Connect with us

Fizik / Astrofizik

Güneş Sistemi’nin Oluşumu: Modern Laplace Teorisi

Bu yazıyı yaklaşık 10 dakikada okuyabilirsiniz.

Modern Laplace Teorisi günümüzde Güneş Sistemi’nin oluşumunu en iyi anlatan ve en kabul görmüş teoridir. Ancak, Güneş Sistemi’nin oluşumunu açıklamaya çalışan teorileri geçmişten günümüze doğru anlatmaya çalıştığımız yazı dizimizi eğer okumadıysanız, öncelikle birinci ve ikinci bölümlerini okumanızı öneririz.

Laplace’ın ortaya attığı orjinal teorideki açısal momentum sorunu Roche’nin denemesinden başlayarak 100 yılı aşkın süre boyunca çözülmeye çalışılmış, bir çok farklı model denenmiştir. (Açısal momentumun ne olduğu ve nasıl bir sorun yarattığı yazı dizimizin önceki bölümlerinde anlatılmıştı.)

Bu uğraşlar sayesinde Güneş Sistemi’nin oluşum sürecindeki farklı olaylara zaman içinde açıklıklar getirilmiş, 1974’te astronom Andrew Prentice tarafından Modern Laplace Teorisi adı altında daha bütünlüklü bir teori oluşturulmuştur. Teori, kendisinden birkaç sene önce ortaya konulan Güneş Nebulası Teorisi’nin bir devamı gibi durmasının yanında gezegen oluşumlarını ele alışı Protoplanet Teorisi ile benzerlik taşır.

Güneş Sistemimizi oluşturan ana nebulanın çapının 20 parsek (1 parsek = 3.26 ışık yılı, yani 31 trilyon km) olduğu düşünülmektedir. Güneş sistemi bu nebulanın sadece 0.01-0.1 parsek çapındaki bir parçasının çökmeye, yoğunlaşmaya başlamasıyla meydana gelmiştir.

orion_nebula_complex_wide

Fotoğrafta görülen Orion bulutsusu 3.5 parsek (1 parsek = 3.26 ışık yılı) büyüklüğündedir ve 700 civarı yıldıza ev sahipliği yapmaktadır.

 

Güneş öncesi nebulası adını verdiğimiz bu parçada yoğunlaşmaya neden olan, daha doğrusu katalizör görevi gören şeyin süpernovalardan yayılan şok dalgaları olabileceği tahmin edilmiştir. Bu şok dalgaları sayesinde ortamdaki gaz ve toz kümelenmeye başlar ve kütle çekimi etkisiyle yıldız sistemleri meydana gelir. Süpernovalar kütlesi oldukça yüksek olan ve dolayısıyla kısa ömürlü olan yıldızların ömürlerinin sonuna gelince infilak etmeleri sonucu etrafa şok dalgasıyla birlikte içlerindeki materyali de saçarlar.

Demir elementinin kararsız izotoplarından olan 60Fe ve benzer şekilde aluminyum izotopu 26Al, sadece süpernova patlamalarıyla ortaya çıkan ürünlerdendir ve Dünya’ya düşmüş meteoritlerde bu izotoplar bulunmuştur. 60Fe daha eser miktarda bulunduğu için Güneş Sistemi’ni oluşturan etkiyi yaratacak patlamadan çok daha önceki çevrimlerden arta kaldığı düşünülmektedir fakat 26Al miktarı, etrafta 20 Güneş kütlesinden daha büyük bir yıldızın Güneş Sistemi oluşmadan önce patladığını ve sistemimizi oluşturacak gaz ve toza etki ettiğini doğrulamakta.

Supernova’dan gelen şok dalgasının etkisiyle kümelenmeye başlayan bulutsu kütle çekimsel olarak baskın hale geldiğinde çökmeye başlar. Merkezde yoğun bir çekirdek oluştuktan sonra kütle çekimsel alan büyüyüp etraftaki gazları da çekmeye başlar ve daha da büyür. Akresyon adı da verilen bu süreçle etraftaki gazlar sistemin içine dahil edilir ve sistem dışarıdan bağımsız bir hale gelir. Bu andan itibaren içsel süreçlerle evrilme devam eder.

Merkezdeki çekirdek, etrafından madde aldıkça daha az hacme sıkışan bulutsu açısal momentumunu korumak için çok daha hızlı bir şekilde dönmeye başlar. (bir patencinin kendi etrafında dönmeye başladığı sırada kollarını ve bacaklarını bir araya topladığında hızlanması da aynı nedenden dolayıdır.)

Sisteme yandan baktığımız zaman, nebulanın yukarısından ve aşağısından çekilen parçacıkların çarpışmaları ve dikey enerjilerini bu şekilde yok etmeleri nedeniyle sistem yüksekliğini kaybedip genişleyerek bir disk şeklini almaya başlar. Gezegenlerin Güneş ile neredeyse aynı düzlemde yer almalarının nedeni budur.

starbirthdisc477512

Bu ilustrasyonda görülen başlangıç diski ortalama 100 AU genişliktedir. Merkezinde proto yıldız olan bu diskte açısal momentum ve sıcaklık nedeniyle gazlar kenarlara doğru gittikçe genişleyen bir biçimde ilerlerken daha ağır maddeler kütle çekimi etkisiyle içeriye doğru sürüklenir. Modern Laplace Teorisi’ne göre nebula ortalama 100,000 yıl içinde disk şeklini almıştır.

 

Disk küçülmeye devam ederken 10 milyon yıl içinde gaz yapılı dış gezegenler oluşur. Kayaç gezegenlerin oluşması 10-100 milyon yıl içinde gerçekleşir. 50 Milyon yıl içinde ise merkezdeki T-Tauri benzeri proto yıldızın (ön yıldız) kütlesinin yarattığı basınç ve sıcaklık Hidrojen füzyonu başlatacak seviyeye ulaşır, Güneş doğar.

Maddenin nasıl dağıldığına bakacak olursak; bu disk oluşumu sırasında Güneş’e 4 AU (1 AU “astronomik birim” = 150 milyon km) kadar yakın konumlarda hafif gazlar sıcaklık ve basınç dolayısıyla kendilerine yer bulamazken yüksek sıcaklıklarda yoğunlaşma özelliğine sahip olan Kalsiyum ve Alüminyum açısından zengin oluşumlar Güneş’e yakın konumlarda toplanmaya başlarlar.

Kalsiyum-Alüminyum oluşumlarının biraz daha ötesinde ise milimetre ve daha ufak ölçeklerde Krondül adı verilen ve serbestçe dolaşan erimiş damlalar olan silikat küreleri oluşur. En yaygın meteorit tipi olan Krondrit’lerde yani kaya meteoritlerinde bulunurlar.

Yoğunlaşan bu gibi moleküllerin ve demir, nikel alüminyum gibi metal elementlerinin birleşmesiyle oluşan taş ve kaya parçacıkları Güneş Sistemi’nin iç kesimlerinde, çapı 10km’ye varan, Planetesimal‘ler adını verdiğimiz yapıları meydana getirmeye başlarlar ve disk halkalı bir yapıya dönüşme sürecine girer.

Allende_meteorite

Fotoğrafta Allende meteoritinden bir kesit görülmekte. Meteoritin üstündeki beyaz lekeler Güneş sisteminin ilk zamanlarında oluşmuş olan Kalsiyum-Alüminyum’lardır.

 

Gaz ve tozdan oluşan bu diskin iç kısımlarında su molekülleri sıcaklıktan dolayı kristalleşip donamaz. Dış kısımlara doğru gidildikçe, buz hattının ötesinde su molekülleri donmaya başlar. İç kısımlardaki metaller ve silikatlara göre çok daha yüksek miktarda bulunan bu moleküller, donup çarpışmaya ve daha büyük yapıları; buz kayaları oluşturmaya başlarlar.

Yeterince büyüyüp gezegenimsiler halini aldıklarında hızlı bir şekilde birkaç milyon yıldır var olan gaz diskinin en büyük parçasını oluşturan hidrojen ve helyum ile beslenmeye başlarlar. 3 milyon yıl içinde Dünya’nın kütlesinin 4 katı kadar kütle kazanabilirler ve bu gezegenimsiler 10 milyon yıl içinde gaz devlerini oluştururlar.

Bu sebeple güneş sistemimizdeki dış gezegenler, iç gezegenlere oranla çok daha hızlı bir şekilde oluşmuştur. Jüpiter‘in buz hattının hemen ötesinde olması bir rastantı değildir. Buz hattına geçince yoğunlaşmaya başlayan materyaller bir bariyer görevi görerek ortalama 5 AU uzaklıkta birikmeye neden olmuş ve gezegenimsinin oluşum sürecini hızlandırmıştır.

Satürn ise Jüpiter‘den birkaç milyon yıl sonra oluşumunu tamamlamıştır, Jüpiter’den daha düşük kütleli olmasının nedeni etraftaki hidrojen ve helyum gazlarının büyük bir kısmının daha önce Jüpiter tarafından ele geçirilmesinden kaynaklanmaktadır.

olusumdiski54454545

Uranüs ve Neptün‘ün ise günümüzde bulundukları bölgede oluşma ihtimali düşük görülmekte. Materyal dağılımına bakıldığı zaman bu kadar fazla kütleye sahip olmaları oldukça zor görünmesinin yanında, oluşmaları için geçen süre de birkaç yüz milyon yıla yayılıyor.

Bu nedenle Uranüs ve Neptün’ün Güneş’e daha yakın bir konumda, Jüpiter ve Satürn civarlarında gezegen çekirdeklerini oluşturduklarını ve daha sonra yörüngelerinin değiştiğine dair geliştirilmekte olan yörünge göçü modellerinden Nice 2 Modeli günümüzde çalışılmakta. Bu teoriye göre, buz devleri ilk evrelerinde rezonansa (Satürn ve Jüpiter’in kütle çekimsel itimine) kapılmış durumdalar ve oluşumlarından milyonlarca yıl kadar sonra günümüzdeki yörüngelerine yerleşiyorlar.

Dış gezegenlerin yaşadıkları rezonanslar ve yörünge göçleri, Güneş sisteminin daha dış bölgelerindeki yapıların oluşumunda da pay sahibiler.

Neptün’ün ötesindeki Kuiper kuşağı, saçılma diski ve Oort Bulutu buzul yapıya sahip olan kuyruklu yıldızların kaynağını oluşturmaktalar. Güneş’ten oldukça uzakta olan bu bölgelerde yeterli kütle olmadığı için madde akresyona (kümelenmeye) uğrayamaz ve gezegenler oluşturamaz.

olusumdiski454784212

Çizimde yeşil yörünge Jupiter’i, turuncu yörünge Satürn’ü, turkuaz yörünge Uranüs’ü ve koyu mavi yörünge Neptün’ü temsil etmekte.

 

Kuiper kuşağı günümüzde 30-55AU uzaklıkları arasında olsa da Güneş sisteminin ilk zamanlarında daha yakın konumdaydı ve yoğunluğu daha fazlaydı. Dış kısımları 30AU’ya kadar uzanırken içeride günümüzde Neptün ve Uranüs’ün bulunduğu yörüngeleri kapsamaktaydı.

Modele göre Jüpiter ve Satürn’ün, yörüngelerini temizlerken ilk 500 milyon yıl içinde 2:1 oranında rezonansa girmeleri (yani Satürn Güneş çevresinde 2 tam tur atarken Jüpiter’in 1 tam tur atması), çevrelerinde kütle çekimsel bir itki etkisi oluşturuyor ve bu nedenle önceden Güneş’e daha yakın olan Neptün, Uranüs’ün ötesine doğru sürükleniyor. Bu sırada eski Kuiper Kuşağı kalıntılarını da süpürüyor.

Buz devlerinin yörüngelerinin ötelenmesiyle birlikte daha dışarıdaki ufak buz kayaları da onların çekim etkisiyle birlikte iç bölgelere doğru yöneliyorlar. Jüpiter’in etkisiyle çok daha eliptik ve parabolik yörüngelere girmeye başlayan bu cisimlerin bir kısmı sistemin dışına doğru yol almaya başlıyor ve Oort Bulutu’nun da bu şekilde olduştuğu tahmin ediliyor.

oort-cloud457821

Buz hattından daha yakınlarda ise diskteki katı materyalleri bünyesine katan gezegenimsiler, biraz daha karmaşık bir oluşum süreci geçirirler. Güneş sisteminin iç kesimindeki silikat ve metal ağırlıklı cisimler çarpışmalar ve birleşmeler sonucu 1km civarı boyutlara ulaştıklarında, yakın çevrelerini kütleçekimsel olarak etkileyebilen planetesimal’ler dediğimiz ufak parçaları; gezegenimsi parçalarını oluştururlar.

Bir çok planetesimal çarpışmalar sonucu dağılır fakat aralarından bazıları çekimlerine kapılan ve türbülanslar sonucu bünyesine dahil ettiği kaya parçalarıyla sıkışmaya ve büyümeye devam eder. Böylelikle boyutları birkaç yüz km’yi bulan gezegenimsileri oluşur.

Çarpışmaya ve birleşmeye süreçleriyle Güneş Sistemi’nin erken dönemlerinde 50-100 civarı Ay/Mars büyüklüğünde gezegenimsi oluştuğu tahmin edilmektedir. 100 milyon yıl süresince bu gezegenimsiler kütleçekimsel olarak birbirlerini etkiler, çarpışmaya ve büyümeye devam ederler ve sonucunda 4 adet iç gezegeni (Merkür, Venüs, Dünya, Mars) oluştururlar.

theia-smashes-earth

Bu dönemin sonlarına doğru ortalama büyüklüğü Mars kadar olan gezegenimsilerden birinin Dünya’ya çarpması sonucu ise uydumuz Ay oluşmuştur.

İlk 10 milyon yılda dış gezegenler, 100 milyon yılda ise iç gezegenler oluşmakta. Fakat hem iç gezegenlerin oluşum sürecinden arta kalan planetesimaller, hem de dış gezegenlerin yörünge değişimleri nedeniyle Kuiper Kuşağı ve saçılım diskine etki etmeleri nedeniyle; Güneş Sistemi’nde 4.1 ila 3.8 milyon yıl öncesine uzanan, iç gezegenlere yönelik yüksek sayıda meteorit çarpışmasının yaşandığı düşünülen Ağır Bombardıman Dönemi adı verilen bir zaman aralığı vardır.

Ay’daki en büyük kraterler incelendiğinde tarihlenmeleri bu zaman aralığına denk gelir. Dünya’daki suyun da bir kısmı bu dönemde çarpan buz meteoritlerinden gelmektedir.

ay45478211255

Geç Ağır Bombardıman dönemi sonlarında artakalan planetesimal’lerinin bazıları gezegenlerin yörüngeleri tarafından yakalanıp uyduları meydana getirir. Mars’ın uyduları ve Jüpiter gibi devlerin yüksek deklinasyona sahip uyduları bu şekilde yakalanmış cisimlerdir.

Asteroit kuşağı da iç gezegenlerin oluşum döneminde gezegenimsilerin olduğu bir bölgedir. Fakat dev gezegenlerin yörünge değişiklikleri döneminden kalma parçalar pek yoktur. Daha çok Ağır Bombardıman Dönemi sonrası arta kalan gezegenimsiler ve asteroidlerden oluşur. Jüpiter’in çekim gücü nedeniyle yörünge hızları, enerjileri yükseldiği için çarpışma şiddetleri birleşmelerini sağlamaktan çok parçalanmalarını sağlayacak düzeyde olmaktadır.

Hazırlayan: Taylan Kasar

Bu yazımız, sitemizde ilk olarak 1 Nisan 2015 tarihinde yayınlanmış, gözden geçirip hatalardan arındırılarak tekrar yayına sunulmuştur. 

Fizik / Astrofizik

Hologram Evren Kavramı Ne Anlama Geliyor?

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 6 dakikada okuyabilirsiniz.

Yaşadığımız evrenin aslında bir hologram olduğu söylemi son yıllarda fizik ile ilgili ortaya çıkan en büyük yanlış anlamalardan birine sebep olmakta. Bu yazıda konuda geçen kavramları ele alacağız, fizikçiler aslında ne demek istiyor onu açıklayacağız.

Hayır evrenimiz hologram değil. Bu sözcük evrenin olması gerektiği düşünülen bazı özelliklerini tanımlamak için kullan bir metafor. Bilimkurguda rastladığımız “bir simülasyonun içinde yaşama” eylemini sağlayan hologramla ilgisi yok. Bunu netleştirelim ve konunun bel kemiğini oluşturan Holografik İlke aslında ne demek ona bakalım.

Holografik İlke

Öncesinde başka bir konuya, entropiye bakmamız gerekiyor. Bir kara deliğin olay ufku sınır kabul edilir ve entropisi olay ufku yüzey alanının 4’e bölünmesiyle bulunur. Evrende, içinde madde barındıran, kara delik dışında bir bölge düşünün. Bu bölgenin kara deliğe benzer bir şekilde toplam entropisinin bir limiti var mıdır?

Biraz düşünecek olursak; eğer bu bölgenin içine madde eklemeye başlarsak bölgenin entropisini arttırırız. Fakat madde eklemeye devam ederken belli bir noktadan sonra o bölgede o kadar çok madde birikir ki, sonunda bu bir karadelik oluşturur.

Yani evrende bir bölgenin entropisini sonsuza kadar arttıramıyoruz. Limit var; çünkü entropi arttırmak için aynı hacime daha çok madde eklemek eninde sonunda kara delik oluşturuyor. Dolayısıyla evrende bir bölgede olabilecek en yüksek entropi nedir diye merak ediyorsak; o bölgenin yüzey alanının 4’e bölmemiz gerekiyor. (sanki kara deliğin entropisini ölçüyormuş gibi)

Entropiye aslında bir bilgi ölçeği de diyebiliriz. Evrendeki her madde, her parçacık, her dalga bilgi, yani enformasyon taşır. Bir yerde ne kadar çok madde varsa, o kadar çok bilgi vardır, dolayısıyla entropi o kadar yüksektir. Bu çıkarım bir fiziksel ilke, yani uymak zorunda kalınan bir kural. Holografik ilke adı verilen bu kural kısaca demekte ki; bir miktar hacmin içerisindeki bilgi miktarı, o hacme tanımlanan toplam bilgi miktarını geçemez.

Fizikte ilke/prensip adı altında geçen tanımlamalar, bir konuyla ilgili teorileri formülize etmek için kullanılır. Holografik ilke ise, Kuantum yerçekimi teorisini oluşturabilmek için kullanılması gereken bir ilkedir. Kuantum yerçekimi teorisi oluşturmak için işe koyulduysanız, bulduğunuz teori ya bu ilkeye uymak zorunda, ya da bu ilkeyi ihlal ediyorsa neden ihlal ettiğini çok iyi açıklayabilmek zorunda. Yoksa, teoriniz tutarsız olur.

Yapısı gereği deneysel olarak test edilebilecek tahminlere sahip olmayan bu gibi bilimsel ilkeler, belirli bilimsel teorileri oluşturmak için kullanılırlar yukarıda belirttiğimiz gibi. Dolayısıyla, prensibin tek başına varlığı, evrenin hologram olduğu veya evrenin bu prensibe gerçekten uyduğu anlamına gelmez.

Evrenin Holografik ilkeye uyup uymadığı ifadesi ise test edilmesi gereken bir önermedir. Fakat bunun yapılabilmesi için önce işe yarar, çalışan bir kuantum yerçekimi teorisi oluşturmak gerekiyor.

Dolayısıyla, eğer biri size evrenin hologram olduğundan bahsediyorsa, o kişinin aslında neyden bahsettiği hakkında bir fikri olmadığı söylenebilir. Medyada son zamanlarda çokça ortaya çıkmaya başlayan evrenin hologram olduğu kanıtlandı benzeri haberler de benzer bir şekilde yanıltıcı ifadelerle son zamanlarda yapılan çalışmaları anlatmaya çalışıyor.

The Matrix, hologram kavramının ötesinde, dijital sanal bir evren tasvir eder.

Bu haberlerin yapıldığı makaleler aslında biri AdS diğer CFT adında iki gerçek olmayan teorinin bağlantısını ifade eden AdS/CFT konjektürü adlı matematiksel tanımlamaya dayanmakta ve bu, yaşadığımız evren ile ile ilgili bir şey de söylememekte.

Konuyu genel hatlarıyla anlayabilmeniz için bu iki karışık matematiksel teorinin detaylarını bilmeniz gerekmiyor merak etmeyin. Sadece uzayı farklı şekilde tanımlayan iki farklı matematiksel modelin olduğunu ve bu ikisinin birbirleriyle ilişkisinin üzerine çalışıldığını söylüyorum. Aşağıda iki teoriye de kısaca değineceğim.

O zaman neden bu AdS/CFT’ye ihtiyaç duyuluyor?

Yukarıda anlattığımız holografik prensip sadece sözlerden oluşan bir şey ve sözler keskinlik konusunda iyi değillerdir, hesaplanamazlar. Fizikçiler düşünceleri matematiksel denklemler halinde yazmayı severler, böylece bahsedilen şeyin niteliği ve niceliği analiz edilebilir olur.

AdS/CFT konjektürü de bu şekilde holografik prensip’e dayanan matematiksel bir modeldir. Fakat bu matematiksel model gerçek değil yani bizim evrenimizi tanımlamıyor. Peki madem gerçek değil, o zaman neden üzerinde çalışıyor?

Fizikte “Oyuncak Teori” olarak da bilinen bir kavram bu. Gerçek olmadığı bilindiği halde bu gibi teorilerin üzerinde çalışılmasının iki nedeni var.

1 – Basit bir model olduğu için daha karmaşık ve gerçek olan modellerde yapılamayan hesaplamaları yapmaya olanak sağlamaları.

2 – Gerçekçi bir modelimizin olmadığı bir alanda, elimizdeki verilerle ne yapabildiğimize bakabilmek.

Peki o zaman AdS/CFT konjektürü bize ne anlatıyor? Teknik detayına girmediğimizde bunun sicim teorisinde tanımlanan D3-zarıyla uğraştığını söyleyebiliriz.

Bu zara iki farklı perspektiften bakılıyor. Bir perspektiften bakıldığında 5 boyutta (kuantum) yerçekimi teorisi gibi duruyor, buna AdS tarafı deniliyor. Diğer perspektiften yani CFT tarafından bakıldığında ise yerçekiminin dahil olmadığı 4 boyutlu teori gibi duruyor.

adc67216f99baacc75f599e955427160

Fakat zar aynı zar olduğu için, hangi perspektiften bakarsak bakalım aynı şekilde davranması gerekmekte. Yani aynı hesaplamaları 5 boyutlu teoride de 4 boyutlu teoride de yaptığımızda aynı sonuçları almalıyız.

Bir şeyin bu şekilde iki farklı tanımının olması, yani modelin ikili yapısı, hesaplamalar yaparken oldukça kullanışlı, faydalı oluyor. Hesaplanmak istenen şey eğer yerçekiminin dahil olduğu AdS tarafında hesaplanması çok zor ise, yerçekimsiz olan CFT teorisinde hesaplanarak bulunabiliyor.

AdS/CFT modeline konjektür yani varsayım sıfatını vermemin nedeni daha tam kanıtlanamamış olması. Fakat bu konjektürün doğru olabileceğine dair birçok veri var. Bunlar yukarıda anlattığımız gibi hesaplamaların iki farklı perpektiften de bakılarak yapılıp karşılaştırılmasıyla ve sonuçların tutmasıyla olmakta. Fakat sonuçların her zaman tutarlı olacağı henüz söylenememekte.

Bilim sitelerinde “fizikçiler evrenin hologram olduğuna dair kanıt buldular” diye haberlere rastladığınız zaman, o habere konu olan makalenin aslında demek istediği şey AdS/CFT konjektüründe tutarlı olan bir hesaplama daha bulunduğu. Fakat tekrar edelim, bu bizim evrenimizle ilgili bir şey söylememekte, sadece gerçek olmayan model hakkında daha yeni bir bilgi vermekte.

Modelin gerçek olmamasının nedenlerine gelecek olursak:

  • Model sırtını sicim teorisine dayamakta ve aslında sicim teorisi de “Oyuncak Teori” sınıfına girmekte. Sicim teorisi evrenimizi ile ilgili gerçek bir tanımlama yapmamakta. Sanal bir evren tanımı yapmakta ve bu evren bazı açılardan bizim evrenimiz ile benzerlikler taşıyor fakat bazı açılardan oldukça farklı.

  • Yerçekiminin de dahil olduğu perspektife AdS deniliyor çünkü bu evreni “Anti de Sitter” adında özel bir geometri ile tanımlıyor. Evrenimiz bu geometriye sahip değil. Hatta bunun tam tersi olan “de Sitter” ile tanımlanmış durumda. Dolayısıyla AdS bizim evrenimize bağlı bir tanım yapmıyor.

  • Yerçekiminin dahil olmadığı perspektif olan CFT ise evreni Conformal Simetri adında özel bir geometri ile tanımlıyor. Bu nedenle adı Conformal Field Theory/Conformal Alan Teorisi. Fakat evrenimiz hem conformal simetriye sahip değil hem de yerçekimi var. Dolayısıyla CFT de bizim evrenimize bağlı bir tanım yapmamakta.

Sonuç olarak; AdS/CFT konjektürü sanal bir evren modeli tanımlıyor ve bu tanımladığı evren bizim evrenimiz değil. Holografik ilkenin matematiksel bir karşılığı. Oldukça önemli olmasına ve teorik fizikte bir çok uygulama alanı olmasına rağmen bizim evrenimizle bir ilişkisi yok.

Yine de Holografik ilenin gerçek olmayan matematiksel bir modeli olan AdS/CFT çalışmaları, ileride bizim evrenimize de uygulanabilecek gerçek bir model için zemin hazırlamakta ve serimizin ilk yarısında belirttiğimiz gibi işleyen bir kuantum yerçekimi teorisi ortaya çıktıktan sonra holografik prensibin empirik olarak sınanmasının da önü açılacak.

Hazırlayan: Taylan Kasar

Konuyla ilgili diğer yazılarımız:
Evren bir simülasyon mu? – 1
Evren bir simulasyon mu? – 2

Okumaya devam et

Fizik / Astrofizik

Yıldızların Rengi ve Sıcaklığı Arasındaki İlişki

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 3 dakikada okuyabilirsiniz.

Yıldızların rengi ve sıcaklığı arasındaki ilişki bazen kafa karıştırıcı olabiliyor. Astronomi sitelerinde vakit geçirmeyi seven pek çoğumuz şu bilgi notuyla karşılaşmışızdır; ”Zannedilenin tersine mavi yıldızlar, kırmızılardan çok daha sıcaktır.” Peki ama neden?

Günlük yaşamımızdan da bildiğimiz üzere, ısındığı için ışık yayan cisimlerin yaydıkları ışığın rengi, cismin sıcaklığıyla ilgilidir (fluoresan ve led türü soğuk ışık kaynakları şu anki konumuz değil). Yıldızlar dahil olmak üzere, ısısı nedeniyle ışık yayan tüm cisimler aslında kara cisim ışıması yaparlar.

Örneğin kırmızımsı – turuncu renkte gördüğümüz elektrikli sobanın çubuklarının sıcaklığı 2.000 santigrat derece kadardır. Evlerimizde kullandığımız Edison tipi bir akkor ampulün içindeki flaman sarımsı ışık yayar. Bu flamanın sıcaklığıysa yaklaşık 3.000 derece civarındadır.

hand-holding-lit-lightbulb

Eğer bir cismi daha fazla ısıtabilirsek renginin giderek maviye döndüğünü görebiliriz. Bir odunu yaktığımızda, odunun bitişiğinde yanmakta olan ateş mavi renktedir. Yanan ateş, kaynağından uzaklaştıkça, alevi oluşturan partiküller soğuduğu için maviden kırmızıya doğru kayar. Bunu bir çakmak veya kibrit yaktığımızda da gözleyebiliriz.

Örneğin bir kibrit yanarken ateş, kaynağına en yakınken mavi renktedir. Fakat, kaynağından uzaklaşıp havadaki görece düşük sıcaklıkla karşılaştıkça yavaş yavaş sıcaklığını kaybeder, mavi renkten beyaza, beyazdan sarıya, sarı renkten de kırmızıya döner ve gözden kaybolur.

Tabi bu arada şunu belirtmek lazım; Dünya üzerinde gördüğümüz alevlerin rengini sadece sıcaklık belirlemez. Alevi oluşturan kimyasal madde de renge etki eder. Kibrit ve çakmak örneğinde mavi alevli kısım aslında 1.000 santigrat dereceden düşük sıcaklıkta olmasına rağmen mavidir, çünkü alevi oluşturan kimyasallar bu rengi yayarlar. Ancak, bunu göz ardı edersek, “öğretici örnekleme” açısından uygundur.

1010419_391319711014514_490058086_n

Türlerine göre yıldızlarının evrende bulunma oranları. Her 1 adet O-B sınıfı yıldıza karşı diğer yıldız türlerinden kaç tane olduğu. Şu makalemize de göz atabilirsiniz.

 

İşte yıldızlarda da durum buna çok benzerdir. Elbette yıldızlarda alev yoktur. Sıcaklık, yıldızın çekirdeğindeki nükleer reaksiyon sonucu alevsiz olarak oluşur. Daha başka bir deyişle, yıldızları ısıtan şey ateş değildir. Fakat bizler Dünya üzerinde sıcaklığın sadece “kimyasal bir reaksiyon olan” ateş ile oluştuğunu gözlemlediğimiz için, yıldızları da birer alev topu olarak düşünürüz. Bu, içine düştüğümüz bir yanılgıdır.

Sıcak yıldızların ışığı mavi, soğuk yıldızlarınkiyse kırmızıdır. Yıldızın rengini, çekirdek bölgesindeki nükleer reaksiyonun miktarı belirler. Büyük ve sıcak yıldızlarda bu reaksiyon çok fazla olduğu için yıldız da orantılı olarak o kadar fazla ısınır ve rengi de bununla bağlantılı olarak kırmızıdan maviye doğru (sırasıyla kırmızı, sarı, beyaz, mavi) değişir.

Burada kırmızı yıldızlara soğuk demekteyiz fakat soğuk değildirler, bu “göreli” bir tanımlamadır. Mavi renkli yıldızlar 30.000 santigrat dereceden fazla sıcak olabilirken, kırmızı renkli yıldızlar 2.500 – 3.000 derece kadar sıcaktırlar. Haliyle 30.000 derecelik bir sıcaklığa karşı 2.500 derece, 12 kat soğuktur.

Yıldızların renkleriyle sıcaklıklarının ilişkisini gerçek anlamda anlayabilmek ve yıldız asrofiziği açısından ele alabilmek için; şu üç yazımızı muhakkak okumalısınız:

  1. Tayf
  2. Tayf Türleri
  3. Kara Cisim Işıması

Hazırlayan: Kemal Cihat Toprakçı
Bu yazımız, sitemizde ilk olarak 8 Mart 2015 tarihinde yayınlanmış, güncellenerek tekrar yayına sunulmuştur.

Okumaya devam et

Fizik / Astrofizik

Astrofizik Nedir? Astronomi ve Kozmoloji ile Farkları Neler?

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 8 dakikada okuyabilirsiniz.

Astrofizik; fizik ve kimya yasalarını yıldızların, gezegenlerin, galaksilerin, bulutsuların ve evrendeki diğer nesnelerin doğumunu, yaşamını ve ölümünü açıklamak için kullanan bir bilim dalıdır. Astronomi ve kozmoloji adında iki kardeş bilim dalı vardır ve bunları birbirinden ayıran çizgiler çok da net değildir.

En kesin anlamda:

  • Astronomi; gökcisimlerinin pozisyonlarını, parlaklıklarını, hareketlerini ve diğer karakteristik özellikleri ölçer.
  • Astrofizik, evrendeki küçük ve orta büyüklükte olan yapıların fiziksel teorilerini yaratır.
  • Kozmoloji ise bunu çok daha büyük yapılar için ve evreni bir bütün şeklinde alarak yapar.

Uygulamada bu üç uzmanlık alanı, birbirine sıkıca bağlı bir aile oluşturur. Bir bulutsunun yerini veya ne tür bir ışık yaydığını sorarsanız, buna önce bir astronom cevap verebilir. Bu bulutsunun neyden oluştuğunu ve nasıl oluştuğunu sorarsanız astrofizikçi bunun hakkında konuşacaktır. Bu verilerin evrenin oluşumu ile nasıl uyuştuğunu sorduğunuzda ise muhtemelen kozmoloji uzmanı buna atlayıp cevabını verecektir. Ancak dikkatli olun; bu soruların herhangi birinde, iki veya üç kişi aynı anda konuşmaya başlayabilir!

Astonom, astrofizikçi ve kozmologların bir arada olduğu ortamlarda soru sorarken dikkatli olun. Hepsi aynı anda cevap vermeye başlayabilir! (Fotoğraftakiler soldan sağa; Ligo ile kütle çekim dalgaları keşifleri sonucu Nobel Ödülünü alan Patrick Brady, Jolien Creighton, Alan Wiseman, ve Xavier Siemens. Fotoğraf telif: UWM Photo)

 

Astrofiziğin Hedefleri

Astrofizikçiler, evreni ve onun içindeki yerimizi anlamaya çalışırlar. NASA’nın web sitesine göre, NASA’da astrofiziğin hedefleri  “evrenin nasıl işlediğini bulmak, nasıl başlayıp evrimleştiğini keşfetmek ve diğer yıldızların çevresindeki gezegenlerde yaşam aramak” olarak belirtilmiştir.

NASA, bu hedeflerin üç tane geniş çaplı soru ürettiğini belirtiyor:

  • Evren nasıl işler?
  • Biz buraya nasıl geldik?
  • Yalnız mıyız?

Her şey Newton ile başladı.

Astronomi, en eski bilim dallarından biri iken teorik astrofizik Isaac Newton ile başlamıştır. Newton’dan önce gök bilimciler, göksel cisimlerin hareketlerini fiziksel bir temel olmadan karmaşık matematiksel modeller kullanarak anlatıyorlardı. Newton, tek bir teorinin uzaydaki uydularla gezegenlerin yörüngelerini ve Dünya’daki bir topun hareketini aynı anda açıklandığını gösterdi. Bu teori, göklerin ve Yeryüzü’nün aynı fizik kanunlarına tabi olması gibi o zamanlar için şaşırtıcı bir sonucu da kanıtlara ekledi.

Isaac Newton

Newton’a çok şey borçluyuz.

 

Belki de Newton’ın modelini öncekilerden tamamen ayıran en önemli şey, bu modelin tanımlayıcı olduğu kadar tahminci olmasıdır. Uranüs‘ün yörüngesindeki sapmalara dayanarak gök bilimciler, daha sonra Neptün olarak gözlenip adlandırılacak olan yeni bir gezegenin yerini öngördüler. Tanımlayıcı olduğu kadar tahminci olması, olgunlaşmış bir bilimin işaretidir ve astrofizik bu kategorinin içerisinde bulunmaktadır.

Astrofizikteki Kilometre Taşları

Uzak nesneler ile etkileşim içinde olmamızın tek yolu yaydıkları radyasyonu (ışımayı) gözlemlemek olduğundan dolayı astrofizik, bu radyasyonu üreten mekanizmaları açıklayacak teorilerin çıkarımını yapmak ve bunlardan daha fazla bilgi ortaya çıkarmak için fikirler ortaya koymak zorundadır. Yıldızların doğası hakkındaki ilk fikirler, 19. Yüzyılın ortalarından itibaren belli maddelerin ısıtıldığında emdiği ve yaydığı ışığın özel sıklıklarını gözlemleme anlamına gelen tayfsal analiz biliminin ortaya çıkması ile başladı. Tayfsal analiz, hem rehberlik hem de yeni teorilerin test edilmesinde bu üç uzay bilimi dalı için de gereklidir.

İlk tayf ölçümü, yıldızların Yeryüzü’nde de var olan maddeleri içerdiklerinin ilk kanıtını sağlamıştır. Tayf ölçümü, bazı bulutsuların yıldız içeriyor olmalarına rağmen, bazılarının sadece gazdan oluştuğunu ortaya çıkarmıştır. Bu bilgi, daha sonra bazı bulutsuların bulutsu değil farklı galaksiler olduğu fikrini sağlamlaştırmaya yardımcı olmuştur.

Cecilia Payne

Cecilia Payne, bizi yıldızların doğası ile tanıştırdı.

 

1920’lerin başlarında; Cecilia Payne, tayf ölçümünü kullanarak bu yıldızların (en azından yaşlanıncaya kadar) büyük oranda hidrojenden oluştuklarını keşfetti. Yıldızların spektrumları, astrofizikçilere ayrıca bunların Dünya’dan ne hızla uzaklaşıp ne hızla Dünya’ya yakınlaştıklarını belirleme imkanı vermiştir. Tıpkı Doppler Kayması sebebiyle araçların yaydığı sesin bize yakınlaşması veya uzaklaşması gibi, yıldızların spektrumları da aynı şekilde değişecektir. 1930’larda; Doppler kayması ve Einstein’ın genel görelilik teorisini birleştiren Edwin Hubble, evrenin genişlediğine dair güçlü kanıtlar sağladı. Bu, Einstein’ın teorisi tarafından da öngörülür ve birlikte Big Bang (Büyük Patlama) Teorisinin temelini oluşturur.

Ayrıca 19. Yüzyılın ortalarında; fizikçiler Lord Kelvin (William Thomson) ve Gustav Von Helmholtz, yerçekimsel çöküşün Güneş’e güç verebileceği üzerine düşünüyorlardı ancak, nihayetinde bu yolla elde edilen enerjinin sadece 100.000 yıl süreceğini fark ettiler. Elli yıl sonra, Einstein’ın ünlü E = mc2 denklemi astrofizikçilere gerçek enerji kaynağının ne olduğunun ilk ipucunu verdi (yerçekimsel çöküşünün önemli bir rol oynadığının ortaya çıkmasına rağmen).

Nükleer fizik, kuantum mekaniği ve parçacık fiziği 20. yüzyılın ilk yarısında ilerledikçe, nükleer füzyonun yıldızları nasıl güçlendirebileceği teorilerini formüle etmek mümkün oldu. Bu teoriler; yıldızların nasıl oluştuklarını, yaşadıklarını ve öldüklerini tanımlamakla birlikte gözlenen yıldız türlerinin dağılımını, bunların spektrumlarını, parlaklıklarını, yaşlarını ve diğer özelliklerini de başarılı bir şekilde açıklamışlardır.

William Fowler Geoffrey and Margaret Burbidge

William Fowler, Geoffrey ve Margaret Burbidge ile birlikte.

 

Astrofizik, yıldızların ve evrendeki diğer uzak cisimlerin fiziğidir ancak, evimize de oldukça yaklaşmaktadır. Big Bang Teorisine göre, ilk yıldızlar büyük oranda hidrojenden (%75) oluşmuştur. Onlara enerji veren nükleer füzyon süreci, daha ağır bir element olan helyumu oluşturmak için hidrojen atomlarını birleştirmektedir. 1957’de; karı-koca gök bilimci olan Geoffrey ve Margaret Burbidge ile fizikçiler William Alfred Fowler ve Fred Hoyle, yaşları arttıkça yıldızların daha sonraki nesillerdeki yıldızlara da geçen büyük miktarlardaki ağır elementleri nasıl ürettiklerini gösterdiler.

Demir (%32.1), oksijen (%30.1), silisyum (15.1) gibi Dünya’yı oluşturan elementlerin üretilmesi, yeni yıldızların hayatlarının sadece son evresinde ortaya çıkmaktadır. Bu elementlerin bir diğeri olan karbon, oksijenle birlikte bizim de dahil olduğumuz bütün yaşayan varlıkların kütlesinin çoğunluğunu oluşturmaktadır. Bu nedenle de astrofizik; hepimizin yıldız değil, yıldız tozu olduğumuzu söylemektedir.

Kariyer olarak Astrofizik

Astrofizikçi olmak;  yıllarca gözlem, eğitim ve çalışma gerektirir. Ancak astronomi kulüplerine katılarak, yerel astronomi etkinliklerinde bulunarak, astronomi ve astrofizikle ilgili ücretsiz çevrimiçi kurslar alarak ve hatta ilkokul ve lisede bile bu gibi küçük yollarla bu işe başlayabilirsiniz.

Üniversitede ise öğrenciler, astrofizikte doktoralarını tamamlamayı ve daha sonra astrofizik bölümlerinde doktora sonrası bir konuma gelmeyi hedeflemelidirler. Astrofizikçiler; hükümet, üniversite laboratuarları ve bazen özel kuruluşlar için çalışabilirler.

Study.com, sizi astrofizikçi olma yoluna sokabilecek daha fazla öneri sunmaktadır. Bunlar aşağıda verilmiştir.

Lise boyunca matematik ve fen derslerini alın.
Çok çeşitli fen dersleri aldığınızdan da emin olun. Astronomi ve astrofizik; evrendeki olguları daha iyi anlamak için biyoloji, kimya ve diğer bilimlerin unsurlarını harmanlamaktadır. Ayrıca matematikte veya bilimde herhangi bir yaz tatili işi veya staj için takipte olun. Gönüllü çalışmalar bile özgeçmişinizi güçlendirebilir.

Astrofizik

Astronomi veya astrofizik bilimi ile ilgileniyorsanız, çok ama çok iyi derecede matematik ve fizik öğrenmelisiniz. Unutmayın, eğitim süreciniz ve sonrasında teleskobun başına çok az geçeceksiniz.

 

Matematik veya fenle ilgili lisans derecesi peşinde koşun
Astrofizik lisans derecesi ideal olsa da, bu alana giden bir çok yol bulunmaktadır. Örneğin, verileri analiz etmeniz için önemli olan bilgisayar bilimlerinde lisans eğitimi alabilirsiniz. Hangi programların size yardımcı olacağını öğrenmek için lise rehberlik danışmanınıza veya üniversitenize danışmak en iyisidir.

Araştırma olanakları bulun
Birçok üniversitede öğrencilerin keşiflere katıldığı programlar vardır – hatta bazen bu keşifler yayınlanır. NASA, ESA, RSA gibi ajanslar zaman zaman staj imkânı da sunmaktadır.

Astrofizikte doktorayı bitirin
Doktora yapmak, uzun ve yorucudur ancak, ABD Çalışma İstatistikleri Bürosu, astrofizikçilerin çoğunun doktora derecesine sahip olduğuna dikkat çekiyor. Geniş bilgi temeline sahip olmak için doktoranızın astronomi, bilgisayar bilimi, matematik, fizik ve istatistik derslerini içerdiğinden emin olun.

James Webb

Astrofizik kariyeri yapmayı planlıyorken; teleskop başında zaman geçireceğim değil, yapılan keşifleri anlamlandıracağım diye düşünmelisiniz.

 

Arizona State University’de bulunan gezegen astrofizikçisi Natalie Hinkel, 2015 yılında Lifehacker’a verdiği uzun röportajda küçük bir astrofizik araştırmacısı olmanın ödüllerine ve zorluklarına bir göz atmıştı. Araştırmalarını yaparken geçirdiği uzun yılları, sık iş değişikliklerini, iş saatlerini ve rekabetçi bir alanda bir kadın olmanın nasıl bir şey olduğunu anlatmıştı. Gün boyunca neler yaptığına dair ilginç bir bakış açısı da vardı. Zamanının çok az bir kısmı teleskop başında geçiyordu.

“Zamanımın büyük bir çoğunluğunu programlamaya harcıyorum. Çoğu insan, gökbilimcilerin tüm zamanlarını teleskoplarda geçirdiğini varsayıyorlar ancak bu, işin çok küçük bir kısmı. Bazı gözlemler yapıyorum, ancak son birkaç yılda sadece iki kez toplamda iki hafta gözlem yaptım. 

Veriyi aldığınızda, onu azaltmak (diğer bir deyişle kötü parçaları çıkarmak ve gerçek bilgi için işlemek) gerekir. Resmin tamamını görmek için diğer verilerle birleştirin, daha sonra da bulgularınız hakkında bir yazı yazın. Her bir gözlem çalışması tipik olarak birden fazla yıldızdan veri ürettiğinden, yeterli işe sahip olmak için teleskopunuzda bütün zamanınızı harcamanıza gerek yoktur.”

Çeviri: Burcu Ergül
Düzenleme: Zafer Emecan

Hazırlayan: Ariel Balter
https://www.space.com/26218-astrophysics.html

Okumaya devam et

Fizik / Astrofizik

Belirsizlik Ve Kuantum Dalgalanmaları

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 10 dakikada okuyabilirsiniz.

Bir balığın açısından evreni düşünmek, pek de kolay görünmeyebilir. Ancak konuyu ana hatlarıyla ele almamızı sağlayacak birkaç ipucunu bize sağlama olasılığı açısından, düşünülesi bir durumdur.

Gözlerimiz sürekli açık, zira biz bir balığız. Sürekli bizlerle etkileşim içinde olan su molekülleriyle ve deniz suyunda bulunması olası moleküllerle etkileşim halindeyiz.

Durun bir dakika, bir balığın bunu ilk bakışta çıkarsaması, -eğer en az ”Homo sapiens model” bir zekâya sahip olduğunu varsayarsak- çok zor. Bunu, sürekli bizlerle etkileşim halinde olan hava moleküllerinin ve havada bulunması olası moleküllerinin farkında olmayışımız durumundan hareketle çıkarabiliriz. Bizler için, odamızda, yeni aldığımız dolabımızı yerleştireceğimiz köşe, tam anlamıyla ”boş”tur. Aynı durumun üzerinde düşünülebilir bir durum olduğunu, bizler, yarısı ”boş” olan bardağı değerlendirirken de fark etmeliyiz.

Odamızın boş olduğunu düşündüğümüz köşesi, esasında (eğer fazla pasaklı ya da fazla titiz değilsek) standart bir odanın içerebileceği hava moleküllerini içerir; tıpkı odanın diğer köşeleri ve içindeki herhangi bir bölüm gibi. Dolabımızı köşesine yerleştirdikten sonra, söz konusu hava molekülleri artık ötelenmiştir. Onların yerine artık söz konusu köşede, bol karbonlu (belki biraz da silisli) bileşiklerden oluşan dolabımız durmaktadır. Ancak -her zaman değerlendirdiğimiz gibi- işin bir de atom altı boyutu vardır.

Kuantum dalgalarından -fiziksel olarak- çok da uzak olmayan bir manzara.

 

Acaba atom altı ölçekte de balıktan ve balıkla etkileşim içinde olan su moleküllerinden, dolabımızdan ve dolabımızla etkileşim içerisinde olan hava moleküllerinden başka figüranlar olabilir mi? Cevap, yine her zaman olduğu gibi, evet. Esasında dolapla hava ortamı arasındaki sınır olan düzlem, yani dolap yüzeyi, bu figüranlar için pek de önemli görünmüyor. Zira onlar her yerde. Tüm evreni dolduruyor ve sürekli oluşup kayboluyorlar.

Tüm evreni dolduran bu figüranlar, ”sanal parçacıklar”. Acaba ”sanal” sözüyle neyi anlatmak istiyor olabiliriz? Gerçeklik ve sanallık arasında belli bir yelpazenin olmadığı açıktır. Diğer bir deyişle, bir şey ya gerçek, ya da değildir. Sanal parçacıklar bu bağlamda, biraz da anlaşılamamış bazı noktalar olduğunu ortaya koyar (tıpkı ”karanlık madde” ifadesindeki ”karanlık” sözcüğü gibi).

Dalgalanmaların Doğası ve Belirsizlik

Klasik fizikte yüklü cisimler, elektrik alanı aracılığıyla etkileşirler. Kuantum fiziğinde bu etkileşim, ”foton değiş tokuşu” dediğimiz olayla beraber gerçekleşir. İki elektron, atağa kalkan bir futbol takımındaki oyuncuların paslaşması gibi, foton değiş tokuş eder. Topun, takım oyuncularının ayaklarına her çarpışında, oyuncuların topu hissetmesi gibi, her foton değiş tokuşu sonunda, elektronlar da bazı değişikliklere uğrar.

Söz konusu dünya, kuantum dünyası olduğundan, buradaki değişiklikler daha geniş çaplıdır. Elektronun momentumundaki bir değişim, buna örnektir. Bunun yanında, bu değiş tokuşların sonucu, iki elektronun birbirini itmesidir. İşte burada değiştirilen fotonlar, sanal parçacıklardır. Işığı taşıyan fotonlardan farkları ise, uzaydaki menzillerinin çok kısa olmasıdır.

Diğer bir deyişle söz konusu fotonlar, uzun yol için gereken enerjiye sahip değillerdir. Buradaki sanal parçacıklar, kuantum alanını ödünç alıp, sonra geri veren parçacıklardır; tıpkı futbolcunun hareket eden ayağından ödünç aldığı momentumu, başka bir futbolcunun ayağına teslim eden top gibi.

Bir koldan, paslaşma örneğini sergileyen parçacık değiş-tokuşunun bir Feynman diyagramıyla temsili.

 

Bunların yanında, bilim dünyasını yakından takip edenlerin aşina olabilecekleri bir sorun vardır: kütleçekiminin kuantum teorisini oluşturmak ya da diğer bir deyişle, kütleçekimini, kuantum teorisi ile birleştirmek. Bunu sorun yapan ise, bu sefer daha yüksek bir olasılıkla aşina olunabilecek ”belirsizlik ilkesi”dir. Bu ilkenin bize ne söylediğinin üzerinden kısaca geçmek gerekirse, atom altı düzeyde ölçüm yaparken, ölçmek istediğimiz büyüklüklerin belirlilikleri arasında bir ödünleşim olduğunu belirtmek gerekir. Yani örneğin, bir elektronun hızını ve konumunu ölçmek istediğimizde, eğer konumu %64 kesinlikle ölçüyorsak, hızını %36’lık bir belirlilikle ölçebiliriz.

Bu ilkenin teorik ve deneysel bir sonucu da, yukarıdaki dolap ve balık analojilerinde hatırlamaya çalıştığımız gibi, uzayın aslında tamamen boş olmadığıdır. Eğer böyle olmasaydı, yani boş uzay tümüyle boş olsaydı, günlük hayatta deneyimlediğimiz tüm alanlar ”sıfır” değerini alırlardı. Diğer bir deyişle, ışık gibi bir elektromanyetik alan ve Güneş’in kütleçekim alanı gibi bir alan, kısaca olmazdı. Neyse ki, söz konusu boş uzay alanının değeri (boş olup olmaması durumu) ve zaman içerisinde değişimi, yukarıda açıkladığımız ödünleşim durumunu hatırlatır. Belirsizlik, söz konusu büyüklüklerden birini ne kadar kesinlikle biliyorsak, diğerini de o kadar belirsizlikle bilebileceğimizi söylüyordu.

Buradan hareketle, boş uzaydaki herhangi bir alanın tam olarak ”sıfır” değerine sabitlendiğini varsayarsak, söz konusu alan, belirsizlik ilkesine uymayan ve tamamen bilinebilir, yani kesin olan bir konum değerine (sıfır), bunun yanında da kesin bir değişim değerine (sıfır) sahip olacaktır. Oysa belirsizlik, iki büyüklüğe de, %0 ve %100 dışındaki tüm değerler için izin veriyordu. Bu sebeple, alanın değerinde, bir ölçüde belirsizlik, yani ”kuantum dalgalanması” olmalıdır.

Dalgalanmayı soyut biçimde, bu şekilde özetleyebiliyoruz. Ancak tabii ki de durumu somutlaştırmamız gerekiyor. Dalgalanma olgusu esasen, ”parçacık çiftleri”nin oluşup kaybolması durumuyla özdeştir. Evet, Feynman diyagramlarının bazılarında olduğu gibi, bir noktada etkileşen ve ayrılan parçacıklardan bahsediyoruz. Bir parçacık çiftinin bir süre için birlikte ortaya çıkıp sonra yeniden bir araya gelerek birbirlerini ”yok etmeleri” olarak düşünülebileceğimiz bu dalgalanmalar, elektromanyetik alanın taşıyıcı parçacığı olan fotonlar gibi, boyutsuz parçacıklarla beraber meydana gelir.

Proton ya da nötron gibi gerçek parçacıkların aksine, parçacık dedektörlerince algılanamayan bu parçacıklar, buna rağmen etkilerini, atomun çekirdeği etrafındaki elektron orbitallerindeki (yörüngelerindeki) ufak çaplı enerji değişimleri sırasında gösterirler.

Detaya inmeye şimdilik gerek yok. Buraya kadarki olay örgüsünden anlamamız gereken, boş uzayın, yukarıda açıkladığımız belirsizlik ilkesi gereği, kuantum dalgalanmalarına sahne olduğudur. Bu dalgalanmalar her yerde ve her zaman oluşup kayboluyor; tıpkı sıcak bir yaz gününde, yakamozlardan gözümüze çarpan parlak dalgalar gibi. Deniz yüzeyine tepeden baktığımızı hayal ettiğimizde, yüzeyin pürüzlülüğünün, deniz dalgalarından kaynaklandığını anlamamız uzun sürmez. Şimdi bu zemine, dikdörtgen formundaki bir düzlemi oturttuğumuzu varsayalım. Şu durumda dalgalar, denize oturttuğumuz düzlemin -önce üstüne, sonra altına- diye devam eden hareketlerini sürdüreceklerdir. Bir anlamda denize oturttuğumuz düzlem, bu dalgaların ”ortalama profili”dir. 

Belirli bir anda, düzlemin üzerinde kalan dalgalar, tek tek (+1) değerini alırken, düzlemin altında kalan dalgalar, tek tek (-1) değerini alır. Ne ilginç ve ne zariftir ki, tüm bu dalgaların toplamı, bize çok da yabancı olmadığımız 0’ı verir. 

Screen shot 2015-04-10 at 13.27.49

Yukarıdaki formülizasyona dikkatlice bakalım. Kendisi, esasında, belirsizlik ilkesinden başkası değil. Werner Heisenberg’in ortaya koyduğu bu ilkeye yeniden göz atmak istersek, parçacığın pozisyonunun belirsizliği çarpı hızının belirsizliği çarpı kütlesi, daima belirli bir nicelikten fazla olmalıdır. Bu belirli nicelikse, bir parçacığın enerjisinin frekansına oranı olan Planck sabitidir. Eğer siz, parçacığın pozisyonundaki belirsizliği 2 katına çıkarırsanız, hızındaki belirsizliğini yarıya indirmelisiniz demektir. Bunun yanında, eşitsizliğin en sağındaki ”parçacığın kütlesi” ne kadar büyük olursa, eşitsizliğin sol tarafının geri kalanını oluşturan iki belirsizlik de o kadar az olmak zorundadır.

Bu bize biraz tanıdık gelmiş olmalı: Ay’dan Dünya’mıza bakan hiçbir astronot, Dünya’nın kaybolup yeniden oluştuğuna rastlamamıştır. Zira kütle çok yüksektir, dolayısıyla belirsizlikler çok çok düşüktür. Evren, bu formülizasyon üzerinde yapacağınız herhangi bir hamleye karşı, eşitsizliği yeniden sağlamak adına, başka bir hamleyle size cevap verir.

Evren Nedensel mi, Belirsiz mi? 

Bir voleybolcunun topa hangi açıyla vurduğunu bilmeniz, topun tam olarak nereye düşeceğini bilmenize yeter mi? Görünüşe göre, başka unsurlar da söz konusu: voleybolcunun topa uyguladığı kuvvet ve havadaki moleküllerin oluşturacağı ufak çaplı sürtünme kuvveti gibi. Bütün bu verilerin ve daha fazlasının bize sağlandığını düşünelim. Yani voleybolcunun topa vuruşu sırasındaki tüm veri setleri elimizde ve biz, bu verilerle hesaplamalar yapabiliriz. Şu durumda topun düşeceği noktayı belirlememizi engelleyen bir şey yok gibi görünüyor. İşte bu, bize belirli bir durumu işaret etmektedir: belirli bir andaki belirli verilerden hareketle, sonraki herhangi belirli bir anda, belirli bir durumu öngörmemiz durumu. 

SGZ0Omh

19. yüzyıl’ın başlarında, Simon Laplace adlı bir Fransız fizikçisi, gayet cüretkâr bir biçimde, evrenin herhangi bir anındaki veri setleri elimizdeyse, evrende olabileceklerle ilgili keskin tahminlerde bulunmamızı sağlayacak bir bilimsel yasalar dizisinin olduğunu belirtiyordu. ”Cüretkâr” nitelemesi, burada olumsuz bir anlam kazanmamalıdır; belki gelecekte de belirsizlik ilkesini ortaya koyan Werner Heisenberg’ün görüşleri oldukça cüretkâr görülecektir, ancak bu olasılığı Söz konusu yasalar için gereken tek veri seti, evrenimizin herhangi bir andaki eksiksiz durumudur. Başka bir deyişle gerekli olan, evrendeki tüm parçacıkların, o anki konum ve hız bilgilerinin verileridir. İşte Laplace burada, bu verilere sahip olduğumuzda, evrenin, zaman içerisindeki herhangi bir noktadaki durumunu hesaplayabileceğimizi söylüyordu.

Astronomların, gezegenlerin hareketlerini, gelecekteki konumlarını ve tutulma tarihlerini hesaplayabilmesi, esasında Lalplace’ı biraz haklı çıkarıyor gibi. Ancak 19. yüzyıl’ın başları da, henüz ”herkesin konuşmadığı” tarihlerdi. Daha Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac, Stephen Hawking gibi bilim insanlarının söz hakları, olduğu gibi duruyordu.

ozgurirade

Nedenselcilik ve belirsizlik, beraber düşünüldüklerinde özgür iradeye çıkan bir yolu izleyen iki kavram olarak karşımıza çıkıyor. (Çizen: Courtney Gibbons)

 

Bir önceki başlık altında, hiçbir astronomun, Dünya’yı kaybolup yeniden ortaya çıkarken gözlemediğinden bahsetmiştik. Burada da bu örnek geçerlidir; Laplace, belli sınırlar dahilinde haklıdır. Ancak evrenin kendisine sıra geldiğinde, söylenmesi gereken her şeyin henüz söylenmediğini belirtmeliyiz. Evrenin kendisi, bir gezegenle karşılaştırılamayacağı gibi, Laplace’ın savunduğu kadar da belirli değildir.

Evrendeki tüm parçacıkların, tüm fiziksel özelliklerinin belirli bir anda bilinmesi, Belirsizlik İlkesi uyarınca, olanaksızdır. Doğa yasaları, bizlerin, evrenin geleceğini belirli formüllere dayanarak hesaplaması girişimine engel teşkil eder. Elbette ”yukarıdan birileri” bizleri engellemez; ancak evren bünyesindeki belirsizlik, kendisini, ortaya çıkıp tekrar yok olan parçacıklarla gösterir ve bu parçacıklar, daha önce de belirttiğimiz gibi, evrenin her noktasını doldururlar. 

Bu noktada Laplace’ın determinizmi, yani nedenselciliği, iki açıdan eksikti: öncelikle evrenin ilk durumunu belirtmiyordu. İkincil olarak, yasaların nasıl seçilmesi gerektiğini söylemiyordu; diğer bir deyişle, bu yasaları seçen bir tanrıyı, hipotezine dahil ediyordu. Tüm bunları yeniden düzenleyip anlatmak gerekirse, tanrı, Laplace’a göre, evreni bir kere yaratmış ve ”gerisine karışmamıştı”. Ne var ki tanrı, artık 19. yüzyıl fiziğinde anlaşılamayan olgularla sınırlanıyordu. Bu, determinizmin, krallığını tehlikede hisseden bir kralın, vergiye bağlanmayı kabul etmesi gibi bir şeydi.

Hazırlayan: Emre Oral

Bu yazımız, sitemizde ilk olarak Aralık 2015 tarihinde yayınlanmıştır.

Okumaya devam et

Çok Okunanlar