Işık nedir? Bir madde mi? Bir hareket şekli mi? Bir çeşit titreşim mi? Bir enerji türü mü? Yoksa bir şeyleri açıklayabilmek için tamamen varsaydığımız soyut bir kavram mı? İnsanoğlu uzun zamandır ışık üzerine kafa yoruyor. Karanlığın ve renklerin ne olduğunu anlamaya çalışmakla başlayan insanlığın ışıkla olan macerası bugün hâlâ devam ediyor. Peki gerçekten de ışık dediğimiz şey neyin nesi? Zamanla gelişen optik ilmi ışık hakkında ne söylüyor? Gelin videonun devamında hep beraber öğrenelim.
(intro)
MÖ 500’lü yıllardı. Yunan filozofu Krotonlu Alkmaion ilginç bir şey fark etmişti. Gözümüze bir darbe aldığımız zaman etrafta normalde olmayan parlak şeyler görüyorduk. Alkmaion bu olayı şöyle yorumladı: Gözümüzün içinde içsel ateş denen bir şey vardı. Bu işsel ateşten çıkan ışınlar etrafı aydınlatıyordu ve biz de böylece etrafı görebiliyorduk. Gözümüze darbe aldığımızda da gözümüzün içindeki o ateşten bir parça dışarı fışkırıyordu. Olmayan o parlaklıkları da böyle görüyorduk. Alkmaion’un Gözışın Kuramı uzun yıllar doğru olarak kabul edildi. Ta ki İslam alimi İbn Heysem buna itiraz edinceye kadar.
İbn Heysem gözden ışığın çıkmasıyla etrafımızı gördüğümüz düşüncesine tam aksi bir cevap verdi. Hayır, ona göre gözden ışık çıkmıyordu. Ona göre dışarıdaki nesnelerin ışığı gözümüzün içine giriyordu. Bunu da şu şekilde ispatladı. Çok parlak bir nesneye mesela Güneş’e baktığımızda bir süre sonra gözümüz acımaya başlar. Eğer ışık gözümüzden çıkan bir şeyse neden farklı nesnelere baktığımız halde birinde gözümüz acımıyorken diğerinde acıyordu. Sonuçta bakan göz aynıydı, değişense bakılan nesneydi. Aynı zamanda karanlık bir odada neden bir şey göremiyorduk da odada bir mum yaktığımızda her şey görünür hale geliyordu? İbn Heysem yaptığı karanlık oda deneyiyle de iddiasını kanıtlamıştı aslında. Çünkü dışarının görüntüsünün içeride oluşabilmesi için ışığın dışarıdan gelip delikten geçmesi gerekirdi.
İbn Heysem antik ışık düşünceleriyle modern optik arasında tam bir köprü olmuştu. Pek çok yanılgıyı o değiştirmişti. Zaten ışığın dışarıdaki nesnelerden geldiğini anlamasıyla beraber diğer keşifleri de çorap söküğü gibi gelmişti. Işığın çok hızlı olduğunu ama sonsuz olmadığını söylemişti mesela. Hatta bunu da Gözışın Kuramını çürütmek için kullanmıştı. Yıldızlar bizden çok uzaktaydı, ışığın göz açıp kapayıncaya kadar ulaşamayacağı kadar uzakta. Eğer ışık gözümüzden çıkıyor olsaydı, gözümüzü kapatıp sonra hemen yıldızlara baktığımızda ışık yıldızlara ulaşana kadar onları göremememiz gerekirdi. Ama görüyorduk. Demek ki ışık bize yıldızlardan geliyordu. Kırılma olayını da çok önceden tahmin edebilmişti. Kırılmanın ışığın ortam değiştirmesi anında hızının değişmesine bağlı olduğundan bahsetmişti. Ona göre maddelerden ışık her yöne doğru yayılırdı ancak biz sadece gözümüze dik olarak gelebilenleri görebilirdik. İbn Heysem’in bu tespitlerinden sonra modern optik incelemeleri başlar.
Rönesans sonrasındaysa ışığın gözden mi yoksa nesnelerden mi çıktığı değil de tanecik mi yoksa dalga mı olduğu tartışmaları başlamıştır. 1680’lerde Huygens ışığın dalga olduğu sonucuna varmıştır. Çünkü 1669 yılında Rasmus Bartholin tarafından keşfedilen İzlanda Kalsitinin üzerinde çift kırılma olayını ancak bu şekilde açıklayabilmiştir. Bu olayda bazı kristal yapıdaki maddelerin bir tarafından giren ışın öbür tarafından iki ayrı ışın demeti olarak çıkmaktadır. Huygens bu olayı ışığın dalga olduğu kabulüne dayanarak formüle dökmüş ve ışığın dalga olduğu sonucuna ulaşmıştır. Newton ise dalgaların doğrusal hareket etmeyeceğinden ışığın yansıma ve kırılım olan geometrik doğasının sadece ışık parçacıklardan oluşuyorsa açıklanabileceğini savunarak 1704 yılında parçacık teorisini öne sürmüştür. Bu teoriye göre ışığın doğrusal bir çizgi şeklinde gidebilmesi ancak parçacıklardan oluşmasıyla mümkündür.
Ancak Thomas Young’ın 19. yüzyılın başlarında yaptığı çift yarık deneyiyle parçacık teorisi temelinden sarsılır. Bu deneyde bir levha üzerine incecik iki tane kesik açılır ve arkasına bir perde yerleştirilir. Sonra ön taraftan bu iki yarığa doğru bir ışın demeti yollanır. Normalde ışığın parçacık olduğunu varsayarsak nasıl bir durum bekleriz? Işığın perde üzerinde tam olarak yarıklarla aynı şekilde bir ışık deseni çıkarmasını bekleriz. Perde üzerinde iki tane aydınlık çizgi olmalıdır. Ancak Young deneyi yapınca bambaşka bir sonuçla karşılaştı. Işık perde üzerinde ikiden çok daha fazla aydınlık bölge oluşturmuştu. Bu bir girişim modeliydi ve bunu ancak dalgalar yapabilirdi. Aynı su dalgalarının oluşturduğu gibi. Bu tespitle beraber parçacık teorisinin yanlışlandığı düşünülse de Einstein aksi bir durum ortaya koyacaktı.
Einstein kendine Nobel Fizik Ödülü’nü kazandıran fotoelektrik olayla beraber ışığın parçacık özelliği taşıdığını fark etti. Çünkü fotoelektrik olayda ışık metal bir yüzeyden elektron koparabiliyordu ve bir dalganın böyle bir şey yapması mümkün değildi. Daha öncesinde de Max Planck siyah cisim ışıması üzerine çalışmıştı. Işığın sıcaklıkla olan ilişkisini ortaya koyan bu olguyu incelerken mor ötesi felaketi açıklayabilmek için bir sabit ortaya atmıştı: Planck sabiti. Bu sabit aynı zamanda kuantum mekaniğinin ilk adımları olacaktı. Planck bu sayede ışığın sürekli dalgalar değil de daha çok kesikli enerji paketleri olduğunu fark etmişti. Isınan cisimler de termodinamik yasalarının da dediği gibi enerjisini enerjinin düşük olduğu yere doğru aktarmak istiyordu. Bunu da etrafa quanta adındaki enerji paketlerini yayarak yapıyordu. Enerjinin miktarıysa yayılan ışığın dalga boyunu değiştiriyordu. Belli bir dalga boyu aralığıysa bizim görünür ışık dediğimiz şeydi ve bu aralıktaki farklı dalga boyları farklı renklere tekabül ediyordu. Einstein fotoelektrik olayı açıklarken Planck’in quanta olarak bahsettiği şeye foton dedi ve fotonların parçacık gibi davrandığını kabul etti. Görelilik teorisine göre, bir parçacığın ışık hızında gidebilmesi için kütlesinin sıfıra eşit olması gerekiyordu. Demek ki ışığın enerjisi sadece kinetik enerjiydi, kütlesinden kaynaklanan hiçbir enerjisi yoktu. Bu tespitle beraber ışığın ikili bir yapı olduğu kabul görmeye başladı. Fotoelektrik olaydaki gibi etkileşimlere parçacık olarak giriyor ancak yayılırken dalga olarak yayılıyordu.
Işığın hem dalga hem parçacık olduğunu kanıtlayansa de Broglie idi. Schrödinger’le beraber hareket eden her parçacığa bir dalga eşlik eder hipotezini ortaya attı. İşte bu tüm sırları çözüyordu. Sadece fotonlara değil ondan çok daha büyük moleküllere bile bir dalga eşlik ediyordu. Fakat formül gereği molekülün dalga boyu o kadar büyüktü ki değil o dalgayı görmek, zor tespit ediyorduk. Ama fotonların enerjisi ona eşlik eden dalganın dalga boyunu gözle görülebilecek aralığa çekiyordu.
Günümüz optik bilgileri ise bize şunları söylüyor: Foton denen parçacıklar var. Bu parçacıklar kesikli şekilde enerji taşıyor. Yani bunlar her enerjiyi taşıyamıyorlar yalnızca belli enerji değerlerine sahip olabiliyorlar. Ve sıcaklığı yani enerjisi olan her madde bu enerjisini azaltabilmek için foton yayıyordu. Bu fotonlar bir taraftan enerjiyi taşırken bir taraftan da kendilerine eşlik eden de Broglie dalgasıyla ışık hızında hareket ediyordu. Bu foton bir yüzeye çarptığında kendi parçacık haliyle etkileşime giriyordu. Mesela sahip olduğu enerjiyi aktarıyordu. Ve her elementin atomu kendine özel enerji kesitlerine sahip olduğundan çıkan fotonun dalga boyu da farklı oluyordu. Farklı dalga boyu ise farklı bir renk demekti. Gelin Güneş’ten bize gelen ışığın karakterini inceleyelim. Güneşten çıkan fotonlar çok farklı enerjilere sahiptir, çok geniş bir dalga boyu yelpazesinde bir sürü foton ortaya çıkar. Bunlardan kızılötesi ve morötesi olanlar dışındaki görünür bölgedeki ışık bildiğimiz beyaz ışıktır. Güneşten gelen bu beyaz ışık diğer tüm renklerdeki fotonları taşıyan bir ışık karışımıdır. Bu karışım örneğin kırmızı bir kumaşın üzerine düşmüş olsun. Bu kumaşın sahip olduğu atomlar, bu ışığın içindeki kırmızı renge tekabül eden dalga boyundaki fotonlar hariç diğer fotonların enerji kesitlerine birebir uyumludur. Bu sayede o fotonların enerjisini alarak fotonların yok olmasını sağlarlar. Enerjisini soğuramadıkları fotonlar ise kırmızı kumaş üzerinden yansıyarak yeniden etrafa dağılır. Dağılan bu fotonlarsa kırmızı renge tekabül eden dalga boyuna sahiptir. Yansıyan bu fotonlardan gözümüze girenler gözümüzdeki reseptörler tarafından algılanır ve biz bu kumaşı kırmızı olarak görürüz.
Cisimler ışığı daha doğrusu fotonları soğururken enerji de soğurmuş olduklarından ısınırlar. Zaten bu yüzden siyah cisimler çabuk ısınır. Çünkü üzerlerine düşen görünür tüm dalga boylarına ait fotonları soğurur ve enerjisini alırlar. Aynı zamanda yansıtacak başka foton kalmadığı için biz bu cismi göremeyiz. Tabii halk arasında siyah görürüz desek de aslında siyah bir renk değil renksizliktir. Yani aslında karanlık diye bir şey yoktur, karanlık ışığın yokluğudur.
Böylece bir videonun daha sonuna geldik. Videolarımızdan haberdar olmak için abone olmayı ve bizlere destek olmak için videoyu beğenmeyi unutmayın.
Güzel bir siten var, Ziya Gökalp’la ilgili video da yapabilirsen güzel olur