Featured Video Play Icon

Işık Nedir?

Soru.
Jüpiter’e, Satürn’e, Uranüs’e veya Neptün’e ya da bizden milyarlarca ışık yılı uzaktaki hiçbir gök cismine henüz ayak basmış değiliz. Peki buna rağmen mesela bahsettiğim gezegenlerin atmosferinde Hidrojen ve Helyum olduğunu veya Jüpiter’de Satürn’de sıvı formda metal bulunduğunu… Nereden biliyoruz? Yani gidip görmedik ki? Nasıl bilebiliyoruz bunları?
Evrenle ilgili. Çevremizde olup bitenle ilgili tüm bu bilgileri… Nereden biliyoruz?
Hepsinin tek bir cevabı var aslında. Tüm bilgilerin kaynağı.

IŞIK!

Evet… Bundan önce de sayısız kez bahsettik, özellikle KUANTUM MEKANİĞİNİN çıkış noktasından, elektromanyetizmadan bahsederken oldukça değindik ama IŞIK GERÇEKTEN NEDİR? Nasıl oluşur? Bunları henüz konuşmadık. Kuantum Fiziği ile ilgili yeni bir başlangıç videosu olarak da düşünebilirsiniz bu videoyu. Her şeyi temele oturtacak, kuantum macerasında bundan sonra yolculuğumuza daha tedarikli bir şekilde devam etmemizi sağlayacak tüm bilgileri bulabileceğiniz bir kaynak gibi. Beni biliyorsunuz. Her şey anlaşılsın istiyorum!
Ufak bir uyarı yapayım başlamadan önce. Oldukça bilgi dolu bir video olacak. Kimi zaman videoyu durdurmak, not almak isteyebilirsiniz. Kuantum fiziğinden bahsedeceğiz, spektroskopiden, doppler etkisinden… Farklı farklı alanlardan bilgiler alıp sonunda toparlayacağız.

Peki…
Yüzyıllar boyu yapılan deneyler, tartışmalar ve araştırmalar sonucunda biliyorsunuz. Son kararımız “IŞIK BİR DALGADIR” olmuştu. Maxwell’in de katkıları ile ışık nedir sorusunun yanıtını bulmuştuk. “Işık elektromanyetik bir dalgadır”. Yanlış da değil. Önce bu tanımı üzerinden bir gidelim. Işık bir dalgadır dediğimizde neden bahsediyoruz. Evet. Işık bir enerjidir ve elektromanyetik bir dalgadır ışık ve bu nedenle dalgalar halinde hareket eder. Denizdeki dalgalar gibi. Ama ışığın dalgalarına neden olan elektrik ve manyetik alandır. Bu iki alanın birbirine geçmiş halidir ışık. Bu nedenle ışığın diğer adı elektromanyetik ışımadır…

Ama gözümüzde canlandıralım isterseniz.

Mesela. Denizdeki dalgalar demişken. Bu dalgalar arasında yüzdüğünüzü. Bir dalga geliyor yükseliyorsunuz. Sonra başka bir dalga daha. İnip çıkıyorsunuz. İşte bu iki dalga arasındaki bölgeye “dalga boyu” diyoruz. Işıktan bahsedirken çokça kullanılan bir terim. “Wavelength”. Ve ışığın en önemli özelliği de bu “dalga boyudur”. Çünkü ışığın enerjisi bu “dalga boyunun” uzunluğuna bağlıdır.
Dalga boyu kısa olan ışığın enerjisi daha yüksektir ve uzun dalga boyuna sahip ışık daha düşük enerjiye sahiptir mesela. Bu enerjiyi ise biz her an gözlemleyebiliyoruz. Renkler sayesinde…
Mesela mor bir şey gördüğünüzü söylediğinizde aslında gözünüze iletilen kısa dalga boyuna sahip ışıktan bahsediyoruz.

Kırmızının dalga boyu daha uzundur. O yüzden kırmızının enerjisi mordan düşük de diyebiliriz çok rahat bir şekilde.
Görebildiğimiz tüm diğer renklerin de dalga boyları mevcuttur. Ve işte renklerin sahip olduğu bu farklı dalga boylarına “SPEKTRUM” diyoruz.
Fakat bizim görebildiğimiz renkler devasa bir dalganın çok dar bir kısmı. Çünkü gözlerimiz güneşin yaydığı en güçlü ışığı görebiliyor. Bu sayede “görebiliyoruz” işte. Eğer ışığın dalga boyu bizim görebileceğimizden biraz daha kısaysa morötesi diyoruz. Ondan da kısaysa X ışını. Bildiğimiz en kısa dalga boyunda ise Gama ışınları bulunuyor.

Ya da görebileceğimizden biraz daha uzun dalga boyunda bir ışığa kızılötesi diyoruz. Bundan da uzunsa mikro dalga diyoruz. En uzun dalga boyuna sahip ışığa da radyo dalgası diyoruz. Bu arada bu dalga boyları net bir şekilde ayrılmış değil. Ama tümünü ele aldığımızda bu spektrumun tamamına elektromanyetik spektrum adını veriyoruz.
Ve dalga boyunun enerji ile ters orantılı olduğunu da söylemiştik. Yani bu açıdan baktığımızda enerjisi en yüksek ışınlar gama ışınlarıdır. En düşük enerjiye sahip olan ise radyo dalgalarıdır.
Şimdi geri çekilip tüm bu spektruma baktığımızda bizim görebildiğimiz ışıkların çok ama çok sınırlı olduğunu göreceksiniz. Göremediğimiz kısımlar içinse boş durmadık. Sayısız teleskop geliştirdik. Göremediğimiz dünyaların kapısını açtı bize.

Ama burada hala bir soru duruyor. Nereden geliyor bu ışık? Kaynağı neresi? Nereden çıkıyor?
Bu noktada “maddeden” bahsetmek gerekiyor kısaca. Daha önce de üzerinden geçmiştik. Maddenin en temel özelliklerinden biri şudur. Maddeyi ısıttığınızda enerjisi artar. Ve madde bu fazla uyarılmış halinden hoşnut değildir. Orijinal haline. Standart enerjisine geri dönmek için her şeyi yapar. Ve ışığın da bir tür enerji olduğunu biliyoruz. İşte içindeki fazla enerjiyi ışık olarak dışarı atar ve bunu yaparken de haliyle ışık yayar.

Peki nasıl farklı türlerde ışık yayıyorlar? Buna ne karar veriyor?

Burada da maddenin başka bir özelliği devreye girer. Sıcak olan bir nesnenin yaydığı ışığın enerjisi yüksektir. Yani, biliyorsunuz. Dalga boyu kısadır. Daha soğuk cisimlerinse yaydığı ışığın enerjisi düşüktür.
Mesela demir bir çubuğu ısıttığınızda bunu gözlemleyebilirsiniz. Önce kırmızı yanar. Sonra turuncu. Isındıkça sarıya döner. Isındıkça dalga boyu da rengi de değişir. Son raddede maviye dönen bir ışık yayar. Enerjisi arttıkça mavileşir.
Astronomlarla bizim algımız biraz farklı anlayacağınız. Biz genelde soğuğu maviyle, sıcağı kırmızıyla ifade ederiz. Ama işte bilim algı malgı dinlemiyor. Kırmızı, maviden soğuktur…

Bunun yanında başımızı uzay boşluğuna çevirdiğimizde ışık yayan yoğunluğu çok düşük oluşumlar da görürüz. Gaz bulutları mesela. Bunu anlamak için gidip bu bulutları incelememiz gerekir aslında. Atomlarını mikroskop altında incelememiz. Ama buna ihtiyacımız yok… Neden mi? Gelin biraz “kuantum dünyasına” inelim tekrar. Çünkü bu mevzuyu anlamak için bu sıradışı evrene bir göz atmamız gerekiyor.
Atomlardan bahsetmemiz.

Atomun neyden oluştuğunu biliyoruz. Nötron, proton ve elektron…
Protonların yükü pozitif, elektronların yükü negatif. Nötronun ise. Adı üstünde. Nötr.
Nötron ve protonlar atomun çekirdeğinde bulunurken elektronlar, biliyorsunuz… Şimdi atom deyince hep gözümüzde elektronun çekirdeğin etrafında döndüğü resim canlanıyor ama işte elektronun nerede olduğu pek belli değil. Çevresinde bir yerde. Aynı anda her yerde aslında. Neyse. Konuşacağız zaten bunu. Buradaki olay şu. Elektronun çekirdeğin çevresinde işgal edebileceği çok ama çok kısıtlı, kesin ve belirli bir yeri var. Bu da elektronun enerjisine bağlı.


Elektronun bulunabileceği konumlar da ya birinde ya da diğerinde şeklinde katı kurallarla belirlenmiş. Arası yok. Merdiven basamakları gibi düşünün. Elektron ya birinci basamakta olabilir ya da ikinci. Arasında olamaz. Yani merdiven çıkarken her adımda bir enerji harcarsınız. Çok yorgunsanız yani enerjiniz yoksa bir basamakta kalırsınız. Elektronlarda da aynı şey söz konusu. Yeterli enerji verildiğinde konum değiştirirler. Anında.

Kuantum sıçramasını hatırladınız mı? Ama başladığı yere dönmek için uğraşırlar sürekli. Bunun için de bu enerjiyi atmaları gerekir.
Bunu nasıl atarlar peki? Evet.


Işık…


Bir atoma ışık verdiğinizde elektronlara enerji yüklenir ve sıçrama yaşarlar. Orijinal konumuna dönerken de enerjilerini fotonlarla dışarı atarlar. Bunun sonucunda da ışık ortaya çıkar.
Bu arada illa ki tek basamak olmasına gerek yok. Yeterli enerji olduğunda 2 basamak 3 basamak da atlayabilirler. Ama işte arası yok demiştik ya.
Max Planck’ın da bulduğu buydu işte. Işığın parçacık gibi davrandığı bilgisi de tam olarak buraya dayanıyor.
Kuantum Fiziğinin çıkış noktası…

Ayrıca hatırlayın. Enerji ve dalga boyu aynı şey demiştik. Renkler de bunlara karşılık gelir. Hepsi aynı şey yani aslında. Yani bir elektron aşağı yukarı sıçrama yaptığında konumuna göre çok spesifik bir renk ortaya çıkarır.
Her atomun farklı renklerde ışık yaymasının nedeni de budur işte. Peki bu nasıl oluyor?
Yine basamaklardan ilerlersek. Merdiven derken aklımıza standart boyuttaki basamaklar geliyor. Atomlarda ise böyle değil bu. Her basamak farklı boyutta olabilir. Mesela hidrojen atomunun elektronu sıçrama yaptığında helyum ya da kalsiyum atomundaki elektronlara göre çok farklı renkte ışık yayar.

Ve bu da işte Evrenin temelinde yatıyor. Milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki bir cismin hangi maddeden yapıldığını da evet bu şekilde öğrenebiliyoruz. Farklı atomlar farklı renkte ışık yayar ve bu ışığı ölçtüğünüzde bu cismi gidip ölçmesek bile neyden oluştuğunu görebiliriz. Ne kadar uzak olursa olsun. Harika bir olay değil mi?

Ama bunu nasıl yapıyoruz? Yani ışığı nasıl ölçüyoruz?

Tabi ki.

SPEKTROGRAFİ!

Yani ışık ile madde etkileşiminin incelenmesi.
Ve spektrometre adı verilen bir cihaz mevcut.
Bu cihaz kullanılarak bir rengin tam olarak hangi dalga boyunda olduğunu görebiliyoruz.
Şu meşhur elbise aklınıza gelebilir bu durumda… Mavi mi altın sarısı mı?
Evet. Bir spektrometre ile ölçüldüğünde bu elbisenin ikisi birden olduğu sonucuna varılmış. Yani kimse haksız değil. Fotoğrafın çekildiği makine, ortam ışığı ve açısı gibi etkenler nedeniyle renk algısının biyolojik yönü de dikkate alındığında sonuç bu. Herkes haklı. Her ikisi de doğru.

Neyse. İşte spektrometre kullanarak ışığın dalga boyunu görebiliyoruz demiştik. Bu açıdan bakıldığında helyum atomu ile hidrojen atomundan yayılan ışığın farkını da anlayabiliyoruz. Bu spektrometreyi bir teleskoba taktığınızda ise. Tahmin edersiniz. Yıldızların nelerden oluştuğunu görebiliyoruz. Ve işte evreni de bu şekilde öğreniyoruz.

Ve baştaki soruya dönersek biliyoruz ki yıldızlar ve gaz bulutlar çoğunlukla hidrojenden, biraz helyumdan ve bir miktar ağır elementlerden oluşuyor. Jüpiter’in atmosferinde metan var, Venüs’te karbondioksit… Evrendeki her şeyin kendine ait bir tarifi var. Spektroskopi ile bunların tadına bakabiliyoruz işte… Sadece bu da değil. Bir nesnenin ne kadar hızlı olduğunu, ne tarafa döndüğünü, manyetik alanının olup olmadığını ve ne kadar güçlü olduğunu, kütlesini ve yoğunluğunu da öğrenebiliyoruz…

Son bir şeyden daha kısaca bahsetmek istiyorum bu noktada. Doppler etkisinden. Hani şu bir motosiklet tam yanımızdan hızla geçerken sesin tavan yaptığı ve sonra uzaklaşırken sesin yavaştan kaybolduğu olay. Sesin de dalga boyu var hani. Tepe noktasında dalga boyu en kısadır. Uzaklaştıkça dalga boyu uzar da uzar… Sonra kaybolur.
Aynısı ışık için de geçerli. Bir nesne size doğru geliyorsa size yaklaştıkça dalga boyu daralır, kısalır. Blue-shift ya da Maviye Kayma deniyor buna. Ve uzaklaştıkça dalga boyu uzar. Red-shift yani Kırmızıya Kayma dediğimiz olay olur.

İşte bu kayma olayını spektruma uyguladığınızda bir nesnenin uzaklaştığını ya da yakınlaştığını anlayabiliyoruz.
Bu neden önemli olsun peki?
Çünkü bu sayede şunu öğrendik…

Evren Genişliyor!

Ve işte bununla birlikte yeni bir kapı açalım mı birlikte?
Kuantum Fiziği yolculuğumuzda günümüze kadar geldikten sonra yeni bir seriye başlayalım…

Galaksilerden… Yıldızlardan… Kara Deliklerden… Kuarklardan… Süpernovalardan… Ve çok daha fazlasından bahsedelim… Çok heyecanlı bir yolculuğa çıkalım. Gaz bulutlarında kaybolalım istiyorum… Ne dersiniz?

Ve her zaman olduğu gibi.
Tekrar görüşene dek.
İyi ki varsınız!
Sevgiler…

Kaynaklar:

What is Light? – An overview of the properties of light

What is light? | Cosmos

(472) What Is Light? – YouTube

“Işık Nedir?” üzerine 4 yorum

  1. Hazır siteniz açılmışken böyle güzel bir oluşuma ilk mesajı yazayım. Müthiş işler çıkarıyorsunuz. Bana kalsa ilkokulda fen bilgisi, lisede de fizik, psikoloji derslerinde gösterilmesi gereken işler. Tüm bunlar için epey emek harcadığınızı biliyorum. Umarım yorulmaz, devam edersiniz. Ve her zaman olduğu gibi, tekrar görüşene dek, iyi ki varsınız. Sevgiler…

  2. Azərbaycandan yazıram . Sizin sayənizdə cəmiyyət maariflənir,inkişaf edir .Digərləri kimi məhşurluq və pul uğrunda milləti uçuruma aparmırsız, əziyyət çəkirsiz .Buna görə sizə böyük təşəkkür edirəm.

  3. Hocam bu ışığın kütlesinin olmamasını bir türlü algılayamıyorum bunu da açıklayan bir video çekebilirsiniz çok mutlu olurum sevgiler.

  4. Merhaba, içeriklerinin gerçekten çok güzel. Resmen uyuyan bir milleti uyanması için dürtüyorsunuz. Umarım birgün ülkemiz bilimsel açıdan gelişirse bu yolu bizlere sunan sizler olacaksınız. Umarım hedeflerimize ulaşabiliriz. Bu arada iletişim sayfanız hata veriyor(android Google dan giriş yapıyorum).

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir