Evrenin Genişlediğini İspatlayan Dalga Frekansı Değişikliği: Doppler Etkisi
Hemen kısa bir tanımla başlayalım
bizden uzaklaşan ses kaynağının (örneğin ambulans) yaydığı ses dalgalarının dalga boyu sabit olmasına rağmen bizden uzaklaştığı için, her bir dalganın bize ulaşma süresi gecikir ve dalga boyu artmış gibi olur. bu da sesin "peslesmesine" neden olur (halk arasındaki yanlış anlatımıyla "kalınlaşmasına" neden olur). bu gözlem farkı doppler etkisidir.
Doppler'in bilimsel boyutu, olayı daha iyi anlamanızı sağlayacak
doppler etkisi, çıkış yolu olarak bir anlamda izafiyet teorisine benzerlik gösterir. her iki teori de basit bir prensibe dayanmaktadır. ses ve ışık dalgalarının belirli bir ortamda (ör: havada ya da suda) yayılma hızları, sabittir.
yani, yürüyen bir adamın sesi de, saatte 150 km hızla ilerleyen bir arabanın camından kafasını çıkarıp bağıran bir adamın sesi de saniyede 340 m yol alır. ali'ye durduğunuz yerden ali topu at deseniz de, koşarak bağırsanız da sizden yeterince uzaktaki ali, size kıl değilse topu aynı süre geçtikten sonra size atacaktır. benzer bir şekilde elinizde tuttuğunuz fenerden çıkan ışık, 300 km ile giden bir arabanın farlarından çıkan ışıktan daha yavaş, ya da hızlı değildir. her ikisi de saniyede 300 bin km yol alırlar. arabanın hızı bu rakama eklenmez. bunun sebebi, herhangi bir ortamda ilerleyen dalganın yayılma hızı, sizin kaynağı iterek ya da çekerek değiştirebileceğiniz bir değer olmamasıdır. sesin ışıktan daha yavaş ilerlemesinin sebebi, bizim yeterince itemememiz değildir. bunlar kendiliğinden olur.
özetle, hareket eden bir ses kaynağından çıkan ses, her yönde aynı hızla yayılır. ancak hareketin yönüne göre ses dalgalarının hızı değişmese de, formu değişir. kaynağın hareket ettiği yönde ,ses dalgaları sıkışır (bir yayı iki ucundan bastırarak sıkıştırdığınızı düşünün) sıkışmış dalgaların frekansı ve genliği (şiddeti) artar. frekansı arttığı için daha ince (tiz), genliği (bkz: genlik) arttığı için daha şiddetli duyulur. ses kaynağının hareket yönünün tersine yayılan dalgalar ise sıkışmaz, yayılırlar (bir yayı iki ucundan çekerek uzattığınızı düşünün). yani, frekansı, genliği (şiddeti) azalır. sesin frekansı azaldığı için daha kalın (pes), genliği azaldığı için de daha zor duyulur. yukarıdaki dalga frekans sıkışma genleşme vs. bir anlam teşkil etmediği takdirde, kişi rüzgara karşı işeyen adam ile rüzgarı arkasına alarak işeyen adamı düşünmekte serbesttir.
açıklanmaya çalışılan olaylar aşağıda harika bir örnekle özetlenmiştir
yakın bir arkadaşınız sizden 1 km uzaklıkta saatte 60 km hızla (arabayla) size doğru gelmektedir. bu hızla giderse, kendisi tam tamına 1 dk. sonra yanınızda olacaktır. deneye başlamadan hemen hatırlatalım, 1 km uzaklıktaki bir ses kaynağından çıkan ses yaklaşık 3 sn sonra tarafınızca duyulacaktır. arkadaşınız, kendisine daha önceden söylediğiniz üzere sizden tam 1 km uzaktayken arabanın kornasına basmaya başlasın. arkadaşınız kornaya bastığı andan 3 sn sonra siz korna sesini duymaya başlayacak, araç yanınıza geldiği anda arkadaşınız kornaya basmayı bırakacak, ikiniz de aynı anda korna sesinin kesildiğini duyacaksınız (nasıl duyuluyorsa). ancak arkadaşınıza sorduğunuzda kendisi 60 sn boyunca kornaya basmış, siz ise sadece 57 sn boyunca korna sesi duymuşsunuzdur. 3 saniye ne olmuştur? (cevap: ona bir şey olduğu yok, o duruyor) ses dalgalarının titreşimleri, frekansı, 57 saniye içine sıkışmış, daha tiz ve daha şiddetli duyulmuştur. benzer bir şekilde arkadaşınıza yanınızdan geçerken kornaya basmasını ve sizden tam 1 km uzaklaştığında elini kornadan çekmesini söyleseniz, arkadaşınız yine 60 sn boyunca kornaya bastığını söyleyecek, siz ise arkadaşınız elini kornadan çektikten 3 sn sonra sesin kesildiğini anlayacak, dolayısıyla 63 sn korna sesi işiteceksiniz (böyle arkadaş olmaz olsun). merak etmeyin yine zamanda bir atlama vs, gerçekleşmemiş, sadece duyduğunuz sesin frekansı ve şiddeti düşmüştür.
bu örnek sadece ses dalgaları için değil herhangi bir elektromanyetik dalga için de geçerlidir. radarlar belirli bir frekansta gönderdikleri dalgaların, cisimlere çarpıp yansıdıktan sonra geri gelen dalganın frekans değişimine bakarak objelerin radara yaklaşıp yaklaşmadığını ve hızlarını belirler.
bir yıldızın yahut galaksinin bizden uzaklaştığını ya da yakınlaştığını doppler etkisiyle nasıl anlıyoruz?
doppler etkisi’nde kozmik olguda siyah çizgiler eğer kırmızıya doğru kayıyor ise yıldız bizden uzaklaşıyor, maviye doğru bir kayma gösteriyor ise yıldız bize yakınlaşıyor demektir
ama vardıkları kesin sonuca göre daha çok uzaklaşmaktadırlar.evren genişlemekte olduğundan bir merkezi dikkate alarak gök cisimleri, hem birbirlerinden hem de bizden uzaklaşmaktadırlar.
izafiyet teorisi ise ışığın hızının değişmemesine dayanır
yukarıda anlatılanlara ek olarak ışığın duran ya da hareket eden gözlemciye göre hızının hep sabit olduğu varsayımı vardır. bu varsayımla örneğimize geri dönersek, aracın şoförüne göre, aracın hızı ne olursa olsun, yanından geçen bir ışığı yine ışık hızında görecektir (bkz: görecelik) (bkz: bağıl hız). ses için bu önerme geçerli değildir, ses hızını geçen bir uçağın önündeki bir plot, arkadaki motorun havada çıkardığı gürültüyü duyamaz. bu varsayımın altında, geriye değiştirilebilen tek bir değişken kalmaktadır. zaman. aynı deney, makro ölçülerde ve ışık hızına yakın süratlerde gerçekleştirildiği takdirde, aracın gittiği yönden bağımsız olarak arkadaşınız, araç içerisinde 57sn geçirmiş ve yaşamış, siz ise kendisini 60sn mal gibi beklemiş olursunuz. (bkz: ürkütücü ama gerçek). bu hadise bir çok bilim adamı ve okuyucuda aynı duyguyu uyandırmıştır (bkz: hadi len). günümüz atom saatleriyle (uydularda ve haberleşmede kullanılır saniyenin milyon x milyon da birini ölçer) yapılan deneylerde, yörüngede yüksek hızlarda dolaşan bir atom saati, yerdeki eşine göre, einstein tarafından bulunmuş olan denkleme bağlı olarak geri kalmaktadır.
kaynakça:
malcolm in the middle: dewey bir bölümde doppler olayını anlatmıştır.
trt2: bir programda araba deneyi yapılmıştı (ışık hızında olan değil, öteki).