Işık açılımı (Spektrum), Girişim, Titreşim, Doppler Etkisi
İlkokuldan itibaren öğrendiğimiz basit bilgiler bizi nerelere kadar götürebilir?
Prizmadan geçen güneş ışığının renklerine ayrıldığını ilkokul çocukları bilirler. Bu bilgi üzerine Einstein Görelilik kuramını inşa etmiştir. Biz de biraz üzerinde ilerleyelim.
Işık Açılımı (Spektrum)
Evet, prizmadan geçen güneş ışığı, bir yanda kırmızı, kızıl, diğer yanda mor olmak üzere renklerine ayrılır (Ancak bunu bir zemine yansıtmak, düşürmek gerekir, havada göremeyiz). Her bir rengin kendine göre –sıralanmış olarak- bir dalga boyu vardır. Bunlar gözümüzün görebileceği dalga boyunda olan ışınlardır. Aslında ışınlar daha büyük ve daha küçük dalga boylarında olmak üzere ancak gözümüzün göremeyeceği büyüklükte devam ederler. Bunlara da kızıl ötesi (Infra-red, enfraruj) ve mor ötesi (ultraviyole) ışınlar deriz. Bu bilgi cebimizde dursun.
Girişim
Işık ve ses, üç boyutta dalgalar halinde yayılırlar. Dalgayı iki boyutta bir su birikintisinin (örneğin bir kova suda) yüzeyinde görebiliriz. Denizdeki, göldeki dalga da ışık ve sese göre iki boyutlu sayılabilir. Kovadaki suya parmağımızı sokarsak veya göle bir taş atarsak dalga oluşturmuş oluruz. Kovada oluşan dalga, kovanın kenarına geldikten sonra geri döner ve garip bir şey olur.
İki dalga birbiriyle etkileşir ve (giden ve geri dönen) dalgalar arasında bir şekil oluşur. Dalganın hareketi sürekli olarak yukarı ve aşağı giden sinüzoidal bir eğridir. İki dalganın bu sinüzoidal eğrinin hangi noktasında karşılaştığına bağlı olarak bazı noktalar çukurda, bazı noktalar yüksekte kalır. Yani dalga kendisinin aynısı olan diğer dalgayı ya söndürür ya da güçlendirir. Buna dalgaların girişimi diyoruz. Suyun yaptığı bu hareketin aynısını ses ve ışık dalgaları da yaparlar. Aynı dalga boyunda olan sesler ve ışıklar birbirleri ile karşılaşırsa girişim yapar. Sesin yaptığı girişimi göremeyiz, duyarız ama ışığın yaptığı girişimi görebiliriz. Bu bilgi de cebimizde dursun.
Titreşim
Evrende 92 doğal element vardır. İnsan aklı element sayısını 118’e çıkarmıştır. Bütün elementler, aynı suyun yüzündeki dalgalar gibi kendilerine özgü bir frekansla titreşirler. Öyle ki, biri diğerinin aynısı değildir. Bunlar günümüzde ölçülebiliyor. Bu özellikten yararlanarak atom saati yapılıyor. Bizim bildiğimiz elektronik saatlerde quartz vardır. Ona elektrik verince titreşir. Ama atom saati doğrudan elementin kendi özgün titreşimine dayanır. Benzer biçimde birazdan anlatacağım yolla, insan aklı artık güneşin, gezegenlerin, diğer yıldızların hangi maddelerden oluştuğunu kesin olarak bilmektedir. Bunu da cebimize koyduk.
Güneşten gelen ışığın girişimi
Şimdi önemli bir noktaya değiniyoruz. Güneş ışınlarını prizmadan geçirip renklerine ayırmayı beceriyoruz. Ancak duyarlı ölçümlerde bir gariplik oluyor. Güneş spektrumunda bazı yerlerde ışık parlıyor, bazı yerlerde dikine siyah çizgiler görülüyor. Bu ipucu, Güneş ışığının bir şekilde girişim yaptığını imler. Ama nasıl?
Dünyanın Güneşe olan uzaklığı 149,5 milyon km’dir. Işık ışını bu uzaklığı 8 dakikada alır. Bu süre içinde boşlukta bulunan gaz bulutlarının içinden geçer. Evrende en çok hidrojen gazı vardır. Güneşte de yanmamış yakıt olarak hidrojen gazı bulunur. Bunlar daha önce söylediğim gibi titreşirler. En basit şekilde Güneşin hidrojen gazları, yolda bulunan hidrojen gazları ile girişim yapar. Dünyadan gözlem yapmakta olan bize, güneş ışınının girişim yapmış hali ulaşır.
Aynı şey yıldızlardan ve başka galaksilerden gelen ışınlar için geçerlidir. Evrende 92 elementten başka element yoktur. Güneş için yapılan işlem evrenseldir. Yıldızlar ve galaksiler arasında gaz bulutları bulunur. Oralardan gelen ışınlar, Dünyada ekranlara düşene kadar birçok gaz bulutunun içinden geçer ve spektrumlarında benzer girişim çizgileri oluşur. Bilim adamları bu çizgilerin durumuna bakarak yıldızın –ya da galaksinin- hangi elementlerden oluştuğunu anlarlar. Bu siyah çizgilere, onların varlığını gösteren bilim adamının hatırına Fraunhofer çizgileri denmiştir. Girişimle yok olan çizgilere aynı zamanda soğurma, ışığın soğurulması da denir.
Ancak işler yine beklendiği gibi gitmez. Bu bilgileri de cebimize koyduk.
Doppler Etkisi
Eskiden ambulanslar ve itfaiye araçları cik cik ötmek yerine siren çalarlardı. Siren sürekli, inişleri çıkışları olan bir sestir. Sesin de 3 boyutlu olarak dalgalar halinde yayıldığını söylemiştim. Bir ambulansın siren çalarak bize doğru geldiğini düşünelim. Diyelim ki biz de kaldırımda duruyoruz. Sesi sabit bir şekilde duyarız. Ama ambulans önümüzden geçip giderken sesin tonu değişir. Sebebi şudur. Ambulans bize doğru gelirken aracın hızı nedeniyle siren sesini kısa dalgalar halinde duyarız. Araç önümüzden geçince yine aracın hızı nedeniyle sesin dalga boyu öncekine doğru uzar ve kulağımıza faklı bir şekilde gelir. Buna Doppler etkisi denir.
Aynı şey ışık için de geçerlidir. Fakat ışık ses göre daha kısa dalgalar halinde yayılır. Doppler etkisi aynıdır fakat biraz ekleme şartlar vardır. Şimdi onu anlatıyorum.
Galaksilerden gelen ışınların da içinde dikine siyah girişim çizgileri bulunan bir spektrumları vardır. Edwin Hubble 1929 yılında gözlem yaparken bir şey dikkatini çekti. Siyah girişim çizgileri aynı örgü içinde, ancak olmaları gereken yerde değil, sanki sihirli bir el hepsini itmiş gibi kızıl renge daha yakın çıkıyordu. Bunun anlamı, ışık ışınlarının daha uzun dalga boyunda girişim yapmış olmaları, bu uzay cisimlerinin galaksimizden uzaklaşıyor olmaları idi. Doppler etkisi, kendini ışınların uzamış dalga boylarında girişim yaparken gösteriyordu.
Edwin Hubble bu görüntülere bakarak uzayın genişlemekte olduğunu bilim dünyasına bildirmiştir.
Ek bilgi olarak, aynı şekilde Samanyolu galaksimize en yakın galaksi olan Andromeda’nın spektrumuna bakıldığında girişim çizgilerinin mor renge yaklaştığı görülmüş. Bunun anlamı Andromeda’nın Samanyoluna yaklaşıyor olmasıdır. Yapılan araştırmalar Samanyolunun ait olduğu galaksi kümesi Laniakea’da bulunan galaksilerin birbirine yaklaştığı ve gelecekte ‘Büyük Çekici’ (The Great Attractor) denen bir yerde bir araya gelecekleri öngörülmüştür.
Son olarak bir şeye daha dikkat çekmek isterim. Başka yerlerde uzayın genişlemesini ‘ışığın kırmızıya kayması’ olarak anlatırlar. Böyle bir şey yoktur. Spektrum üzerindeki siyah girişim çizgilerinin, uzaklaşıyorlarsa kırmızıya doğru, yaklaşıyorlarsa mora doğru yer değiştirmeleri vardır.
Mehmet Sinan Gür
16.08.2020
Videoları izlemeyi unutmayın.
Doppler Etkisi
https://www.youtube.com/watch?v=aFolUjp_3lM
Fraunhofer çizgileri
https://www.youtube.com/watch?v=eSMhVDQtPD4
Işık nedir?
https://www.youtube.com/watch?v=tqV0cysg4jE
