ışık
Türkçe ışık kelimesinin İngilizce karşılığı.n. light, gleam, lamp, luminary
pref. photo
Durgun kütlesi sıfırdır; boşlukta sabit hızla gider; etkileşmelere parçacık olarak girebilir ancak dalga olarak yayılır; E=h.v , p=h? ve E=p.c bağlantılarına uyar; kütlesi sıfır olduğu halde diğer parçacıklar gibi kütle çekiminden bile etkilenir.
Bilim adamları ışığın bir tür elektromagnetik olduğunu düşünüyorlardı ve içleri rahattı ki Max Planck bazı deneylerde ışığın tanecikmiş gibi davrandığını fark eddinceye dek. Işık sanki devamlı dalga değilde,enerji paketçikleri olarak geliyordu. Einstein ve Planck bu enerji paketçiklerini ışık kuantumu veya foton olarak adlandırdılar. Fotonlar sanki birer parçacıklarmış gibi davranıyorlardı. Rölativite teorisine göre,bir parçacığın ışık hızında gidebilmesi için kütlesinin sıfıra eşit olması gerekiyordu. Demek ki ışığın enerjisi sadece kinetik enerjiydi; kütlesinden kaynaklanan hiçbir enerjisi yoktu. Günümüzde ışığın, dalga özelliği gösteren fotonlar olduğu kabul ediliyor. Yayılırken ya parça ya dalga özelliğini gösterir,ama kesinlikle ikisini bir arada değil!! Bazen dalga bazen parçacık olarak yayılır ışık; ama hangi hallerde parçacık hangi hallerde dalga olarak yayıldığı konusunda hiç bir bilgimiz yok. Ama şunu biliyoruz ki biz onu dalga olarak görmek istiyorsak dalga, parçacık olarak görmek istiyorsak parçacık olarak davranır bize karşı.
Işığın yapısı: Işığın ilk teorileri metafizik fikirlerin tesiri altında o kadar kalmıştı ki, ışığı anlamada bu fikirler herhangi bir fayda getirmemiştir. On yedinci yüzyılda Avrupa’da genel kanaat, ışık kaynağından göze bir şey taşındığı veya yayıldığı şeklindeydi. Bu tür düşünce tarzı iki farklı fikrin meydana gelmesine sebeb oldu. Bunlardan birincisi; “Işık, doğru boyunca çok hızlı hareket eden küçük zerreciklerden ibarettir.” şeklindeydi. Bunu destekleyen en yaygın gözlem, ışığın önüne konan cisimlerin gölgelerinin meydana gelmesiydi. İkinci hipotez ise, ışığı bir dalga şeklinde kabul etmekteydi. Bunu destekleyen gözlem ise, birbirlerini kesen iki ışık hüzmesinin birbirlerinden etkilenmemeleriydi. Bu hipoteze göre ışık eğer maddeciklerden (zerreciklerden) ibaret olsaydı, söz konusu iki ışık hüzmesinin birbirinden etkilenmeme halinin mümkün olmayacağı düşünülmekteydi. Ancak bu ilk fikirler, uygun matematik metodlarının ve deney tekniklerinin eksik olması sebebiyle ilerleme gösterememiştir.
Isaac Newton (1642-1727) beyaz güneş ışığının kırmızıdan mora kadar tam bir renkler grubundan ibaret olduğunu göstermiştir. Bu konuda Newton’dan çok önceleri, İslam aleminin yetiştirdiği fen alimlerinden İbn-i Heysem (965-1051)de çalışmalar yapmıştır. Hatta ekseri ilim adamları onun modern anlamdaki geometrik optiğin kurucusu olduğunu, ışığın yansıma ve kırılma kanunlarını ilk defa bulduğunu kabul etmektedirler. Newton, ışığın kırılmasını, daha yoğun bir ortama girerken ışığı meydana getiren parçacıkların hızının arttığı şeklinde açıklamıştır. Ayrıca, ışığın, saydam ortamların yüzeyinden kısmen yansıyıp kısmen de kırılmasını, ışık taneciklerinin zamanla periyodik olarak değişen bir özelliği olduğunu kabul ederek açıklamaya çalıştı. Kendi adı verilen ve bir girişim olayı olan Newton halkalarını ilk defa bulduysa da, bunların dalga teorisindeki önemini fark edememiştir. Newton’un bu tanecik teorisi ışığın bir engele rastlayınca kırınıma (difraksiyon) uğraması ve benzer olayları açıklamaktan uzak kalmıştır.
Newton ile aynı devrede yaşayan Christian Huygens (1629-1695) yaptığı çalışmalarıyla, dalga teorisini kabul edilen seviyeye getirmiştir. Huygens prensibi olarak isimlendirilen basit bir ilkenin kabulü ile yansımayı, kırılmayı ve tam yansımayı açıklamak mümkündü. Kendisi aynı zamanda çifte kırılmayı incelemiş ve bu olayı doğru bir şekilde açıklamak için ilk temeli atmıştır. Huygens’in ışığın kırılmasını açıklamasında, ışık hızının yoğun ortamda havadakine göre daha az olduğunu kabul etmek gerekiyordu. (Bkz. Huygens, Christian).
Optik ilmi, 19. yüzyıla kadar önemli bir ilerleme kaydetmemişti. 1801’de Thomas Yougn aynı bir yüzeye düşen ışık ışınlarının birbirlerini yok edebilip, karanlık bölgeler meydana getirebileceğini göstermiştir. Bu ise dalga teorisini desteklemekteydi. Çünkü iki parçacık akışının birbirlerini yok edebileceği mümkün görülmemekteydi. Young, ışık dalgalarının titreşimlerinin birbirine ve hareket doğrultusuna dik olduğunu öne sürmüştür. Bu şekilde ışığın polarizasyonunu açıklamaya çalışmıştır.
Augustin Fresnel’in de çalışmalarıyla dalga teorisi daha çok rağbet gördü. Kendisi ayrıca ışık hızının yoğun ortamlarda daha düşük olduğunu deneysel olarak göstermiştir.
Bu arada elektrik ve manyetizma konusunda da ilerleme kaydedilerek ikisini bir teoride toplama çalışmaları ilerlemiştir. 1864’te bir İngiliz fizikçisi olan James Clerk Maxwell, yeni bir teori ortaya atarak, elektrik ve manyetik olaylarını beraberce açıkladı. Tamamen teorik yolla, bir elektrik devresinin bazı durumlarda enine dalgaları uzaya yayacağını ortaya koydu. Buraya kadar Maxwell’in teorisinin ışıkla, doğrudan bir ilgisi yoktur. Ancak, ışığın ölçülen hızının, sadece manyetik ve elektrik ölçülerden elde edilen teorik elektromanyetik dalgalarının hızı ile aynı olduğu bulundu. Yaklaşık yirmi yıl sonra Heinrich Hertz, elektromanyetik dalgalar üzerine yaptığı deneylerden, bunların ışık dalgaları ile aynı özelliğe, fakat buna karşılık daha büyük dalga boylarına sahib olduklarını gösterdi. Bunlar ve diğer bir çok fizikçiler ışığın bir elektromanyetik radyasyon olduğunu ortaya koydu.
Dalga olarak ışık: Işığın dalga şeklindeki yapısı gözlendikten sonra, sorular dalganın ne olduğu konusuna yöneldi. Bütün mekanik dalga hareketleri, bir ortamın düzenli periyodik titreşimini gerektirdiğinden, ışığın boşlukta da yayılması için maddi bir ortamın bulunması gerektiği sonucuna vardılar. Böylece tamamen tasavvur olan Ether’invarlığını kabul ettiler. Kabullere göre Ether, bütün uzayı doldurmakta ve elektromanyetik dalga yayılışını mümkün kılmaktaydı.
Diğer tür dalga hareketleri ile ışığınki kıyaslanarak, dünyanın Ether içindeki hareketinin, hareket yönünde ve ona dik yönde ışığın hızını değiştireceği sonucu ortaya kondu. Ancak 1887’de yapılan hassas deneyler böyle bir farklılığın olmadığını ve ışığın her yöndeki hızının aynı olduğunu gösterdi. Bu elde edilen sonuç Albert Einstein’in “İzafiyet Teorisi” (Rölativite Teorisi)nin doğmasına sebeb oldu.
Enerji parçacığı olarak ışık: Bu arada dalga teorisiyle açıklanamayan bazı olaylar ortaya çıktı. Atom fiziği ile ilişkili olan bu deneyler ise ışığın foton, (enerji yüklü parçacıklar) şeklinde yayıldığına işaret etmekteydi. Bu ise eski teoriye dönüşü gerektirmekteydi. Ancak, bu ikisi Kuantum Teorisi’yle bir araya getirilmiştir (Bkz. Kuantum). Kuantum Teorisi, dalga teorisinde değişiklik meydana getirmemekte, ışık yayılışında, dalga biçiminde olduğu halde, maddeyle olan karşılıklı ilişkilerinde enerji kuantası şeklinde davranmaktadır.
Işığın hızı: İlk ölçümler, ışığın hızının, sesinkinden çok fazla olduğunu ortaya koymakla kaldı. İlk başarılı ölçüm 1676’da Danimarkalı astronom Roemer tarafından yapılmıştır. Jüpiterin uydularının bazan yavaş ve bazan hızlı hareket ettiklerini gözlemiş ve bunun Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafenin değişmesinden olduğunu keşfetmişti. Bu kabullerle yaptığı hesaplar sonucu ışığın yaklaşık olarak dünyanın yörüngesinin çapı olan 300.000.000 km’yi 1000 saniyede aldığını gözlemiştir. 1849’da A.H.L. Fizeau yaptığı deneyde ise, ışık sürekli açılıp kapanan bir delikten geçirilmekte ve uzak bir aynadan yansıtıldıktan sonra, tekrar eğer delik açık ise, ışık geçebilmekte, yoksa arada kalmaktadır. Fizeau, bir dişli çarkı çevirerek dişlerinin arasındaki aralıkları açılıp kapanan delik olarak kullanmıştır. Işık bir aradan geçip aynaya gitmekte ve aynadan yansıyıp geldiğinde, çarkın devri uygun olduğunda, müteakip aralıktan geri dönmektedir. Mesafe ve çarkın dönme hızının bilinmesiyle ışık hızı hesaplanabilir. Fizeau, yaptığı hesaplar sonucunda ışığın hızını saniyede 313.300 km olarak ortaya koymuştur.
1862’de J. B.L. Foucault, Fizeau’nun deney düzenini geliştirmiş, dönen dişli çark yerine dönen ayna kullanarak hızı, saniyede 298.000 km olarak bulmuştur.
Daha sonra yapılan ölçümler ışığın, boşluktaki hızının 299.792 km/saniye olduğunu ortaya koymuştur. Işığın boşluktaki hızı, diğer bütün ortamlardaki hızlarından daha büyüktür. Bu hız, camdaki hızının 1,5-1,8 katı ve sudaki hızının 1,33 katı civarındadır.
Işık ve renk: Renk terimi iki anlamda kullanılır. Fizik bakımından dalgaların frekansları ve şiddetleriyle belirlenir. Fizyolojik bakımdan göze gelen bu dalgalar tarafından uyandırılan etkiye bağlıdır. Görünür ışınlar, yaklaşık olarak 4000-7000 Angstrom dalga boyları arasındaki ışınlardan meydana gelir. Bu ışınlar; kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mordan hasıl olan bir spektrum tayfı meydana getirirler. İnsan gözü en çok sarı-yeşil (5500 A°) ışığa duyarlıdır. Ultra-viole (morötesi) ışınları 4000 Angstromdan 3000 Angstroma kadar uzanır. Enfraruj (kızılötesi) ışınları 7000-15000 Angstrom arasında yer alır.
Güneş ışığı, yani beyaz ışık saydam bir prizmadan geçirilerek ekran üzerine düşürülürse, ekran üzerindeki ışığın beyaz olmadığı ve gökkuşağındaki yedi renge ayrıldığı görülür.
Beyaz ışığın prizmadan geçerken yedi değişik renge ayrılmasının sebebi, beyaz ışığı meydana getiren farklı dalga boylarındaki renklerin prizmadan geçerken değişik oranlarda kırılarak birbirlerinden ayrılmasıdır. Bundan da anlaşılacağı gibi beyaz ışık, tek bir renk değil, bir çok renklerin birleşmesinden meydana gelen bir renktir.
Işık kaynağı olmayan cisimlerin renkleri, üzerlerine düşen ışığın rengine bağlı olarak değişir. Bir cismin rengi, beyaz ışık içindeki renklerden geçirdiği veya yansıttığı renktir.
Renkler Yaklaşık
Dalga Boyları
æææææææææææææææææææææææææ
Mor3800-4400 A°
Lacivert4400-4800 A°
Mavi4800-5200 A°
Yeşil5200-5600 A°
Sarı5600-5900 A°
Turuncu5900-6300 A°
Kırmızı6300-7800 A°
Işık renk niteliği: Fotoğrafçılık alanında ışık kaynaklarını birbirinden ayıran özellik, sağladıkları ışık miktarı olduğu kadar, sağladıkları ışığın renk niteliği, kısacası verdikleri ışığın sarımsı veya mavimsi nitelikte olmasıdır.
Günümüzde fotoğrafçılıkta aydınlatma amacıyla tungsten fitili, elektrik lambaları, elektronik flaş, gün ışığı, lamba ışığı, neon ışınları vb. değişik ışık kaynakları kullanılmaktadır. Bu aydınlatma kaynaklarının her birinin sağladığı ışık, renk niteliği bakımından birbirinden farklıdır.
Görünür spektrumun kırmızı, yeşil ve mavi olmak üzere üç ana banda ayrıldığı göz önüne alınırsa bir ışık kaynağının verdiği ışığın renk niteliği kırmızı, yeşil ve mavi ışınların % oranlarıyla tanımlanabilir. Normal gün ışığında üç ana rengin eşit oranlarda bulunduğunu farz edersek, yaklaşık ve basit bir analiz bize şu değerleri verir:
Işık Kaynağı Mavi Işık Yeşil Işık Kırmızı Işık
Gün ışığı% 33% 34% 33
Berrak flaş lambası% 26% 34% 40
Ptotoflood% 21% 34% 45
Normal ev lambası% 11% 34% 55
Renk ısı derecesi: Işık kaynaklarının renk niteliği, sağladıkları ışığın renk ısı derecesiyle tanımlanır. Renk ısı derecesi birimi Kelvin’dir (°K). Renk ısı derecesinin özellikle renkli fotoğrafta büyük önemi vardır. Renkli filmler ancak belirli renk ısı derecelerindeki ışık şartlarında konunun renklerini aynen tesbit etmek üzere hazırlanmıştır. Renk ısı derecesi farklı bir ışık altında elde edilecek görüntünün renk tonu, gerçek renk tonundan farklı olur.
İnsan gözünün farklı renk ısı derecelerine büyük bir uyum kabiliyeti vardır. Beyazdan biraz farklı ışığı beyaz ışık olarak kabul edebilir. Bir ışıktan diğerine geçme durumunda uyum çok kısa zamanda olur. Genellikle bilinç üstü bir etki uyandırmaz. Gündüz pencereden gün ışığı gelirken, elektrik lambasının turuncu bir ışık verdiği görülür. Aynı şekilde elektrik lambasıyla aydınlatılmış bir odadan aya bakıldığında, ay mavimsi renkte görülür.
Gün ışığında kullanılmak üzere hazırlanmış renkli bir film, gün ve ay ışığını beyaz, tungsten elektrik lambası ışığını ise turuncu olarak tesbit eder. Bu tip film tugnsten lambası ışığında kullanılırsa beyaz olarak gördüğümüz cisimler, fotoğrafta turuncu renkte, diğer renkli cisimler de turunculaşmış olarak görülür. Renkli fotoğrafçılıkta bunu önlemenin iki yolu vardır; ya film, hazırlandığı ışık şartlarında kullanılır veyahut farklı ışık şartlarında kullanılıyorsa, objektif önüne takılan özel düzeltme filtreleri yardımıyla, renk filmin hazırlandığı ışık şartına çevrilerek kullanılır.
Renk ısı derecesinin ölçülmesi için “Color Temperature Meter” denilen ve ilke olarak pozometreye benzeyen aletlerden istifade edilir.
Gün ışığı niteliğinin geçirdiği değişmeler: Güneş doğduktan sonraki ve batmadan önceki bir saat içinde güneş ışınları atmosferde daha çok dağılır. Beyaz ışığı meydana getiren spektrumun çeşitli bantlarının dağılmaları farklı olur. En çok mavi ışığın dağılması sebebiyle bu saatlerde gün ışığında mavi ışık miktarı çok azalır. Yeşil ışık, mavi kadar dağılmamış olmakla birlikte gene de azdır. Bu saatlerde çekilen fotoğrafta konunun direkt ışık alan kısımları normal renginden daha turuncumsu-sarımsı görünüştedir. Konunun direkt ışık almayan kısımları da anormal olarak mavi çıkar.
Ana kural olarak, güneşin ufuk çizgisinden 15°-20° den daha yüksek olmadığı durumlarda, çekilecek fotoğraflar sıcak renk balansında çıkar. Bulutlu veya puslu bir günde, büyük beyaz bulutlar veya pus, gün ışığını konunun gölgeli kısımlarına yansıtırlar. Böylece gökte hiç bulut olmadığı zaman çekilen fotoğraflarda konunun gölgeli kısmında meydana gelen maviliği azaltırlar. Konunun renklerinin gerçeğe en yakın şekilde tesbit edilmesi istenildiğinde, puslu, güneşli günler seçilmelidir.
Diğer taraftan tamamen kapalı bir günde bu iki ışık kaynağı ortadan kalkmış, bunun yerine yaygın ışık veren tek bir ışık kaynağı meydana gelmiştir. Böyle bir günde çekilen renkli fotoğrafta, gölgelerin veya güneşle aydınlanmış parlak kısımların olmayışı fotoğrafta cansızlık meydana getirir.
Bulutsuz bir günde, gün ışığının renk ısı derecesi daha yüksektir. Açık havada bir konunun gölgede kalan kısımları sadece çevreden yansıyan ışınlarla ve gök yüzünden düşen ışınlarla aydınlatılmıştır. Bu sebeple gölgede bulunan konuların fotoğrafları çekildiğinde mavimsi renk niteliğinde olduğu görülür.
Işığın yutulması, yansıması ve kırılması: Işık bir yüzeye çarptığında, yüzeyin özelliğine göre yutulur, yansıtılır veya kırılarak cismin içinde iletilir. Hemen hemen hiç yansıtmayan siyah kadife gibi yüzeylerde ışığın yutulması açıkça görülür.
Yüzeyin rengi koyulaştıkça daha çok, açıldıkça daha az ışık yutar. Parlak yüzeyler mat ve pürüzlü yüzeylerden daha az ışık yutarlar. Çok ışık yutan yüzeylerin görülebilmeleri ve fotoğraflarının çekilebilmeleri için daha çok ışık gerekir. Aynada veya parlatılmış yüzeylerde yansıma düzenli olur. Düzgün olmayan yüzeylerde yansıma gelişi güzeldir. Bazı cisimler beyaz ışıkta bakıldığında spektrumun kendi rengi olan kısmını yansıtması ve tamamlayıcı renkleri tutması sebebiyle renkli görünürler ve fotoğrafları çekilebilir.
Saydam bir cisme çarpan ışınların bir kısmı yansır, bir kısmı da cismin içine girip geldiği doğrultudan biraz kayarak yoluna devam eder. Işığın bu şekilde yol değiştirmesine kırılma denir. Işığın kırılması, içinden geçtiği cismin kırılma indisine bağlı olarak değişir. Suyun kırılma indisi 1.33’tür. Camın kırılma indisi bileşimine bağlı olarak 1.5-1.9 arasında değişir.
Aydınlatma ve aydınlanma şiddeti: Üzerlerine ışık düşen bütün cisimler aydınlanırlar. Aydınlanma şiddeti, cismin yüzeyine gelen ışınların “gelme açısı”na, ışık kaynağına olan uzaklığına ve ışık kaynağının şiddetine bağlıdır. Aydınlatma birimi olarak mum-metre veya lüks kullanılır. Bu birim, bir mum şiddetindeki ışık kaynağından bir metre uzaklıkta olan bir metre karelik yüzeyin aydınlanma miktarını gösterir. Bir yüzeye ne kadar çok ışık düşerse aydınlanma o kadar çok olur. Aydınlatma şiddeti cismin ışık kaynağına olan uzaklığının karesiyle ters orantılıdır.
Evlerde aydınlatma amacıyla kullanılan tungsten fitilli elektrik lambalarının her wattı, bir mumdan biraz daha çok ışık verir. Mesela, 75 watt’lık bir lambanın ışık şiddeti yaklaşık olarak 83 mumdur. Fluoresans lambalarının ışık şiddeti yüksektir ve watt başına 4 mum kadardır.