İnsanoğlunun en büyük hayallerinden biri ışık hızında seyahat edip ışınlanma hayalidir. Bu ay CERN’den gelen yeni haberler ile bunun mümkün olup olamayacağına birazcık göz atacağız. CERN’deki çalışmanın amacı tam bu olmasa da herkesin kafasında benzer bir soru işareti uyandırdı. Amacım bunun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini tartışmak demek değil, yalnızca fiziki durumları anlatıp gerisini sizin yorumunuza bırakmak. Size bırakacağım çünkü insanlığın geldiği teknoloji şu anda sınırlı ve bir adım sonrasını yalnızca hayal edebiliyoruz.
CERN bazı parçacıkları zaten ışık hızına yakın hızlarda hareket ettirebiliyor. Şu ana kadar bilim insanları ayrı ayrı elektronu, protonu, kurşun ve Xeon’un çekirdeğini ışık hızlarına yakın hızlarda hareket ettirebildi. Dikkat ederseniz bu parçacıklar tam olarak bir atom değil. Yalnızca ya elektron kullanılmış ya da elektronu çıkarıp yalnız proton ve yine ayrı olarak yalnız içinde proton ve nötron olan çekirdek hızlandırılmış. İçinde hem elektron hem de çekirdeği olan bir atom hızlandırılamamış. Ama 25 Temmuz 2018 günü ise CERN’de bir ilk gerçekleştirildi [1]. Kurşun çekirdeğine (82 tane proton ve 125 tane nötron) ilk önce bir tane elektron ekleyip LHC’de sahip olduğu tüm enerji ile yaklaşık bir saat kadar 27 kilometrelik tünel içinde ışık hızına yakın hızda hareket ettirilebildi. Şimdi bu bilgileri kullanarak biraz beyin fırtınası yapalım.
- Neden 1 saat kadar dolandırabiliyoruz?
- Yaklaşık ışık hızında derken neyi kastediyoruz?
İkinci soru ile başlayalım. Işık hızının %99.999 kadar hızına ulaşabiliyoruz. Neden böyle küsuratlarla uğraşıyoruz diyorsanız, bu hıza şu ana kadar ulaşan bir teknolojimiz olmadı. Ancak ışık bu hıza ulaşılabiliyor. Bunun altında da yine fiziksel bir gerçeklik yatıyor: Rölativite!!! Yani bir cisim ışık hızına yakın hızlara ulaşmayı başarırsa artık kendi kütlesi (yani durağan kütlesi) kadar değil farklı bir kütleye sahip olacak.
Buradaki durağan, yani şimdiki kütlemiz, bir diğer deyişle hızlanmadan önceki kütlemiz. c ışık hızı (vakumlu ortamdaki hızı = boşlukta saniyede 300.000 km, yani ışık dünyanın etrafını 1 saniyede yaklaşık 8 kez dolaşır), v ise parçacığın hızı. Formüle biraz dikkatli bakarsanız, hız arttıkça m yani kütle artıyor. Kafanızı formülle oyalamayacağım; sonucu vereceğim. Bir fizikçi olarak ben bile formülleri sevmiyorum. Mesela o kadar ışık hızına yaklaşalım ki %90 yaklaşmış olalım. Bunun anlamı kendi kütlemiz yaklaşık 2,2 kat artacaktır. Çok değil gibi. Biraz daha yaklaşalım bu ışık hızına. %99 kadar yaklaştığımızda 7 kat ağırlaşmış olacağız. %99,9 olduğunda 22 kat. Biraz daha yaklaşalım, %99,99 olduğunda kütlemiz 70 kat artacaktır. Biraz daha cesaret ettiğimizde ise %99,999 olduğunda kütlemiz 223 kat artmış olacak. CERN’de proton ışık hızının %99,9999991 kadar hızlandırılıyor, yani protonun kütlesi 7453 kat artıyor. %99’a kadar yaklaşan %100’ü de yapar diye düşünüyorsunuz, ama işte fizik kuralları bize set çekiyor. Küsuratta ne var, bunu düzayak 100’e bağlayalım küsuratla da uğraşmayalım dediğimizde gördüğünüz gibi bize çok pahalıya mâl oluyor. Dikkat ederseniz biraz daha yaklaşmak adına virgülden sonra bir tane daha 9 koymamız protonun kütlesini inanılmaz arttırıyor. Peki, artsın ne olacak diye düşünebilirsiniz. Hemen günlük hayatımızda olan olaylarla açıklayalım. Mesela bir bisikleti kas gücünüzü kullanarak gayet kolay bir şekilde hızlandırabilirsiniz. Ama bir arabayı hareket ettirmeye gücünüz yetmez ki. Araba yerine tır kullanmaya başlarsanız yük arttığı için otomatikman daha fazla enerji harcamanız gerekir. Bu yüzden daha fazla yakıt harcamalısınız ve tabii ki maliyet çok daha fazla artar. Siz yalnızca 1 protonu %90’lık ışık hızından %99,9999991 ışık hızına arttırdığınızda maliyetiniz en az 7453 kat artacaktır. Ki protonun hızlandırılmamış kütlesi 1,67x
kg (0,00000000000000000000000000167 kg). Kendi kütlenizle kıyaslayın bakalım maliyet ne kadar artacaktır. Sizi geçtim sizi taşıyacak bir araç için düşünün. Biz protonları elektromanyetiği kullanarak hızlandırabiliyoruz. Sizi taşıyabilmemiz için şu anki koşullarda yine elektromanyetik bir ortama ihtiyacımız olacak, bu da sizi radyasyondan korumamız demektir. Diyelim ki sizi bu durumdan kurtarmak için kurşun kullandık. Peki, yalnızca 1 tane kurşun çekirdeği için düşünün, 82 proton ve 125 tane nötron için maliyet ne kadar da arttı. Ve sizi taşımak için kocaman bir kurşundan araç düşünün buna saf kurşunu eklediğimizde elektronları da olacaktır. Peki, bu kadar basit mi? Diyelim ki biz maliyeti karşıladık bununla bitiyor mu?
Dikkat ederseniz az önce CERN’ de hızlandırılan parçacıklar için proton veya elektron, bir de bazı atomların yalnızca çekirdeklerini hızlandırabiliyoruz demiştik. 1.5 ay önce de kurşun atomunun çekirdeğine bir tane elektron yerleştirdiğimizde bir saat, iki tane elektronu yerleştirdiğimizde ise iki dakika boyunca hızlandırılabiliyor demiştik. Düşünün normalde nötr bir atom 82 tane elektron alabilir. Biz yalnızca 2 tanesini 2 dakika kadar kontrol sağlayabiliyoruz. Daha fazlasını şimdilik yapamadık. Peki, neden oluyor bu, neden kontrol edemiyoruz? Şöyle hayal edin, bir pinpon topunu bir ipe bağlayın ve başınızın üzerinde hızlıca döndürerek koştuğunuzu hayal edin. Biraz hızlanın, sonra biraz daha, daha sonra da son sürat, sonuçta ne olur. En sonunda ya elinizdeki ipin kontrolünü kaçırırsınız ya da o pinpon topu sağa sola çarparak sizden kurtulur. Eğer son sürat yolunuza devam etmek istiyorsanız onu bırakmak zorunda kalırsınız. İşte CERN’de olan durum bununla aynı. Çekirdeğin etrafında dolanan 2 elektron maksimum 2 dakika boyunca taşınabiliyor ve sonunda sağa sola çarpıp atomun çekirdeğinden ayrılıyor ve yola daha fazla elektron ile devam edemiyorsunuz.
İnsan vücuduna bakılırsa oksijen, hidrojen, azot, karbon gibi atomlardan oluşuyor. Bunlar da moleküler bir yapı oluşturup, DNA ve hücre gibi yapıları oluşturuyor. Öyle bir şekilde bunları taşıyacaksınız ki, atom yapısı bozulmayacak ve atomları bir arada tutan molekül yapısı bozulmayacak, DNA ve hücreyi oluşturan sistem de bozulmayacak ve siz bu ağır kütleyi ışık hızının %99,9999991 kadar hızına yükselteceksiniz? Ki daha teknik detaylardan bahsetmedim, daha fazla beyninizi yormamak adına. Ben en basit olan kısmı aşabilir miyiz onu soruyorum? Ki bu durumun sağa sola çarpmadan hareket etmesi var? Siz bu kadar hıza geldiğinizde muhtemelen çok fazlasıyla ısınacaksınız, bunun soğutması var. Bu konulara girmeden yalnızca “protona kıyasladığınızda bu kadar ağır kütleleri hiç yapısı bozulmadan ışık hızının %99,9999991 kadar yükseltebilir misiniz?” sorusunu inceliyoruz. Böyle bir enerjimiz şimdilik yok. Nükleer reaktörler falan demeyin onun içinde salisede eriyerek yok olursunuz. Şu anda en basitlik kısmı bile aşmamız imkânsız gibi gözüküyor, gelecekte ne olacak bilemiyoruz.
Dikkat ederseniz %100 ışık hızına ulaşamadık bile, ışık hızına ulaştığımızda muhtemelen enerjiye dönüşmüş olacağız ve bir daha geri madde haline dönebilir miyiz hiçbir bilgimiz yok? Şimdilik imkânsız. Işık hızını geçmek Einstein’a göre asla mümkün olmayacak. Gelecek bize neler gösterecek bilmiyoruz, imkânsız gibi görünen birçok soruna çözüm bulan teknoloji, bakalım buna da cevap bulabilecek mi ve bizler görebilecek miyiz?
Kaynaklar
[1] https://home.cern/about/updates/2018/07/lhc-accelerates-its-first-atoms
Bu yazı Bilim ve Ütopya'nın Ekim 2018 sayısında yayımlanmıştır.