İşTE muCİZEVİ kUANTUM?

Kuantum fiziği geleneksel fizik ile çatışan bir bilim dalıdırEn temel prensiplerinden biri de subatomic partiküllerin ayni anda her yerde olabilirlilikleri veya hiç bir yerde olmayabilirlikleri Başta imkansız görünen bu tez, subatomic partiküllerin hızlarının sonsuz olduğunu ele aldığınızda son derece mantıklı geliyor Mesela İstanbul`da içtiğiniz kahvenin bir atomunun bir elektronu ayni anda burada Manhattan`da da var olabiliyor


1Soru:İki nesne (örneğin iki kişi) gerçekten birbirlerine dokunabilirler mi?

Yanıt: Anladığım kadarıyla moleküler düzeyde bir dokunmadan söz ediliyor Şöyle başlayayım; doğada 4 temel kuvvet vardır, gravitasyonel, kuvvetli (strong), zayıf ve eloktromagnetik İlkini herkes bilir, İkincisi atom çekirdeğinin içerisinde olup bitenlerden sorumlu, üçüncüsü leptonlepton, lepronbaryonlar arası etkileşmelerden sorumlu Sonuncusu ise temelde elektriksel yüklerin birbirleri ile olan çekme ve itme`den sorumlu ve doğadaki tek itme de yapabilen kuvvet Dolayısıyla, Newton`un 3 Yasasındaki tepki`nin sorumlusu bu kuvvet Öte yandan, herkese lise ve üniversite de öğretilen atom modelleri gerçeği tam yansıtmaz Yani demek istediğim, atomlar, zannedildiği gibi leblebi ya da fındığa benzemez Çekirdek adı verilen bir baryon kitlenin etrafında elektronlar adeta, başı sonu olmayan bir bulut gibidir Dolayısıyla, yanyana iki atom için, hangisinin elektronları nerede başlıyor, nerede bitiyor pek belli olmaz Bizim makro evrende dokunma ile adlandırdığımız olay, atomik boyutlu evrende pek geçerli değildir Öte yandan, elektromanyetik orijinli kuvvetlerde, atomların birbirlerine bu anlamda değmeleri mümkün değildir Hissedilen aradaki elektromagnetik itme kuvvetidir (atomların elektron bulutlarının itişmesi) Özet olarak yanıtım, `hayır, iki kişi el sıkısınca elleri bizim anladığımız anlamda birbirlerine değmez`

2 Soru: Gözlemcinin, gözlenen nesneye olan etkisi

Yanıt: Bir otomobilin hararetini gözlemlediğinizi farz edin Mekanizma şöyledir; Işık fotonları otomobile çarpar ve gözünüze yansır Fotonlar, otomobil ile kıyaslandığında o kadar küçüktürler ki, hareketin değişmesine pratik olarak, neden olmazlar Simdi bir otomobil yerine, bir atomun hareketini gözlemlediğinizi farz edin Ayni şeyi söyleyemezsiniz Çünkü, atomun momentumu ile fotonların momentumu artık karşılaştırılacak kadar birbirlerine yakındır Dolayısıyla, atoma her foton çarptığında, atomun hareketinin yönü ve büyüklüğünün değişmesini bekleyebiliriz Neticede, gözlemlediğimiz, atomun orijinal hareketi değil, foton çarpması sonucu değişen hareketidir Kuantum fiziğinde Heisenberg, kesinsizlik (doğru terim budur) ilkesi ile anlatılmaya çalışılan da budur

3 Soru: BoseEinstein yoğunlaşması

Yanıt: İstatistik fizikte, tüm bilinen parçacıklar (elektron, proton, foton vs) iki temel gruba ayrılır Boson`lar ve Fermion`lar Boson`lar spini tam sayı olanlardır ve tüm kuantum sayıları (spin, yük, açısal momentum vs) aynı olsa bile aynı durumda bulunabilirler Daha anlaşılabilir bir deyimle, ayni yeri işgal edebilirler Fermion`lar ise bunun tam tersi Eğer iki fermiaon`un tüm kuantum sayıları aynı ise yanyana bulunamazlar Eğer yoğunlaşmayı, parçacıkların izin verilen, en sıkı bir biçimde yan yana gelmeleri olarak tanımlarsak, boson`lardan oluşmuş bir gazın yoğunlaşması, fermionlarinkinden çok daha sıkı olacaktır diyebiliriz Neticede, bir boson gazının sıfır enerjili bir yoğunlaşma yapması beklenebilir, yani gazı sıfır mutlak sıcaklığına kadar soğutabilirsiniz Fermionlarda bu olamaz Yani, enerji düzeyini yöneten `n` bas kuantum sayısı aynı olan iki`den fazla fermiao olamaz Dolayısıyla, fermion gazını sıfır mutlak sıcaklığına soğutamazsınız

4 Soru: Dünyaya dair %100 doğrulanmış, ya da 100% yanlışlanmış hiçbir veri yoktur

Yanıt: Soru, bence, bilimsel değil de biraz felsefi Her tezin mutlaka bir antitezi oluşturulabilir Soruya söyle yanıt vereceğim Şu anda odanızda oturmuş, televizyon seyrediyorsunuz Biliyormusunuz ki, odadaki hava moleküllerinin hepsinin birden ayni yönde hareket edip, odanın bir kösesine çekilerek, sizi havasızlıktan boğabilme olasılığı sıfır değildir Yani, pekala, bu olay meydana gelebilir ve siz de boğulursunuz Ancak, şimdiye kadar hiç böyle saçma bir nedenden ölen birini duydunuz mu? Aynı mantık, verdiğiniz lambanın yanıp yanmaması örneği için de geçerli Yeteri kadar uzun süre düğmeyi açıp kaparsanız, bir seferinde lamba yanmayabilir Bakin dikkat edin, yanmaz demiyorum Yanmayabilir diyorum Çünkü bu, olağanüstü durumun ne zaman olacağını kestirme imkanım yok Bu tür, olasılığı ihmal edilebilir düzeydeki, olaylar için biz pratikte hep kesin bir yanıt vermek, yani imkansız demek eğilimindeyiz

5 Soru: Zeno paradox`u Yani Asil kaplumbağayı yakalayabilir mi, yakalayamaz mi?

Yanıt: Arkadaşlardan biri bu paradox`u çok iyi yanıtlamış Ben de, bir anlamda onu tekrar edeceğim Burada, paradox, asil`in hareketiyle, kaplumbağanın hareketi karsılaştırılırken, sadece yer değiştirmenin dikkate alınıyor olusundan kaynaklanıyor Zeno ve onu dinleyenler, matematikteki diferansiyel kavramını bilmediklerinden, hareket sırasındaki `dx` yer değiştirme aralıklarının küçülürken, zaman aralığı `dt` nin de küçüldüğünü ve oranlarını sabit kaldığını akıl edememektedirler Newton`a kadar bu hikaye hep bir paradox olarak kaldı

6 Soru: Kaos ve kelebek etkisi

Yanıt: Söyle başlayayım; Eğer hangi kelebeğin bu durumu meydana getirebileceğini bilse idik, bu kaotik bir etki sınıfına girmezdi Kelebeği yakalar, `aman dur yapma!` diyebilirdik Kaos, nonlineer diferansiyel denklemlerin, belirli bir başlangıç koşulu için sonuçta yarattığı karmaşık etki Olaylar için, doğada, şimdilik kaos`u bir kenara bırakacak olursak, iki tip davranış var Ya, periyodik, yani birbirini tekrarlayan davranışlar (örnek, gezegenlerin güneş etrafındaki hareketi) Ya da, rastgele (random) (örnek, radyoaktif bozunma) Kaos ise bambaşka bir şey (örnek, musluktan akan su) Kaoscular ikiye ayrılıyor Bir grup, temel davranış biçiminin kaos olduğu, diğer ikisinin bunun özel bir hali olduğunu düşünmekte Diğer grup ise, temel davranışın yarıyodik ya da rastgele olusu, kaosu`un ise bu ikisinin karışımı olduğunu düşünmekte Ben, ilk grubun görüsünü daha akla yakın buluyorum Nedeni ise, periyodik ve rastgele davranışların ikisi de lineer diferansiyel denklemlerin çözümleri Ama, doğa nonlineer

7 Soru: Nükleer santraller

Yanıt: Nükleer santrallere karşı olanların savundukları argümanların başında, çevre gelmekte Bu görüş sahiplerine önerim, lütfen, hidroelektrik santrallerin çevre de yaptıkları tahribatı düşünsünler O zaman hala ayni fikirde iseler ben buradayım

8 Soru: Duvar!hatırladığım kadarıyla tartışma, insan yeteri kadar hızlı koşarsa duvardan geçebilir mi?, sorusu üzerine idi

Yanıt: Cevabim, kesinlikle hayır! Sorunun kendisi, dalgaparçacık kavramının yeterince anlaşılamadığını gösteriyor Bu kavram ilk kez 1924 yılında de Broglie tarafından ortaya atıldı Özetle, `her cisim ayni zamanda bir dalgadır da` demektedir Dalganın boyu onun karakteristiğidir ve bu hipoteze göre, ? hp ifadesi ile verilir Burada h Planck sabiti, p ise momentumdur ve p mv ile verilir m: kütle ve v: cismin hızıdır Planck sabiti 1034 joule saniyedir Buna göre, insan gibi makroskobik bir cisime eşlik eden dalganın dalga boyu, yaklaşık 1036 metre mertebesindedir Duvar atomlardan yapıldığına göre ve atomların büyüklüklerinin de 1010 metre mertebesinde olduğu düşünülecek olursak, insana eşlik eden dalganın dalga boyu, bu büyüklüğün milyar kere on milyonda biridir Yani, mukayese edilemeyecek kadar küçüktür Dalgaparçacık ikilemindeki kural şudur; Eğer dalganın üzerine düştüğü cismin büyüklüğü, dalganın boyuna yakınsa cisim üzerine düseni dalga gibi algılar, değilse, parçacık gibi algılar Dolayısıyla, duvarın atomları, koşan adamı bir parçacık gibi algılar ve adam da fizik de `tunelling effect` adı verilen duvar geçme olayını yapamaz Öte yandan, `yeterince hızlı koşarsa…` ifadesi durumu daha da kötüleştirmektedir Zira, cisim daha hızlı hareket ederse momentumu artar ve dolayısıyla da eşlik eden dalganın boyu kısalır Aslında, soruya mizahi bir cevap şöyle olabilirdi! İnsan yeterince hızlı koşarsa, taşıdığı momentum artacağından, belki bir şekilde duvarı yıkıp öte yana geçme şansı da artar Tabii, kafası gözü de yarılacaktır

9 Soru: Eski fizik, yeni fiziğe ne kadar muhtaç?

Yanıt: Eski fizikYeni fizik, Klasik fizikModern fizik vs Bu sınıflamalar fizikçilerin değildir Onlar için fiziğin eskisi yenisi, klasiği moderni olmaz Fizik bir tanedir Bunlar, fiziğin dışındaki kimselerin, kendi birtakım kıstaslarına göre yaptıkları sınıflandırmadır Ancak soruyu `Kuantum fiziği, Newton fiziğine ne kadar muhtaç?` seklinde sorarsak, bunun bir yanıtı olabilir Benim yanıtım; Kuantum fiziği, Newton fiziğine yüzde yüz muhtaçtır Zira, enerji, momentum vs gibi kavramlar Newton fiziğinin ürünüdürler Bunlarsız da hiçbir şey olmaz Aslında, Newton fiziği de kuantum fiziğinin bir özel halidir Örneğin, Planck sabitini sıfır alırsak, kuantum fiziği, Newton fiziğine, ışık hızını sonsuz alırsak da, Lorentz dönüşümleri (yani özel relativite) , Galileo dönüşümlerine indirgenir



mrmojo04042006, 03:18 AM
10 Soru: Esir nedir?

Yanıt: Bu kavramın ortaya atıldığı dönemlerde, bilinen tek dalga türü madde içerisinde ilerleyen dalgalardı Örneğin, ses dalgaları, sudaki dalgalar vs Dolayısıyla, fizikçiler madde olmayan ortamlarda dalganın yayılamayacağı fikrine sahiptiler Ancak ışığın boşlukta da yayılabildiğini biliyorlardı Bu çelişkiyi ortadan kaldırmak için `Esir` (ingilizcesi ether) kavramını ortaya attılar Buna göre, boşluk yoktu, onun yerine kütlesi olmayan esir adi verilen bir madde bütün uzayı kaplamıştı Bu nesnenin varligini kanıtlayabilmek ve ışığın bu madde içerisindeki hızını ölçmek amacıyla, Michelson ve Morley 1880`lerde bir deney yaptılar Ancak başarılı olamadılar Daha sonraları, bu deneyin, eter fikrini ortaya atanlara göre olumsuz, ışık hızının kaynağın hızından bağımsız olarak evrensel bir sabit olduğunu savunanlara göre (ki bu tek kişi Einstein idi) olumlu sonucuna göre esir diye bir şey yoktur ve ışık boşlukta da yayılabilir

11 Soru: Zaman izafi (göreceli) midir?

Yanıt: Evet Aslında zamanı anlayabilmek için kozmoloji ve yüksek enerji fiziği hakkında bilgimiz olması gerekir Ama ben kısaca açıklayabilirim sanıyorum Bu soruya en iyi yanıtı özel ve genel rölativite verebilir Bu kuramları anlayabilmek için de, zamanın da uzay gibi bir koordinat olduğunun iyi kavranması gerekir Yani evren, bizim algılayabildiğimiz kadarıyla, üçü uzay ve biri de zaman olmak üzere dört boyutludur Özel rölativite, kendine göre v hızı ile hareket etmekte olan bir sistemi gözlemleyen gözleyici için uzay ve zaman koordinatlarının şu şekilde değişeceğini söyler



Burada, x ,T gözlemcinin uzay ve zaman koordinatı, x` ve T` ise v hızı ile hareket eden sistemin uzay ve zaman koordinatlarıdır v gözlenen sistemin hızı, c ise ışık hızıdır Bu ifadelere göre, gözlemci diğer sistemdeki uzunlukları kısalıyorlarmış gibi, zamanı ise uzuyormuş gibi gözlemler Gibi diyorum, zira örneğin yumurta her iki sistem de yasayanlar için yine üç dakikada pişer Ancak, örneğin ben diğer sistemdekinin yumurtası acaba kaç dakikada pişiyor diye merak edip kendi kolumdaki saati tutarsam bu üç dakikadan daha fazla gösterebilir Dikkat edilirse, burada diğer sistemin hızının büyüklüğü önemli Eğer sistem ışık hızına yakın hızlarda hareket ediyorsa etki büyük, değilse etki küçüktür Bu ifadelerin son derece ilginç sonuçları var İlk aklıma gelen ikizler paradoksu Buna göre, yer yüzünde doğan ikizlerden biri bir roketle uzaya gidiyor roketteki takvime göre 10 yıl sonra geri geliyor Geldiğinde, roketteki ikiz kardeşini 80 yasında bulabilir Hatta yeryüzünde canlıların yok olmuş olduğu bir binlerce yıl sonrası da olabilir Bu, roketin hızının ne olduğuna bağlı Sanırım bu hikaye, 1960`li yıllarda Apollo uzay projelerinin birinde denendi Yeryüzünde senkronize edilmiş iki atomik sezyum saatinden birini astronotlar yanlarına aldılar Döndüklerinde, yerdeki saatle arasında, çok küçük de olsa bir fark ortaya çıktığı saptandı Öte yandan, çok yüksek gravitasyonel çekim alanlarının (örneğin kara delikler) yakınında uzayın büküldüğü, zamanın uzadığı genel rölativite kuramının sonuçları arasında Yani, büyük kütlesel çekimlerin bulunduğu ortamlarda, uzay ve zaman bambaşka bir yapıya sahip

12 Soru: 5 Kuantum peri masalı!!!…

Yanıt: Sanırım hikaye Heisenberg`in kesinsizlik ilkesi ile ilgili Eğer kutuları konum, incilerin renklerini momentum olarak benzeştirirsek bu ilke `bir incinin rengini ve hangi kutuda olduğunu ayni anda kesinlikle bilemezsin` temel kuralını getirir Buna göre, kellesi gidenler her kutuda kesinlikle hangi renk inci olduğunu söylemeye zorlandıklarından, ilke ihlal edilmesin diye hep söylediklerinin tersi çıktı Prensesle evlenen genç ise bu ilkeyi biliyor olmalı ki, ilk iki kutu için kesin bir şey söylemedi ve dolayısıyla bir kutudan beyaz diğerinden siyah inci çıktı Sonuncu kutu için sadece bir tek renk seçeneği kaldığından, o da ilkeyi ihlal etmemek için açılmadı

13 Soru: J C Maxwell, Eletromagnetizmayi tarif ederken eter (ether) kavramını var kabul etmiş ve başarılı sonuç almıştır……

Yanit: 19 Yüzyıl, hata 20 Yüzyılın başlarına kadar, dalga hareketinin maddesel bir ortam dışında var olamayacağı kanısı vardı, bilim adamları arasında Maxwell`in elektromagnatizmayi açıklayan denklemlerinde ışık hızı vardır `c` Ancak, bu hızın hangi referans sistemine göre olduğu denklemlerde yer almaz Dolayısıyla, Maxwell denklemleri, Galileo dönüşümleri altında invaryant (değişmez) değildir Bu durum, Maxwell denklemlerinin evrensel yasalar olup olmadığı tartışmasına yol açtı Bir grup bilim adamı, bu denklemlerin evrensel olmadığı gerekçesiyle yanlış olduklarını iddia etti Diğer bir grup ise, eter kavramını ortaya attı Bu anlayışa göre, boşluk (vacum) diye bir şey yoktur, uzay eter adi verilen, bir madde ile doludur ve her nesnenin, ışık dahil, hızı buna göredir Böylelikle, Maxwell denklemleri bir bakıma aklanmış oluyordu Yalnız yanıtlanması gereken bir soru vardı O da, `ışığın bu ortama göre hızı nedir?` Bunu saptamak için, meşhur Michelson Morley deneyi yapıldı Sonuç çok şaşırtıcı idi Işık, referans noktasının hızından bağımsız bir hızla hareket ediyordu!! Yani, ışık, kaynağının gözlemciye göre hızı ne olursa olsun hep sabit c 300 000 kmsn `lik bir hızla yayılıyordu Tartışmalar yeni bir boyut kazandı Tüm bu tartışmalar arasında, tek sorgulanmayan Galileo dönüşümleri olduğundan, Lorentz onu da sorgulamaya başladı ve 1900`lerin hemen başında, Maxwell denklemlerini değişmez bırakan dönüşümleri elde etti Bunlar, günümüzde bile hala geçerliliğini korur Buna göre uzay ve zaman, Galileo dönüşümlerinde olduğu gibi, birbirlerinden bağımsız kavramlar değildi Artık evren 4 boyutlu (uzayzaman) oldu Yani r (x,y,z,ct), `c` ışık hızı ve o da evrensel bir sabit Lorentz dönüşümleri ayrıca, değişik referans sistemlerinde uzunlukların kısaldığı, zamanın uzadığı gibi bir takım, o çağda, asla anlaşılamayacak bir takım sonuçları da beraberinde getirdi Buna, Lorentz`in kendiside pek bir yanıt bulamadı, belki de inanmadı Aslında bulduğu doğru idi Bilim dünyası bu gerçeği anlayabilmek için Einstein`ı beklemek zorunda idi Einstein`in Planck sabiti yerine, `delta` (????) adını verdiği sabit hakkında hiçbir bilgim yok Bilimsel açıdan bir değeri olsa idi mutlaka bilirdim Yani, fizik de adı bile geçmiyor Eter sorununa geri dönelim Şu anda da bilim dünyasında buna benzer bir tartışma var Yalnız orijini Maxwell denklemleri değil, çok daha derin İşin içerisine kozmoloji ve parçacık fiziği giriyor Hikaye şu: Bilim adamları, şu sıralarda, karanlık madde (dark matter) adı verilen, galaksiler arası, bir maddenin varlığından şüpheleniyorlar Nedeni de, evrenin bilinen kozmolojik kuramlarla, olması gereken kütlesi ile, gözlemlenen kütlesi arasındaki çok büyük fark İki ayrı yaklaşım var Biri, bu maddenin, günümüzde bilinen parçacıklardan çok daha farklı bir takım nesnelerden oluşmuş olabileceği Diğeri ise bugün kütlesiz olarak bilinen (örneğin, nötrinolar`ın), çok da küçük olsa kütlelerinin olabileceği varsayımına dayanıyor Dolayısıyla iş, ya bu parçacıkları keşfetmek, ya da, nötrinoların kütleleri olduğunu kanıtlamak Ancak, ortada elle tutulur bir sonuç henüz yok

14 Soru: Cins, cinsi çeker ifadesinin yüksek enerji fiziğindeki anlamı nedir?

Yanıt: Soru da ima edilen elektrik yükleri olsa gerek Zira doğada tek itici kuvvet zıt elektrik yükleri arasındaki kuvvettir Yüksek enerji fiziği kuvvetli etkileşmelerle ilgilenir (strong forces) Bunlar, nükleonlar ve kuarklar arası etkileşimlerdir ve daima çekicidirler

15 Soru: Işıkta bir madde olduğuna göre, uzayın tam olarak gözlemlenmesi olanaksız değil mi?

Yanıt: Einstein`in genel görelilik denklemleri zaten uzayın doğrusal olmayıp, aksine, eğri olduğunu göstermektedir Elbette, ışık da, netice olarak, bir madde olduğundan, kütle yakınından geçerken bükülecektir Daha öteye birşey söyleyeyim Uzay deyince aklımıza, çok büyük bir küre içerisinde, rastgele saçılmış, yıldızlar galaksiler vs gelir Aslında bu doğru değil Uzayın, çok büyük bir küre olduğu çok yanlış değil Ancak, yıldızlar, galaksiler vs (yani biz) bu kürenin içinde değil, yüzeyindeyiz Dolayısıyla iki nokta arasındaki en kısa yol doğru değil, bir yay (jeodezik) Örnek, Paris New York seferini yapan uçak, en kısa yol olarak rotasını, harita üzerinde cetvelle çizilmiş doğru yerine, merkezi yerin merkezinde bulunan ve yeryüzünü Paris ve New York norkalarında delen bir çember yayı üzerinde belirler Onun içindir ki, önce kutuplara doğru yaklaşır, sonra güneye yönelir