fbpx
Connect with us

Astrofizik

KuantumTeorisi: Işınlanmanın garip doğası, tardigradlar ve dolanıklık

Published

on

Ünlü düşünce deneyi Schrödinger ‘in Kedisi, yaratıcısının başlangıçta düşündüğü kadar saçma olmayabilir. 1935’te Albert Einstein ve meslektaşlarının ortaya koyduğu kuantum dolanıklık teorisi,uzak parçacıklar arasında etkileşim olduğunu söyler. Einstein, daha en baştan bu şekilde garip bir uzaktan etkileşme fikrine sıcak bakmamıştır. Onun düşüncesine göre kuantum karmaşasının varlığı, başlamak için fazla istekli olmadığı kuantum teorisinin bir şekilde kusurlu olduğunu veya henüz tam olarak anlaşılmadığını ifade ediyordu. Kuantum teorisinin ilginç bir konusu olan kuantum dolanıklık, dolanık olan iki parçacıktan birinin sahip olduğu belli özelliklerin diğerinin durumuna bakılarak bilinebileceğini söyler, hatta bu iki parçacık arasında kozmik bir mesafe olsa bile. Tuhaf, değil mi? İşin Einstein için üzücü olan tarafı, kuantum dolanıklığın varlığı birçok defa ispatlanmıştır. Fakat bu ispatlar şimdiye kadar hep atom altı düzeyde yapılmıştır. Kuantum teorisi evrenin en küçük bileşenlerinin nasıl çalıştığını ve atom, molekül, elektron, foton gibi kavramların davranışlarını daha iyi anlamamızı sağlar. Ve bunu çok etkili biçimde yapar: Seçkin fizikçi Richard Feynman kuantum teorisinin New York ile Los Angeles arasındaki mesafeyi saç telinin genişliğine göre ölçmek kadar doğru sonuç vereceğini belirmiştir.Fakat kuantum düzeyindeki parçacıkların davranışları, insan ölçeğindeki objelerin davranışlarından oldukça farklılık göstermektedir. Einstein’a Göre Çok Garip : Kuantum teorisinin kilit ilkelerinden biri, bir parçacığın aynı zamanda birden fazla farklı yerde olabileceği fikridir.İlginç biçimde kuantum parçacıkları, etraflarındaki çevreyle etkileşime girmediğinde veya konumları özel olarak ölçülmeye çalışıldığında belirli bir konuma sahip değiller.Aslında var olan her şey bu parçacıkların belli bölgelerde bulunma ihtimallerinden oluşur. Bu bulunma durumuna süperpozisyon durumu adı verilir. Bu düşünce Schrödinger’in kedisinin aynı anda hem ölü hem de canlı olabileceği fikrini oluşturan temel düşüncedir. Bu bize, “klasik fiziğin” öngörülebilir hassasiyetine uyan günlük makroskobik nesneler ile olasılık kurallarının geçerli olduğu kuantum evrenindeki küçük nesnelerin mikroskobik dünyası arasında şaşırtıcı bir ayrım sağlar. Einstein bu düşünce karşısında öyle dehşete kapılmıştı ki, “Bir fizikçiden ziyade bir kumarhanede, hatta bir oyun evinde çalışan olmayı tercih ederim.” demiştir. Einstein, 1930’larda bu fikre karşı itirazlarda bulunduğunda bu düşünceyi deneysel olarak ispatlamak pek mümkün değildi. Ancak 1970’lerde bu kavram deneysel olarak test edilebilir hale geldi ve o zamandan beri birçok başarılı dolanıklık deneyi yapıldı. Dolanıklığın birkaç tane pratik uygulaması dahi vardır. Bunlardan biri kuantum şifrelemesidir. Bu uygulama ilhamını yaklaşık 100 yıl önce “bir defalık ped” olarak adlandırılan katılmaz bir şifre yaratmak üzere çalışan Amerikan bankacı ve kriptografi uzmanı Frank Miller’dan alıyor.Onun fikri hem gönderene hem de alıcıya rastgele değerlerden oluşan bir anahtar vermekti, ancak bu yaklaşım yüzde yüz güvenli aktarımı sağlamıyordu çünkü bu anahtarın hem gönderene hem de alıcıya gönderilmesi gerekecekti ve böylece ele geçirilebilir olacaktı. Bununla birlikte, kuantum dolanıklığı, geniş ölçüde ayrılmış konumlarda bile otomatik olarak rastgele değerler oluşturduğundan ve ayrıca parçacıkların dolanık durumda olup olmadığını kontrol etmeyi mümkün kıldığından, üçüncü bir tarafın parçacıklar hedeflerine ulaşmadan önce rastgele değerli anahtarı okumasını imkansız kılmaktadır. Çinli araştırmacılar bu prensibi test ettiler ve bulundukları yerden 1.200 kilometre uzaklıktaki mesafelere dolanık fotonlar yolladılar. Işınlanma Cihazı: Kuantum dolanıklık ışınlanmayı da mümkün kılıyor. Dolanma olmadan bir kuantum partikülükopyalamak mümkün değil, çünkü parçacığı gözlemlemek parçacığın özelliklerini özel başka bir duruma değiştirecektir. Fakat kuantum dolanıklık sayesinde bir parçacığın durumu değiştirilmeden başka birine iletilebilir. Bu Star Trek’teki ışınlayıcının küçük ölçekteki versiyonu gibi, gerçek ışınlanma düşüncesi uzaktan kopyalama yapmakla ve onları hareket ettirmeden parçacıkların özelliklerini aktarmakla ilgilidir. Uygulamayı, çok fazla atom içerdiklerinden dolayı insanlar üzerinde kullanmak çok pratik olmayacaktır. Ancak, işlem kuantum bilgisini bir yerden başka bir yere aktarabilir, bu da kuantum bilgisayarları oluşturmak için çok önemlidir. Standart bilgisayarlarda, bitler 0 ya da 1 değerlerine sahiptir. Kuantum bilgisayarlarda bitlerin yerini alan kübitler, 0 ve 1 olasılıklarını eş zamanlı olarak birleştirerek, özel programların geleneksel bir bilgisayarda çalıştığından çok daha hızlı çalışmasını mümkün kılar. Kuantum olayları laboratuvarların dışında günlük hayatta da sürekli meydana gelir. Madde ve başka bir madde veya ışık arasındaki etkileşimler bir kuantum sürecine bağlıdır.Tüm elektronik cihazların çalışması kuantum fenomenine bağlıdır, hatta hidrojen çekirdeklerinin kaynaşmasını ve enerji üretmesini sağlayan kuantum parçacıklarının olasılıklı doğası olmasaydı Güneş bile var olamazdı. Kuantum fenomeninin biyoloji üzerindeki etkisi de anlaşılmaya başlanıyor. Örnek olarak, kuantumun bitkilerin fotosentez sürecinde enerjinin bitkinin uygun kısmına yönlendirilmesi üzerinde de etkisi olduğu biliniyor. Dolanıklık ayrıca güvercinlerin ve kızıl gerdan kuşlarının yönlerini bulabilmesine olanak sağlar. Bu kuşlar, görünüşe bakılırsa gözlerindeki kuantum dolanıklıksayesinde Dünya’nın manyetik alanını sezebiliyorlar. Göze gelen ışık elektronları enerjisini arttırıyor. “Spin” olarak adlandırılan bu elektronlar Dünya’nın manyetik alanındaki küçük değişimlerden etkilenir ve kuantum dolanıklığının kuşun farklı elektronları birbirine bağlayarak bir resim oluşturmasına olanak sağladığı düşünülmektedir.Ölçeği Büyütmek: Peki, kuantum fenomeni atomlar ve moleküllerden büyük nesnelere uygulanabilir mi? Cevap uygulanabileceği yönünde. Delft Teknoloji Üniversitesi’ nden Dr. Simon Gröblacher ve meslektaşları iki mikroskobik silikon çubuğu dolanık hale getirdi. Bu çubuklar 1 metrenin milyonda 10×1×0.5’i boyutunda ve böylece insan saçından daha incedir. İçlerinde lazer ışığından gelen enerjiyi emen ve bu sayede titreşmeyi sağlayan cepler bulunur. Lazer ışığı, çubukların dolanık hale geldiklerinde ki titreşim durumlarına göre yerleştirilir. Bu çok sıradışı. Genellikle bu büyüklükteki nesnelerde, nesnenin içindeki farklı atomlar ve ilişkili olduğu tüm atomlar arasındaki etkileşim, ‘uyumsuzlaşma’ adı verilen bir süreçle sistemdeki dolanıklığı yok eder. Peki bir çift silikon çubuğu dolanık hale getirmek mümkünse bune kadar ileri götürebilir?Yaşayan organizmaları dolandırabilir miyiz? Kuantum biyolojisi yeni yeni gelişmekte olan bir alan, fakat Gröblacher’inki gibi deneylerin ışığında, bazı bilim adamları kuantum etkisini kullanarak yaşayan organizmalar için dolanıklık oluşturmak ve içerinde süper pozisyon durumu yaratmak için deneyler yapıyor. Bir grup insan bunun çoktan olduğunu düşünüyor. 2016 yılında, Sheffield Üniversitesi’nden Dr. David Coles ve meslektaşları yeşil sülfür bakterilerine doğru iki aynanın arasındaki dar aralıkta yansıyan bir ışık gönderdiler.Deney fotosentezi incelemek için tasarlandı, ancak daha sonra verileri analiz ederken, Oxford Üniversitesi’ndeki kuantum fizikçi Dr.ChiaraMarletto liderliğindeki bir grup yeşil kükürt bakterileri içindeki moleküllerin ışığın fotonları ile dolanık hale geldiğini gözlemledi. Dolanıklığı kanıtlamak için foton ve bakteri düzeyinde bağımsız şekilde ölçümler yapılması gerektiği ve bu belirli ölçümlerbu deneyin koşullarında yapılamadığı için kuantum etkisinden yüzde yüz emin olunamamıştır. Marletto bu etkileşimin yaşayan organizmalarda oluşturulmasının, kuantum parçacıklarında oluşturmaktan çok daha zor olduğunu belirtmiştir. Marletto “Kuantum biyolojisinde moleküller çok dağınık ve doğru ölçümler yapmak çok zordur.”diyor. Ayrıca “Tek yapılması gereken tek bur biyomolekülü [biyolojik organizmada bulunan molekül] bakteri içinde izole etmek ve ışıkla dolanıklık kurmasını göstermektir.” diye ekliyor. Gerçek Dünyada Nasıl İşliyor?: Ancak bu tür bir dolanıklık gerçekleşiyorsa bu muhtemelen bakterilerin derin okyanuslardaki kıt ışığı toplamak için kullandıkları bir hayatta kalma mekanizması olabilir. Ve dolanma kanıtlanmış olsaydı, daha fazla olasılık için bir zengin bir kaynağın kapısını açmış olurdu. “Kuantum teorisinin tüm ölçeklerde uygulanıp uygulanmadığı konusunda uzun süredir devam eden bir tartışma var. Deney, canlı varlıklardaki biyomoleküllerin, ışıkla dolanıklık oluşturarak kuantum etkileri göstermeye yatkın olduklarını göstermektedir. Dikkat çekici olan şey ise bakterilerin deney süresince canlı olmasıydı.” diyor Marletto. Fenomeni daha fazla araştırabilmek adına, Marletto’nun meslektaşlarından biri olan Dr. TristanFarrow, bir çift bakteri içerisindeki belli kuantum özelliklerin arasında dolanıklık oluşturmak için bir çalışma önerdi. Başlangıçta tek bir özellikle sınırlı olmasına rağmen, Farrow çalışmanın daha ileri götürülebileceğine inanıyor. Canlı bakterilerde dolanıklık durumunu oluşturmak, bakteriler için ışınlanma uygulamasının uygulanabilirliğini değerlendirmede atılan ilk adım olduğunu söyleyen Farrow, ayrıca “Biyomoleküller gibi büyük, sıcak ve dağınık sistemlerin, canlı organizmaları boş verelim, kuantum durumlarının kayda değer süre geçerliliklerini koruyabilmeleri için uygun olmayan ortamlar olduğu düşünülüyordu. Bunun her zaman doğru olup olmadığını veya bu karmaşık moleküllerin içindeki bazı alt yapıların kuantum durumlarını bu düşmanca çevrelerden koruyup korumadığını bilmiyoruz.” diye ekledi. Bunun için pratik uygulamalar da olabilir. “Biyo-ilhamlı kuantum hesaplama, biyolojiden ilham alan yapay yapıları tersine mühendislik etmeyi amaçlayan araştırmamızın uygulamalı bir yönüdür.” diyor Farrow. “Başlıca bir örnek olarak, belirli fotosentetik moleküllerin güneş ışığından yakalanan enerjiyi taşımak için kuantum süper pozisyonları kullanma şeklinden ilham alan, ışık enerjisini aşırı verimlilikle toplayabilen sentetik bir yaprak düşünülebilir. Gröblacher canlıları içeren deneylerle de ilgilenmiştir.Halihazırda bir nitrür levhasını süperpozisyon durumuna getirmek için çalışıyor. Lazer kullanarak, yaklaşık bir milimetrelik ölçülen, zar zor görünebilen silikon nitrür zarının farklı iki genlikte süperpozisyon durumunda titreştirmek teorik olarak mümkün. Genlik, bir dalga tarafından taşınan enerji miktarıyla ilgilidir ve bozulmamış pozisyondan dalganın tepe noktasına kadar olan ölçümdür. Daha fazla güç uygularsanız tepe – dolayısıyla genlik- artar.  Gröblacher, birkaç sene içerisinde bu süperpozisyon titreşimlerini oluşturabileceklerini düşünüyor. Gröblacher, “bu ince zarlarda oluşan süperpozisyon durumu bize çıplak gözle görülebilen nesnelerin hala kuantum özellikleri gösterebileceğini anlamamızı ve uyumsuzluğu gerçekten test edebilmemizi sağlamıştır – klasik ve kuantum mekaniği arasındaki geçiş,” diyor. Daha sonra, tardigrad aldı verilen küçük canlı organizmaları silikon nitrür zarına koyup süperpozisyon durumuna sokarak deneyi genişletmeyi umuyor. Tardigradların olağanüstü yeteneklerinden biri dedehidre olarak hayatta kalabilmeleridir. Tardigradlar deney sırasında susuz kalmış durumda olacaklardı böylece biyolojileri hiç etkilenmeyecekti.Başarılı olursa Gröblacher’ın tardigradları eşzamanlı olarak iki durumda bulunabilen bir canlıyı görmeye en yakın olduğumuz sonuç olurdu – işte bu gerçek hayattaki Schrödinger ‘in kedisi.
Editör / Yazar: Kaan Berke TÜRKER
Kaynak: https://www.sciencefocus.com/science/quantum-theory-the-weird-world-of-teleportation-tardigrades-and-entanglement/

Advertisement
Click to comment

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Astrofizik

Gezegen Dokuz Yerine Başka Bir Şey Dış Güneş Sisteminde Saklanıyor Olabilir

Published

on

Güneş sisteminin dışına yakın bir yerde, Neptün’ün yörüngesinin ötesinde, bir şeyler oluyor. Birkaç nesne her şeyden farklı şekilde yörüngede dönüyor ve nedenini bilim insanları tarafından bilinmiyor. Popüler bir hipotez, Gezegen Dokuz ismi verilen görünmeyen bir nesnenin burada olabileceği yönünde. Gökbilimciler büyük bir merakla gezegen 9’u arıyor. Fakat şimdi fizikçiler daha makul olduğunu düşündükleri alternatif bir açıklama yaptılar. Yaşanan bu yörüngesel yalpalamalara büyük bir cismin yerine birkaç küçük Kuiper Kemerinin veya trans-Neptunian cisimlerin (TNO’lar) birleşik çekim kuvveti neden olabilir.  Astrofizikçiler, İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nden Antranik Sefilian ve Lübnan’daki Amerikan Beyrut Üniversitesi’nden Cihad Touma’ya bu hipotezi öne sürüyor. Eğer bu fikir tanıdık geldiyse, bunun nedeni Sefilian ve Touma’nın bu fikri düşünen ilk kişiler olmamalarından kaynaklanıyor. Ancak onların hesaplamaları Güneş Sistemindeki diğer sekiz gezegeni dikkate alarak bu nesnelerin garip yörüngelerinin önemli özelliklerini açıklıyor. Gezegen Dokuz hipotezi ilk defa 2016 yılındaki bir çalışmada açıklandı. Kuiper Kuşağı’nda bir cüce gezegen üzerinde çalışan gökbilimciler, birçok TNO’nun, Güneş Sisteminin gaz devlerinin kuvvetli çekimsel etkisinden “koptuğunu” ve Kuiper Kuşağı’nın geri kalanından farklı olan garip döngü yörüngeleri olduğunu fark ettiler. Ancak bu altı nesnenin yörüngeleri de rastgele görünmeyen bir şekilde kümelenmiştir; bir şey onları bu pozisyona çekmiş gibi görünüyordu.  Modellemeye göre, daha önce görünmeyen bir gezegen burada bazı tesirler ortaya çıkarıyor olabilirdi. Şimdiye kadar, bu gezegen belirsiz kaldı. Bu garip bulunabilir. Ancak uzaklığın inanılmaz bir mesafede olması ve aranan cismin tam yerinin bilinmemesi karanlık bir nesneyi görmekte önemli teknik zorluklar yaratıyor. Gezegen Dokuz’un hala bulunamamış olması bilim insanlarını alternatif açıklamalar aramaya zorluyor. Sefilian , ‘Gezegenin Dokuz hipotezi büyüleyici bir şeydir, ancak hipotezlenen dokuzuncu gezegen mevcutsada şu ana kadar tespit edilemedi’ dedi. Bilim insanları diğer hipotez üzerinde de bir çalışma yürütmek istiyor. Sefilian, ‘Dokuzuncu bir gezegenin var olduğunu düşünmek ve onun oluşumu ve sıra dışı yörüngesi hakkında bir sürü endişe taşımak yerine, neden sadece Neptün’ün yörüngesinin ötesinde bir disk oluşturan küçük nesnelerin gravitesini hesaba katmıyor ve bizim için bunun ne anlama geldiğini görmüyoruz’ açıklamasında bulundu. Araştırmacılar, bağımsız TNO’ların, ayrıca Güneş sistemindeki gezegenlerin (ve yerçekimlerinin) bir bilgisayar modelini ve Neptün’ün yörüngesini geçen devasa bir enkaz diski yarattılar.Araştırmacılar diskin kütlesi, eksantrikliği ve oryantasyonu gibi elemanlara twea uygulayarak, ayrılan TNO’ların kümelenmiş halka yörüngelerini yeniden yaratabildiler.  Sefilian , ‘Dokuzuncu Gezegen’i modelden çıkarırsanız ve bunun yerine geniş bir alana dağılmış çok sayıda küçük nesneye izin verirseniz, bu nesneler arasındaki toplu çekim, bazı TNO’larda gördüğümüz eksantrik yörüngeleri kolayca hesaplayabilir’ diyor. Bu, Colorado Boulder Üniversitesi’nden bilim insanlarının geçen yıl kolektif yerçekimi hipotezini ilk kez ortaya koydukları zaman yaşadıkları bir sorunu çözdü. Hesaplamaları, bağımsız TNO’lar üzerindeki yerçekimi etkisini hesaba katsa da yörüngelerinin neden aynı şekilde eğildiğini açıklayamıyorlardı. Her iki modelde de bir başka sorun daha var: gözlenen efekti üretmek için, Kuiper Kemerinin en az birkaç Dünya kütlesinin kolektif bir gravitesine ihtiyacı var.Ancak mevcut tahminler, Kuiper Kuşağı kütlesini Dünya kütlesinin sadece yüzde 4 ila 10’una koyuyor.

Güneş Sistemi oluşum modellerine göre, çok daha yüksek olması gerekiyor. Sefilian, ‘İçerideyken bir yıldızın etrafındaki bir enkaz diskinin tamamını görmek zordur, bu yüzden Kuiper Kemerinde görebildiğimizden çok daha fazlası olabilir. Diskin doğrudan gözlemsel kanıtlarına sahip değiliz. Ancak Gezegen 9’un varlığı da henüz ispatlanmış değil. Bu nedenle alternatif fikirleri araştırıyoruz’ açıklamasında bulunuyor. Her iki olasılık da gerçek olabilir. Bu bölgede büyük bir disk de bulunabilir, Gezegen 9’da. Şimdi bilim insanları her yeni TNO’nun keşfi ile davranışlarını açıklamaya yardımcı olabilecek daha fazla kanıt topluyor.
Kaynak: https://www.sciencealert.com/something-else-is-could-be-causing-the-gravitational-weirdness-attributed-to-planet-nine

Continue Reading

Astrofizik

​Işık Hızından Daha Hızlı 4 Şey

Published

on

Evrenin başlangıcından beri var olmasına rağmen bilim insanlarını şaşırtmaya devam eden ışık, neredeyse bilinen tüm şeylerden daha hızlıdır. Sadece bir saniyede 299.792.458 km yol katedebilen (boşlukta, ilerlediği konuma göre hızı farklılık gösterebiliyor) ışık, sahip olduğumuz en gelişmiş araçlardan çok daha hızlı olmasına rağmen evrenin büyüklüğünde göz önüne alındığı zaman yavaş kalıyor. Bu nedenle ışıktan daha hızlı olabilecek şeyleri araştıran bilim insanları, bazı teorilere göre geçilmesi imkansız olan ışık hızını geçmeyi başarmış veya başarabilecek olan şeyler keşfetmişler.
Big Bang Evrenin başlangıcı olarak kabul edilen Big Bang, uzayın ışıktan çok daha hızlı bir şekilde genişlemesini sağlamıştır. Bazı bilim insanları bu genişlemenin ‘nothing can go faster than light’ (hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez) sözüyle uyumlu olduğunu söyler. Big Bang ile genişleyen uzay, kütleye veya hacme sahip olmadığı için ünlü cümlede yer alan ‘nothing’dir (hiçbir şey). Bundan ötürü ışık hızını hiçbir şeyin aşamayacağını belirten teoriler Big Bang ile ters düşmez.

Işığın Görüntüsü  Bu çok ilginç bir tartışma konusudur. Bazı bilim insanları, ışığın görüntüsünün ışıktan çok daha hızlı hareket ettiği durumların olabileceğini söyler. Bu duruma örnek vermek adına elinde lazer olan bir adam ve A, B isimli 2 farklı gezegen hayal edelim. Adamın bulunduğu yer, A gezegeni ve B gezegeni birbirinden 100 ışık yılı uzaklıkta olsun. Son olarak da A ve B gezegenleri arasında dev bir platform olduğunu düşünelim (lazeri belli eden türden bir platform). Sabit bir konumda bulunan ve hiçbir şeyden etkilenmeyen lazerli adam, A ve B gezegenlerine lazeriyle ışık tutsun. İlk olarak A gezegenine ışık tutan adam, bir süre sonra B gezegenine lazer tutmak ister ve iki gezegenin arasında bulunan platform üzerinden lazerin ışığını yürüterek lazerini B gezegenine kaydırır. İşte olay bu noktada ilginçleşir. Sıradan bir bilek hareketiyle lazerini A gezegeninden B gezegenine, yani 100 ışık yılı uzağa kaydıran adam ışık hızını algısal olarak aşmayı başarmıştır. Adam, ışıktan daha hızlı hareket ettiği düşünülen ‘ışık görüntüsü’ sayesinde lazerinin anında B gezegenine vardığını görür ancak bu olay aslında sadece algılarında böyledir. Işığı oluşturan fotonlar ışık hızında ilerlerler. Lazer ne kadar hızlı şekilde, ne kadar çok döndürülürse döndürülsün, fotonların düştüğü konumlar lazerin A gezegeninden çıkarak platfomdan geçmesini ve B gezegenine ulaşmasını gösterecektir. A ve B gezegenlerinde bulunan gözlemciler de lazerin en fazla ışık hızında ilerlediğini görebilirler ancak ışık hızı asla aşılmaz.. Bazı bilim insanları ışık görüntüsünün de ‘nothing’ (hiçbir şey) olarak algılanması gerektiğini savunurlar çünkü ışık görüntüsü ne enerji, ne veri, ne de net bir bilgi taşıyabilir. Tüm bunlara rağmen ışık hızını aşmayı başarmak, bu sıralamada yer almak için yeterli.  (Videonun ilk 1 dakikasında ışık görüntüsü Ay üzerinden örneklenmiş)
Kuantum Dolanıklığı  Albert Einstein’ın ‘ürkütücü’ olarak nitelendirdiği kuantum dolanıklık teorisi, birbiriyle eşleşmiş olan iki farklı parçacığın birbirine bağlı şekilde hareket etmesidir. Örneğin ilk olarak iki elektronu yan yana getirelim. Birbirlerini etkileyecek olan elektronlar, bir süre sonra uyumlu bir şekilde hareket etmeye başlayacaklardır. Bu noktadan sonra elektronlardan birisini bulunduğumuz konumun milyonlarca ışık yılı uzağına yerleştirelim ve eşleşmiş olan elektronu titreştirelim. Titreşen elektronun eşi, çok uzakta olmasına rağmen gerçekleşen titreşim hareketini anında fark edecektir ve titreşim hareketinin tam tersini uygulayacaktır. Eşi aşağı doğru yöneliyorsa yukarı, sağa doğru yöneliyorsa sola, ileri doğru yöneliyorsa arkaya doğru hareket eden elektron, ışık hızından çok daha hızlı (bazı bilim insanları 10.000 kat daha hızlı olduğundan bahsediyor) şeylerin olduğunun en büyük kanıtlarından birisidir.
Solucan Deliği Uzay-zaman bütünlüğündeki kısa yol olarak adlandırabileceğimiz solucan delikleri, ışığın milyonlarca senede katettiği yolu sadece birkaç saniyeye indirgeyebilir. Bu nedenle belki solucan deliğinin değil ama solucan deliğinden geçen her şeyin ışıktan daha hızlı olduğunu söyleyebiliriz.

Continue Reading

Astrofizik

Einstein, Uzay, Zaman ve İzafiyet Teorisi

Published

on

Hayatımızın her evresinde bulunan hiçbir zaman için bize yetmeyen ve nasıl geçtiğini anlamadığımız zaman nedir? peki zaman? Herkese göre farklı mı işlemektedir. Ya da Evrensel boyutta zaman algısı bizim anlayabileceğimizin çok daha üstünde bir durum mudur? İşte Bugün sizlerle birlikte çıkacağımız yolculukta uzay ve zaman kavramını ele alacağız. Bizim için zaman dediğimiz olay Dünyamızın kendi etrafında ve Güneş etrafında dönmesiyle ortaya çıkmış bir olgudur. Ne yavaşlaması mümkündür ne de hızlanması. Sabit bir şekilde Tüm insanlar için Aynı hızla ilerlemeye devam etmektedir. Ancak zaman olgusuna baktığımızda beynimizin bizimle bir oyun oynadığı da düşünülmektedir.  Görelilik Nedir ?: Şimdi hepimizin aklına gelen soru ise beynimizin zamanla ilgili oyunu bir de nasıl oynayabildiğidir. İşte bu oyun ya da aldatma olayını en güzel açıklama ise Einstein‘ın görelilik kuramını en sade dille anlatmaya yarayan söz cevaplayacaktır diye düşünmekteyim. Bir adam güzel bir kızla oturup bir saat geçirdiğinde, bu süre kendisine bir dakika gibi gelir. Bir de bu adamı 1 dakika için sıcak bir fırının üstü oturursanız, bu süre ona bir saatten uzun gelecektir. İşte görelilik budur. Demek ki bulunduğumuz yer mekân ve duruma göre zaman değişiklik göstermektedir. Ancak bu değişiklik zamanın akıp gitmesindeki hızında değildir. Kişinin hissetmesi ile alakalı bir durumdur. O zaman dünya üzerinde bulunan bizlerin yaşamış olduğu durumlara göre zaman algısı değişiklik göstermekte ise Evrensel boyutta zaman çok daha büyük farklılıklar gösterecektir. İlk olarak isterseniz zamanı nasıl ölçtüm bize bir göz atalım. Dünya üzerinde yaşayan uygarlıklar ve medeniyetler zamanı ölçmenin birçok değişik yolunu bulmuşlardır. Dünyanın kendi ekseni ve güneş etrafındaki dönüşünü ölçerek kendimize göre bir zaman algısı ortaya çıkartmaktır. Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüşünü 24’e bölerek saat kavramını saatleri 60’a bölerek dakikaları, dakikaları da 60’a bölerek saniyeleri hesaplayabilmekteyiz. Yılları ve ayları belirlemek için de Dünya’nın güneş etrafındaki dönüşünü baz almaktayız. Yani dünyamızın bulunduğu güneş sistemindeki hareketlerine göre zamanı anlayabiliyor ve hayatımızı buna göre yönlendirebiliriz. Dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönüşünü yavaşlatmaya da hızlandırma şansımız yoktur.  O zaman dünyada bulunan herkes için zaman aynı hızla akmakta diyebilir miyiz? Ancak zaman üzerinde yapılan çalışmalar ve araştırmalar bizlere zamanın aynı hızda aktığını, ama hissetme olayının kişilere göre değişiklik gösterdiğini söylemektedir. Örnek vermek gerekirse; hepimiz çok iyi biliriz ki çocukken Sokağa çıktığımızda ve arkadaşlarımızla oyunlar oynadığımızda gün bitmek bilmezdi, ama şimdi öyle mi? Hayır zamana yetişemiyoruz. Gün yetmiyor. Bu konuda hemen aklınıza yapacak işlerimizin çoğaldığı ve sorumluluklarımızın arttığı gelebilir. Benim de aklıma gelen olay bu ama yapılan araştırmalar sonucunda ortaya atılan bir teori bunun yapılacak işler ile alakası olmadığını bizlere anlatmaktadır.  Ortaya atılan bu teori de zamanın akış hızının yaşımızın karekökü ile birlikte arttığını söylemektedir. Yani 10 yaşındayken zamanın akış hızı 1 dir. 20 yaşındayken zamanın akış hızı 1.14 dur. 60 yaşındayken zamanın akış hızı 2.44 dur. Yani 60 yaşındaki biri için 10 yaşındaki birine göre zaman yaklaşık iki buçuk kat daha hızlı artmaktadır. Burada aklıma gelen bir kısa bilgi sizlerle hemen paylaşmak istiyorum. Zamanı en iyi ve en doğru şekilde ölçen Sezyum atomunun titreşmesidir. Sezyum atomu saniyede yaklaşık olarak 9 milyar kere titreşmektedir. O zaman eğer insan hücreleri ve atomlar arasında bir bağ varsa ve hücrelerin yaşlanması sonucunda titreşimlerin de değişiklikler oluşuyorsa, yaşlanınca zamanın hızlı atması İle bağlantılı olabilir.  Einstein uzay ve zamanın birbirine bağlı olduğu uzay zaman kavramında bizlere ne anlatmak istemiştir. Einstein’ın bizlere anlatmak istediği kütle çekim etkisinin zamanı etki edebileceğidir. Yani Kütle çekimi zaman yavaşlatabilir ya da hızlandırabilir demiştir. Einstein’a göre Kütle çekimi ne kadar güçlüyse zaman o kadar yavaşlar ve bunun için en büyük örnekte kara deliklerdir. Şimdi bir karadelik düşünelim. Birde Uzay gemimiz var. Uzay gemimizle birlikte karadeliğin olay ufkuna yanaşarak çekimine kapılmadan etrafında döndüğünü hayal edelim. Ancak gemide bulunan bizlerin bir ikizi de dünyada bulunuyor olsun. Karadeliğin etrafında dönerken bizim için zaman çok yavaş akacaktır. Kalbimiz daha yavaş atacaktır. Hücrelerimiz bile daha yavaş yaşlanacaktır. Hatta metabolizmamız bile yavaşlayacaktır. Ancak bu durum bizler için hiçbir sorun yaratmayacak. Sanki her şey normalmiş gibi gemide hayatımızı sürdürüyor ve zaman normal bir şekilde atıyor diye hissedeceğiz. Kara deliğin etrafındaki dönüşünü tamamlayıp dünyaya geri döndüğümüzde dünyada bulunan ikizlerimizin, bizden çok daha fazla yaşlandığını fark ederiz. Bu yaşlanma farkı, bizim kara deliğin kütle çekiminde ne kadar kaldığımızda orantılı olarak artış gösterecektir. Ayrıca yanında bulunduğumuz karadeliğin kütle çekiminin gücü de zamanın akma hızında etkili olacaktır. Yani dünyada bulunan ikizlerimiz için zaman hızlı akarken bizim için çok daha yavaş atacaktır. Bu olay ile ilgili olarak ortaya atılan bir Paradoks vardır ve bu paradoksun adı da ikizler paradoksu dur. Ancak bu paradoksla ışık hızı ve zaman olgusu bizlere anlatılmaktadır.  Ali ile Ayşe iki kardeş aynı gün aynı saatte doğdular. İkisi de yaşamlarını dünyada sürdürüyorlar. Ama bir gün biz Ayşe’yi Bir Uzay aracına bindirip ışık hızının yüzde 90 hızında uzaya gönderelim. Ali de bizimle birlikte dünyada kalsın. Hayatına devam etsin. Işık hızının yüzde 90 hızında yolculuk yapan Ayşe 5 yıl sonra dünyaya geri döndüğünde, Ayşe’nin saati dünya saatinin sadece yüzde 44’ü hızında işlemiş olacaktır. Yani dünyada bulunan Ali için geçen her 100 saniye Ayşe için 44 saniye olarak geçecektir. Peki, Ayşe’yi ışık hızının yüzde 99’luk bir hızın da tekrar uzaya yollarsak; O zaman dünya saatinin sadece yüzde 14’ü hızında zaman işleyecektir. Bu da ne demektir? Dünyadaki 100 saniyeye uzaydaki Ayşe için 14 saniye olacaktır. Küçük bir hesapla ile, Ayşe bu hızla uzayda 7 yıl geçirdiğinde, dünyada bulunan Ali için 50 yıl geçmiş olur. Hızı biraz daha arttırıp ve ışık hızının yüzde 99,9 luk hızında bir yolculuk yaptırırsak, Ayşe’ye göre zaman dünya saatinin sadece yüzde 4,5’i hızında geçecektir. Yani dünyadaki 100 saniye Ayşe’ye 4,5 saniye olarak yansıyacaktır. Ayşe ışık hızının yüzde 99,9 luk hızında da uzayda 5 sene yolculuk yapıp dünyaya geldiğinde, kardeşi 110 yıl geçirmiş olacaktır. İşte ikizler paradoksu bizlere Işık hızı uzay ile zaman arasındaki ilişkiyi anlatmaktadır. Bu farkları bizler Evrensel boyutta anlayabilmekteyiz. Dünyamızda bu denli büyük farkları anlama şansımız yoktur. Ancak yere yakın bulunan yerlerde yerçekimi daha fazla olduğundan dolayı 1. katta yaşayan birine göre gökdelenin 200. katında yaşayana zaman çok daha hızlı akacaktır. Peki Bizler bir şekilde ışık hızında hareket etseydik ne olurdu bunu hiç düşündünüz mü? Işık hızı evrende bulunan tek değişmeyen sabit bir hızdır. Saniyede yaklaşık olarak 300.000 kilometre diyebiliriz.  Bu hızda sabit şekilde hareket etseydik zaman bizim için dururdu. Yani zaman olmazdı. Belki başka boyutlara geçerdik.  Bunun cevabını şu anda kimse bilmemektedir. Ancak burada ortaya konan değişik ve kafa karıştıran bir soru bulunmaktadır. Işık hızında hareket ederken zaman duruyorsa ve ışık hızından daha büyük hızlar varsa ve bizler ışık hızından daha yüksek hızlarla hareket edebilirsek o zaman, zamanda geriye mi gideceğiz? Yani Geçmişe Yolculuk Mu yapacağız? Maalesef bu sorunun cevabı bilinmemektedir. Ancak tokyonlara bakıldığında ve takyonların hızı ele alındığında, o zaman geçmişe yolculuk yapamayacağız ama çok hızlı bir şekilde milyonlarca Işık hızını aşıp başka galaksilere ulaşabilirsek, o zaman oradan geçmişi görüntüleme şansımız olabilir diye de düşünülmektedir. Bildiğiniz üzere Bize en yakın olan Galaxy Andromeda galaksisidir. Eğer oradan dünyayı izleyebilecek bir teknolojimiz olmuş olsaydı, dünyamızın 2 milyon yıl önceki halini görüyor olacaktık. İsterseniz şimdi İzafiyet teorisine bir göz atalım. İzafiyet Teorisi, özel görelilik ve genel görelilik olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Özel görelilik Kuramı 1905’te, genel görelilik kuramı ise 1916 yılında ortaya koymuştur. Peki, özel ve genel olanlarını birbirinden ayıran fark nedir? Özel görelilik kuramı, sabit hızla hareket eden olayları incelerken, genel görelilik kuramı, hızı değişerek hareket eden olayları incelemektedir. Bilim adamları Birçok araştırma yapmakta ve yeni atılımlara imza atmaktadırlar. Son zamanlarda ise ışık hızına ulaşmak adına birçok çalışma yapılmaktadır. Ancak ışık hızı evrende bulunan en yüksek hız olarak bilinmekte ve aşılması imkânsız olarak düşünülmektedir. Hatta bu konu ile ilgili herkes tarafından çok sorulan bir soru da bulunmaktadır.   Eğer bir gün ışık hızında gidebilecek bir arabamız olursa ve yaklaşık saatte 300.000 kilometre hızla giderken farlarını yakarsa ne olur? Sorusudur. Bu soruda kafa karıştıran olgu, ışık hızında giden bir arabanın farları yandığında ışığın öne doğru ilerleyeceği ve arabadan daha önce bulunacağı, bu nedenden dolayı da aşılmaz denen Işık hızından daha hızlı bir şekilde ilerleyeceği düşünülmektedir. Her ne kadar içinden çıkılmaz bir paradoks olarak gözükse de, özel görelilik kuramı, bu soruya çok basit bir cevap vermektedir. Görelilik kavramı ilk olarak 16 yüzyılda Galileo tarafından ortaya atılmıştır. Daha sonra Newton bu kuruma, hareket yasalarına göre ve uzay zamana göre açıklamaya çalışmıştır. Ancak 19. yüzyıla gelindiğinde, Newton fiziğinin bazı olayları açıklayamadığı gözlemlenmekteydi. Açıklanamayan bu olayların üzerine Albert Einstein özel görelilik kuramına geliştirmiştir. Özel görelilik kuramı sezgisel olarak algılayamadığımız olayların ancak deneylerle kanıtlanabilmesidir. Mesela otobanda saatte 100 kilometre hızla giden bir araç düşünelim ve hemen yanında, bir de saatte 20 kilometre hızla giden bir araç olsun. Saatte 20 kilometre hızla giden araçtan bakan biri, saatte 100 kilometre hızla giden aracı gördüğünde kendisinin hareket etmediğini hissedecektir ve diğer aracında saatte 80 kilometre hızla gittiğini varsayacaktır. Başka bir örnek verecek olursak, dünyamızın dönüş hızı saatte 16.744 kilometredir. Ama biz dünyayı duruyor gibi hissederiz. Yani sezgisel olarak bunu algılayamayız. Özel görelilik günlük yaşantımızda algılayamadığımız, zamanın göreli olduğunu, sezgisel olarak hissettiğimiz zamanın ise, mutlak olduğunu bizlere söyler. Ayrıca özel görelilik kuramı zaman mekân ve hareketlerin birbirinden bağımsız olmadığını, hatta hepsinin birbirine bağlı olduklarını ayrı ayrı düşünülmemesi gerektiğinden de bahsetmektedir. 1905 yılında Einstein tarafından ortaya atılan özel görelilik kuramının bizlere anlatmak istediklerinden bazı sana bakacak olursak;
Işık hızı limiti: Eğer bir cisim ışık hızına ulaşırsa kütlesi sonsuz olur. Ancak sonsuz kütlesi olan bir cismi ışık hızında tutabilmek için sonsuz bir enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden dolayı kütleli cisimler asla ışık hızına ulaşamazlar. En iyimser şekilde düşünüldüğünde bile ancak ışık hızına yakın hızlara ulaşabilirler. Boşlukta ilerleyen ışığın hızı asla geçirmez. Işık hızı evrendeki son hız limitidir. Işıkta bir kütleye sahip olmadığından dolayı, ışık hızında yolculuk yapabilmektedir.  Uzay ve zaman: Uzay ve zamanın birbirinden farklı iki kavram gibi gözükse de birbirleri ile ilişkilidir. Zaman genişlemesi lorentz dönüşümü, durağın halde bulunan bir gözlemcinin hissettiği zaman, ışık hızına yakın hareket eden bir cismin içinde bulunan başka birine göre daha kısa görünür. Bu kısalma miktarı cismin yapmış olduğu hıza bağlıdır. Eğer ışık hızına varılırsa uzunluk dışarıdan gözlemleyen birine göre sıfır olarak görülecektir. Ama cismin içindeki kişiye bu normal gözükmektedir. Kütle artışı, ışık hızına yakın hızda hareket eden bir cismin kütlesi artar. Işık hızına ulaştığında kütle sonsuz olur. Dışarıdan gözlenen bu kütle artışı cismin içinde bulunan kişi için aynı kalacaktır. Yani kütlenin arttığını hissetmeyecektir.
E=mc2?: Bu denklemde E enerjiyi, M kütleye, C2 ise ışık hızının karesini temsil eder. Denkleme göre madde enerjiye, enerjide maddeye dönüşebilir. Ortaya atılan birçok öngörü bulunmaktadır. Ama bu sizlere bahsettiğim öngörüler, en önemlileridir. Yapılan araştırmalar ve deneyler sonrasında bu öngörülerin doğruluğu 1905 yılından günümüze kadar bize bir çok kez doğrulanmıştır. Mesela yapılan deneyler den birinde çok hassas atom saatleri taşıyan uçaklar değişik yönlere ve değişik yerlere değişik hızlarda yolculuk yapmışlar ve saatlerini duruma göre hızlandığı ya da yavaşladığı görülmüştür. Cern’de yapılan deneylerde, parçacık hızlandırıcılarındaki, hızlandırma işlemi sonrasında, kütlesi olan hiç bir cismin atom ya da elektron hızına çıkamadığı gözlemlenmiştir. Yani hız arttıkça Kütlesi artmış, istenilen hızlara ulaşamamıştır.  Güneşten dünyamıza, ışık hızının yüzde 99.5’i kadar bir hızla gelen nötrinoların ömürlerinin dünyada bulunan diğer nötrinolardan çok daha uzun oldu da gözlemlenmiştir.  Biraz önce sormuş olduğumuz sorunun cevabına bakacak olursak; Işık hızında hareket eden arabamız, sabit bir hızla hareket etmektedir ve arabanın farları açıldığında ne olacağı, aracın içindeki kişiye ve dışarıdan gözlemleyen kişiye göre değişiklik gösterecektir. Yani iki farklı sonuç elde edeceğiz demektir. Işık hızında hareket eden arabanın içindeki kişiye göre cevaplayacak olursak; Işık hızında, yani saatte yaklaşık 300000 kilometre hızla seyreden araba sabit bir hızla bittiğinden dolayı farları açacak olursak bile sadece önümüzü aydınlandığını görürüz. Dışarıdan gözlemleyen kişinin önünden ışık hızında geçen araba eğer farlarını yakacak ve öyle geçecek olursa, farların arabanın önünü aydınlatmadığını görürüz. Çünkü farlardan çıkan ışık araç ile aynı hızla gidiyor olacaktır. Dolayısıyla farlardan çıkan ışık dışarıdan gözlemleyen kişiye göre asla arabanın önünde gitmeyecektir. İzafiyet teorisinin 2. ayarla baktığımızda genel görelilik kuramını görmekteyiz. Ancak bugün sizlere genel görelilik kavramı hakkında çok kısa bir bilgi vereceğim. Genel görelilik kuramı, özel görelilik kuramından farklı olarak hızı değişerek hareket eden olaylarla ilgilenir. Ayrıca karadeliklere ve genişleyen evren modellerini de bizlere açıklayan önemli bir teoridir. Genel Görelilik, Newton’un Evrensel kütle çekim yasası ile özel göreliliğin genişletilerek, kütle çekim uzay-zaman veya uzay ya da uzay ve zamandaki etkilerinden bahsetmektedir.  Ayrıca süpernova patlamaları ile oluşan Kara deliklerin nasıl oluştuğu da genel Görelilik prensiplerine dayanmaktadır. Genel Görelilik Kuramı kütle çekiminin zamanı olan etkisine de çözüm getirmektedir. Uzayın bir çarşaf gibi gergin olduğunu düşünelim ve bu çarşafın üzerine 2 adet portakal koyalım. Bu koyduğumuz 2 portakalın bir şekilde birbirine yaklaştığını gözlemleyeceğiz. Ancak bu iki portakalın birbirine yaklaşmalarındaki neden birbirlerini uyguladıkları kütle çekim kuvveti değildir. Birbirlerine yaklaşmalarındaki neden, çarşafı bükmelerinden kaynaklanmaktadır. İşte bu şekilde uzayda bulunan iki gök cismi de birbirlerine uzay ve zamanı bükerek yaklaşırlar. Hatta bu uzay bükülmesinden dolayı birbirlerine yatay doğru da giden ışıklarda bükerler. Bu olay bizlere yerçekiminin bir kuvvet olmadığını ortaya koyar. Newton’in kuvveti esas alan kütle çekim kuramı da burada geçerliliğini kaybetmiş olur. Evrende oldukça fazla gök cismi bulunmaktadır. Ve bu cisimlerin her biri üzerinde bulundukları uzayı bükerek birbirlerini çekmekte ve kendi eksenleri etrafında dönerken uzayı da, zamanı da bükmektedirler. Hatta Bilim adamları bu teoriden yola çıkarak, yapmış oldukları araştırmalar sonucunda, dünyamızın bir yıl içerisinde 2 metrelik sapma gerçekleştirdiğini de tespit etmişlerdir. Genel Görelilik Kuramı bu şekilde kısaca anlatılacak bir teori değildir. Ancak hazırlamış olduğumuz bu makalede, genel görelilik kuramı konusunda sizlere ufak bir giriş yaparak, ufak bir bilgi vermeye çalıştık.
Kaynak: https://www.space.com/17661-theory-general-relativity.html , https://www.space.com/36273-theory-special-relativity.html

Continue Reading

Öne Çıkanlar