alos

Işık Hızı


Laboratuvar koşullarında ışığın hızı saniyede 17 metreye düşürüldü.Arabalar artık ışıktan hızlı gidebilecek. Daha doğrusu, burada söz konusu olan son derece özel bir araba. Nature Dergisi'nin 18 Şubat 1999 tarihli sayısında, yalnızca arabaların değil, bisikletlerin de nasıl ışıktan daha hızlı gidebileceği anlatılıyor.

Genç Einstein, bir tramvayda ofisine doğru gittiği sırada Görelilik Kuramı'nı düşlerken, ışık hızıyla yolculuk etmenin nasıl bir şey olacağını merak etmekteydi. Ancak, o günlerde, herhangi bir tramvay, bisikletci ya da arabanın, ışığın boşluktaki hızına, yani saniyede 300 milyon metrelik hıza ulaşması olanaksızdı. Dolayısıyla Einstein, bu hızı, herhangi bir nesnenin aşamayacağı, üst hız sınırı olarak belirledi.

Burada anahtar sözcük vakum, yani maddesiz ortamdır. Madde, ışığı soğurarak, saçılımına yol açar ve onu yavaşlatır. Işık huzmelerinin su, cam lensler ya da prizmadan sapması, yani kırılma, ışığın bu saydam ortamlarca yavaşlatılmasının doğurduğu bir yan etkidir.


Bununla birlikte, olağan bir kırılma, ışığın boşlukta yolalırken ulaştığı hızın yarısından fazla olmaz. Kırılıma neden olan ortamın doğası gereği bir kırılma sınırı söz konusudur. Kırılma ışığı yavaşlattığından, ortamın, ışık içinden geçerken onu soğurma olanağı doğar. Dolayısıyla da, içinden geçen ışığı çok yavaşlatan maddeler donuk, yani opak hale gelerek, ışığı tümüyle engellerler.

Fizikçiler, soğurma olmaksızın yüksek oranda kırılma sağlayarak, donuklaşması gereken maddelerin saydam olarak korunduğu ortamlar yaratmak yoluyla, artık bu engeli aşmış bulunuyorlar. Bu amaçla da lazerlerin yardımına başvurulmuş.

Kırılım ortamı ise, lazerler yardımıyla hazırlanan, aşırı-soğuk atom bulutlarından oluşuyor.Bu sistem içinden geçen ışık, atomlarla değil de, atom-artı-lazer sistemiyle etkileşime girmekte ve ilginç etkilere yol açmakta. Bu etkilerden biri, 'elektromanyetik yolla sağlanan saydamlık' adı verilen bir olay nedeniyle, soğurmanın yokedilmesi.

Lazerle hazırlanmış kurşun atomları kullanan Stanford Üniversitesi bilim adamları, bir ışık pulsunu, ışığın boşluktaki hızının 165'te birine, yani saniyede 180.000 metreye yavaşlatmışlar. Bu bile, en iyi bisikletçinin ulaşamayacağı bir hız.

Cambridge, Rowland Bilim Enstitüsü'nden Lene Vestergaard Hau ve arkadaşları ise, Nature'da yer alan araştırmalarında, lazerle hazırlanmış atom bulutlarının ışığı, boşluktaki hızının nasıl 20 milyonda birine, yani saniyede 17 metreye yavaşlattığını açıklıyorlar.

Dünya rekortmeni bisiklet yarışçısı Bruce Bursford, özel bir vites sistemi taşıyan özel bir bisikletle, saniyede 92 metrelik inanılmaz bir hıza ulaşmış kişi olarak, artık ışık hızında bisiklete binebilecek.


Hau ve arkadaşları, bu sonuca, mutlak sıfırın (eksi 273°C) hemen üstünde bir sıcaklığa soğutulmuş sodyum atomlarından oluşma bir gazla ulaşmışlar. Soğutma işlemi bile, ısıl, yani termik etkileri azaltıyor ve ışığın yavaşlamasında rol oynuyor. Ancak, aşırı düşük sıcaklıklar, ayrıca ek bir etki doğurmakta.

Belli bir sıcaklık altında, mutlak sıfırın, derecenin 435 milyarda biri kadar üzerinde, atomlar, her biri eşit kuantum durumunu benimsemeye eğilim gösterdikleri, maddeni Bose- Einstein Kondensat (BEC) adı verilen özel bir haline geçiş yapıyorlar. Bir bakıma, BEC'teki tüm atomlar, sanki 'aynı' atommuş gibi davranıyorlar.

BEC'ler, sıradan atomik gazların en soğuklarından bile daha yoğundur. Düşük sıcaklık ve atomların kuantum koheransı davranışları, ışık pulslarının BEC içinde, saniyede 17 metrelik düşük bir hıza yavaşlamalarına neden oluyor.

Bir ışık pulsunun hızı, bir Bose- Einstein alkoli atom kondansatı içinde optik olarak endüklenmiş kuantum girişimi aracılığıyla, neredeyse iyi bir bisikletçinin bisiklet sürme hızına indirgenmiş bulunuyor.

Işık pulsu, serbest boşluktaki hızına oranla, yaklaşık 20 milyona eşdeğer bir çarpan kadar yavaşlatıldı. Ortam, ayrıca, bugüne kadar gözlenen en büyük optik doğrusallıksızlığı (yoğunluğa bağımlı kırılım indisi biçiminde) sunmakta.

Bu teknik sayesinde, tek bir foton düzeyindeki düzlemsel olmayan optikler kadar, evreye duyarlı, sınırlı madde dalgası uyarılmaları da olanaklı hale gelebilecek. Kapakta, bu yarışın başrol oyuncuları olan, deneydeki vakum pencerelerinin çerçeveleri görülüyor.