Işık Nedir?

Bilindiği üzere ışık olmasaydı belkide dünyada hiçbir şey olmazdı. Ya da canlılar ona göre evrimleşirlerdi kim bilir ? Şu an bildiğimiz bir şey var o da ışığın var olduğu ve dünyayı ve evreni gözlemlememize olanak sağladığıdır.

Peki evren var olduğundan beri var olan bu ışık aslında nedir?

Işık,  ışık kaynağından çıktıktan sonra cisimlere çarparak veya direkt olarak yansıması sonucu canlıların görmesini sağlayan olgudur ve aynı zamanda elektromanyetik bir radyasyondur.(Bunun ne demek olduğunu açıklayacağız 🙂 ) Yani görme işleminin gerçekleşmesi için bir ışık kaynağına ihtiyacımız vardır. En temel kaynağımız güneştir. Güneşten sonra evlerde kullandığımız ampüller, ledler gibi diğer ışık kaynaklarıda vardır. Tabi bunları birbirlerinden ayıran en temel özellik enerji kaynaklarıdır. Kimyasal ve elektrik enerjileri ışığı oluşturan en temel enerjilerdir.

 

Işığın bilimsel açıdan açıklanmasına göz atacak olursak; ışık fizikte hem dalga hemde tanecik yapıdadır. Peki nedir bu dalga ve parçacık ? Nasıl oluyorda ışık bu iki özelliği aynı anda sergileyebiliyor?

Şekil 1

Işığın dalga yapısına sahip olduğunu kanıtlayan ilk çalışma 1801 yılında Thomas Young tarafından yapılan ve soyismi ile anılan young deneyi olmuştur. Şekil 1’de yer alan bu deneyde bir ışık kaynağından çıkan ışık önce ortasında tek bir yarık olan engele çarpıyor, sonrasında çift yarık olan engele çarpıyor, sonuç olarak bu iki yarıktan geçen ışık ekranda bir desen oluşturuyor. Bu desenin oluşmasının tek sebebi ise dalga fonksiyonudur. Yani bu yarıklardan geçen ışığın dalgalı şekilde ilerlemesi gerekir ki bu desen oluşsun. Thomas Young’ın bu deneyinden sonra bilim camiası ışığın dalga şeklinde ilerlediğini kabul etmişti.



 

1845 yılına gelindiğinde ise ünlü fizikçi Michael Faraday bir ışık ışının manyetik bir alandan geçerken yönlendiğini yani ışığın manyetik alan tarafından etkilendiğini gözlemledi. Faraday’ın bu çalışmaları James Clerk Maxwell’e ışığın elektromanyetik radyasyon özelliği hakkında ilham verdi. Maxwell, kendiliğinden yayılan elektromanyetik dalgaların, daha önce ölçülen ışığın hızına eşit olan sabit bir hızda uzayda geçeceğini keşfetti. Bundan yola çıkarak Maxwell, ışığın bir elektromanyetik radyasyon şekli olduğu sonucuna vardı: İlk önce bu sonucu 1862’de On Physical Lines of Force’da açıkladı. 1873’te, hâlâ Maxwell denklemleri olarak bilinen elektrik ve manyetik alanların davranışının tam bir matematiksel tanımını içeren Elektrik ve Manyetizma Üzerine Bir İnceleme yayınladı.

Peki nedir bu ışığın elektromanyetik özelliği ?

Şekil 2

Işık doğada şekil 2’de  gördüğünüz şekilde ilerliyor. Yani  elektromanyetik dalgayı oluşturan yapı elektrik alan ve manyetik alandır. Bu iki alan birbirine diktir. Elektrik alan y ekseni boyunca ilerliyorsa manyetik alanda x ekseni boyunca ilerler. Bu iki eksenin yerleri farklıda olabilir. Bu dalgalar sinüzoidal eğriler oluşturarak ilerlerler. Bu iki dalganın birbirlerine kıyasla davranışlarına göre kutuplanmış ışık, kutuplanmamış ışık olarak ikiye ayrılır. Kutuplanmış ışık ise kendi içerisinde doğrusal kutuplanmış, dairesel kutuplanmış ve eliptik kutuplanmış olarak 3‘e ayrılır.

 

Kutuplanmamış ışık; yukarıda ki şekilde görülen görselde yer alan elektrik alan ve manyetik alan dalgalarının tüm eksenlerde var olması durumudur. Yani bu iki dalganın 3 boyutlu olarak her eksende ilerlemesi durumudur. Güneş ışığı kutuplanmamış ışığa örnektir.

Kutuplanmış ışık; elektrik ve manyetik alan dalgalarının sadece 1 eksen boyunca yönlendirilmesi sonucu oluşur. Yani kutuplanmamış ışığın aksine her yönde değil sadece tek bir yönde yönlendirilmiş hali denilebilir. Bu aklınza lazer ışınlarını getirebilir ama lazer ışıkları tam olarak böyle kutuplandırılarak odaklandırılmaz. Oradaki husus ışığım kuantum özelliği ile ilgilidir. O konuyuda başka bir yazıda anlatacağız 🙂 Bu arada 3 farklı kutuplanmış ışık vardır. Bunlar; doğrusal kutuplanmış, dairesel kutuplanmış ve eliptik kutuplanmış ışıklardır.

Şekil 3

Doğrusal kutuplanmış ışık;  şekil 3’te gösterildiği üzere, kutuplanmamış bir ışık doğrusal kutuplayıcıdan geçtiğinde, ışığın dalma modeli içerisindeki x ekseninde elektrik alanın maksimum olduğu bölgelerde, y ekseninde ki manyetik alanda maksimumdur. Yani dalgaların tepe noktaları maksimum seviyedir. İki dalganın tepe noktaları aynı bölgede yer alır. Bu durum, ışığın doğrusal bir şekilde (doğrusal bir dalga şeklinde) ilerlemişini sağlar.

 
Şekil 4

Şekil 4’te dairesel kutuplanmış ışığın Dalga modeli gösterilmiştir. Bu durumda elektrik Alanın maksimum olduğu tepe noktasında manyetik alan minimumda, manyetik alanın maksimum olduğu noktada ise elektrik alan Minimum noktadadır. Bu dalga modelinde de Dalgalar tek bir eksen boyunca ilerlemektedirler. Bize görünen ışın bu iki dalganın bileşke fonksiyonudur. Bu yüzden ışınlar tek bir doğru parçası gibi görünür.

Şekil 5

Şekil 5’te eliptik polarize edilmiş ışığın dalga modeli verilmiştir. Eliptik polarize ışık ne doğrusal ne de daireseldir. Arada kalmış bir ışık türüdür. Bir nevi dairesel kutuplanmış ışığın bozulmuş hali denilebilir. Burada, ışığın dalga yapısında elektrik alan maksimumdayken manyetik alan minimumda değil maksimumda da değil, arada bir yerdedir. Bu dalgaların konumuna göre doğrusala yakın ya da dairesele yakın eliptik bir şekil alır.

 

Bu metinde ışığın sadece dalga modeli ile ilgili yüzeysel bilgilendirmeler yapılmıştır. Işığında tanecik yapısı ve kuantum özellikleri başlı başına bir sanat (bilim) dalı olarak görüldüğü için ayrı bir başlık altında incelenecektir.

Bütün verilen bu bilgilerden sonra ee biz bunları öğrendikte noldu?  Ne yapacağız şimdi bunlar ne işimize yarayacak diyenler var gibi 🙂 Bilim insanları bu anlatılan bilgileri kullanarak şuan kullanılan modern radyo dalgalarını, bu yazıyı okurken erişim sağladığınız (büyük ihtimalle) Wi-Fi teknolojisini, Televizyonları, MR cihazlarını, optik ve elektron mkroskoplarını (bunlarıda anlatacağız :)), askeri alanda kullanılan RADAR teknolojilerini, en basit olarak günlük yaşamda çok kullanılan güneş gözlüklerinin geliştirilmesi ve daha birçok teknolojik yenilikleri hayatımıza kazandırmışlardır. Hayatımızı kolaylaştıran bilime ve biliminsanlarına tekrardan teşekkür ediyoruz 🙂

Bilimle Kalın.

Bilim | Teknoloji | Mühendislik
Müslüm Güven
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği

Bir Cevap Yazın