Ocak 27, 2022
Ana Sayfa » Blog » Işığın Yapısı ve Hızı

Işığın Yapısı ve Hızı

İnsana içinden bir ses ışığın da bir kütlesi olması gerektiğini fısıldayıp duruyor ama değil işte. Işığın daha doğrusu ışığı oluşturan parçacıkların yani fotonların kütlesi yoktur. Onlar sadece enerjidirler.

Ad:  ışık.JPG
Gösterim: 1781
Boyut:  28.1 KB

 

Işık bizim görebilmemizin ana nedenidir. Eğer ışık olmasaydı hiç bir şeyi göremezdik. Çünkü görme işleminde ışık kaynağından çıkan ışınlar etrafımızdaki cisimlere çarparak gözümüze ulaşırlar. Daha sonra retinaya bağlı sinirler aracılığı ile burada oluşan görüntü, işlenmesi ve yorumlanması için beyne yollanır. Fakat 1600′lü yıllarda ışık ışınlarının gözümüzden çıkıp diğer cisimlere çarpıp geri geldiğine ve böylece görebildiğimize inanılırdı.

Işık foton denilen kütlesiz ve yüksüz atomaltı parçacıklardan oluşur. Tüm parçacıklar gibi fotonlar da dalga özelliği gösterirler. Yani bir dalga boyları ve bir frekansları vardır. Işık ışınları da fotonların ilerlerken aldıkları yoldan başka bir şey değildirler. Fotonlar kaynaklarından çıktıktan sonra eğer önlerinde hiç bir engel yoksa- düz doğrultuda ve hiç sapmadan yayılırlar. Herhangi bir cisme çarpınca da cismin şeffaf olup olmamasına göre yansır veya kırılırlar.

Peki ışık nasıl yayılır? Önceleri, 1800′lerde ışığın dalgalar halinde yayıldığına inanılırdı. Hani su dalgaları var ya işte onlar gibi. Bir göle bir taş attığınızda taşın düştüğü noktadan başlayıp dışa doğru yayılan dalgalar oluşur. Burada hareket eden su değildir sadece sizin başta suya taş atarak oluşturduğunuz etki su molekülleri arasında sırayla iletilmiştir o kadar. Fakat sonraları Einstein kendisine Nobel getirecek bir yazısında ışığın bir dalga olmadığını aksine parçacıklardan oluştuğunu ispatlar. Daha sonra bu açıklama Kuantum Teorisi’nin de yapı taşlarından biri olur zaten.

Günümüzde ışığın hareketi dual (ikili, çift) model denilen dalga ve parçacık teorilerinin birleşmesinden oluşmuş bir teori ile açıklanmakta. Açıklama kısaca şöyle: Işık dalga özelliği gösteren fotonlardan oluşmuştur; ve yayılırken iki özelliği de gösterebilir. Ama kesinlikle ikisini bir arada değil!! Bazen dalga bazen de parçacık olarak yayılır ışık. Ama hangi hallerde parçacık hangi hallerde dalga olarak yayıldığı konusunda hiç bir bilgimiz yok. Ama şunu biliyoruz ki biz onu dalga olarak görmek istiyorsak dalga, parçacık olarak görmek istiyorsak parçacık olarak davranır bize karşı!? Bu size çok karışık veya mümkün değil gibi mi geldi? Ama doğru!.. En azından şimdilik!!…
Işığın yapısı

şığın ilk teorileri metafizik fikirlerin tesiri altında o kadar kalmıştı ki, ışığı anlamada bu fikirler herhangi bir fayda getirmemiştir. On yedinci yüzyılda Avrupa’da genel kanaat, ışık kaynağından göze bir şey taşındığı veya yayıldığı şeklindeydi. Bu tür düşünce tarzı iki farklı fikrin meydana gelmesine sebep oldu. Bunlardan birincisi; “Işık, doğru boyunca çok hızlı hareket eden küçük zerreciklerden ibarettir.” şeklindeydi. Bunu destekleyen en yaygın gözlem, ışığın önüne konan cisimlerin gölgelerinin meydana gelmesiydi. İkinci hipotez ise, ışığı bir dalga şeklinde kabul etmekteydi. Bunu destekleyen gözlem ise, birbirlerini kesen iki ışık hüzmesinin birbirlerinden etkilenmemeleriydi. Bu hipoteze göre ışık eğer maddeciklerden (zerreciklerden) ibaret olsaydı, söz konusu iki ışık hüzmesinin birbirinden etkilenmeme halinin mümkün olmayacağı düşünülmekteydi. Ancak bu ilk fikirler, uygun matematik metodlarının ve deney tekniklerinin eksik olması sebepiyle ilerleme gösterememiştir.

Isaac Newton (1642-1727) beyaz güneş ışığının kırmızıdan mora kadar tam bir renkler grubundan ibaret olduğunu göstermiştir. Bu konuda Newton’dan çok önceleri, İslam aleminin yetiştirdiği fen alimlerinden İbn-i Heysem (965-1051)de çalışmalar yapmıştır. Hatta ekseri ilim adamları onun modern anlamdaki geometrik optiğin kurucusu olduğunu, ışığın yansıma ve kırılma kanunlarını ilk defa bulduğunu kabul etmektedirler. Newton, ışığın kırılmasını, daha yoğun bir ortama girerken ışığı meydana getiren parçacıkların hızının arttığı şeklinde açıklamıştır. Ayrıca, ışığın, saydam ortamların yüzeyinden kısmen yansıyıp kısmen de kırılmasını, ışık taneciklerinin zamanla periyodik olarak değişen bir özelliği olduğunu kabul ederek açıklamaya çalıştı. Kendi adı verilen ve bir girişim olayı olan Newton halkalarını ilk defa bulduysa da, bunların dalga teorisindeki önemini fark edememiştir. Newton’un bu tanecik teorisi ışığın bir engele rastlayınca kırınıma (difraksiyon) uğraması ve benzer olayları açıklamaktan uzak kalmıştır.

Newton ile aynı devrede yaşayan Christian Huygens (1629-1695) yaptığı çalışmalarıyla, dalga teorisini kabul edilen seviyeye getirmiştir. Huygens prensibi olarak isimlendirilen basit bir ilkenin kabulü ile yansımayı, kırılmayı ve tam yansımayı açıklamak mümkündü. Kendisi aynı zamanda çifte kırılmayı incelemiş ve bu olayı doğru bir şekilde açıklamak için ilk temeli atmıştır. Huygens’in ışığın kırılmasını açıklamasında, ışık hızının yoğun ortamda havadakine göre daha az olduğunu kabul etmek gerekiyordu. (Bkz. Huygens, Christian).

Optik ilmi, 19. yüzyıla kadar önemli bir ilerleme kaydetmemişti. 1801’de Thomas Yougn aynı bir yüzeye düşen ışık ışınlarının birbirlerini yok edebilip, karanlık bölgeler meydana getirebileceğini göstermiştir. Bu ise dalga teorisini desteklemekteydi. Çünkü iki parçacık akışının birbirlerini yok edebileceği mümkün görülmemekteydi. Young, ışık dalgalarının titreşimlerinin birbirine ve hareket doğrultusuna dik olduğunu öne sürmüştür. Bu şekilde ışığın polarizasyonunu açıklamaya çalışmıştır. Augustin Fresnel’in de çalışmalarıyla dalga teorisi daha çok rağbet gördü. Kendisi ayrıca ışık hızının yoğun ortamlarda daha düşük olduğunu deneysel olarak göstermiştir.

Bu arada elektrik ve manyetizma konusunda da ilerleme kaydedilerek ikisini bir teoride toplama çalışmaları ilerlemiştir. 1864’te bir İngiliz fizikçisi olan James Clerk Maxwell, yeni bir teori ortaya atarak, elektrik ve manyetik olaylarını beraberce açıkladı. Tamamen teorik yolla, bir elektrik devresinin bazı durumlarda enine dalgaları uzaya yayacağını ortaya koydu. Buraya kadar Maxwell’in teorisinin ışıkla, doğrudan bir ilgisi yoktur. Ancak, ışığın ölçülen hızının, sadece manyetik ve elektrik ölçülerden elde edilen teorik elektromanyetik dalgalarının hızı ile aynı olduğu bulundu. Yaklaşık yirmi yıl sonra Heinrich Hertz, elektromanyetik dalgalar üzerine yaptığı deneylerden, bunların ışık dalgaları ile aynı özelliğe, fakat buna karşılık daha büyük dalga boylarına sahip olduklarını gösterdi. Bunlar ve diğer bir çok fizikçiler ışığın bir elektromanyetik radyasyon olduğunu ortaya koydu.

Dalga olarak ışık

Işığın dalga şeklindeki yapısı gözlendikten sonra, sorular dalganın ne olduğu konusuna yöneldi. Bütün mekanik dalga hareketleri, bir ortamın düzenli periyodik titreşimini gerektirdiğinden, ışığın boşlukta da yayılması için maddi bir ortamın bulunması gerektiği sonucuna vardılar. Böylece tamamen tasavvur olan Ether’in varlığını kabul ettiler. Kabullere göre Ether, bütün uzayı doldurmakta ve elektromanyetik dalga yayılışını mümkün kılmaktaydı.

Diğer tür dalga hareketleri ile ışığınki kıyaslanarak, dünyanın Ether içindeki hareketinin, hareket yönünde ve ona dik yönde ışığın hızını değiştireceği sonucu ortaya kondu. Ancak 1887’de yapılan hassas deneyler böyle bir farklılığın olmadığını ve ışığın her yöndeki hızının aynı olduğunu gösterdi. Bu elde edilen sonuç Albert Einstein’in “İzafiyet Teorisi” (Rölativite Teorisi)nin doğmasına sebep oldu. Enerji parçacığı olarak ışık: Bu arada dalga teorisiyle açıklanamayan bazı olaylar ortaya çıktı. Atom fiziği ile ilişkili olan bu deneyler ise ışığın foton, (enerji yüklü parçacıklar) şeklinde yayıldığına işaret etmekteydi. Bu ise eski teoriye dönüşü gerektirmekteydi. Ancak, bu ikisi Kuantum Teorisi’yle bir araya getirilmiştir (Bkz. Kuantum). Kuantum Teorisi, dalga teorisinde değişiklik meydana getirmemekte, ışık yayılışında, dalga biçiminde olduğu halde, maddeyle olan karşılıklı ilişkilerinde enerji kuantası şeklinde davranmaktadır.

Işığın hızı

İlk ölçümler, ışığın hızının, sesinkinden çok fazla olduğunu ortaya koymakla kaldı. İlk başarılı ölçüm 1676’da Danimarkalı astronom Roemer tarafından yapılmıştır. Jüpiterin uydularının bazen yavaş ve bazen hızlı hareket ettiklerini gözlemiş ve bunun Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafenin değişmesinden olduğunu keşfetmişti. Bu kabullerle yaptığı hesaplar sonucu ışığın yaklaşık olarak dünyanın yörüngesinin çapı olan 300.000.000 km’yi 1000 saniyede aldığını gözlemiştir. 1849’da A.H.L. Fizeau yaptığı deneyde ise, ışık sürekli açılıp kapanan bir delikten geçirilmekte ve uzak bir aynadan yansıtıldıktan sonra, tekrar eğer delik açık ise, ışık geçebilmekte, yoksa arada kalmaktadır. Fizeau, bir dişli çarkı çevirerek dişlerinin arasındaki aralıkları açılıp kapanan delik olarak kullanmıştır. Işık bir aradan geçip aynaya gitmekte ve aynadan yansıyıp geldiğinde, çarkın devri uygun olduğunda, müteakip aralıktan geri dönmektedir. Mesafe ve çarkın dönme hızının bilinmesiyle ışık hızı hesaplanabilir. Fizeau, yaptığı hesaplar sonucunda ışığın hızını saniyede 313.300 km olarak ortaya koymuştur.
1862’de J. B.L. Foucault, Fizeau’nun deney düzenini geliştirmiş, dönen dişli çark yerine dönen ayna kullanarak hızı, saniyede 298.000 km olarak bulmuştur.

Daha sonra yapılan ölçümler ışığın, boşluktaki hızının 299.792 km/saniye olduğunu ortaya koymuştur. Işığın boşluktaki hızı, diğer bütün ortamlardaki hızlarından daha büyüktür. Bu hız, camdaki hızının 1,5-1,8 katı ve sudaki hızının 1,33 katı civarındadır.

Işık ve renk

Renk terimi iki anlamda kullanılır. Fizik bakımından dalgaların frekansları ve şiddetleriyle belirlenir. Fizyolojik bakımdan göze gelen bu dalgalar tarafından uyandırılan etkiye bağlıdır. Görünür ışınlar, yaklaşık olarak 4000-7000 Angstrom dalga boyları arasındaki ışınlardan meydana gelir. Bu ışınlar; kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mordan hasıl olan bir spektrum tayfı meydana getirirler. İnsan gözü en çok sarı-yeşil (5500 A°) ışığa duyarlıdır. Ultra-viole (morötesi) ışınları 4000 Angstromdan 3000 Angstroma kadar uzanır. Enfraruj (kızılötesi) ışınları 7000-15000 Angstrom arasında yer alır.
Güneş ışığı, yani beyaz ışık saydam bir prizmadan geçirilerek ekran üzerine düşürülürse, ekran üzerindeki ışığın beyaz olmadığı ve gökkuşağındaki yedi renge ayrıldığı görülür.

Beyaz ışığın prizmadan geçerken yedi değişik renge ayrılmasının sebepi, beyaz ışığı meydana getiren farklı dalga boylarındaki renklerin prizmadan geçerken değişik oranlarda kırılarak birbirlerinden ayrılmasıdır. Bundan da anlaşılacağı gibi beyaz ışık, tek bir renk değil, bir çok renklerin birleşmesinden meydana gelen bir renktir.
Işık kaynağı olmayan cisimlerin renkleri, üzerlerine düşen ışığın rengine bağlı olarak değişir. Bir cismin rengi, beyaz ışık içindeki renklerden geçirdiği veya yansıttığı renktir.

Renkler ve Yaklaşık Dalga Boyları

Mor ……………………………………………………………… 3800-4400 A°
Lacivert ………………………………………………………… 4400-4800 A°
Mavi…………………………………………………………….. . 4800-5200 A°
Yeşil……………………………………………………………. .. 5200-5600 A°
Sarı ……………………………………………………………… 5600-5900 A°
Turuncu ………………………………………………………… 5900-6300 A°
Kırmızı ………………………………………………………….. 6300-7800 A°

Kaynak: Işığın Yapısı ve Hızı https://www.msxlabs.org/forum/fizik/193899-isigin-yapisi-ve-hizi.html#ixzz7Hg2C89Cc

İlgili Yazılar

Açısal momentum nedir? Örnek sorular ve çözümleri

admin

Hacim Nedir?

admin

Kütle çekim Alanı ve Kütle çekim İvmesi nedir?

admin

Yorum Ekle