IŞIK

         İlk dünya betimlemeleri ışıktan, geceleri topraktan çıkan karanlıkların koyu sisine karşılık bir çeşit açık sis diye söz edilir. Tekvin'de Yaradan, bu iki sisi, Güneş’i yaratmadan önce ikiye ayırmıştı... Daha sonra Yunanlılar, Dünya’mn yapısı hakkında kendilerini sorgulamışlar ve Parmenides (MÖ 450) Ay’ın parlak yüzünün hep Güneş’e dönük olduğunu fark etmişti. Buradan, ışığın Güneş’ten geldiği, yani yer değiştirebildiği sonucunu çıkarmıştı. Karanlıklarsa sadece ışığın yokluğuydu.

    ışık

         Işık hangi hızla yer değiştirir? Galilei 1630 yılında bir ölçüm yapmayı denedi, ama ilk sonuç ancak 50 yıl sonra astronom Olaus Römer tarafından alındı. Ancak sorun çözümlenmedi ve 1900 yılına doğru, Einstein'm görelilik (izafiyet) kuramım doğuracak olan tartışmamn merkezi, gene ışık hızı oldu. Işık nasıl hareket eder? Karşısına bir engel çıkmadığı takdirde doğrusal çizgi halinde. Aksi durumda çeşitli tarzlarda yönünü saptırır; tek ve basit bir ilke olan Fermât ilkesine uyar. Böylece XVII. yüzyılın sonundan itibaren, ışığın yer değiştir­mesi hakkında oldukça bilgi edinil­miştir. Geriye, ışığın doğasım, yani yer değiştiren şey'i bulmak kalıyordu. Newton'a göre (yaklaşık 1675) ışık, parçacıklardan oluşmuş bir demet gi-^ bi davramyordu. Ama bütün XIX. yüzyıl boyunca yapılan pek çok de­ney, ışığın bir dalga olarak kabul edil­mesini gerektirmiş; Maxwell ise (1865), bu dalgamn elektromanyetik yapışım kanıtlamıştı.
    Bununla birlikte yüzyılın sonunda, yeni deneyler bu modeli de şüpheli duruma getirmişti: Einstein’m 1905 yı­lında fotoelektrik etkiyi açıklayabil­mek için ışığı, « parçacıklar » deme­ti yani fotonlar olarak kabul etmesi gerekmişti... Dalga mı, parçacık mı? Ne biri, ne diğeri, yoksa her ikisi birden mi? XX. yüzyıl fiziği olan kuvantum fiziği, bu sorudan doğmuştur.

    Işığın Hızı

          Işığın yer değiştirdiği, mesela güneş’ten dünya’ya geldiği kabul edilirse, hızı hakkında soru sorulması çok doğaldır. Bu soruya cevap arayan ilk bilim adamı, 1630 yılına doğru galilel olmuştur. Galilei, tepelerle çevrili bir şehir olan Floransa’da oturmaktadır. Bir gece elinde feneriyle bu tepelerden birine çıkar. Buradan birkaç kilometre ötedeki bir başka tepe üzerinde yardımcılarından biri, elinde bir başka fenerle beklemektedir. Galilei’nin ışığını gördüğü anda kendi fenerinin alevini örtecektir. Galilei de kendi fenerini örttüğü an ile yardımcısının ışığını gördüğü an arasında geçen zamanı hesaplayarak, ışığın iki tepe arasında gidiş dönüş zamanını bulmuş olacaktır... Ama ölçtüğü zaman aralığı yardımcısının tepki verme zamanından farkk değildi. Galilei bundan şu sonucu çıkardı, ışığın hızı ya sonsuzdu, ya da böyle bir yöntemle ölçülemeyecek kadar büyüktü. Çok büyük bir hızı ölçmek için iki çözüm vardır ya çok kısa zaman aralıkları ölçülebilecek, ya da çok uzun mesafeler kullanılacaktır. İşte bu ikinci yöntem, astronomi sayesinde ilk sonucu verecektir.

    ışığın hızı

         Genç DanimarkalI astronom Römer, 1675 yılında henüz yeni açılmış olan Paris Gözlemevi’nde çalışmakta ve Jüpiter uydularının harekederini incelemekteydi. Bu, o zamanlar oldukça ilgi uyandıran bir konuydu. zira sonucunda, denizde boylamlan hesaplamarun bir başka yolunun bulunacağı umuluyordu. Düzenli bir şekilde tekrarlanması gereken bu tutulmalar, bir yıllık dönemler halinde, sırasıyla ilerleyerek ve geri kalarak gerçekleşiyordu, en fazla ileri gitmeyle en fazla geri kalma arasındaki süre, yaklaşık 16 dakikaydı.
          Römer her seferinde kaydedilen sürenin, doğrudan tutulmaya ait olmadığım fark etti. Bu süre, tutulma zamanıyla ışığın Jüpiter'den Dünya’ya kadar gelmesi için geçen zamanın toplamıydı. Oysa bu süre, her iki gezegen Güneş’in aynı tarafında yer aldığında, Güneş'in aralarında bulunduğu duruma göre daha kısa oluyordu. Öyleyse 16 dakikalık fark, ışığın Dünya’mn yörüngesini aşmak için kullandığı süreydi. Bu yörüngenin ilk ölçümü üç yıl önce yapılmış olduğundan Römer’e kalan, bu değeri 960 saniyeye (16 dakika) bölerek ışık hızım bulmak oluyordu. Römer birçok hatalı ölçümden dolayı, doğru değer olan 300 000 km/s’lik yaklaşık değer yerine 200 000 km/s buldu.
          1830 ile 1850 arasında çok kısa zamanlar yöntemini kullanan birçok yeni ölçüm yapıldı. hızlı dönen kertikli tekerlekler (Fizeau) veya aynalarla (Foucault) ışık ışınlarını yakalayarak bu ölçümler gerçekleştirilmiştir. Daha sonra başka yöntemler de düşünülmüştü ama bu arada daha önemli bir şey oldu. 1865’te elektrik ve manyetizma üzerinde incelemeler yapan Maxwell, « elektroman­yetik » dalgalann varlığım ka­nıtladı ve hızlarım hesaplayarak 300 000 km/sn buldu. « Işığın bir elektromanyetik dalga olduğunu söylememek, artık lanaksızdır» diyordu. Bu buluş, klasik fiziğin en güzel sentezlerinden biri olmakla kalmamış, yeni soruların tohumunu oluşturmuştur böylece 1905 te Einstein ile görelilik kuramına varılmış olacaktır.

    Fermat İlkesi ve Uygulamaları

          Yolu üzerinde hiçbir şeye rastlamadığı takdirde ışık ışını, düz çizgi halinde gider: bu « düz yayılma » geometrik optiğin bulunan ilk yasasıdır. İlk optik araç kuşkusuz aynadır. Ayna sadece hanımların işine yaramamıştır. Arkhimedes’in, MÖ 212’de Güneş ışınlarını toplayarak, Siracusa şehrini kuşatan Roma donanmasını ateşe veren alevden aynalar imal ettiği söylenir... Bu hikâye, ışığın yansıma yasalarının pratikte gayet iyi kullanıldığını ortaya çıkarmaktadır. Eski Yunanlılar, kırılmayla, yani bir ışık ışınının mesela havadan suya geçerken gösterdiği ani yön değiştirmesiyle de ilgilenmişlerdi. Ptolemaios, ışının hava içindeki çeşidi yönlerine göre, su içindeki ışnı yönlerini gösteren ayrıntılı bir tablo bile hazırlamıştır. İslam dünyasında optikçiler de bu incelemeye katkıda bulundular, ama bu iki açı arasındaki ilişkiyi saptayan yasa ancak 1620'de HollandalI Snell tarafından bulundu; Descartes ise genel geometrik optik kitabında konuyu yeniden ele aldı. Bu iki açının sinüslerinin oranı değişmezdi ve bu değişmez, iki ortamın yapısından başka bir şeyle etkilenmeyen kırılma indisi olarak adlandırılıyordu.

    Pierre de Fermat

          Bu sonuçlardan sonra Fermat, kendi ilkesini açıklayacakta (ykl. 1650). Aslında bir matematikçi olduğundan yeni deneyler yapmadı, onun aradığı, ışık konusunda daha önce toplanmış sonuçlan içerecek bir yöntemdi. Fermat’nm ilkesine göre, verilen iki nokta arasında ışığın aştığı yol en kısa süreli olanıdır.
          Bu, doğrusal yayılmayı açıklamaktadır. Türdeş bir ortamda hızın değişmesi için hiçbir neden yoktur ve en kısa süreli yol en kısa uzunlukta olan doğru parçası olacaktır. Işık bir ortamdan diğerine geçtiğinde (mesela havadan suya), hızının değiştiği tahmin edilebilir. Bu noktadan sonra Fermat ilkesi, kırılma sırasında gözlemlenen yön değişikliğini açıklayabilmektedir.
    Bu durumu anlatabilmek için fizikçi R Feynman plajda bulunan ve tehlikedeki bir yüzücüye yetişmeye çabşan cankurtaranı örnek gösterir. Yüzdüğünden daha hızlı koştuğuna göre hangi yolu izlemelidir? Hiç kuşkusuz, kum üzerinde yolunu uzatarak su içindeki yolunu kısaltmayı tercih edecektir... En uygun yol hesaplanırsa, izlediği yolların, iki ortamın (su kıyısı) ayrım yüzeyindeki normal doğru ile yaptığı açılan olan İ1 ile İ2 nin, bu iki yoldaki hızlan v1, ile v2’ye şu bağıntıyla bağlandığı bulunacaktır: sini1/sini2 = v1/v2
          Fermat kırılma yasasını bulduğu gibi, kırılma indisine de tanım kazandırmıştır: n = v1/v2 Bu, Fermat ilkesinin en dikkat çekici uygulamalarından biridir, ama onun buldukları bundan ibaret değildir.

Dalgamı Parçacıkmı

          Newton ile Huygens daha 1680’de, bu konu hakkında görüş ayrılığına düşmüştü. Huygens ışığın dalgayla ilişkin yorumu üzerinde dururken, Newton ışıkta parçacıklardan oluşmuş bir demet görüyordu. Newton'un ünü, terazinin dengesini kendi lehine çevirdi: 180 yılma kadar onun modeli ağır bastı.
         O dönemde, önce Thomas Young, sonra Augustin Fresnel, ışık girişimlerini gerçekleştirdiler: bir lambadan gelen ve ince, paralel ve birbirine çok yakın iki yarıktan geçen ışığı bir ekran üzerine gönderdiklerinde, sı­rasıyla karanlık ve aydınlık saçaklardan oluşmuş bir sistem gözlemlendi. Bu olay, bir dal­ganın en emin « imzası » olduğundan, ışık bir dalgadır sonucuna varıldı... Bu düzenek, çeşitli renklere ait dalgaboylanm da hesaplamayı sağlıyordu ve her şey 1905 yılma kadar gayet iyi gitmişti; ta ki Einstein’m fotoelektrik olay hakkında bir açıklama yayımladığı tarihe kadar... Peki, söz konusu olan neydi? Elektrikçe yüklenmiş bir çinko plakası, mor ışıkla (ne kadar zayıf olursa olsun) aydınlatıldığında, elektronlar yayımlıyordu; ve bu ışık ne kadar güçlü olursa olsun, kırmızıyla aydınlatıldığında hiçbir şey yayımlamıyordu. Bunu dalga kuramıyla açıklamak mümkün değildi. Ama Einstein, ışığın fotonlardan, « enerji tanelerinden oluştuğunu, bir fotonun enerjisinin mor ışık için kırmızıya göre daha fazla olduğunu belirleyerek olayı açıklamayı başardı. Bir elektron her seferinde yalnız bir foton alabilirdi ve çinko plakasını terk etmek için gerekli olan enerji, « kırmızı foton »ile « mor foton » enerjilerinin arasında yer alıyordu... Öyleyse ışık, parçacıklardan yani fotonlardan oluşuyordu. Ama ışık, girişimler yaptığına göre, bir dalgaydı. Ö halde? Cevap belirsizdi. 1924 yılında Louis de Broglie'nin kanıtiadığı ve kuvantum fiziğinin o tarihten sonra kabul ettiği gibi, ışık birbiriyle uyuşmayan her iki yapıyı da bünyesinde taşımaktaydı...

    Pirizma

    Işık Kaynakları

         Işık kelimesi ilke olarak elektromanyetik tayfın görünür kısmını, yani dalga boyları 0,4 mikrometre (mor) ile 0,8 mikrometre (kırmızı) arasmda bulunan ışımaları tanımlar. Fakat « ışık kaynakları » bu sınırlar arasında sıkışmaz. Güneş ile elektrik arkı dışında akkor cisimler genellikle kızılaltı yayımlarken, flüoresan lambaları temel olarak civa buharının morötesi yayımına dayanır...
    Maddenin ışıma yayımı, atomların enerji düzeylerine bağlıdır. Nitekim, bir atom ancak uyarılmış durumundan normal duruma, yani temel duruma ge­çerken bir ışıma yayabilir.
           Uyarma çeşitleri arasında bir yanda çoğunlukla katiları ilgilendiren ve akkor hale gelerek ışıma veren ısıtma, diğer yanda ışıldama yı doğuran bütün uyarma çeşitleri yer alır. Bir foton gelip atoma çarparsa, fotoışıldamadan, bir elektron aynı işi yaparsa elektroışıldamadan söz edilir, bu son durumda ve özellikle gazlar söz konusu olduğunda, boşalma (deşarj) terimini kullanma alışkanlığı yaygındır.
          Akkorlukla ışımaya gelince, bu ko nunun incelenmesi kuvantum fiziğinin gelişmesi sağlamıştır, özellikle bu alanda, kara cisimin değişik sıcaklıklarda toplu yayımına ve tayf niteliğine ilişkin deneysel Stefan yasası ile Wien yasalarının ortaya çıkışından sonra önemli gelişmeler oldu. Bu yasalar Güneş’e olduğu kadar elektrik ampulüne de uygulandığı için, özellikle önemlidir.
          Böylece, klasik ışık kaynakları kabaca iki aile içinde toplanır. Işıldamaya ilişkin olanlar zayıf, ama az veya çok tekrenkli (monokromatik) ışıklar verir Akkorluk ise sürekli bir tayf vererek daha güçlü ışıklar doğurur. Hem güçlü, hem de tekrenkli bir ışık verebilecek bir kaynağın taşıdığı önem açıktır. Bu kaynak lazerdir. Bu kaynağın gerçekten dikkat çekici özellikleri ve çeşitli kullanım alanları vardır.

EditRegion3