Connect with us

Kozmik Anafor Arşivi

Meta Malzeme ve Görünmezlik

Bu yazıyı yaklaşık 7 dakikada okuyabilirsiniz.

“Fizik için zor olan çok şey vardır fakat imkansız yoktur. Fizik için ‘bu asla olmaz’ diyemeyiz.”

-Doç. Dr. Başak KOŞAR KIRCA (Sinop Üniversitesi / Eğitim Fak. Fen Bilimleri Bölümü Anabilim Dalı Başkanı)

Dünyamızı aydınlatan Güneş’ten yayılan, evlerimizde işlerimizde hayatımızın her anında kullandığımız ışık neler başarabilir? Işık yalnızca akşam olduğunda evimizi aydınlatan bir enerji kadar basit bir şey olabilir mi?

Bunları açıklamadan önce ışığın Klasik Fizik’te ki tanımına bakalım: Işık, “yüksek derecede ısıtılan, akkor durumuna getirilen ya da çeşitli erke biçimleriyle uyarılan cisimlerin yaydığı, gözle görülen ışıma.” şeklinde tanımlanır. Gözümüzle gördüğümüz ışıklara görünür ışık deriz ki, bu ışığın dalga boyu 380 nm-760 nm arasında. Bu dalga boylarının öncesinde ve sonrasında ise, çok geniş ama gözlerimizin algılayamadığı farklı dalga boyları var. Yani insan gözü ışığın yalnızca çok az bir miktarını görebilir.

Modern bilim tarihi boyunca ışığın dalga mı yoksa parçacık mı olduğu tartışma konusu olmuştur. Çünkü ışık (foton) bazı olaylarda dalga özelliğini, bazı olaylarda ise, parçacık özelliğini gösterir. Bu ikisini aynı anda gösterdiği bir olaya rastlanmamıştır ancak, bu durum rastlanmayacağı anlamına gelmez. Kimbilir belki bir gün, laboratuvar ortamında gerçekleştirilen fiziksel bir olay da ışık hem dalga hem parçacık özelliğini aynı anda gösterir.

Işığın Dalga Özelliği: Işığın dalga özelliğinin anlaşıldığı Young’ın Çift Yarık Deneyini hepimiz biliriz. Bu deneyi biraz irdeleyelim ve  ışığın dalga özelliğini anlayalım.

Şekil 1: Young’ın Çift Yarık Deneyi

 

Üstteki şekilde görüldüğü gibi deney düzeneği bir perde, ışık kaynağı ve bir çift yarıktan oluşmuştur. Işık kaynağından (L) yayılan monokromatik ışık öncelikle tek bir yarıktan geçer ve daha sonra S1 ve S2 olarak gösterilmiş iki ayrı yarıktan geçer. Sonuçta perde üzerinde aydınlık ve karanlık şablonların oluşumu gözlenir.

Bu durum, S1 ve S2’nin birbiri ile faz halinde ışık kaynakları olarak düşünülmesi ile açıklanır. Dalgaların faz içinde olduğu noktalar birbirlerini güçlendirirken, faz dışında olduğu noktalar birbirlerinin iptal eder. Bu deneyde ışığın dalga özelliği gösterdiğini görmüş olduk.

Elektromanyetik spektrum. Gördüğünüz gibi, gözümüzün sınırları aslında çok dar.

 

Işığın Parçacık Teorisi: Işığın bazı olaylarda dalga bazı olaylarda ise parçacık özelliği gösterdiğini söylemiştik. Işığın parçacık özelliğinin en iyi görüldüğü deney, çoğumuzun bildiği Fotoelektrik Olaydır. Bazı deneyler ışığın dalga modeli ile açıklanabilmekteydi fakat, klasik fizik bazı olayları ışığın dalga özelliğiyle açıklayamamıştır. Şimdi bu olaylardan en çok bilinen fotoelektrik olayı inceleyelim.

Ünlü bilim insanı Hertz, yaptığı tekrarlı deneylerin sonucunda metalik özellik gösteren bir maddeye gönderilen bir ışığın bu metale çarptıktan sonra bu yüzeyden elektron kopardığını gözlemledi. Fakat kopan bu elektronların kinetik enerjilerinin ışık şiddetinden yani foton sayısından bağımsız olduğu görüldü. Bu durumun sonucunda, ışığın yalnızca dalga özelliği gösterdiği yanlış bir bulgu olarak kabul edildi. Çünkü ışık eğer bu olayda dalga özelliği gösterseydi, elektronların kinetik enerjisinin ışık şiddeti arttıkça artması gerekecekti. Bu olay fotonun yani ışığın yalnızca parçacık özelliği ile açıklanabilir.

Şekil 2: Işığın Parçacık Teorisi (Fotoelektrik Olay).

 

Peki ışık, üzerine düştüğü cisimler tarafından nasıl bir etki görür? Bir cisim üzerine bir ışık ışını düşürüldüğünde 3 farklı durum gözlenir. Cisim ya ışığı tamamen yansıtır, ya bir miktar soğurur ya da hiçbir değişiklik olmadan ışık yoluna devam eder. Doğada bulunan her madde, ışık için bu üç durumdan birini gösterir.

Peki bir madde üzerine ışık düşürüldüğünde bu üç farklı durumun üçünü de aynı anda gösterirse ne olur?

Doğadaki hiçbir madde için bu durum geçerli değildir. Ancak laboratuvar ortamında üretilmiş özel bir malzeme bunu gerçekleştirebilir. Biz modern fizikte bu malzemelere meta malzeme (metamaterial) adını veririz.

Bir meta malzeme modeli

 

Meta malzemeler, doğada görülen yapılarda bulunmayan elektronik elektromanyetik özelliklere sahip olacak şekilde yapay olarak laboratuvar ortamında üretilmiş malzemelerdir. Bu malzeme içindeki elektromanyetik dalgalar, alışılmışın dışında bükülür. Bu alışılmışın dışında bükülme olarak adlandırdığımız durumu meta malzeme içine yerleştirilen minik implantlar sayesinde gerçekleştiririz.

Bu implantlar bize ışını bükme ve istediğimiz şekilde yönlendirme imkanı sağlar. Bu da, ışığı istediğimiz şekilde kullanabileceğimiz anlamına gelir. Öyleyse, bu sayede ne gerçekleşir? Işık istediğimiz şekilde yönlenirse ne elde ederiz?

Yakın geçmişte dahi hayal olarak adlandırabileceğimiz ‘görünmezlik’ özelliğini kazanırız. Işığı istediğimiz şekilde kontrol etmek, ışığı istediğimiz şekilde kırmak anlamına gelir. Bu noktada konumuza bir ara verip. Işığın kırılması ne demek onu açıklayalım:

En kolay şekilde kırılmayı tanımlayacak olursak; Kırılma ışığın bir ortamdan diğer ortama geçerken doğrultusunu ve hızını değiştirmesi” olarak tanımlanır.  Kırılmanın 4 özelliğinden bahsedebiliriz:

1- Gelen ışın, normal ve kırılan ışın aynı düzlemdedir.
2- Az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçen ışık, normale yaklaşarak kırılır.
3- Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçen ışık, normalden uzaklaşarak kırılır.
4- Normal üzerinden gelen ışın (dik gelen ışın), diğer ortama geçerken kırılmaya uğramaz (dik geçer).

Doğada bulunan normal (yansıtıcı) bir malzeme için kırılma açısı 90 derece olduğunda, çok az bir kısmı soğurulmasına karşın ışık tamamen yansır. Doğada bulunan hiçbir madde için kırılma açısı sıfır derecenin altında değildir yani negatif değer alamaz. Peki bir malzeme üzerine düşürülen ışının kırılma açısı sıfır derece altında olursa ne olur?

Meta malzemeler için bahsettiğimiz; ‘ışığı istediğimiz şekilde kırma’ özelliği işte tam anlamıyla budur. Meta malzemelerin kırılma açısı eksi değerlik alır. Malzemeye çarpan elektromanyetik dalga geliş açısı ile enerji akışı aynı yönde kalır. Yani dalga vektörü ve enerji akışı zıt yönlüdür. Meta malzemenin ters kırılma indisli olması bize görünmezliği kazandırır.

Bir hayalden öteye gidemeyecek teknolojik yenilikler, bugünkü modern fizik ve modern bilim dünyasında yaşanması kolay yenilikler olarak görülüyor. Bilim kurgu filmlerinde yer alan görünmezlik gelecekte insanoğlu için çok da zor olmasa gerek. Ünlü Fizikçi Albert Einstein’ın dediği gibi; “Bir fikir ilk başta saçma gelmiyorsa ondan umut yoktur.” İnsanoğlu için de ışınlanmak, görünmez olmak gibi fiziksel olaylar olağanüstü ve saçma gelir.

Şimdi gelin laboratuvar ortamında üretilmiş bir malzeme, bir ışık ışını ile nasıl görünmezlik elde edilir onu tartışalım:

Ayrıntılı şekilde açıklanacak olursa; meta malzemeden oluşmuş bir kıyafet  düşünelim. Bu kıyafet üzerine bir ışık düşsün ve bu ışık ışınının, kıyafet içinde ters bir şekilde kırılması sağlansın ve ışık ışını vücuda hiç çarpmadan dolaşıp tekrar kıyafetin içinden geçsin. İşte görünmezliği bu sayede elde ederiz. Yani kırılma açısının negatif değer alması ve ışığın üç farklı durumunun tek bir malzeme içinde gerçekleşmesiyle.

Gözümüz ile bir cismin görülebilmesi için o cismin içinden ışığın geçmesi ve her madde için yukarıda bahsettiğimiz 3 farklı durumdan biri gerçekleştirmesi gerekir. Bir cismin görülmemesi içinde ona çarpan ve sizin gözünüze yansıyan herhangi bir ışık ışını (foton) olmaması gerekecek. Bunu sağlayan da, meta malzemelerin görülmeyen elektromanyetik dalgalarıdır.

Meta malzemeler tıpkı içinden geçilebilen saydam bir madde olarak düşünülebilir. Sonuç olarak meta malzemeler görünmezlik özelliğini alışılmışın dışındaki dalga özelliğinden ve homojen oluşundan almaktadır. Kimbilir, belki gelecekte bir gün meta malzemeden oluşmuş üst düzey görünmezlik özelliğine sahip elbiseler üretilebilir.

Hazırlayan: Sultan KIŞ

Kaku, M. (2016). Olanaksızın Fiziği, Odtü Yayınları
Karaoğlu, B. (2016). Üniversiteler İçin Fizik, Ankara, Seçkin Yayıncılık
Bayram, M. (2017). Metamalzemeler ve Görünmezlik, http://www.muhendisbeyinler.net, (5 Ağustos 2017)
Özer, M.A. (2017), Işık Gerçekten Nedir?, http://www.fizikist.com (14 Haziran 2017)

Teşekkür: Desteğinden, başaracağıma olan inancından ve bana olan güveninden dolayı, üniversitemizdeki odasına her zaman beni kabul edip tüm sorularımı yanıtlayan beni asla ve asla yanıtsız bırakmayan sevgili hocam, Doç. Dr. Başak KOŞAR KIRCA hocam ile, başaracağıma her zaman inanan ve bana her konuda destek olan anneme sonsuz teşekkürler.

Kozmik Anafor Arşivi

Video: Gökalp Gönen İle Animasyon ve CGI

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 1 dakikada okuyabilirsiniz.

Kozmik Anafor ve Hypatia Bilim işbirliği içinde hazırladığımız “Meğer Hepsi Kurguymuş” isimli programımızda; Pentagram’ın Sur klibindeki kısa animasyon filmi ile geniş bir tanınırlığa kavuşan Gökalp Gönen konuğumuz oldu…

Gökalp Gönen, dünya çapında Avarya gibi başarılı animasyon filmlerine imza atan, çok sayıda uluslararası ödüle sahip başarılı bir yönetmen ve animasyon sanatçısıdır. Nurcan Seven ve Ümit Çakır moderatörlüğündeki programımızın Youtube videosunu, aşağıdan veya bu linke tıklayarak izleyebilirsiniz.

Hypatia Bilim ve Kozmik Anafor ortaklığında Youtube kanalımızda, yeni çalışmalarımızla sizlerle birlikte olmayı sürdüreceğiz. Kozmik Anafor Astronomi Platformu olarak, her zaman popüler bilim platformlarının işbirliği içinde olmasının, ülkemizde bilimin tüm halk tabanında yeterince değer görmesi açısından gerekliliğini dile getiriyoruz ve bildiğiniz gibi ülkemizin BilimfiliGerçek BilimAçık Bilim,  Gelecek Bilimde ve Feza Gezginleri gibi takdir edilesi popüler bilim platformlarıyla her zaman işbirliği içinde oluyoruz.

Unutmayın, popüler bilim platformları ve bilim insanları, birbirleriyle işbirliği içinde olmazlar, yalnız başlarına hareket etmeyi tercih ederlerse, ülkemizde bilim halk tabanında yeterince yaygınlaşamaz ve değer göremez!

Hypatia Bilim‘i Youtube üzerinden takip etmek için bu linke,
Kozmik Anafor‘u Youtube üzerinden takip etmek için ise bu linke tıklayıp abone olabilirsiniz.

Okumaya devam et

Güneş Sistemi

Maat Mons, Venüs’teki Dev Volkan

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 2 dakikada okuyabilirsiniz.

Maat Mons, Venüs’teki en yüksek ikinci dağdır. Onu Venüs’ün diğer yüksek dağlarından ayıran şey ise, gezegenin en yüksek yanardağı olmasıdır.

Venüs’ün atmosferi kalın bulutlarla kaplıdır. Bu nedenle yörüngeden yüzeyinin görüntülenebilmesi mümkün değildir. Ancak, 1990’lı yıllarda Magellan Uzay Aracı sayesinde, yüksek çözünürlüklü radar görüntüleri ile kalın Venüs bulutlarını yarıp geçerek gezegenin ilginç yüzey oluşumlarını inceleme fırsatını elde etmiş olduk.

Venüs yüzeyinde bilinen en belirgin oluşumlar, hiç kuşkusuz ki volkanlardır. Gezegen üzerinde 1.100 den fazla volkan oluşumu olduğunu biliyoruz. Henüz onların hala etkin birer yanardağ olup olmadıkları ile ilgili kesin bir kanıya sahip olmasak da, bu oluşumların Venüs yüzey şekillerini son 300 ile 500 Milyon yıl öncesine kadar önemli ölçüde değiştirdiklerinden eminiz.

Üstteki fotoğrafta yer alan bu üç boyutlu görüntü, Venüs’ün bilinen en büyük volkanı olan Maat Mons yanardağına ait. Macellan Sondasından alınan radar görüntülerini ve Venüs yükseklik verilerini birleştiren gökbilimciler, sonuçta bu üç boyutlu Venüs volkan yapısı görüntüsünü oluşturmayı başardılar.

İsmini Eski Mısır’ın adalet ve doğruluk tanrısı Maat’dan alan bu volkan oluşumu, yaklaşık 395 km çapa ve yüzeyden yaklaşık 8 km yüksekliğe sahip. Görselde Maat Mons’u, zirvesinden 560 km uzakta ve yerden yaklaşık 1,6 km yukarıdaki bir bakış noktasından görüyoruz. Ön tarafta görmüş olduğumuz oluşumlar, katılaşmış lav akıntılarıyla kısmen kapalı duruma gelmiş ve ciddi oranda parçalanmış ovalardır.

Araştırmalar, Maat Mons’un zirvesinden lav akış izleri olduğunu gösteriyor. Bu da volkanın nispeten yeni bir tarihte patladığının, hala aktif bir volkan olduğunun işareti olarak niteleniyor. Yine de, radar verileri ile bu görüşü doğrulamak mümkün değil. Dünya’ya yakın büyüklük ve kütlesiyle Venüs’ün jeolojik olarak hala aktif bir gezegen olduğuna eminiz ancak, tüm atmosferini kaplayan bulutların görünür ışık dalga boyunda gözleme izin vermemesi nedeniyle kesin bir kanıta şimdilik ulaşamıyoruz.

Hazırlayan: Sinan DUYGULU

https://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc1994/pdf/1475.pdf
https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00106

Okumaya devam et

Fizik / Astrofizik

Negatif Enerji ve Negatif Kütleli Madde Nedir?

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 3 dakikada okuyabilirsiniz.

Negatif enerji ve negatif kütle, özellikle “warp sürüşü” veya “solucan deliği” gibi kavramların konuşulduğu ortamlarda sıklıkla dile getiriliyor.

Bu kavramların gerçekliği her ne kadar tartışmalı olsa ve bilim insanlarının büyük kısmı tarafından spekülasyon olarak görülse de, ne olup olmadıklarını açıklamak gerektiğini düşündük.

Negatif Kütleli Madde

Negatif kütleli madde denildiğinde çoğumuzun aklına Antimadde ya da Karanlık Madde geliyor. Ancak, bunlarla karıştırmayınız. Teorik fizikte, negatif kütle sahibi madde, 0 ağırlıktan daha düşük kütleye sahip, “hiçbir şeyden daha hafif” diye tabir edebileceğimiz ve kütle çekimi tarafından çekilmeyen tersine itilen spekülatif bir egzotik maddedir.

Bir ya da daha fazla enerji durumunu ihlal eder. Bir tartı üzerine koyarsanız tartıya ters basınç uygular ve -10 kg gibi bir sonuç görürsünüz. Eğer evrende negatif kütleli egzotik madde çeşitleri varsa, gezegenlerin, yıldızların hatta galaksilerin kütle çekimleri tarafından çok uzaklara itilmiş ve belki de hiçbir zaman ulaşamayacağımız galaksiler arası derin uzayda bulunuyor olabilirler.

Peki fizik kanunlarını ihlal ediyorsa nasıl gerçek olabilecekmiş gibi konuşabiliyoruz? Böyle bir şeyin bizim evrenimizde bulunmaması gerekmez mi? Katı haldeki negatif kütleli madde, ancak “mükemmel sıvı” diye tabir edilen bir halde negatif kütle sahibi maddede bulunabilir.

Kanada, Montreal Üniversitesi’ndeki kozmologlar Saoussen Mbarek ve Manu Paranjape mükemmel sıvı haldeki negatif kütle sahibi bir maddenin hiçbir enerji durumunu ihlal etmediğini açığa çıkardı. Gereken tek şey, bu maddeyi Big Bang esnasında üretmiş olabilecek bir mekanizma. Kısacası şu anda böyle bir maddenin gerçekliğini ne inkar edip imkansız diyebilecek ne de onaylayabilecek bir durumdayız.

Negatif enerji

Negatif enerji, adından da anlaşılacağı üzere eksi değerleri olan enerji seviyelerine denir. Karanlık Enerji ile karıştırmayınız. Tamamen kuramsal olan negatif kütleli madde, aksine negatif enerji çeşitli kuantum durumlarında stabil olmayan şekilde mümkün olabiliyor.

Bununla birlikte karakteristik olarak negatif enerjiye oldukça benzeyen ancak negatif enerji sayılmayan ve çok küçük ölçeklerde gerçekleşen Casimir etkisinden de bahsedelim. 1933’te Hendrik Casimir, Kuantum Teorisi’nin kanunlarını kullanarak garip bir öngörüde bulundu. Casimire göre; (alttaki resimde görülen) vakum içerisindeki iki adet paralel, yüksüz metal plaka birbirlerini itecekti.

Normalde yüksüz olan bu plakaların sabit durması gerekmekteydi ancak bu iki plaka arasındaki vakum boş değildi, gerçekliğe giriş, çıkış yapan sanal parçacıklar ile doluydu. Bu noktada sanal parçacıklarla ilgili yazımıza göz atmanız faydalı olacaktır. (Bkz. Belirsizlik ve Kuantum Dalgalanmaları)

Bu vakum, çok kısa ömürlü elektronların ve pozitronların ortaya çıkıp birbirlerini imha ederek yok olduğu kuantum aktiviteleri ile doludur. Normalde bu yoktan var olan ufak madde-antimadde olayları Enerjinin Korunumu Kanunu’nu ihlal ediyor gibi görünse de; belirsizlik ilkesi sebebiyle bu küçük patlamalar inanılmaz ölçüde kısa ömürlü olup, net enerjide değişikliğe sebep olmamaktadır. Böylece Casimir bu kısa ömürlü olayların plakalar arası vakumda bir basınç yaratacağını ve bu basıncın plakaları iteceğini keşfetti. Normalde bu plakalar birbirinden uzakken bu etki gerçekleşmezken, plakalar yaklaştırıldıkça aralarında bu enerji açığa çıkmaya başlar.

Bu enerji 1948’de laboratuvarda, Casimir’in öngördüğü gibi gözlemlendi. Bu enerjiyi ölçmek için inanılmaz hassas ve sanat eseri sayılabilecek ekipman gerektiğinden, 1996’da ilk hassas ölçüm yapıldığında bu etkiden kaynaklanan basıncın bir karıncanın ağırlığının 30 binde 1’i kadar olduğu bulundu. Tahmin ettiğiniz gibi uzay-zamanı bükmek için çok yeterli değil.

Negatif enerjiye başka bir örnek de, kara deliklerin buharlaşma sürecinde açığa çıkan ve Hawking radyasyonu mekanizması sırasında oluşan kısa ömürlü sanal parçacıklar verilebilir.

Hazırlayan: Berkan Alptekin

Okumaya devam et

Kozmik Anafor Arşivi

Fantastik Uzay Projeleri: Yıldız Motoru

• İçerik Üreticisi:

Bu yazıyı yaklaşık 8 dakikada okuyabilirsiniz.

Görünen o ki insanlık Ay’dan sonra Mars’ı da gözüne kestirdi. Önümüzdeki 10 yıllık süreç, bu konuda çok ciddi gelişmeler gösterecek gibi duruyor. Tabii Mars ile de kalınmayacak, eğer kendi türümüzü yok etmezsek, 21. Yüzyıl sona ermeden Güneş Sistemi’nin pek çok noktası muhtemelen insan oğlunun ulaştığı yerler haline gelecek. Peki ya bunun da sonrası? Bir yıldız motoru yapıp yıldızımızla birlikte yolculuğa çıkmak mı?

Başka yıldızlara gitmeye çalışacak uzak gelecekteki torunlarımız. Ama bu huzur dolu yuvamızı, biricik Güneş’imizi terk etmek istemezsek ne olacak? Başımızı alıp gitmektense, Güneş’imizi de yanımızda götürsek, olmaz mı? Hmm… Bunun da bir yolu var, tek ihtiyacımız ise bir Yıldız Motoru. Kemerlerinizi bağlayın, Güneş Sistemi’ni devasa bir uzay mekiğine dönüştürüyoruz.

İlk bakışta ütopik gibi gelmiş olabilir. Ancak unutmayın; “Fantastik Uzay Projeleri” yazı serisindeyiz. Hem hatırlatmak isteriz ki önceki yazılarımızda “Gök Kancaları” yapıp, Dünya’mızın yörüngesine yerleştirmiştik. Bununla kalmadık, başka gezegenlere, onların uydularına ve hatta gök taşlarına bile gök kancaları kurarak Güneş Sistemi’nin dört köşesini su yolu yaptık. Ender bulunan madenleri ve füzyon için gerekli elementleri Dünya’mıza getirip, füzyona hükmederek enerji sorunumuzu büyük oranda çözdük.

Füzyon da kesmedi, Güneş’in ürettiği her 1 kalori enerjiyi kontrol altına almaya karar verdik. Merkür’ü feda edip bir Dyson küresi yaptık. Bu sayede Kardashev ölçeğinde 2. seviye medeniyet seviyesine yükseldik.

Teknolojide ulaştığımız bu noktayla, hedeflerimizi çok daha ileriye taşıyabileceğiz. Güneş Sistemi artık bizden sorulduğuna göre yeni hedef Güneş Sistemi’nin dışı olmalı. Ancak, uzay boşluğu; karanlık, soğuk ve sıkıcı… Üstelik yakınlarda da ilgi çekici pek fazla şey yok. Örnek verecek olursak, bize en yakın yıldızları içeren Alfa Centauri yıldız sistemi Güneş Sistemi’mizden 4.3 ışık yılı mesafede.

Yani ışık hızıyla gitsek, ulaşmamız 4.3 yıl sürecek. Işık hızının yaklaşık %0.1’i ile yolculuk etsek, 4300 yıllık bir yolculuktan bahsediyoruz. Kaldı ki, şu ana kadar insan yapımı bir aracın ulaşacağı en yüksek hız olarak, Nasa’nın Parker Güneş Sondası’nın 193km/sn’lik hızı öngörülüyor ki bu da ışık hızının sadece %0.064’üne tekabül ediyor. Elbette Dyson küresi teknolojisine ulaşmış bir medeniyet için çok daha hızlı yolculuklar öngörmek yanlış olmasa da uzay boşluğundaki mesafelerin büyüklüğünü de göz ardı etmemek gerekir. Üstelik hedef noktamıza vardığımızda bulacaklarımızın da bu çileli yolculuğa değer olması gerekir.

 

Bu bağlamda bir yıldız motoruna sahip olmak beraberinde çok farklı avantajlar getirebilir. Yıldız motoru, Güneş’i (ya da genel manada bir yıldızı) mevcut yörüngesinden oynatmak ve farklı yönlere doğru hareket ettirmek için tasarlanmış, olası farklı varyasyonları bilimsel olarak kanıtlanmış, hipotetik mega yapıya verilen addır. Güneş’i yerinden oynatacağız deyince tabii, “Eee, Dünya’dakiler ne yapacak? Dünya Güneş’siz mi kalacak?” endişesine kapılabilir insan. Telaşa hiç gerek yok. Dünya ve Güneş Sistemi’nin diğer tüm üyeleri kütle çekim kuvveti ile Güneş’e sabitlenmiştir. Güneş nereye, herkes oraya.

İşte yıldız motorunu güzel kılan en temel özellik de bu diyebiliriz. Yazımızın başında “Güneş Sistemi’ni devasa bir uzay mekiğine dönüştürüyoruz” derken kast ettiğimiz buydu. Hayata geçirilen bir yıldız motoru ile kolonize edilmiş halde Güneş Sistemi’ni toptan hareket ettirebiliriz.

Peki bunu neden yapmak istiyoruz?

  • Samanyolu Gökadası’nda bulunan diğer sistemleri kolonize etmek için, onlara doğru tüm Güneş Sistemi olarak gitmek isteyebiliriz. Yeteri kadar yaklaştığımızda görev araçları gönderip, ihtiyacımız olan kaynakları elde edebiliriz. Ya da yakınlarında bir yere park edip, sürekli yeni komşumuzdan faydalanabiliriz.
  • Dünya’mızı hatta Güneş Sistemi’ni topyekûn yok edecek bir süpernova patlamasının etkilerinden kaçmak zorunda kalabiliriz. Tip 2 seviyesine ulaşmış bir medeniyet, çevresindeki pek çok yıldızın yapısını ve ne kadar ömrünün kaldığını çok detaylı şekilde hesaplayabilmiş olacaktır. Bu da onlara olası süpernova patlamalarını milyonlarca yıl önceden tespit etme kabiliyeti verecektir. Bu medeniyet, kendisini tehdit edecek bir patlamayı ön görmüş ve ondan kaçma mücadelesine girmek zorunda kalabilir.

(Burada bir ayrıntıyı belirtelim, böyle bir olayı gözlemleyerek önceden bilemeyiz. Süpernova patlaması yaşamış bir yıldızı tespit ettiğimizde, o yıldız aslında çoktan patlamış ve ışığı bize ancak ulaşmıştır. O nedenle, önlem alabilmek için yıldızın formasyonunu çok iyi bilip, ne kadar ömrü kaldığını hesaplamak gerekecektir. Bugün, Dünya’mıza zarar vereceği düşünülen süpernova adayı yıldız yoktur.

Betelgeuse isimli büyük kütleli yıldızın her an patlayacağı düşünülse de çok uzak olması nedeniyle, gökyüzünde haftalar sürecek bir ışık şöleninden öteye gitmeyecektir. Bu olay, siz bu satırlar okurken de gerçekleşebilir, milyonlarca yıl sonra da. Dünya’yı tehlikeye atabilecek süpernova patlamalarının 15 milyon yılda bir gerçekleştiği düşünülmektedir.)

  • Bir başka yıldızın yakınlarına sokulmak ve Dünya’mızı onun yörüngesine sokarak Güneş Sistemi’ni terk etmek.

Shkadov İticisi

Aynı Dyson küresinde olduğu gibi, 1937 yılında Olaf Stapledon tarafından yazılan Star Maker romanında yıldız motoru konusu da işlenmiştir. Ancak bilimsel literatüre girmesi, ilk olarak Leonid Mikhailovich Shkadov tarafından 1987 yılında tanıttığı makalesi ile olmuştur. Shkadov, Güneş’in etrafına kurulacak devasa ama çok ince bir ayna tasarlamıştır.

Aslında, Shkadov Thruster (Shkadov İticisi/Roketi) olarak adlandırılan bu yapı, Dyson küresi ebatlarında bir roket motoru olarak düşünülebilir. Prensipte bir roket gibi çalışan motorumuz, birbirlerine ters vektörler olan Güneş’in kütle çekim kuvveti ve radyasyon basıncı sayesinde sabit konumda kalacak, Güneş’ten gelen ışığı, yani fotonları yansıtarak itki kuvveti oluşturacak ve hareket sağlayabilecektir. Ancak Shkadov İticisi’nin bazı dezavantajları vardır:

  • Bu yöntem ile elde edilecek hız muhtemelen tatmin edici olmayacaktır. Galaktik ölçekte kayda değer mesafeler almak yüz milyonlarca yıl sürebilir.
  • Shkadov İticisini, yani aynamızı; gezegenleri ve tabii Dünya’mızı yakma riskini karşı sadece Güneş’in kutuplarının üzerine koyabiliriz. Bu da istediğimiz her yöne gidemeyeceğimiz anlamına gelir.

Kedi olmadan fare yakalama meraklısı insanlık, madem Shkadov İticisi ciddi dezavantajlar barındırıyor, öyleyse daha iyisini tasarlayalım demiş ve de Illinois Üniversitesi’nden Fizik profesörü Matthew Caplan yeni bir tasarım yapmıştır. Shkadov İticisi gibi yıldız motorlarına “Pasif iticiler” tanımlaması yapan Caplan, bir yıldız motoru inşa edecek olan medeniyetin Dyson küresi sahibi olduğu varsayımından hareketle, bu Dyson küresi yardımıyla, termonükleer enerji kullanan ve “Aktif itici” olarak tanımladığı yeni bir yıldız motorunu ortaya çıkarmıştır. En azından kâğıt üzerinde.

Görsel Telif: Getty/Cokada

Caplan İticisi

Caplan iticisinin/roketinin, gerekli kuvveti elde edebilmesi için ihtiyaç duyulan yakıt, Dyson küresinin Güneş üzerinde küçük bir noktaya odaklanması ile oluyor. Aşırı derecede ısınan bölgeden Güneş için küçük ama bizim için büyük kütleler kopması bekleniyor. Bu malzeme, aktif iticimizce yakalanıp, motor üzerinde bulunan füzyon reaktörlerinde enerjiye çevriliyor ve aşırı yüksek ısıdaki nükleer atık, motorumuzun Güneş’e uzak ucundan dışarı atılarak çok büyük bir itki kuvveti elde ediliyor.

Elbette, motorun Güneş’e saplanmaması ve Güneş’i itebilmesi için de motorun Güneş’e bakan ucundan yine motor üzerinde bulunan parçacık hızlandırıcılarda hızlandırılmış hidrojen Güneş’e doğru ateşleniyor. Böylece, Caplan iticisi hem kendini dengelemiş hem de elde ettiği itkiyi Güneş’e yönlendirmiş oluyor.

Caplan, yaptığı çalışmada, iticinin gücünü maksimuma çıkardığımızda, Güneş’in, yıldız motoruna 100 milyon yıl yetecek kadar enerji vereceğini gösteriyor. Ancak, aktif itki yöntemi ile varılacak hızlar sayesinde, bunun çok daha altında bir zaman diliminde yukarıda belirttiğimiz amaçlarımıza ulaşabiliriz.

Güneş’in kütlesini yakıt olarak milyonlarca yıl boyunca harcadığımızda, Güneş’in ömrünü kısalttığımız düşünülmemelidir. Bilakis, bir yıldızın ömrü kütlesi ile ters orantılıdır. Güneş, kütlesinden kaybettikçe, kendi yakıtını daha yavaş harcayacak ve ömrünün kısalması şurada dursun, bilakis uzayacaktır.

Elimizde, böyle bir yıldız motorunun var olduğunu düşünsenize… Kim bilir, belki Samanyolu’ndan sıkılır ve “neden başka gökadaları da kontrol altına almayalım ki?” bile diyebiliriz.

Bekle Andromeda, biz geliyoruz!

Hazırlayan: Uğur Çontu
Düzenleyen: Kemal Cihat Toprakçı

Kaynaklar ve Referanslar: 

1. Mosher, D. (2018, Kasım 05). NASA just smashed the record for the fastest human-made object – Its $1.5 billion solar probe is flying past the Sun at up to 213,200 mph. Erişim Tarihi: Şubat 24, 2021, Erişim Adresi: https://www.businessinsider.com/nasa-parker-solar-probe-fastest-human-object-2018-11

2. Hadhazy, A. (2018, Şubat 15). How to move an entire solar system. Erişim Tarihi: Şubat 24, 2021, Erişim Adresi: https://www.popularmechanics.com/space/deep-space/a10885/the-shkadov-thruster-or-how-to-move-an-entire-solar-system-17000392/

3. Badescu, V., & Catchcart, R. B. STELLAR ENGINES AND THE CONTROLLED MOVEMENT OF THE SUN. Erişim Adresi: https://www.dynamical-systems.org/zwicky/stellarengines.pdf

4. Caplana, M. E. Stellar Engines: Design Considerations for Maximizing Acceleration. Erişim Tarihi: Şubat 24, 2021, Erişim Adresi: https://drive.google.com/file/d/1ZpjAWcPhbCMTFYqPI5HnqtlHGWqzL45S/view

Okumaya devam et

Çok Okunanlar