Irvine Çiftliği: Işık Hızını Ölçen Boru Hattı

Işık hızı saniyede yaklaşık 299,792.458 kilometrelik bir değere sahiptir. Işığın hızının tam ve doğru olarak bilinmesi, adeta evreni anlamamızın kapısını açan temel anahtardır. Bulunduğunuz konumun başka bir yıldıza olan net uzaklığının hesaplanmasından, GPS sayesinde bulunduğunuz konumun saptanmasına kadar birçok uygulama, sahip olduğumuz bu bilgi sayesindedir.

Işığın bir hızının olup olmadığının anlaşılması için ilk adımlar Galileo tarafından 1638'de atıldı.  Galileo, iki tepe arasında, bir fener yardımıyla ölçümler yapmaya çalıştı. Galileo başarısız olsa da, farklı bilim insanları, çeşitli metotlar geliştirerek ışığın hızını hesaplama çalışmalarına devam ettiler. Yıllar geçtikçe denenen metotlar artıyordu. Ancak Albert A. Michelson, Galileo'nun çalışmalarına çok benzer şekilde, deneysel şekilde ışığın hızını ölçmeye kararlıydı.

Yapacağı çalışmalarla yalnızca ışığın hızını keşfetmeyecek, aynı zamanda deneysel fizikte de çok önemli adımlar atmamızı sağlayacaktı. Bu adımlar öyle önemliydi ki; hala CERN'de, Michelson'un yaptığı gibi, boru hatlarında gönderdiğimiz parçacıklarla evreni anlama serüvenimize devam ediyoruz.

1926'da Nobel ödülü kazanan ilk Amerikan vatandaşı olduktan yaklaşık 20 yıl sonra, Wilson Dağı Gözlemevi'yle, 35 kilometre ilerideki bir dağ arasında, ark lambası ile deneyler yaptı. İki nokta arasındaki havanın hatalara sebep olabileceğini fark etti ve havasız bir deney ortamına ihtiyacı olduğunu düşündü.

Beam-tube-observing-station-600x480

1931'de,  ışığın hızını ölçmek için yaklaşık 2 kilometre uzunluğunda, havası alınmış, oluklu ve çelik bir boru hattı inşa etmeye karar verdi.

Yerel yönetimler ona bu konuda yardım etmeyi reddedince, boru hattını kendisi inşa etmeye başladı. Bolca bant, halat, tutkal ve şambrel ile sızdırmaz hale getirmeye çalıştığı boru hattının inşaatı epey yıpratıcıydı. Tüm bu emeklerin sonunda ortaya çıkan şey özensiz bir kamu çalışması gibiydi. Ancak, tahta iskeleler üzerindeki derme çatma bu boru hattının içerisindeki pompalar, hava basıncını 1.27 cm/hg'ye  (yerden 33 km yüksekteki hava basıncına denk) kadar düşürebiliyordu.  Mütevazi bir çiftlikteki bu boru hattı,  oldukça etkili bir derin uzay simulasyonuydu.

Beam-tube-schematic

60652343-8156-4d85-93ce-8508525d3a0bHer çalışmada, ark lambasından çıkan Güneş gibi parlak ışık, dönmekte olan 16 kenarlı bir çokgen ayna düzeneğinden gider ve ardından diğer 5 farklı aynadan geçerek başlangıçtaki çokgen ayna yardımıyla, gözlemciye gider. Çokgen aynanın yaptığı dönme hareketinden dolayı, yalnızca eğer dönme frekansı doğru değerde ise ışık gözlemciye ulaşır. Eğer dönme frekansı çok az dahi farklıysa, ışık aynadan farklı bir yere yansır ve gözlemciye ulaşamaz. Işığın, kısa bir tüpte daha uzun yol alması için diğer 5 aynayı kullanan Michelson, bu sayede yalnızca 2 km'lik boruda ışığa 20 km'ye yakın bir yol aldırmayı başarır.

Yaptığı çalışmaların sonuçlarının haber olarak yayınlanması, kamuoyunda öyle bir etki uyandırır ki, insanlar akın akın deneyini görmek için Michelson'un çiftlik-laboratuvarına gelirler. 1931 yılının Mart ayında, Albert Einstein da deney alanını ziyaret eder.

Deney ilerledikçe, gelgitlerin ve tektonik hareketlerin deneye zarar vereceği düşüncesi Michelson'u endişelendirmiştir. Çalışmalarını, sıcaklıktan dolayı boru hattının etkilenmemesi için geceleri yapmaya başlar. Geceleri çalışmanın verdiği yorgunluğa rağmen, usanmadan 2 yıl boyunca deneylerini sürdürür.

Çalışmayla geçen yılların ardından, 79 yaşındaki Michelson'ın, "güzel takıntım" olarak tanımladığı çalışmalarını doktorlar, sağlığını olumsuz etkileyeceğini düşündüğü için bırakmak zorunda kaldı. Birkaç ay içerisinde hasta yatağına düşen Michelson, çalışmaların raporlarını yazmaya başlamıştı ancak ömrü, raporlarını bitirmeye yetmedi. Ölümünden sonra derlenen çalışma sonuçları Astrophysical Journal'da yayınlandı.  Makalesinde,  ışığın hızının bugün bizim kabul ettiğimiz değerden yalnızca çok az bir farklılıkla, 299,774.116224 km/saniye olduğu yazıyordu.

1933 yılında meydana gelen bir deprem sonucu proje hasar gördü. Bölgede yaşayan halk da bu eşsiz esere sahip çıktı. Halk tarafından satın alınan ve tekrar kullanılan borular şu an Güney Kaliforniya'nın tarlalarının ve bataklıklarının altında, çürümeyi bekliyor.

Ege Can Karanfil

Referanslar
1. <http://www.airspacemag.com/space/18_fm2017-oo-180961669/>
2. < http://www.otherhand.org/home-page/physics/historical-speed-of-light-measurements-in-southern-california/irvine-ranch-measurements-1929-1933/>

Görseller
1. < http://www.otherhand.org/home-page/physics/historical-speed-of-light-measurements-in-southern-california/irvine-ranch-measurements-1929-1933/>
2. <http://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/1926-albert-michelson-measured-speed-light-technique-similar-used-fizeau-michelson-used-ei-q2257493>

Ege Can Karanfil

Ortadoğu Teknik Üniversitesi Fizik Bölümü öğrencisi. İlgi duyduğu diğer alanlar: Evrimsel biyoloji ve Matematik. Boş vakitlerinde amatör müzik ile ilgileniyor.

Ege Can Karanfil 23 makale yazdıEge Can Karanfil tarafından yazılan tüm makaleleri gör