Bu, zamanın farklı koşullar altında farklı hızlarda hareket ettiği 'zaman genişlemesinin' bir örneğidir. Gerçekten hızlı hareket ediyorsanız veya büyük bir kütle çekim alanına yakınsanız, saatiniz sizden daha yavaş hareket eden veya kütle çekim alanından daha uzakta olan birininkinden daha yavaş işler. Kısacası, zaman görecelidir.
Şimdi bir fotonun, yani temel bir ışık parçacığının üzerinde oturduğunuzu hayal edin. Bu durumda maksimum zaman genişlemesini deneyimlersiniz. Dünya'daki herkes sizin ışık hızında gittiğinizi ölçerken, sizin kendi referans çerçevenizden bakıldığında zaman tamamen durmuş olur.
Bunun nedeni, zamanı ölçen 'saatlerin' iki farklı yerde ve çok farklı hızlarda hareket etmesidir: ışık hızında giden foton ve Güneş'in etrafında dönen nispeten yavaş Dünya.
Dahası, ışık hızında veya ona yakın hızlarda seyahat ettiğinizde, bulunduğunuz yer ile gideceğiniz yer arasındaki mesafe kısalır. Yani, uzayın kendisi hareket yönünde daha sıkışık hale gelir. Ne kadar hızlı giderseniz, yolculuğunuz o kadar kısa olmalıdır. Başka bir deyişle, foton için uzay 'büzülür'.
Bu da bizi o uzak galaksinin görüntüsüne geri getiriyor. Fotonun bakış açısından, galaksideki bir yıldız onu yaydı ve teleskopumuzun bir pikseli onu tam olarak aynı anda soğurdu. Uzay büzüldüğü için, fotona göre yolculuk sonsuz derecede hızlı ve sonsuz derecede kısaydı, saniyenin çok küçük bir bölümü sürdü.
Ancak Dünya'daki bizim bakış açımızdan, foton galaksiyi 25 milyon yıl önce terk etti ve teleskopumuza ulaşana kadar 25 milyon ışık yılı mesafeyi kat etti.
İşte ışığın evrende bu kadar uzun mesafeleri enerji kaybetmeden kat edebilmesinin ardındaki şaşırtıcı gerçek, Einstein'ın görelilik teorisinin bize öğrettiği zamanın ve uzayın göreceli doğasında yatıyor. Boşluğun engelsizliği ve fotonun kendi referans sistemindeki 'zamansız' ve 'mesafesiz' yolculuğu, bu kozmik mucizeyi mümkün kılıyor.
