İnsanlar her zaman uzayda seyahat etme hayalini kurmuş, bilinmeyen dünyalara ve uzak galaksileri keşfetme arzusuna kapılmışlardır. Uzay seyahatinin en büyük engeli, muazzam mesafeleridir. Bu makalede, uzaydaki devasa mesafeleri ve çeşitli hızlarda uzay araçları kullanarak uzak yıldızlara ve nesnelere ulaşmak için gereken zamanı ele alıyoruz. Uzayın ne kadar geniş olduğunu göstermek için, bazı gök cisimlerine bir araba ve insanlığın inşa ettiği en hızlı uzay aracıyla ulaşmanın ne kadar süreceğini hesapladık. Ayrıca, ışık hızında ne kadar yol alabileceğimizi de hesapladık. Işık hızı uzaya çok uzaklara seyahat etmek için yeterli olmasa da, uzay araçlarının ışık hızından çok daha hızlı hızlara ulaştığı kurgusal Warp sürüşünün yer aldığı Star Trek bilim kurgu dizisine de yöneldik.
Sürekli 130 km/s (80 mph) Hızla Seyahat Eden Bir Araba
Uzayda bir arabayla seyahat edebileceğimizi hayal edelim. Dünyanın birçok ülkesinde otoyollarda maksimum hız sınırı 130 km/s veya 80 mph olduğu için, hesaplamalarımızda bu hızı kullandık. Bir araba nihayetinde Ay'a ulaşabilir ve oraya gitmek yaklaşık 123 gün sürer. Mars'a yolculuk, Dünya'ya en yakın olduğu zaman 48 yıl ve en uzak mesafede 352 yıl alır. New Horizons uzay aracı, güneş sisteminin kenarındaki cüce gezegen Pluto'ya ulaşmak için 9.5 yıl aldı. Bir arabayla bu yolculuk en az 3,750 yıl sürer. Proxima Centauri, Dünya'ya en yakın yıldızdır ve 4.24 ışık yılı uzaklıktadır. Bu yıldıza bir arabayla ulaşmak 35 milyon yıl alır.
Plüton Renkli Kompozisyon. Krediler: NASA/Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı/Güneybatı Araştırma Enstitüsü
Voyager 1 – Uzayda Seyahat Eden En Hızlı İnsan Yapımı Uzay Aracı
1977 yılında fırlatılan Voyager 1, insanlık tarafından yaratılan en hızlı uzay aracı olup, uzayda yaklaşık 61,000 km/s (yaklaşık 38,000 mil/saat) hızla seyahat etmektedir. Ancak, Voyager 1 şimdiye kadar inşa edilen en hızlı uzay aracı değildir. Parker Güneş Probu, 700,000 km/s (yaklaşık 430,000 mil/saat) hızlara ulaşabilir, ancak bu hız yalnızca Güneş'e en yakın geçtiğinde, Güneş'in yer çekimini kullanarak hızlandığında elde edilir. Öte yandan, Voyager 1 uzayda seyahat etmekte ve şu anda en uzak insan yapımı nesnedir.
Voyager 1'in Yıldızlararası Uzaya Girişi Sanatçı Tasviri. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Peki, Voyager 1 ne kadar hızlı ve geniş kozmik mesafeleri kat etmek ne kadar zaman alır? Voyager 1, mevcut hızıyla Ay'a yaklaşık 6 saatte ulaşabilir. Dünya'dan Mars'a, Mars Dünya'ya en yakın olduğunda kabul edilebilir bir şekilde 37 gün sürer ve uzak Pluto'ya yolculuk sekiz yıl alır. Proxima Centauri'ye, Dünya'ya en yakın yıldız, ulaşmak ise şaşırtıcı bir şekilde 75,000 yıl alır. Bu hesaplamalardan, mevcut teknolojik yeteneklerimizin yalnızca insan mürettebatsız olarak güneş sistemini keşfetmek için yetersiz olduğu anlaşılmaktadır. Belki de yakın gelecekte, Dünya'ya en yakın gezegen olan Mars'a bir mürettebat gönderebiliriz. Şimdilik, teknolojimiz en yakın yıldızlara uzay sondaları göndermek için yeterince gelişmiş değil.
Işık Hızında Seyahat
Boşluktaki ışık hızı yaklaşık 299,792 km/s (yaklaşık 186,282 mil/s) olup, yaklaşık 1.08 milyar km/saat (yaklaşık 671 milyon mil/saat) eşdeğerdir. Fizik yasalarına göre, Einstein'ın görelilik teorisi tarafından tanımlandığı gibi, bu mümkün olan en yüksek hızdır.
Galaksi Merkezinde Bir Yıldız Kazanı. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Görelilik teorisine göre, kütleye sahip nesnelerin, uzay araçları veya insanlar gibi, ışık hızında seyahat etmesi teorik olarak imkansızdır. Bir nesnenin hızı arttıkça, kütlesi etkili bir şekilde büyür ve daha fazla ivmelenmek için her zaman daha fazla enerji gerektirir. Kütleli bir nesneyi ışık hızına çıkarmak için sonsuz enerji gerekecektir; bu da mevcut bilimsel anlayışa göre böyle bir seyahati imkansız kılar.
Fizik yasalarını bir an için göz ardı edelim ve ışık hızında seyahat etmenin mümkün olduğunu varsayalım. Eğer insanlık ışık hızında seyahat edebilen bir uzay aracı bulundursaydı, uzayda ne kadar ilerleyebilirdik? O zaman evrenin tamamı erişimimiz dahilinde mi olurdu? İşte hesapladıklarımız.
Işık hızında, Ay'a ulaşmak sadece 1.28 saniye, Mars'a ulaşmak 3 dakika ve Pluto'ya ulaşmak 4 saat alır. Işık hızı, güneş sistemi içinde hızlı seyahat için ideal olurdu. Ama ışık hızı, yıldızlararası seyahat için yeterli mi? Bizim en yakın yıldızımız olan Proxima Centauri, 4.24 ışık yılı uzaklıktadır. Bu, ışığın Proxima Centauri'ye ulaşmasının 4.24 yıl sürdüğü ve dönüş yolculuğunun da aynı süreyi alacağı anlamına gelir. Bu tür yolculuklar, insan mürettebatıyla mümkün olabilir, ancak böyle bir uzay aracındaki yolcular, hayatlarının önemli bir kısmını uzayda geçirmek zorunda kalacaklardır.
Dünya'dan yaklaşık 15 ışık yılı mesafede yaklaşık 50 yıldız bulunmaktadır. Işık hızında seyahat edebilen bir uzay aracı, bu uzay parçasını keşfetmemizi sağlar, muhtemelen insansız sondalarla. Işık hızının en yakın yıldızlara seyahat için yeterli olduğunu, ancak Samanyolu'muzun veya diğer galaksilerin uzak köşelerine seyahat etmenin, bu tür yolculukların alacağı süre nedeniyle imkansız olacağını sonucuna varabiliriz.
Örneğin, en yakın kara delik olan V616 Monocerotis, Dünya'dan 3.300 ışık yılı uzaklıktadır, bu nedenle ışık hızında ulaşmamız da aynı kadar yıl alır. Açıkça, böyle bir yolculuk mümkün veya mantıklı değildir.
Galaksimizin merkezine ulaşmak 26.000 yıl alırken, en yakın sarmal galaksi olan Andromeda'ya yolculuk ise inanılmaz bir şekilde 2.537 milyon yıl sürecektir.
Işıktan Daha Hızlı Seyahat
Dünyaca ünlü bilim kurgu serisi Star Trek'te, uzay gemileri ışık hızından çok daha hızlı seyahat eder. Bu, kurgusal bir warp motoru sayesinde mümkündür. Star Trek'teki warp motoru, uzay gemilerinin etrafında uzay-zamanı bükerek ışık hızından daha hızlı seyahat etmelerini sağlar. Bu şekilde, gemi uzay içinde ışık hızından daha hızlı seyahat etme yasasını ihlal etmez, ancak etrafındaki uzay-zamanı hareket ettirir. Bu motor kurgusal olsa da, bilim insanları benzer bir fikir temelinde bir teorik model geliştirmiştir.
Alcubierre Motoru, uzay-zamanı bükerek ışık hızından daha hızlı seyahat etme yöntemini öneren teorik bir kavramdır. Bu fikre göre, bir uzay aracı aslında ışık hızından daha hızlı seyahat etmeyecek, ancak kendisinin etrafında uzay-zamanı önünde büzerek ve arkasında genişleterek bir "balon" yaratacaktır. Bu şekilde, gemi, balonun içindeki uzaya göre sabit kalırken uzay-zaman içinde etkili bir şekilde hareket eder. Bunun çalışabilmesi için, teori negatif enerjiye sahip egzotik maddeye ihtiyaç duyulduğunu önermektedir; bilim insanları henüz bunu bulamamış veya yaratamamıştır. Alcubierre Motoru hakkında daha fazla bilgi için buraya göz atabilirsiniz.
Star Trek ve Warp Motoru
Bilim insanları henüz Alcubierre Motoru inşa etme konusundaki tüm engelleri aşamamışken, Star Trek'e ve warp hızındaki seyahate geri dönelim. Star Trek'te, uzay gemileri warp motorları kullanarak seyahat ediyordu. Teknoloji geliştikçe, warp hızları da daha hızlı hale geldi. Warp 1, ışık hızına eşittir; Warp 2, ışık hızının on katıdır; Warp 3, 39 kat daha hızlıdır ve bu şekilde devam eder. Maksimum hızları hakkında veriler mevcut olan Star Trek'ten üç ünlü uzay gemisi seçtik. Seri içindeki uzay gemileri sürekli olarak maksimum warp hızında seyahat edemese de, hesaplamalarımız için sahip oldukları maksimum hızları kullanacağız.
Kaptan Jonathan Archer'ın Uzay Gemisi Star Trek: Enterprise
Bu geminin adı NX-01. Enterprise serisindeki ilk gemidir ve uzayı keşfetmekte ve gelecekteki Federasyonun temellerini atmakta kritik bir rol oynamıştır. Maksimum hızı Warp 5'tir, bu da ışık hızının 214 katıdır. Bu Enterprise ile, Dünya'dan Pluto'ya ulaşmak sadece bir buçuk dakika alır. En yakın yıldız olan Proxima Centauri'ye ulaşmak yedi gün, en yakın kara delik olan V616'ya ulaşmak ise 15 yıl alır. Galaksimizin merkezine ulaşmak tam 121 yıl alırken, Andromeda'ya seyahat etmek inanılmaz bir şekilde 11,853,271 yıl sürer.
Bu gemi maksimum hızda 30 günde yaklaşık 17 ışık yılı kat edebilir. Dünya'nın 17 ışık yılı içinde yaklaşık 50-60 yıldız sistemi ve yaklaşık 100 yıldız bulunmaktadır.
Kaptan Jean-Luc Picard'ın Uzay Gemisi Star Trek: The Next Generation
Kaptan Jean-Luc Picard'ın uzay gemisi Star Trek: The Next Generation adlı dizide USS Enterprise (NCC-1701-D) olarak adlandırılmıştır. Bu, Enterprise adını taşıyan beşinci gemidir ve Star Trek franchise'ındaki en ünlü gemilerden biridir. Maksimum hızı Warp 9.6'dır, bu da ışık hızının 1,909 katıdır.
Picard'ın Enterprise'ı Proxima Centauri'ye sadece 19 saat 28 dakikada ulaşır ve kara delik V616 Monocerotis'e ulaşmak yaklaşık bir yıl dokuz ay alır. Galaksimizin merkezine ulaşmak 13 yıl yedi ay sürer ve Andromeda'ya seyahat etmek 1,328 yıl alır.
Bu gemi 30 günde 156 ışık yılı kat edebilir. Dünya'dan 156 ışık yılı uzaklıkta yaklaşık 40,000 ila 60,000 yıldız bulunmaktadır.
Kaptan Kathryn Janeway'ın Uzay Gemisi Star Trek: Voyager
Kaptan Kathryn Janeway'ın uzay gemisi Star Trek: Voyager dizisinde USS Voyager (NCC-74656) olarak adlandırılmıştır. Delta Dörtlüsü'ndeki misyonu ile tanınan bir Intrepid sınıfı gemidir. Maksimum hızı Warp 9.975'tir, bu da ışık hızının 5,126 katıdır. Voyager, Proxima Centauri'ye sadece 7 saatte ulaşır. Kara delik V616'ya ulaşmak yedi ay, galaksimizin merkezine ulaşmak ise beş yıl alır. Andromeda hala ulaşılamaz durumda ve bu uzay gemisinin oraya ulaşması 495 yıl alacaktır.
Maksimum hızda, bu uzay gemisi 30 günde 421 ışık yılı kat edebilir. Dünya'dan 421 ışık yılı uzaklıkta yaklaşık 1.25 milyon yıldız bulunmaktadır.
Uzay Seyahati'nin Geleceği
Uzayın genişliği, uzay seyahati için sınırlayıcı bir faktördür. Şu anda inşa ettiğimiz uzay araçları, Güneş Sistemi'nin uzak bölgelerine ve Pluto gibi nesnelere 10 yıl veya daha fazla bir sürede ulaşabilir. Yıldızlararası seyahat şu anda mümkün değil, çünkü en hızlı uzay aracımızın en yakın yıldıza ulaşması ve geri dönmesi 150.000 yıl alır. Şimdilik, Güneş Sistemi içinde seyahat etmekle sınırlıyız. Yıldızlararası seyahat için teknolojimizin, bir probenin en yakın yıldıza yaklaşık 20 yılda ulaşabilmesi için ışık hızının en az %20'sine ulaşması gerekecek. Güçlü lazerler kullanarak Dünya'dan hızlanacak böyle bir uzay aracı inşa etme planları var, ancak böyle bir probenin toplayacağı veriler için başka dört yıl beklememiz gerekecek.
Samanyolu galaksisi ve komşusu Andromeda galaksisi. Kredi: NASA Goddard
En yakın yıldızları başarılı bir şekilde keşfetmek için ışık hızına yakın bir hıza ihtiyacımız olacak. Bu, Dünya'dan 15 ışık yılı uzaklıktaki yaklaşık 50 yıldızı bilimsel araştırmalar için erişilebilir kılacak, ancak bu tür yolculuklar oldukça uzun olacak ve probalardan veri almak on yıllar sürecek. Uzay o kadar geniş ki, ışık hızında seyahat edebilen uzay araçları bile yalnızca en yakın yıldızları keşfetmemize izin verecektir.
Işık hızının ulaşılması imkansızsa ve ışık hızından daha hızlı seyahat mümkün değilse, gelişmiş bir dünya dışı uygarlıkla karşılaşma olasılığı son derece düşüktür. Evren bir yaşam bütünlüğü olabilir, ancak uzaydaki muazzam mesafeler, uygarlıklar arasında iletişimi neredeyse imkansız hale getiriyor, en azından evrenimizin bu kısmında. İstisna, yıldızların 0.1 ışık yılı kadar yakın olabileceği yıldız kümeleri içindeki yıldızlar olabilir. Ancak, böyle küçük bir mesafe bile bizim gibi bir uygarlık için inanılmaz derecede büyüktür. Voyager 1, 0.1 ışık yılı uzaklıktaki bir yıldıza ulaşmak için yaklaşık 1,769 yıl alacaktır.
Işık Hızından Daha Hızlı Seyahat Mümkün mü?
Teorik olarak, ışık hızından daha hızlı seyahat büyüleyici, ancak mevcut bilim yasalarına, özellikle Einstein'ın görelilik teorisine göre, kütlesi olan nesnelerin ışık hızından daha hızlı hareket etmesi imkansızdır. Ancak, birkaç teorik fikir bu sınırlamanın "aşılabileceğini" önermektedir:
Alcubierre İtici
1994 yılında fizikçi Miguel Alcubierre tarafından önerilen bu kavram, bir uzay aracının etrafında, uzay-zamanın sağlam kaldığı bir "baloncuk" yaratmaya dayanıyor. Baloncuk, geminin önündeki alanı daraltacak ve arkasındaki alanı genişletecek, böylece ışık hızından daha hızlı seyahat etmeyi mümkün kılacaktır. Uzay aracı gerçekte uzayda ışık hızından daha hızlı hareket etmeyecek, ancak etrafındaki uzay bükülecektir. Sorun, bunun negatif enerjiye sahip egzotik madde kullanımını gerektirmesidir; bu henüz kanıtlanmamış veya keşfedilmemiştir.
Kara Delikler
Kara delikler, evrenin uzak noktalarını bağlayabilecek, uzay-zaman içinde varsayımsal tünellerdir. Bir kara delikten geçmek, bir yolcunun iki nokta arasındaki tüm mesafeyi kat etmesine gerek kalmadan uzayda etkili bir "kestirme" yapmasına olanak tanıyabilir.
Kara delikler, genel görelilik içinde matematiksel olarak mümkün olmasına rağmen, var olduklarına veya pratik kullanım için yeterince uzun süre stabil kalabileceklerine dair hiçbir kanıt yoktur. Ayrıca, bakımlarının egzotik madde gerektirebileceği düşünülmektedir.
Tachyonlar
Teoriye göre, tachyonlar her zaman ışık hızından daha hızlı hareket eden varsayımsal parçacıklardır. Ancak, varlıkları kanıtlanmamıştır. Eğer tachyonlar var olsaydı, neden-sonuç gibi bazı temel fizik yasalarını ihlal ederlerdi ki bu da zaman geriye gitme gibi paradokslara yol açabilir.
Savaş Kaldırıcı (Warp Drive)
Star Trek'te, savaş kaldırıcı, uzay aracının geleneksel anlamda ışık hızından daha hızlı hareket etmediği, bunun yerine etrafındaki uzay-zamanı bükerek hareket ettiği Alcubierre Kaldırıcı'sına benzer bir kavram kullanır. Kurgusal olmasına rağmen, bu fikir gerçek dünya fizikçilerini uzay-zamanı bükme olasılıklarını keşfetmeye teşvik etmiştir.
Kuazikristal Alanlar veya Yüksek Boyutlar
İpucu teorisi gibi bazı teorilerde, evrenin algılayabildiğimizden daha fazla boyutu olduğu öne sürülmektedir. Yüksek boyutlar arasında seyahat etmek, üç boyutlu uzayda "kestirmeler" yapmaya olanak tanıyabilir. Bu fikir hala oldukça spekülatif olsa da teorik olarak ilgi çekicidir.
Bu fikirler ilginç olsa da, çoğu hâlâ teori ve bilim kurgu alanındadır. Şu anda, ışık hızından daha hızlı seyahat gerçekleştirmek için gerekli teknoloji veya malzemelere sahip değiliz, ancak egzotik madde, uzay-zaman ve kuantum fiziği üzerine devam eden araştırmalar, gelecekte yeni olasılıklar sunmaya devam etmektedir.