Işığın Kütlesi Yoksa Neden Kütleçekiminden Etkileniyor? Işığın Nasıl Enerjisi Olabiliyor?

Modern fiziğe birazcık ilgi duyan herkes, ışığın kütlesiz olduğunu bilecektir. Ancak aynı kişiler, uzak mesafelerden gelen ışığın galaksiler ve karadelikler gibi yüksek kütleli gök cisimleri etrafında yön değiştirdiğini, yani kütleçekiminden etkilendiğini de bilecektirler. Uzak bir kaynaktan çıkan ışık, adeta bir lensten geçiyormuş gibi kırılarak odaklanır. Biz de, örneğin Dünya'dan bunu gözleyebiliriz. Bu olaya, kütleçekim lensleme etkisi denir. İyi ama, eğer ki ışık kütlesizse, nasıl oluyor da kütleçekiminden etkilenir?

Sorunun cevabı aslında çok basittir: kütleçekimi aslen "iki cismin birbirini çekmesi" demek değildir. Klasik Fizik ya da Newton Fiziği'ne göre bu böyledir, evet. Bu yüzden okullarda hep bu basit versiyonu öğretilir. Ancak günümüzde Newton'un Kütleçekim Teorisi'ni büyük oranda egale etmiş ve bu teorinin kullanımını, sadece günlük yaşantımızdaki sıradan nesnelerle sınırlandırmış olan Einstein'ın Görelilik Teorisi sayesinde biliyoruz ki, kütleçekimi cisimlerin birbirine kuvvet uygulaması olayı değildir. Kütleçekimi dediğimiz olay, uzay-zaman dokusunun bükülmesiyle ilgilidir. 

Özellikle büyük kütleli cisimler, içerisinde bulundukları uzay-zaman dokusunu, tıpkı gergin bir çarşaf üzerine bırakılan ağır bir top gibi bükerler. Bu bükümün etki edebildiği bölgeden geçen her cisim, uzay-zamanın dokusundaki bu bozulmadan etkilenir. Buna kütleli-kütlesiz her cisim dahildir. Örneğin Ay'ın Dünya'nın yörüngesinde dönmesinin nedeni, aralarında bulunan çizgisel bir çekim kuvveti değildir. Dünya'nın uzay-zaman dokusunu bükmesinden ötürü oluışan çukur içerisinde Ay'ın dönüp durmasıdır. 

Aynı şekilde, bu bükülmeden ışık da etkilenmektedir. Eğer ki ışığın geçtiği yolda büyük kütleli bir cisim varsa (bir karadelik gibi), bu cismin uzay-zaman dokusunu bükmesi, ışığın yolunu değiştirmek zorunda kalmasına neden olur. Çünkü ışık, kütlesinin var olup olmamasından bağımsız olarak uzay-zaman dokusu içerisinde ilerlemek zorundadır. Eğer ki bu doku bükülmüşse, ışık da onu takip etmek zorundadır. 

Bu durumda akla şu soru gelebilir: "Einstein'ın meşhur E=mc2 formülüne göre enerjisi olan her şeyin kütlesi olmak zorundadır. Işığın enerjisi vardır. O zaman ışığın neden kütlesi yoktur?"

Soru oldukça güzel ve önemlidir. Hata ise, bu formülün hareket halinde olmayan cisimlerin kütlesi için kullanılabiliyor olmasıdır. Buna durgun kütle adı verilir. Işık gibi parçacıklar ise durgun değildir, sürekli hareket halindedir. Hatta, ışık hızında hareket ederler. Hareketli cisimler için Einstein'ın meşhur denklemi, birazcık daha "sevimsiz" hale gelir ve şöyle olur:

E=(p2*c2+m2*c4)0.5

veya biraz daha düzgünce yazarsak:

Burada p, hareketli cisimlerin sahip olduğu momentumdur. Dolayısıyla enerjisi olan her cismin kütlesi olmasına gerek yoktur, hızı olması da yeterlidir. Ancak kütlesi olan her cismin, hareketsiz olsa bile bir enerjisi vardır ve hareketsizlik durumunda meşhur E=mc2 formülü ile enerjisi hesaplanabilir. Dolayısıyla ışığın kütlesi yoksa bile, enerjisi vardır.




şşşşşşşşşşşşşşşşşş

klasik mekanikte p= mv doğal olarak momentum = kütle x hız. Eğer ışığın kütlesi yoksa nasıl enerjisi olabilir bu formüle göre?

"kütleçekim" ismini "uzay-zaman bükülmesi" olarak değiştirmek lazım. İsmi ile işlevi birbirini tutumuyor zira... Ayrıca graviton aramaya da gerek yok o zaman çünkü gravitona gerek yok...

Peki o zaman bunu nasıl açıklarsınız? Galileo’nun Piza kulesinde yaptığı deneyleri -gerçi Aleksandra Koyre Piza kulesi hikayelerine uydurma der ya neyse- bilirsiniz. 2 farklı ağırlıktaki 2 cismi yere attığınız zaman ağırlıkları ne olursa olsun aynı anda yere düşerler. Bunu evde de yapmak mümkün. Biri diyelim 1 kilo öbürü diyelim 10000000000 kilo -sonsuz ağırlık da olabilir fark etmiyor. Tabi burada tüyü deneyimleyemiyoruz çünkü orada hava direnci onu havada tutuyor. Newton bunu şöyle açıklar: Kütlesel çekim o nesnenin ağırlığını aynı oranında çeker yani 1 kiloluk nesneyi 1 kiloluk çekim kuvvetiyle çekerken 1000 kiloya 1000 kiloluk çekim kuvveti uygular o yüzden 2 nesne de aynı anda yere düşer. Sonra Einstein çekim kuvveti diye birşey olmadığını açıkladı. Bu deneyi eğri uzay teorisiyle nasıl açıklayabiliriz?