fbpx
Connect with us

Fizik

Uzaydaki En Soğuk Nokta Oluşturuldu

Published

on

Onlarca yıl süren araştırmalara rağmen bilim insanları evrenin dört temel kuvvetinin birbiriyle nasıl uyum içerisinde olduğunu anlamaya çalışıyor. Kuantum mekaniği bu kuvvetlerin üçünün, en küçük ölçeklerde (elektromanyetizma, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetler) birlikte nasıl çalıştığını açıklayabilirken, Genel Görelilik, yerçekiminin en büyük ölçeklerde nasıl hareket ettiğini açıklar. Bu bakımdan, yer çekimi tutucudur. Yerçekiminin, en küçük ölçeklerde madde ile nasıl etkileşime girdiğini anlamak için bilim insanları bir dizi yeni deney gerçekleştirdi. 
Bunlardan biri, yakın zamanda Bose-Einstein yoğuşmaları (BECs) olarak bilinen atom bulutları oluşturan ISS’deki NASA’nın Soğuk Atom Laboratuvarı (CAL). BEC’ler ilk olarak 71 yıl önce SatyendraNathBose ve Albert Einstein tarafından tahmin edilmiştir. BEC’ler mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıklara ulaşabilen ultra atomlardır. Teoride burası atomların tamamen hareket etmeyi bıraktığı noktadır. Bu parçacıklar uzun ömürlüdür ve hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Bu da onları kuantum incelemeleri için ideal kılmaktadır. CAL’in kurulma amacı tam olarak mikrogravite ortamında ultracold kuantum gazlarını incelemektir. Mayıs ayının sonlarında ISS’de kurulan CAL türünün ilk örneğidir. Bilim insanlarının hassas yerçekimi ölçümleri yapma yeteneğini geliştirmek ve en küçük ölçeklerde yerçekiminin madde ile nasıl etkileşime girdiğini incelemek için tasarlanmıştır. CAL proje bilimcisi ve NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’nda bir fizikçi olan Robert Thompson yaptığı açıklamada, “Çalışan bir BEC deneyi yapmak artık mümkün. Buraya gelmemiz uzun ve zor bir yoldu.
Ancak verdiğimiz mücadeleye tamamıyla değdi. Çünkü, bu tesisle başarabileceğimiz birçok şey var” dedi. Yaklaşık iki hafta önce, CAL bilim insanları tesisin, alkali grubunda yumuşak, gümüş-beyaz metalik element olan rubidyum atomlarından BEC’ler ürettiğini doğruladılar.Raporlarına göre, 100 nanoKelvin kadar düşük sıcaklığa ulaşmışlardı. Bu -273 santigrat derecedir ve kabaca ortalama bir uzay sıcaklığından 3 K daha soğuktur. Uzay sıcaklıkları -270 santigrat derece civarındadır. Benzersiz davranışlarından dolayı, BEC’ler gazlardan, sıvılardan, katılardan ve plazmadan farklı olarak beşinci bir madde durumu olarak karakterize edilir. BEC’lerde atomlar, makroskobik ölçekte parçacıklardan daha fazla dalgalar gibi hareket ederler, oysa bu davranış genellikle sadece mikroskobik ölçekte gözlemlenebilir. Ayrıca, atomların hepsi bu halde en düşük enerji hallerini alır ve aynı dalga kimliğini üstlenirler, böylece birbirlerinden ayırt edilemezler. Kısacası, atom bulutları bireysel atomlardan ziyade tek bir “süper atom” gibi davranmaya başlarlar, bu da onların çalışmasını kolaylaştırır. İlk BECs, 1995 yılında bir laboratuvarda Eric Cornell, Carl Wieman ve Wolfgang Ketterle’den oluşan bir ekip tarafından üretildi.
Bu çalışma onlara 2001’de Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı. O zamandan bu yana, Dünya üzerinde yüzlerce BEC denemesi yapıldı ve hatta bazıları son derece güçlü roketlerin içinde uzaya gönderildi. Ancak CAL tesisi, bilim insanlarının uzun süreli olarak günlük çalışmalar yürütebilecekleri, ISS’deki türünün ilk örneği olmasıyla benzersizdir. Tesis, daha büyük “dörtlü dolap” ve daha küçük “tekli dolap” dan oluşan iki standart konteynerden oluşmaktadır. CAL bilim insanları daha da ileri gitmek ve Dünya’da elde edilen her şeyden daha düşük sıcaklıklara ulaşmak istiyorlar. Rubidyuma ek olarak CAL ekibi, iki farklı potasyum atomu izotopunu kullanarak BECS’leri yapmaya da çalışmaktadır.
Kaynak: https://www.sciencealert.com/human-s-just-created-the-coldest-spot-in-space-iss-cold-atom-laboratory-bose-einstein

Advertisement
Click to comment

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bilim

Nazilerden Kaçan Nükleer Öncü: Lise Meitner

Published

on

Nükleer çağını başlatan Avusturyalı fizikçinin az bilinen hikayesini ortaya çıkarıyoruz. Temmuz 1938’de bir gün, Berlin’deki tren istasyonunda bir araba kenara çekildi, arabadan zayıf ve küçük bir kadın çıktı. Gergin görünen kadın seyahat belgelerini Nazi üniformalı, silahlı korumalara gösterdi. Daha sonra trene bindi, trende bir adamı selamladı ve birlikte seyahat etmeye başladılar. Hollanda/Groningen’e gitmekteydiler. Belki de sevgiliydiler. Hayır; bu bir randevu değildi, kadını kurtarma göreviydi. Kadın; Lise Meitner adında, Almanya’da çalışıp Avusturya kökenli olan en parlak nükleer bilim insanlarından birisiydi. Meitner Yahudi kökenliydi ve Adolf Hitler rejiminden kaçıyordu. Çünkü Nazi liderleri, bütün bilim insanlarının Almanya’dan ayrılmasını yasaklayan bir politika uygulamışlardı ve Meitner’in seyahat etme özgürlüğünü sağlayan belgeleri edinmesini yasaklamışlardı. Hollanda sınırında, bir Nazi askeri devriyesi, belgeleri kontrol etme amacıyla tren vagonlarını geziyorlardı. Meitner’in Dirk Coster adlı Danimarkalı kimyager seyahat arkadaşı, Hollandalı yetkililerle konuşarak Meitner’in ülkeye girmesi için izin almıştı. Ancak Meitner’in kimlik olarak sahip olduğu tek şey Avusturya pasaportuydu ve o da çok eskiydi. Meitner, o anı şöyle anlattı: “Çok korktum, kalbim neredeyse atmayı bıraktı. Nazilerin, Yahudileri yakalamaya çalıştığını biliyordum. 10 dakika boyunca orada oturdum ve bekledim. Sonra Nazi görevlilerinden biri geri döndü ve pasaportu tek kelime etmeden geri verdi.” Meitner, güvenli bir şekilde Hollanda sınırını geçti. Groningen’e ulaştıklarında Coster, Meitner’in Berlin’deki eski bilimsel işbirlikçisi olan kimyacı Otto Hahn’a ‘bebeğin’ geldiğini söylemek için kodlanmış bir telgraf gönderdi. Hitler 1933’te iktidara geldiğinde, onların Anti-Semitik politikaları yüzünden Alman bilimi pek çok büyük araştırmacıyı kaybetti. Bunun en bilinen örneklerinden birisi de Albert Einstein’dır. Seçim sonuçlarının açıklandığı sırada Amerika gezisinde olan Einstein, Hitler’in kazandığını duyunca bir daha asla Almanya’ya geri dönmedi. Metiner’in Nazi Almanyası’ndan dramatik kaçışından birkaç ay sonra Meitner, İsveç’te yaşamaya başladı ve orada Hahn’ın uranyumun radyoaktif bozunması konusundaki çalışmalarından elde ettiği son sonuçları anlattı. Hahn’ın gözden kaçırdıklarını fark etti ve uranyumun nükleer fisyon geçirdiğini, ikiye bölündüğünü ve sahip olduğu muazzam nükleer enerji deposunu serbest bıraktığını söyledi. Yedi yıl sonra, 6 Ağustos 1945’te Uranyum’daki aynı nükleer fisyon süreci; Japon şehri Hiroşima’nın üstüne düşen “Little Boy” adlı bombada gerçekleşti.
PARLAYAN KARİYER: Meitner’ın kariyeri 1901’de Viyana Üniversitesi’nde fizik okumaya karar verdiğinde başladı. Doktorasını tamamladıktan sonra, 1907’de çalışmalarını daha da ileriye götürebilmek için Berlin’e geldi ancak o sırada Prusya (başkenti Berlin olan tarihi bir Alman devleti) kadınları üniversitelere kabul etmemekteydi. Bu durum öbür yıl değişti ancak kadınlara karşı olan tutum yine aynıydı. Meitner o sıralarda Otto Hahn ile tanıştı ve birlikte çalışmaya karar verdiler. Ancak, Hahn’ın bulunduğu kimya enstitüsünde de kadınlara izin verilmemekteydi. En sonunda bir uzlaşmaya varıldı ve Meitner’e bodrum katında bir oda verildi ancak Meitner’in yukarı çıkması, hatta Hahn ile konuşması bile yasaklandı. 1912’de Hahn ve Meitner, radyoaktivite çalışmaları için Kaiser Wilhelm Kimya Enstitüsü’ne (KWIC) gitti. 20. yüzyılın başlarında radyoaktivite, bilim insanları için heyecan verici bir alandı çünkü atomlardan nelerin yapıldığı hakkında ipuçları veriyordu. Araştırmacılar, atomların, elektron adı verilen negatif yüklü parçacıklarla çevrili, protonlardan ve nötronlardan oluşan pozitif yüklü süper yoğun bir çekirdekten oluşan bir iç yapıya sahip olduğunu tespit etmişlerdi. Bilim insanları ayrıca atom altı parçacıkların atomlarla çarpışmasıyla tetiklenen nükleer çürüme ve nükleer reaksiyonların bir kimyasal elementi diğerine dönüştürebileceğini de keşfetmişlerdi ve bir sürü yeni unsur bulmuşlardı. Bunlardan birisi de1917’de Meitner ve Hahn’ın keşfettiği protaktinyumdu.
GAMALI HAÇ ALTINDA YAŞAMAK: KWIC’de kaldığı süre boyunca Meitner, kararlılığı ve keskin zihni sayesinde insanların saygısını kazanmıştı ve 1930’lara gelindiğinde, Almanya’nın önde gelen nükleer bilimcilerinden biri olarak kabul edilmişti. Ancak sonra her şey değişti. Ocak 1933’te Adolf Hitler şansölye olarak atandı ve Almanya’yı demokrasiden diktatörlüğe dönüştürmek için hızla hareket etti. O yıl nisan ayında, Naziler Yahudileri akademik işler de dahil olmak üzere, tüm güç ve nüfuz alanlarından kovdu. Bunun üzerine Meitner; Berlin Üniversitesi’nden kovuldu, bilimsel toplantılarda konuşması yasaklandı ve bu süre zarfında Alman nükleer fiziğinin resmi anlatısından tamamen silindi, böylece Hahn ile ortak buluşları sadece Hahn’a atfedildi. Bununla birlikte, KWIC’de aktif araştırmada kalmayı başardı. Fritz Strassmann adlı genç bir Alman kimyager tarafından desteklenen Hahn ve Meitner, belki de şimdiye kadar bilinmeyen unsurlar da dahil olmak üzere uranyumdan oluşturulan yeni radyoaktif maddeler için kanıt toplamaya başlamışlardı.Ancak Almanya, Mart 1938’in Anschlus’unda Avusturya’yı eklediğinde, Berlin’de bir Avusturyalı Yahudi olmak artık sadece anormal değil, tehlikeli bir durumdu. Viyana’daki Yahudiler evlerinden çıkarıldı ve acımasızca dövüldü; bazıları öldürüldü. Berlin’deki Nazi sempatizanları, artık ılımlı bir konuşma sergilememeye başladı. Meitner’ın Nazi yanlısı olan meslektaşı Kurt 2 2 Hess, Meitner’e “Yahudiler bu enstitüyü tehlikeye atıyor” dedi. Meitner’ın 20 yıldır en yakın meslektaşı olan Hahn, Meitner’e enstitüden ayrılması gerektiğini söyledi. Meitner bu acılı anlarını günlüğüne “Kısaca, beni kovdu.” şeklinde yazdı. Ayrılma zamanı gelmişti. Hollanda’daki Groningen Üniversitesi’nden Dirk Coster, Almanya’dan gelen mülteci bilim insanlarına acil yardım sağladı ve 11 Temmuz 1938’de Meitner’in Hollanda’ya kabul edileceğine dair resmi bir onay aldı. Hatta iki gün sonra, Berlin’den kaçarken Metiner’e kendisi eşlik etti.
MEITNER’IN AYRILIŞI: Meitner’in Almanya’dan kaçmasından sonra, Hahn ve Strassmann uranyum deneylerine devam etti. Ancak Meitner’ın uzmanlığı olmadan gördüklerini yorumlamakta zorlandılar. Uranyumu nötron bombardımanı ile, çok daha hafif bir element olan baryuma ve baryuma kimyasal olarak benzeyen radyoaktif maddelere dönüştürülebileceğini buldular. Bu durumu o sırada Stockholm’de bulunan Meitner’e mektupla açıkladılar ve bunun inanılır olmadığını düşündüler. Çünkü radyoaktif bir bozunma, bir elementi çok benzer kütleye sahip diğerine dönüştürebiliyordu ancak baryumun kütlesi, uranyumun yarısı kadardı. Meitner, o yılki noelde sakin bir İsveç köyünde tatildeyken bir yandan da kendisini ziyaret eden yeğeni ve fizikçi Otto Frisch ile elde ettikleri tuhaf sonuçları tartışıyorlardı. Frisch de Almanya’dan sürgün edilmişti ve o sırada Kopenhag’da çalışıyordu. Nükleer dönüşümle ilgili tüm geçerli bilgileri bozan bir sonuca varmışlardı ve o sonuç Uranyum çekirdeğinin gerçekten de yarı yarıya bölünmüş olduğuydu. Bu bölünme çok büyük bir nükleer enerji salınımının yaşanma ihtimalini artırmıştı. Bu olay için bir isim arayan Frisch, canlı hücrelerin bölünmesini hatırladı ve biyolojik bir terimi ödünç alarak, uranyumun nükleer fisyona maruz kaldığını söyledi. 1939 yılının nisan ayının sonuna kadar Alman fizikçiler Nazi hükümetine nükleer fisyonun, enerji ve patlayıcı madde sağlama potansiyelini anlattılar ve yetkililer bu araştırmanın gizli tutulması gerektiğini söyledi ancak olay çoktan yayılmıştı. Ağustos ayında, Einstein ve diğer bilim insanları, Başkan Roosevelt’e atom bombası yapmanın uygulanabilirliğiyle ilgili uyarı amaçlı bir mektup yazdılar. O yılın ilerleyen zamanlarında Alman fizikçi Werner Heisenberg, Nazi yetkililerine uranyum yakıtlı bir nükleer reaktörde ve belki de bir bombada, kontrollü fisyonla enerjiyi serbest bırakma olasılığını bildirdi. Bunun üzerine, bu nükleer enerjiyi kullanmak için gereken araştırmalardan Heisenberg sorumlu tutuldu. Ancak Alman bilim insanları eksik sermayeden dolayı savaşın sonunda nükleer bir reaktöre veya bir bomba elde edecek kadar aşama kaydedemişlerdi. Ağustos 1945’te Hiroşima’nın bir atom bombasıyla bombalandığını duyduklarında, onlar da dünyanın geri kalanı kadar çok şaşırmıştı. Bu imha kapasitesi nükleer füzyonun tek özelliği değildi. Savaşın ortasında, Chicago’daki İtalyan fizikçi Enrico Fermi’nin altında çalışan bilim insanları, füzyonun kontrolsüz bir süreç haline gelmediğini, nasıl kontrol edileceğini keşfettiler. Uranyum nükleer enerjisini yalnızca kademeli olarak salarak suyu kaynatmak ve elektrik enerjisi üreten türbinleri çalıştırmak için kullanılabilecek bir ısı üretiyordu. Fermi’nin Meitner’in uranyumla ilgili düşünceleri sayesindeki başarısı, nükleer enerjinin ortaya çıkmasına neden oldu. Her ne kadar bir gün nükleer füzyonu kullanmak yerine çok hafif atom çekirdeklerinin birbirine kaynaşırkenki oluşan enerjiyi serbest bırakan güneşin kullanılacağına dair umutlar olsa da bugün hala, çoğu nükleer santralde, enerji üretmek için uranyum füzyonuna güveniliyor. Özellikle tehlikeli nükleer atık üretimi başta olmak üzere, nükleer füzyon problemleri iyi bilinmektedir. Ancak, kısmen, petrol ve kömür gibi karbon bazlı fosil yakıtların yanmasından kaynaklanan küresel ısınma karşısında, bazı çevreciler bugün, dünya ikliminde yarattığımız sorunlara kısmi bir çözüm olarak hâlâ nükleer enerjiye yönelmektedir.  ALMAN BİLİMİNİN VİCDANI: Meitner, birliklerin atom bombasını geliştirdiği Manhattan Projesi’nde yer almayı reddetmişti ve bu durum için de “Bomba ile hiçbir ilgim olmayacak!” demiştir. Savaştan sonra Amerika’da, bir şekilde Hitler’in sırrını saklayan “bombanın Yahudi annesi” olarak kutlanma fikri, onu dehşete düşürmüştü. Ancak savaş sonrası dönemdeki enerjisinin çoğunu, Almanya’daki eski meslektaşlarını, Üçüncü Reich’de meydana gelen dehşet sırasında sessiz kalmaktan sorumlu olduklarını kabul etmeleri için harcadı. Bu durum şuan birçok bilim insanının üstünü kapatmak istediği bir olaydır.
Birliklerin Almanya’ya ilerlemesi, bu korkuları dünyaya gösterdi ve Meitner’e de kendisinin oradan nasıl güç bela kaçtığını hatırlattı. Birlikler Dachau ve Buchenwald’daki toplama kamplarına ulaştığında Meitner, radyo raporlarını dinlerken ağladı. Bunun üstüne Haziran 1945’te Cambridgeshire’da staj yapan Hahn’a “Birileri Heisenberg gibi bir adamı ve milyonlarca insanını, bu kamplara ve şehit insanlara bakmaya zorlamalı.” diye yazdı. Kendi suçluluğunu kabul etmek, Hahn’ın yıllarını aldı. 1958’de Meitner’e 80. Doğum günü için şunları yazdı: “Hepimiz adaletsizliğin gerçekleştiğini biliyorduk, ama görmek istemedik, kendimizi aldattık… 1933 yılına gelin, yıkılması gereken bir bayrağı takip ettim. Yapmam gereken şeyleri yapmadım ve şimdi bunun sorumluluğunu almalıyım. ”
Hahn Meitner’e, Alman fizikçilerin altında çalışmak zorunda kaldığı ve birçok yönden canavarca bir rejimin tanınması amacıyla yaptıkları için “Bizi anlamaya çalıştığın için ve dikkate değer bir dokunuşla yönlendirdiğin için teşekkür ederim.” dedi. Meitner “insanlığını hiç kaybetmemiş bir fizikçi” olarak anılmaktadır.
Editör / Yazar: Beyzanur ŞAHİN
KAYNAKÇA: https://www.sciencefocus.com/science/lise-meitner-the-nuclear-pioneer-who-escaped-the-nazis/

Continue Reading

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/

Continue Reading

Fizik

Muhtemelen duymadığınız en önemli fizikçi: James Clerk Maxwell

Published

on

Bilimsel çevrelerin dışında, İskoç fizikçisi James Clerk Maxwell (1831-1879) çok iyi bilinmemektedir ancak modern fizik üzerindeki etkisi derindir. Maxwell’ in elektrik ve manyetik kuvvetler üzerine yaptığı çalışma, Einstein’ ın Görelilik Teorisi’ ni ve modern yer çekimi anlayışımızı geliştirmemizin yolunu açan elektromanyetizma teorisini başlattı. Maxwell’ in fiziğe olan ilgisi çok çeşitliydi. Elektromanyetizmanın yanı sıra, devrimci bir matematiksel yaklaşım kullanarak termodinamik alanında da önemli bir etkisi oldu. Çalışmalarının en ilgi çekici özelliklerinden biri;“Maxwell’in şeytanı” olarak da bilinen düşünce deneyinin,termodinamiğin ikinci yasasını çiğnemesi gibi sihirli teorik bir yeteneğe sahip olmasıdır. Brian Clegg, yeni kitabı “Professor Maxwell’s Duplicitous Demon”da James Clerk Maxwell’in şeytandan gelen geçitlerle iç içe geçtiği fizik hayatını ve onun fizikteki katkılarını araştırmıştır. İşte büyük bilim insanının mirasını ve fiziğin geleceği üzerindeki etkisini açıklayan kitabın son bölümünden bir alıntı:
BÖLÜM 10 – MİRAS
On dokuzuncu yüzyılın sonlarında, o yüzyılın en büyük isimlerinden olan bir bilimciye, gelecekteki bilim insanlarının dönemin önde gelen İngiliz fizikçisi olarak görüleceklerini soracak olsaydınız, seçtiğiniz kişi şüphesiz Lord Kelvin derdi. O günlerde Maxwell’in eski arkadaşı William Thomson, onurlandırıldı – bu şerefi alan ilk bilim insanıdır ve bu Kelvin’in, Lordlar Meclisi’ne yükselmesinde ifade edilen bir gerçektir. Kelvin’in termodinamikte temel bir çalışma yapmış olmasının yanı sıra birçok pratik bilim uygulaması üzerinde de çalıştığı şüphesizdir – Kelvin’in adı, dönemindeki 70’ten fazla patentte bulunmaktadır ve gördüğümüz gibi, Kelvin transatlantik kablonun döşenmesinde de öncü bir şahsiyettir. Westminster Manastırı’ndaki Isaac Newton ile birlikte çıkan Maxwell değil, onun adını taşıyan bilimsel bir birimi olan Kelvin idi. Kelvin, 1907’de öldükten kısa bir süre sonra, onun hem doğum yerinde (Belfast) hem de çalışmalarının çoğunu yaptığı şehirde (Glasgow) heykelleri dikildi. Buna karşılık, Maxwell küçük bir ülke kilisesine gömüldü ve ölümünden 100 yıldan fazla bir süre sonra kendi İskoçyası’nda bile bir heykeli dahi kalmamıştı. Yirminci yüzyılın ilk yarısına rağmen, bilinen görüntü dönüştürüldü. Yani Kelvin’ in başarıları küçümsenmiş olmasa da, artık olayların büyük kısmında çok daha az önemli görünmekteydi. Karşılaştırma olarak, Maxwell’in elektromanyetizma konusundaki çalışmasının, istatistik mekaniğine olan katkısının ve teorik fiziğin gerçekleştirilme şeklinin dönüştürülmesini takdir etmesi, onu modern fizikçiler için bir kahraman haline getirmiştir ve Einstein şöyle demiştir:“Maxwell’in elektromanyetik denklemleri olmadan modern bir fizik olmazdı; Maxwell’e herkesten daha fazlasını borçluyum.” Maxwell’i en iyi tanıyan kişiler, en başında James Clerk, onun hakkında özel bir şeylerin olduğunun farkındaydı. En sonunda, okul günlerinden bu yana arkadaşı olan Peter Tait,Maxwell’in çalışmasının bir özetini Nature dergisinde yazdı ve böylece “boşuna uğraş” ve “sözde bilim”e karşı olan direnişe atıfta bulunarak günümüzde iyi duracak bir övgü oluşturdu:

“Erken ölümünün sadece kişisel arkadaşları, Cambridge Üniversitesi, tüm bilim dünyası için oluşan zararı değil, aynı zamanda ve özellikle de sağduyu nedeni üzerine verdiği zararın derecesini yeterince ifade edemiyorum. Sözde bilim ve materyalizmin bu günlerinde; gerçek bilim ve dinin kendisi, boşuna uğraşmaktadır.”

Maxwell’in katkısının genişliği konusunda çok özel bir şey vardı. 1947’de Maxwell’in King’s College London’da tuttuğu Charles Coulson, “Neredeyse tanınmayacak kadar değişmediği, üzerine dokunduğu tek bir konu var” dedi. Bu çıktının hacmi Maxwell’in anlayışıyla eşleşti – bu yaklaşım bir yenilik olduğunda gerçeği modellemek için modeller ve matematik geliştirme yeteneğidir. Maxwell’in 1931’de doğumunun yüzüncü yılını kutlamak için hazırlanan bir kitapçıkta İngiliz fizikçi James Jeans, Maxwell’in gaz moleküllerinin hızları için dağılımını tarif ederken bu sezgisel güce çarpıcı bir şekilde tanıklık etti. Jeans şöyle yazdı: “Maxwell, moleküllerle, hatta hareketlerinin dinamikleriyle, mantıkla ve hatta sıradan sağduyuyla hiçbir ilgisi olmayan bir tartışma dizisi ile, tüm emirlere ve tüm kurallara göre bir formüle ulaştı Bilimsel felsefe, umutsuzca yanlış olması gerekirdi. Aslında, daha sonra tam olarak doğru olduğu gösterildi… Maxwell’in büyüklüğünün temelini oluşturan, olağanüstü, ancak matematiksel olmayan bir teknikle birleştirilen şey, derin fiziksel sezginin gücü idi.” Maxwell’e fizik panteonundaki haklı yerini vermeye çalışırken onu Newton ve Einstein (ve hatta Faraday) ile aynı kategoriye almak, sıradışı bir durum değildir. Ve hatta Ve Newton’un çalışmalarının kayda değer miktarda fizikle ilgisi olduğu konusunda hiçbir şüphe olmasa da Newton’un Maxwell’den çok daha az bir fizikçi olduğu söylenebilir. Newton ve Maxwell’ın eserlerini karşılaştırmak ilgi çekicidir. Newton kayda değer 2100 tane kitap bıraktı. Bunların 109’u fizik ve astronomi, 138’i simya, matematik, 126, teoloji 477 idi. Karşılaştırma olarak, Maxwell’in kitaplarının yarısından fazlası fizik üzerineydi. Newton tartışmalı bir uygulamalı matematikçiydi. Maxwell ise, Einstein gibi, şüphesiz bir fizikçiydi.  Yirmi birinci yüzyıldan geriye bakıldığında Maxwel dönemi için alışılmadık şekilde sıradışı gelmektedir. O, Mizahsız Victoria Dönemi’ndeki bilim adamlarının klişeleşmiş görüntüsünden uzak birisiydi. Ve şimdi elektromanyetizma konusundaki çalışmalarının teknolojik bir devrimin başlatılmasına ne kadar yardımcı olacağını takdir etme konumundayız. Maxwell’in biliminin ne kadar taze olduğunu göz önünde bulundurarak, sonraki yazılarının bazılarında bilimsel konular için çok modern bir yaklaşımı görebilir ve bu yaklaşımdan bahsedebiliriz. 1873 yılında, British Association’ın Bradford’daki toplantısında, küçük bir kısmı Maxwell’in kendi sözlerine ideal bir şekilde birleştirilen ‘Moleküler Söylemi’ başlıklı bir konuşma yapıldı: “Göklerde yalnız ve yalnız yıldızların ışıklarıyla keşifler yapıyoruz.  Yıldızlar birbirlerinden öylesine uzak ki, birinden diğerine hiçbir maddi şey geçemez;*4  ve yine de uzak dünyaların varlığının tek kanıtı olan bu ışık; bize her birinin aynı zamanda, yeryüzünde bulduğumuz türden moleküllerden oluştuğunu söyler. Örneğin, Sirius’ta veya Arcturus’ta olsun, bir hidrojen molekülü titreşimlerini aynı anda uygular. Bu nedenle her bir molekül, evren yoluyla, Paris’teki Arşivlerin metresi veya Karnak tapınağındaki çift kraliyet kuşağı gibi , bir metrik sistemin*5  damgasını etkiledi . Moleküllerin benzerliğini hesaba katan hiçbir evrim teorisi oluşturulamaz çünkü evrim zorunlu olarak sürekli değişime işaret eder ve molekül büyüme veya bozulma, üretim veya imha etme yeteneğine sahip değildir. Doğanın süreçlerinden hiçbiri, doğanın başladığı zamandan beri, herhangi bir molekülün özelliklerinde en ufak bir farklılık yaratmadı.” Bu noktada moleküllerin özdeş doğaları göz önüne alındığında, Maxwell moleküllerin bir şeyden yapılması gerektiğini varsaydığı için modern bilimden sapmaktadır ancak“onlar doğaldır” diyebileceğimiz herhangi bir işlem bulunmamaktadır. Maddenin oluşmasını sağlayan madde ve enerji değiş tokuşunun doğal bir süreç olduğunu biliyoruz ancak Maxwell bunu yazdığında, Einstein’ ın özel görelilik teorisi ile bu bilim gelecekte hala 23 yaşındaydı (Ve özel teori, Maxwell’ in çalışması olmadan ortaya çıkamazdı). Öyle olsa bile; o noktaya kadar dilde bir miktar değişime izin verirken, Victoria’ nın harikasına genişleyen bir BrianCox ya da Neilde Grasse Tyson’ ı da kolaylıkla dinleyebilirdik. Maxwell’in vizyonu, önceki fiziğin yarı mistik kıvrımlarından çok uzaktı, Bu kitap boyunca Maxwell’in çıktısının küçük bir kısmı – şeytan – önemli bir rol oynamıştır. Şeytanın söyleyebilmesini istedim çünkü Maxwell’ in meslektaşlarının nesneler hakkında düşünme biçimini sorgulama, modelleme için ilginç yeni yaklaşımlar kullanma ve çok yüz yüze gelebilecek şeylere mizah dokunuşunu dahil etme yeteneğini çok iyi yansıttığını düşündüm.Büyük bir bilim adamından daha çok, Maxwell, arkadaş olmaktan zevk aldığı biri olan olağanüstü bir adam gibi görünüyor. Maxwell ve şeytanı, bilimin hayatlarımız üzerinde bir etkisi olduğu sürece hatırlanmayı hak ediyor.

  1. Bu arada, tesadüfen, Isaac Newton’ın bilime katkısı için ilk şövalye olduğu söylenir. BBC’nin Pointless TV yarışması programı olan bu eşsiz bilgi kaynağının iddia edildiğini bile duydum.Ancak gerçekte, Newton, Kraliyet Darphanesi’nde iyi bir iş çıkardığı için şövalye olmuştu; burada metal satmak için madeni paraların kenarlarını kestiren (ve asılan, çizilen ve çeyreklik yapan) tutkunu efsanevi idi. Şeytani kalbimdenir sonraki adam Newton idi.
  2. Özellikle kitapların pahalı ve nadir olduğu dönem için.
  3. Hangi Newton bir bilimi göz önünde bulunduracaktı?
  4. Tuhaf bir şekilde, doğru sebep olmasına rağmen, buMaxwell’in yanlış olduğunu söyler. O zamanlar, evrenin şu anda bildiğimizden çok daha küçük olduğu düşünülüyordu ama aynı zamanda, evrenin bir uç ucundan diğerine bir şey almak için zamanın olmadığı varsayıldığı kadar genç olduğu da kabul edildi. Mevcut Büyük Patlama Teorisi bunu, enflasyon aşamasında o kadar hızlı bir şekilde genişleyen bir evren ile düzeltir ki;başlangıçta, gözlemlenebilir evrenin aşırı uçları, hala doğrudan fiziksel temasta olabilirdi.
  5. ‘Metrik sistem’ ile Maxwell, bir sistemin modern kullanımını 10 tabanına değil, sadece bir ölçüm sistemine yönlendirdi.

Editör / Yazar: Beyzanur ŞAHİN
Kaynak: https://www.sciencefocus.com/science/james-clerk-maxwell-the-most-important-physicist-you-havent-heard-of/

Continue Reading

Öne Çıkanlar