Görelilik Kuramı - Cetin BAL - GSM:+90 05366063183 -Turkiye/Denizli
Bu bölümde, 20. yüzyılın büyük kuramlarından özel ve genel görelilik kuramlarını inceleyeceğiz. Özel Görelilik 1905'te,Genel Görelilik ise 1916'da yayımlandı.
Einstein, yirminci yüzyılın en büyüklerindendi. O, sağduyuya dayanan köhne inançlarımıza, insan aklının en kapsamlı saldırısını yöneltti. Bize,uzaklığın ve zamanın göreli olduğunu gösterdi. Işığın, paket paket yayıldığını, yani kuantum denen enerji paketçiklerinin varlığını gösterdi. Bizi düşsel yerlere bilimsel gezilere çıkardı. Kimi zaman Güneş' e götürdü bizi, kimi zaman asansörde tehlikeli deneylerin kobayı yaptı . Ama onun büyük öngörüleri doğrulandı.O, önce deney ve gözlem, sonra kuram diyen eski bilimsel çalışma yöntemine’ son ve büyük darbeyi indirdi. Önce hesap yaptı, tahminde bulundu. Deney arkadan geldi. Ve deney, Einstein’i destekledi. Ne büyük bir onur: gerçek bir deha idi.
2. Evrendeki en yüksek ve mutlak hız, ışığın hızıdır...
Bizler,gündelik yaşamda düşük hızlar dünyasında yaşarız.Einstein,bizi yüksek hızlar dünyasına götürür. Işık ışınına bindirir ve gezdirir. zaman anlarız ki yüksek hızlarda zaman "yavaşlar" ve de uzunluklar "kısalır". Böylece uzayın ve zamanın mutlak olmadığını öğreniriz.
Ama öyle bir an geldi ki, artık Einstein dünün insanı olmaya başladı.
Kuantum etkilerinin belirsizliği, çok küçük ölçeklerde anlamlıdır; genel görecelik ise çok büyük ölçeklerdeki uzay-zaman yapısıyla ilgilidir.
Einstein 1905'te, özel görelilik kuramı üzerine yazdığı yıl, aynı zamanda, fotoelektirik etki denen bir olay hakkında da yazmıştı. Belli metallere ışık düştüğünde yüklü parçacıklar yayıldığı gözlenmişti. Çok şaşırtıcı olan şey, eğer ışığın yoğunluğu azaltılırsa yayılan parçacık sayısının azalması fakat her parçacığın yayılma hızının aynı kalmasıydı. Einstein, ışığın herkesin varsaydığı gibi sürekli olarak değişken miktarlarda yayılmayıp belli büyüklüklerde paketler halinde yayılması durumunda bunun açıklanabileceğini gösterdi. Işığın yalnızca kuanta denen paketler halinde yayılması fikri bir kaç yıl önce Alman fizikçi Max Planck tarafından ileri sürülmüştü. Bu biraz, süpermarketten şekerin tek tek alınamayacağını, yalnızca kilogramlık paketler halinde alınabileceğini söylemeye benzer. Planck kuanta fikrini kızarmış bir metal parçasının neden sonsuz miktarda ısı vermediğini açıklamak üzere kullandı; fakat kuantayı basitçe teorik bir hile olarak, fiziksel gerçeklikte herhangi bir şeye karşılık gelmeyen bir şey olarak düşündü.Einstein’in yazısı tek tek kuantları doğrudan gözlemleyebileceğimizi gösterdi. Yayılan her parçacık metale çarpan bir ışık kuantumuna karşılık geliyordu. Bu yaygın şekilde kuantum kuramına çok önemli bir katkı olarak değerlendirilmektedir ve ona 1922 Nobel ödülü getirmiştir(Einstein genel görecelik kuramıyla bir Nobel ödülü kazanmış olmalıydı, fakat uzay ve zamanın eğrilmiş olduğu fikri hâlâ spekülatif ve tartışmalı sayılıyordu; bu yüzden ona, onun yerine fotoelektrik etki için bir ödül verdiler-o kendi başına ödüle layık olmayan bir iş olduğundan değil).
Fotoelektrik etkinin tam sonuçları, 1925 yılında Werner Heisenberg’in onun bir parçacığın konumunu tam olarak ölçme olanağı sağladığına işaret edişine dek kavranamamıştı. Bir parçacığın ne olduğunu anlamak için onu ışığa tutmanız gerekir. Fakat Einstein çok küçük bir miktarda ışık kullanamayacağımızı, en azından bir paket veya kuantum kullanılması gerektiğini göstermişti. Bu ışık paketi parçacığı etkiler ve onun herhangi bir yönde bir hızla hareket etmesine yol açar. Parçacığın konumunu ne kadar duyarlı ölçmek isterseniz, kullanmak zorunda kalacağınız paketin enerjisi o kadar büyük olur ve böylece o parçacığı daha fazla etkiler. Ancak siz parçacığın konumunu nasıl ölçmeye çalışırsanız çalışın, konumundaki belirsizlik ile hızındaki belirsizliğin çarpımı her zamana belirli bir minimum miktardan büyük olur.
Heisenberg’in belirsizlik ilkesi bir sistemin durumunun tam olarak ölçülemeyeceğini, bu yüzden onun gelecekte tam olarak ne yapacağı konusunda kestirimde bulunulamayacağını göstermiştir. Tüm yapılabelcek şey, farklı sonuçların olasılıkları hakkında kestirimde bulunmaktır. Einstein’i o kadar huzursuz eden şey bu şans ya da rasgelelik unsuru idi. Einstein, fiziksel yasaların, gelecekte ne olacağına ilişkin belirli, muğlak olmayan bir kestirimde bulunmamasına inanmayı reddetti. Fakat nasıl ifade edilirse edilsin, kuantum olayı ve belirsizlik ilkesinin kaçınılmaz oldukları ve fiziğin her dalında onlarla karşılaşıldığı konusunda her tür kanıt vardır.
Genel görelilik ise her şeyden önce bir çekim kuramıdır;ama uzayın eğriliğinden ileri gelen bir çekim...Uzay,zamanı da içine alan bir dört boyutludur ve yoğun kütle tarafından bükülmüş,eğrilmiştir...
Öyle görünüyor ki, atomların tek tek bireysel davranışları katı yasalara boyun eğmiyor. Yığın halindeki maddelerde gözlenen düzenlilikler, yalnızca istatistikseldir. Einstein işte bu görüşü hiçbir zaman kabul etmedi. Henüz açığa çıkarılmamış da olsa atomların bireysel davranışlarını belirleyen yasaların varlığına inanmaya devam etti.
Kuantum kuramı, görelilik kuramına göre daha devrimci görüşler içerir. B. Russell' den dinleyelim:
"Onun fiziksel dünya hakkındaki kavramlarımızı kökünden değiştiren etkisinin henüz tamamlanmadığını düşünüyorum. Onun yaratıcı etkisi çok tuhaftır. Bize, atom ve hidrojen bombalarında sergilenen uğursuz güç dahil, maddeyi yönetmek için yeni güçler verdiği halde, bildiğimizi düşündüğümüz birçok şeyi bilmediğimizi gösterdi. Kuantum kuramından önce hiç kimse verili bir anda bir parçacığın herhangi bir belirli yerde ve herhangi bir belirli hızla hareket ettiğinden şüphe etmedi. Bu, artık sorun değildir. Bir parçacığın konumunu daha tam olarak belirlediğinizde, hızı daha az doğru olacak; hızını daha tam olarak belirlediğinizde ise konumu daha az doğru olacaktır. Ve parçacığın kendisi oldukça belirsiz bir şey olur, eskiden olduğu gibi sevimli bilardo topu değildir. Onu yakaladığınızı düşündüğünüzde, parçacık değil bir dalga olduğunu gösteren inandırıcı kanıtlar çıkarır. Gerçekte bilebileceğimiz tek şey, bazı denklemlerdir; ve bunların da yorumu karışıktır. Klasik fiziğe daha yakın kalarak mücadele eden Einstein için bu bakış açısı tatsızdı. Buna rağmen o, bu yüzyıl sırasında bilimde devrim yapan, yaratıcı kanallar açan ilk kişi oldu. Başladığım gibi bitireceğim: Einstein, büyük bir adamdı, belki çağımızın en büyüğü."(İzafiyet Teorisi Nedir? s:27)
Einstein’in genel göreliliği, klasik teori olarak isimlendirilen bir şeydir; yani belirsizlik ilkesini kapsamaz. Bu nedenle genel göreceliği, belirsizlik ilkesiyle bileştiren yeni bir kuram bulunması gerekir. Çoğu durumda, bu yeni kuramla klasik genel görecelik arasındaki fark çok küçük olacaktır. bunun nedeni, daha önce belirtildiği gibi, kuantum etkilerinin kestirimde bulunduğu belirsizliğin yalnızca çok küçük ölçeklerde olması, genel göreceliğin ise çok büyük ölçeklerde uzay-zaman yapısıyla ilgilenmesidir. Ancak Penrose ve benim kanıtladığımız tekillik teoremleri uzay zamanın çok küçük ölçeklerde son derece eğrilmiş olacağını gösteriyor. O zaman belirsizlik ilkesinin etkileri çok önemli olacaktır ve bazı dikkate değer sonuçlara işaret eder görünmektedir.
Einstein’in kuantum mekaniği ve belisizlik ilkesi ile problemlerinin bir kısmı, onun, bir sistemin belirli bir geçmişi olduğu şeklinde sağduyuya dayanan düşünceyi kullanmasından ileri gelmektedir. Bir parçacık ya bir yerdedir ya da başka bir yerde. Yarısı bir yerde, yarısı diğer yerde olamaz. Benzer şekilde astronotların Ay’a ayak basması gibi bir olay ya olmuştur ya olmamıştır. Yarı olmuş olamaz. Bu insanın biraz ölü veya biraz hamile olmaması gibidir. Ya öylesiniz ya da değilsiniz. Fakat eğer bir sistemin belirli t ek bir geçmişi varsa belirsizlik ilkesi parçacıkların bir defada iki yerde olması veya astronotların yalnızca yarı Ay’da olmaları gibi her türlü paradoksa yol açar.(S. Hawking, KDV Bebek Evrenler S: 81-82)
Bilim Adamları da Bilime İtiraz Etmediler mi?
Bilim adamlarının da aslında sıradan insanların yaptığı hatalara düştüğünün tarihsel kanıtları vardır: Newton girişim halkaları deneyini gerçekleştirdi; çeşitli renklerin dalga boyu oranlarını doğru olarak hesapladı; ama ışığın dalga kuramını eleştirdi.
Faraday, kısmen de olsa kendi deneylerinden esinlenen Maxwell denklemlerini fazla matematiksel bulmuştu. Maxwell ise türettiği denklemlerden çıkan dalgaları illa da mekanik bir modelle açıklamaya çalışmıştı.
Mucitlerin itirazları, Kuantum mekaniği için de olmuştur: Kuantum Mekaniğine temel katkılar yapmış çok sayıda önemli bilim adamının sonradan teoriye çeşitli şekillerde cephe almaları özellikle dikkat çekicidir.Einstein ve Schrödinger, bunun en ünlü iki örneğidir.
Enerjinin kuantumlu olduğu fikrini 1900 senesinde ilk ortaya atan ve kendi adını taşıyan sabiti ölçerek fiziğe sokan Max Planck , Einstein’in bu fikri bir adım daha ileri götürerek fotonları ortaya atmasını 1913 senesinde bile kabul edememişti. Teorinin sonraki gelişmeleriyle de fazla ilgisi olmadı.
Atomda bir çekirdek bulunduğunu keşfeden,radyoaktif maddelerden yayılan alfa,beta,gamma ışınlarının özelliklerini inceleyen Rutherford 1930'ların başında çekirdek enerjisinin (nükleer enerjinin) kullanılır hale getirilmesinin hayal olduğunu söylemişti.1936 yılında şöyle diyordu: "...Atom çekirdeklerinde deney yapmak boşunadır.Kim,atom çekirdeği enerjisinden yararlanmaktan söz ederse saçmalıyor demektir" Bu düşüncede hepimiz (Bohr,Rutherford ve Heisenberg) birleştik ve içimizden hiçbiri o zamanlar birkaç yıl sonra Otto Hahn tarafından uranyumun parçalanmasıyla durumunun kökten değişeceğini görememişti(W.Heisenberg,Parça ve Bütün,s:184)
Einstein’in kuantum kuramının şekil almasına son derece önemli katkıları oldu: Foton kavramını ortaya attı. Louis de Broglie’nin parçacık-dalga ikiliği fikrini destekledi, kuantum kuramı ile katıların özgül ısılarını hesapladı, Bose-Einstein özdeş parçacıklar istatistiğini geliştirdi, kuantum geçişlerine dayanan ve lazerlerin temel ilkelerini ortaya koyan bir makale yazdı ve hatta Max Born’a göre kuantum kuramının olasılıklar cinsinden yorumunu bile ilk öneren kişi oldu. Buna karşın 1928'den itibaren kuramın aldığı son biçimi eleştirmeye başladı. Eleştirisi ilkönce kuramda bir iç tutarsızlık bulmaya yönelikti; bu yöndeki eleştirilerini özellikle Niels Bohr doyurucu şekilde yanıtladı. Bundan sonra kuantum kuramının deneysel yönden başarısızlığı bulunmasa da veya bir iç tutarsızlığı olmasa da eksik bir kuram olduğunu ve “nesnel gerçeklik” felsefi görüşüne uyan başka bir kuram içinde yer alacağını iddia etti. Böyle yeni bir kuram bulma çabaları sonuç vermese de eleştirileri, özellikle de ünlü Einstein, Podolsky ve Rosen (EPR) makalesi, kuantum kuramının şaşırtıcı yanlarını açıkça sergilemek bakımından çok yararlı oldu.
1924 yılında Louis de Broglie, enerjisi ve momentumu belli olan elektron gibi parçacıklara bir frekans ve dalga boyuna sahip dalgalar bağladı. Davisson ve Germer’in deneyleri bu dalgaların girişim yapacak kadar gerçek olduğunu gösterdi.Bu dalgalar, kuantum kuramının Kopenhag yorumunda da yer aldığı halde, de Broglie farklı, “pilot dalga” dediği bir yorum ileri sürdü. Bunun ilk şekli Wolfgang Pauli ve başkaları tarafından şiddetle eleştirildi; ama David Bohm 1950'lerde pilot dalga kavramını içeren, ama aynı zamanda yerel olmayan etkileşmeler içeren bir kuram geliştirebildi. Bu kuram şu anda fizikçilerin büyük çoğunluğunca kabul görmüş değil. (Cihan Saçlıoğlu, Bilim ve Teknik 325. sayı)
Albert Einstein ve Bilimsel Safdillik
TIME dergisinin yüzyılın adamı olarak Einstein’ı seçmesine çok sevindiğini belirten A.M.C.Şengör, CBT’te şöyle yazdı: "Bilimin, yeniliğin meleği Albert Einstein, ömrü boyu insan düşüncesine pranga vurmaya kalkan herşeyle savaştı. İnsanı kainatın sırlarına götüren o zorlu yolda en büyük adımlardan birini atan bu sevimli ve iyi insan hiç kuşkusuz 20.yy’ın adamı olmaya layıktır. Onun aziz anısı o talihsiz yüzyılın acılarını örtecek,1900'lü yıllardaki insan aklının zaferini gelecek nesillere taşıyacaktır."
Gel gelelim bu zeka abidesi çok da saf bir ardamdı. Biyografisini yazan Ronald Clark (1971),bilim adına, insanlık adına dendi mi kendisine her şeyi yaptırmak mümkündü diyor. Birisi yaptıklarının bilim için, insanlık için olduğunu söyledi mi, Einstein dönüp bakmaz bile, derhal yardıma koşardı. Fizikte acımasız eleştirmen olan Einstein, bu durumlarda söylenenleri eleştiri süzgecinden sanki başka türlü geçiriyordu. Bir örnek 1958 yılında Charles H. Hapgood, Dünya’nın Kayan Kabuğu adlı bir kitap yayımladı. Kitap kutuplardaki buz birikimin dönen dünyanın merkezkaç kuvveti nedeniyle kutupları ekvatora taşıyacağı,böylece tüm kabuğun 90 derecelik bir kaymaya uğrayacağı tezini savunuyordu. Bu zamanın tüm iyi temellendirilmiş bilgileriyle çelişene,jeofiziğin bir yığın gözlemini açıklayamayan,jeolojiyle hiç mi hiç bağdaşmayan,yerbilimci olmayan bir amatör tarafından uydurulmuş tam zira bir teoriydi.Ancak Einstein ölümünden hemen önce bu kitaba uzun bir önsöz yazarak “Kanımca bu şaşırtıcı,hatta cazip teori dünyanın gelişmesiyle ilgili herkesin ciddi ilgisini çekmelidir.” demişti! Bu Hapgood’un ne tür bir “araştırıcı” olduğunu anlamak için 1966 yılında ilk baskısı yapılan Eski Deniz Krallarının Haritaları adlı eserinde(2. baskı, 1979) Piri Reis’in haritasının aslında Antartika’da buzullardan önce varolmuş büyük bir uygarlığın hazırladığı bir haritanın kopyası olduğunu(!) ileri sürdüğünü hatırlamak, sanırım yeter. Bu uygarlık yer kabuğu son 90 derecelik kaymasın yapınca buzlar altında kalmıştı! Bu zırva kitabın 3. baskısı 1990'larda (tarihsiz olarak) “bilimsel bir eser” reklamıyla ve tabii, okuyuculara, Einstein’in yazarın bir başka kitabına methiye dolu bir önsöz yazdığı hatırlatılarak yapıldı.
Bu safdilliğin nedeni nedir? Einstein çapında bir adam bu kadar kolay kandırılabilir mi? Bunun cevabı-ilk bakışta garip görünse de- evettir. Hem de kanımca çok doğal bir evet. Einstein çok zor bir konuda geliştirdiği sezgisi ile hiç kimsenin aklına gelemeyecek bir yeniliği yakalamış bir insan olarak,sezgilerine çok güvenen bir adamdı. Jeofizikçi Walter Elsäser kendisini ilk kez Princeton’daki ofisinde yer mantosunda konveksiyon fikrini anlattığı zaman Einstein’in yüzündeki ifadeden anlattıklarına inanmadığını anlamıştı: “İnanmadın değil mi” diye sordu. Einstein’ın cevabı kısa ve karakteristikti: “Fazla karmaşık!” Einstein her şeyin kendi bildiği (ve yarattığı) fizik gibi basit bir yapısı olması gerektiğini düşünüyordu. Sezgisi buydu. Bu sezgiyi jeolojiye uygulayınca Hapgood’un zırvalıklarına yazdığı methiye ve Elsasser’e verdiği cevap çıkıyordu ortaya. Einstein bunların gerektirdiği temel bilgiyi öğrenip,onun üzerinde düşünmek gereğini görmüyordu zaten buna vakti de yoktu. Sosyal alanda da insanlık, eşitlik ve barış adına kendi politik ideallerine zıt gruplara bunaların esaslarını öğrenmeden sırf adlarına bakarak destek verdiği-sonra pişman olduğu-görülüyordu.
Eleştirel akıl, Einstein için bile kullanması zor bir silahtır. Bir görkemli başarının sahibi, dolaysıyla her işte otomatikman başarılı olacak diye bir kural yoktur. her iş, her fikir kendi ayakları üzerinde değerlendirilmeli, kendi ilgili olduğu gözlemlerle sınanmalıdır. Büyük adamlara saygı duymak onların her dediğine inanmak demek olmamalıdır” (A.M.C.Şengör, CBT- Zümrüt’ten Akisler, 22 Ocak 2000, Sayı: 670)
Evren, tüm uzay demek. Yeryüzü ve gökyüzünün tümü. En büyük küme. Evrenin 15 milyar yaşında olduğu düşünülüyor. Bir büyük patlamayla (Big Bang) doğduğu görüşü var.
Yıldızlar kümesi. Yani Güneş gibi milyarlarca yıldızın oluşturduğu küme. Bizim, yani Güneş sistemimizin içinde bulunduğu galaksinin adı Samanyolu. Evrenin milyarlarca galaksiden oluştuğu sanılıyor.Çünkü bilimciler, bize milyonlarca "ışık yılı" uzaklıktan ışık gönderen galaksiler olduğunu bildiriyor. Yıldızlar, sıcak hidrojen toplarıdır. Yaşamak ve parlamak için bu hidrojen çekirdeklerini helyuma dönüştürürler. Bizim galaksimiz bir spinal şeklinde. Evrenimizde yirmi kadar galaksi olduğu düşünülüyor.
Işık, saniyede 300 bin kilometre yol alır. Işık yılı olarak belirtilen uzaklık ise adının da çağrıştırdığı gibi ışığın bir yılda kat ettiği yoldur. Bunu iyi düşünmenizi öneriyorum.Bizler teleskopla bir galaksiyi gözlediğimizde gördüğümüz, galaksinin bize milyonlarca yıl önce gönderdiği ışıktır. Bir ışık, bize ulaşana dek o ışık görünmez. Bunun için gördük dediğimiz ışık, aslında galaksiden yıllarca önce yolculuğa çıkmış ışıktır.Uzayda ne kadar uzağı görüyorsak o kadar eskiyi görüyoruz. Çünkü ışıkla görmekteyiz. Bundan 170 bin yıl önce patlamış bir yıldızın ışınları Dünya' mıza ancak 1987 yılında ulaşabilmiştir. Bilginiz olsun!
Öptü beni: " Bunlar, kainat gibi gerçek dudaklardır" dedi.
"Bu ıtır senin icadın değil, saçlarımdan uçan bahardır" dedi.
Körler onları görmese de yıldızlar vardır" dedi.
( Nazım Hikmet, Rubailer, 1966)
Bulutsuz bir gecede başımızı gökyüzüne çevirdiğimizde gümüşten çivilerin gökyüzüne çakılmış gibi göründüğü Samanyolu yıldızlarını görürüz. Gördüklerimizin sayısı 3 bin kadardır.Yıldızların her biri birer Güneş' tir. Güneşimiz nasıl gezegenlerle sarılıysa, her yıldız da gezegenleri olan bir kümedir. Güneş dışındaki yıldızların gezegenleri bize çok uzak. bunun için onlar görülmez. Güneş' ten sonra bize en yakın yıldızdan çıkan ışık bize ancak 4 yılda ulaşır.
En yaşlı yıldızlar 15 milyar yaşında. En küçük yıldızlar nötron yıldızları diye anılır. En büyükleri ise kırmızı devlerdir (Güneş' ten 1000 kez büyük). En sıcak yıldızlar mavi devler diye anılır. Bunların yüzey sıcaklıkları 30 bin derece dolayındadır (Güneş' in yüzey sıcaklığının 5 katı). Yıldızlar mezarlığında üç sıra kabir (mezar) yer alır: beyaz cüceler, nötron yıldızları ve karadelikler.
Güneş, ortalama bir yıldızdır. Bizim yıldızımız; yani dünyamıza en yakın yıldız. Yaklaşık 150 milyon kilometrelik alan içindeki tek temel yıldız.O, yeryüzündeki yaşamın kaynağı olan ısıyı ve ışığı verdiği için "bizimdir". Yapısında en bol olan atomlar, hidrojen ve helyum atomlarıdır.
Güneş, 4.6 milyar yaşındaki ortalama bir yıldız. Yani yarı ömrünü tamamlamış gibi. Önümüzdeki 5 milyar içinde hidrojenini (yani yakıtını) tüketecek ve bugünkünden 100 kat büyüyerek kırmızı dev olacak. Birkaç milyon yıl sonra da küçülecek ve beyaz cüceye dönüşecek.
Bir kuyruklu yıldız, kendi etrafında dönen devasa bir bir buz tozdan oluşan bir topa benzer. Kirli bir kartopu gibi. Su buharı ve birtakım donmuş maddeler Güneş' e yaklaşmalarıyla buharlaşır. Buharlaşan gazlarla birlikte kartopu içindeki tozlar da ortaya çıkar ve çekirdeğin etrafında bir gaz ve toz bulutu oluştururlar.Kuyruklu yıldızlar eski çağlardar beri insanların ilgisini çekmiş. Çinlilerin İ.Ö. 240 yılındaki kayıtlarında Halley Kuyruklu yıldızı' yla ilgili bazı bilgiler yer alıyor. Güneş' in ısısı, her gün Halley kuyruklu yıldızından 7 milyon ton kadar toz halinde buz kopartır, bu buz parçaları buharlaşır, kuyruklu yıldızını parlak, göz alıcı kuyruğunu oluşturur. Bir kuyruklu yıldızın kuyruğu birkaç yüz milyon kilometre uzunluğunda olabilir.
Gezegenler...Güneş ' in Uyduları
Gezegenler kendi ışıklarıyla parıldamaz; Güneş' in ışınlarını yansıtarak parıldar.
Dünya, bir gezegen. Güneş çevresinde dolanan 9 gezegenden biri. Her yıldızın gezegenleri var. Gezegenler, başlıca kayalardan, metallerden ve gazlardan oluşmuş yuvarlak küreler. Güneş Sistemi' nin gezegenleri Şunlar : Merkür, Venüs, Dünya, Mars, Jüpiter, Satürn, Uranüs, Neptün ve Plüton. Bunlardan Merkür, Venüs ve Mars, Güneş' e yakın, Dünya' ya benzeyen boyutlarına göre yoğunlukları yüksek gezegenlerdir. Kendi çevrelerinde dönüşleri oldukça yavaş, uydularının sayısı azdır. Daha uzakta olan Satürn, Uranüs ve Neptün. Jüpiter' e benzeyen gezegenlerdir. Boyutları daha geniş, yoğunlukları daha az, atmosferleri daha zengindir. Kendi çevrelerinde daha hızlı dönerler ve daha çok uyduları vardır. Plüton, Güneş' e en uzakta dolanan gezegendir. O, Neptün' ün çekiminden kurtulmuş bir uydu da olabilir.
Mars ve Jüpiter arasında bir çok gök taşı dolaşır. Bunlar, belki patlamış bir gezegenin kalıntıları olabıleceği gibi hiçbir zaman oluşamamış bir gezegenin kalıntıları da olabilir.( Junior Larousse s:19-23)
Dünya... Güneş' in canlı yaşayan tek gezegeni. Başka yerlerde canlı var mı sorusu sizi hiç rahatsız etmesin. Çünkü olabilir!... Ama olmayabilir!..
Dünya, tipik bir gezegen, evrendeki evimiz.. Dünya, geometrik olarak tam bir küre değil. Kutuplar basık, ekvator bölgesi şişkin. Dünya yüzeyinin yüzde 70' i suyla kaplı. Dünya, yüzeyinde sıvı su bulunan tek gezegen. Atmosferinde yaşam için gerekli oksijen gazı bulunuyor. Atmosfer, hacimce % 77 azot , % 21 oksijen; az miktarda argon, karbon dioksit ve su buharı içeriyor. Dünya’nın ilk oluşumu sırasında büyük olasılıkla atmosferde daha çok karbon dioksit vardı; ama o zamandan bu yana mevcut karbon dioksit, okyanuslara karıştı ve bitkilerce tüketildiğinden dolayı azaldı.
Ay: Dünyanın Uydusu
Ay, belki de Dünya' ya bir cismin çarpması sonucunda oluşmuş bir parça. Ay yüzeyindeki kayaların çoğu 3 - 4.6 milyar yaşında. Ay' ın evreleri doğup büyüyen ve ölenlerin simgesi olmuştur. Dünya' ya yakınlığı ve değişken yüzü, türlü inanışlara ve yolculuk hayallerine temel oldu. Jules Verne, "Dünya' da Ay'a Seyahat" adlı kitabını 1865 yılında yayınladı. Jules Verne, bir büyük topun fırlattığı füzenin dört gün sonra Ay' a ulaşması gerektiğini yazar. Ama füze, önceden tahmin edilemeyen bir göktaşına çarpar ve yolculuk yarım kalır. Uzay yolculuğunun tarihi, Rus uzay gemisi Luna 2' nin 1959' da Ay ziyareti ile başlıyor. Ay, insanoğlunun ziyaret ettiği ilk gök cismi. İlki 20 Temmuz 1969 tarihinde insanoğlu Ayak bastı!
Sonuncusu ise 1972 tarihinde gerçekleştirildi.
Ay, Dünya' nın gölgesi altında kalınca Ay Tutulması denen olay gözlenir. Bu sırada Ay görülmez. Eskiden insanlar, bir ejderhanın Ay' ı yuttuğunu düşünürlerdi.Bazen Ay, Dünya ile Güneş arasına girer. Böylece de Güneş Tutulması olur.(Junior Larousse 1. cilt)
Galileo uzay aracı, Jüpiter' in en büyük uydusuna (Ganymed) 840 km yaklaştı. Oradan çok net resimler gönderdi. Dana önce Voyager uzay araçları bu uyduya ancak 100 bin km yaklaşabilmişti. Galileo' nun gönderdiği fotoğraflara göre uydu buzla kaplı. Tektonik süreçler sonucu yüzeyde buz dağları oluşmuş.
Uzay yarışında ilkin Sovyetler, Amerikalıları geçmişti: 14 Ekim 1957' de Sovyetler Sputnik' i uzaya fırlattılar. Amerikalılar da 31 Ocak 1958' de Explorer-1 i uzaya fırlatmışlardı.Yalnızca 14 kilogram kütleli bu uydu, yeryüzünü saran radyasyon kuşaklarını keşfetmişti. Uydular çıplak gözle görülemeyen ve yıldızlardan gelen gama, morötesi, kızılaltı ve kızılötesi gibi ışınları gözlemler.
İlk teleskopu 1671 yılında Newton yapmıştı.
Uzay teleskopu Hubble, Dünya' dan 593 kilometre ötelerde uzayı bizim için gözetliyor.
Diğer Güneş Sistemleri:
21 Ekim 1995 tarihinde Dünya' dan 40 ışık yılı uzaklıktaki bir yıldızın gezegeni gözlendi. Bu gezegenin kütlesi Jüpiter' in kütlesinin yarısı kadardı. Bize en yakın olan yıldızın en önemli özelliği ise Güneş' e çok benziyor olması.
Güneş Sistemiyle Ne Zaman Tanıştık?
1600 yılının öncesinde Evren' in 8 cisim içerdiği sanılıyordu: Güneş, Dünya, Ay, Merkür, Venüs, Mars, Jüpiter, Satürn. Avrupa' da Batlamyus' un geliştirdiği Dünya merkezli evren modeli yaygındı. Galileo, 1610 yılında kendi yaptığı teleskopu gökyüzüne yöneltti. Bu gelişme sayesinde 17. yüzyılın sonlarında 9 yeni gökcismi daha bulundu. Bunlar arasında Europa, Io, Titan, Tetis de vardı.
18. yüzyılda yalnızca 5 gök cismi daha saptandı ve böylece bilinenlerin sayısı 22' ye çıktı. Bunlardan Venüs ve Titania 1787' de, Mimas 1789' da bulundu.
19. yüzyılda Güneş Sistemindeki gözlenen cisimlerin sayısı hızla artmaya başlandı. Bunda en önemli rolü asteroit Lenrin bulunuşu rol oynadı. Bu yüzyılda 9 büyük cisim bulunmuştur. 1846 yılında bulunan Neptün ve 1851' de bulunan Ariel bunlar arasındadır.
20. yüzyılda ise 40 yeni "büyük" gök cismi bulundu. Ayrıca binlerce kuyruklu yıldız ve asteroit saptandı. 1930' da Pluton, 1979' da Metis, 1980' de Atlas, 1986' da Juliet, 1990' da Ian bulundu.
Hareket kavramıyla birlikte tartışılan çok önemli bir şey de vakumun varlığı ya da yokluğuydu. Vakum, kabaca maddenin bulunmadığı boşluk demekti. Bu bağlamda Ela 'cılar "Vakum olmadan hareket olmaz. Vakum yoktur; o halde hareket de yoktur" derken Leucippus " Vakum olmadan hareket olmaz. Vakum vardır; o halde hareket de vardır." diyordu. (Z.Tez, Kimya Tarihi, s:39)
Eski çağların tarıma dayalı uygarlıklarında takvimin geliştirilmesi ve gökyüzüne duyulan ilgi elbette boşuna değildi. Her yıl aynı dönemde taşan ve çevresindeki ekili arazileri yerle bir eden Nil, Mısırlılara önümüzdeki yıl aynı zamanda yine geleceğim der gibiydi. Toprak belli zamanlarda sürülme istiyor, ürünler belli zamanlarda toplanma bekliyordu. Bu toplumlarda doğal olarak toplumu ya da ülkeyi yönetenler rahip-kral karışımı bir tipti. Eski Çin belgelerinde böylesi örnekler çoktur. Bu belgelerden öğrendiğimize göre İmparator, her sabah saat dörtte yataktan kalkmak zorundaymış. Neden mi ? Güneş' in doğmasını sağlamak için. Hele bir düşünün zavallı İmparatorun durumunu! Bir gün kazara uyuya kalsa Güneş doğmayacak Çin'e...Çinliler Güneş ve Ay tutulmaları ile de yakından ilgileniyorlardı.(MÇÖF s:67 ..)
Çinliler, Güneş tutulmasını bir canavarın Güneş' i yutma çabası olarak düşünürmüş. Dolaysıyla canavarı korkutmak için dinsel törenler düzenlenirmiş. İmparator sarayda sırf bu işi için Hsi ve Ho adında iki astronom (gökbilimci) görevlendirmiş. Eski Çin belgeleri kitabı Shu King' e göre, Hsi ile Ho, çok fazla pirinç rakısı içmişler ve bir Güneş tutulmasını önceden haber veremedikleri için idam edilmişlerdi.(GDBY s:40)
Jeremy Bernstein' in yazısından (çoğu aynen.)..
Einstein' in kütle çekim denklemleri karadelik anlayışının temelini oluşturur; ancak ilginç olan Einstein' in bu denklemleri, karadeliklerin varolamayacağını kanıtlamak için kullanmasıdır.
Einstein 1939' da "Annals of mathematics" adlı dergide Çok Sayıda kütleden Oluşan Küresel Simetrik Durağan Bir Sistem Üzerine adlı bir makale yayınladı. Einstein bu makalesinde karadeliklerin, yani çok yoğun olduğu için içinden ışığın bile kaçmasını önleyen göksel cisimlerin bulunamayacağını belirtiyordu. Bunun için de kendisinin 1916' da yayınladığı genel görecelilik ve kütle çekim kuramını kullandı. İlginç olan şu: Bu kuram, karadeliklerin yalnızca olası değil, aynı zamanda birçok gökcismi için kaçınılmaz olduğunu göstermek için kullanılan kuramdır. Einstein' in karadelikleri reddinden birkaç ay sonra, ona atıfta bulunmadan J. Robert Oppenheimer ve öğrencisi Snyder Sürekli Kütle çekimsel Büzülme adlı bir makale yayınladılar. Bu çalışma, Einstein' in görelilik kuramını modern fizikte ilk kez karadeliklerin nasıl oluştuğunu göstermek için kullanıyordu. Eğer basınç, çöküşe dayanacak kadar güçlü değilse, yıldızın yarıçapının yavaş yavaş küçülmesi beklenir. 1939' da Oppenheimer ve Snyder' in yaptıkları kuramsal hesapların söylediği de işte buydu.Einstein denklemlerinin çözümlerinin bir karadeliği belirten ilk açık örneği bu çalışmaydı. Burada örnek çöken bir toz bulutuyla ilgili olarak verilmişti. İçeride bir tekillik bulunmakla birlikte bu, olay ufku ile çevrili olduğu için dışarıdan görülemez. Bu ufuk, kendi içerisindeki olayların, dışarıdaki sonsuza sinyal gönderemediği bir yüzeydir.
Einstein, kuantum istatistiğini yaratırken, o zamanlar pek tanınmayan Hintli fizikçi Satyendra Nath Bose’ den Haziran 1924' te aldığı bir mektuptan etkilendi. Bose' nin mektubuyla birlikte, bir İngiliz bilim dergisinin reddettiği bir makale metni de geldi. Einstein, makaleyi okuduktan sonra, Almanca'ya çevirdi ve prestijli bir fizik dergisine postaladı. Einstein neden makalenin önemli olduğunu düşündü?20 yıl boyunca elektromanyetik ışımanın doğasıyla uğraşıyordu, özellikle çeperiyle aynı sıcaklıktaki bir kabın içine sıkıştırılmış ışımayla.Yüzyılın başında Alman fizikçi Max Planck, bu "siyah cisim" ışımasının farklı dalga boylarının ya da renklerinin genlikle nasıl değiştiğini tanımlayan matematiksel bağıntıyı bulmuştu. Işıma sektrumunun (tayfının) biçiminin, kabın çeperlerinin yapıldığı maddeden bağımsız olduğu anlaşıldı. Işımanın sadece sıcaklığa bağlı( siyah cisim ışımasının bir örneği bütün evrenin kabın yerine geçtiği bir durumda büyük patlamadan arta kalan fotonlardır. Bu fotonların sıcaklığı 2. 7260002 Kellvin olarak ölçülmüştür).
Bir beyaz cüce, elektriksel olarak yüksüzdür. Öyleyse herbir elemktronu için ondan yaklaşık iki bin kat ağır bir de proton bulunması gerekir. Sonuç olarak, protonlar kütle çekim basıncının yükünü karşılamalıdır. Eğer beyaz cüce çökmüyorsa, elektronların dejenerelik basıncı ile protonların kütle çekimi dengelenmelidir. Bu denge, proton sayısını ve bu nedenle de cücenin kütlesini sınırlar. Bu maksimum kütle değeri Chandrasekhar limiti olarak bilinir ve Güneş' in kütlesinin 1.4 katına eşittir. Bundan daha büyük kütleli bir cüce, durağan olamaz. Chandrasekhar' ın buluşu Eddington' u tedirgin etti. Yıldızın kütlesi, Güneş kütlesinin 1.4 katından büyük olursa ne olur? Yanıttan hoşnut kalmadı. Yıldızın yoğunlaşarak cüceye dönüşmesini önleyen bir mekanizma yoksa ya da Chandrasekhar' ın sonucu doğruysa, büyük kütleli yıldızlar kütle çekimi olarak bir bilinmeyene düşüp siliniyorlar. Eddington bunu dayanılmaz buldu ve Chandrasekhar' ın kuantum istatistiğini kullanışını eleştirmeye ve değiştirmeye karar verdi. Bu eleştiri Chandrasekhar' ı yıktı. Ancak onun imdadına Danimarkalı fizikçi Niels Bohr yetişti. Bohr, Eddington' un yanlış olduğunu söyledi ve dikkate almamasını iste.
Einstein, küresel yıldız kümesine benzer, birbirinin çekimi etkisinde dairesel yörüngelerde hareket eden küçük parçacıklar toplamına dikkatini verdi. Sonra böyle bir şekillenmede yıldızın kritik yarıçapla kendi çekimi altında durağan bir yıldıza çöküp çökmeyeceğini sordu. Sonuç olarak bunun olamayacağına karar verdi; çünkü yıldızlar böyle bir büyük çaplı şekillenmelerini durağan tutmak için ışık hızından daha hızlı hareket etmek zorunda kalacaklardı. Aslında Einstein' in açıklaması doğru olsa bile konuyla ilgili değildir Çünkü kritik yarıçapa çöken bir yıldızın durağan olup olmaması fark etmez. Yıldız nasıl olsa yarıçaptan daha küçük mesafelere çökmekte.
Einstein bu araştırmalarını yaparken Kaliforniya' da tamamıyla farklı bir girişim ilerlemekteydi.
Oppenheimer ve öğrencileri karadeliklerin çağdaş kuramını yaratmaktaydılar. Karadelik araştırmalarıyla ilgili garip olan şey, tümüyle yanlış olduğu anlaşılan bir fikirden esinlenmesiydi. 1932' de İngiliz fizikçi James Chadwick, atom çekirdeğinin elektrikçe yüksüz bileşeni olan nötronu buldu. Ardından nötronların beyaz cücelere alternatif olabileceği spekülasyonları başladı. Özellikle Kaliforniya teknoloji Enstitüsü'nden Fritz Zwicky ve parlak Sovyet teorik fizikçisi Lev Landau başta olmak üzere. tartışmalarına göre, yıldızın kütle çekimi basıncı yeterli derecede artınca, nötron oluşturmak üzere bir elektronla bir proton reaksiyona girebiliyor. Zwicky haklı olarak bu işlemin süpernova patlamalarında gerçekleştiğini tahmin etti; sonuç olarak nötron yıldızları bugün pulsar olarak tanımlanıyor. O sıralarda, olağan yıldızlarda enerji üretmek için bugün bilinen mekanizma bilinmiyordu. Bir çözüm, nötron yıldızını olağan bir yıldızın ortasına yerleştirmekti. Günümüzde pek çok astrofizikçi, karadeliklerin kuasarları güçlendirdiğini benzer olarak tahmin ediyorlar. Bu durumda akla şu soru geliyor: Chandrasekhar kütle limitinin bu yıldızlar için karşılığı nedir? Bu yanıtı belirlemek beyaz cüceler için bir limit bulmaktan daha zor. Bunun nedeni ise nötronların hala tamamıyla anlayamadığımız nitelikte bir kuvvet aracığlığıyla etkileşmeleri. Kütleçekimi bu kuvvetin üstesinden gelebiliyor ancak kesin bir kütle limiti ayırıntılara duyarlı. Oppenheimer, öğrencileri Robert Serber ve Geogre M. Volkoff' la birlikte bu konuda iki makale yayımladı ve nötron yıldızları için bulunan kütle limitinin Chandrasekhar' ın beyaz cüceler için olan limitiyle karşılaştırılabilir olabileceği sonucuna vardı. Bu makalelerden ilki 1938' de, ikincisi 1939' da yayımlandı. Oppenheimer tam olarak, Eddington' unun beyaz cüceler hakkında düşündüğü şeyi sorgulamaktaydı: Eğer kütle limitini aşan kütleye sahip bir yıldız çökerse ne olur? Oppenheimer ve öğrencileri, 5000 km uzakta oldukları için Einstein' in 1939' ka karadelikleri reddeden çalışmasından haberdar değillerdi. Ancak Oppenheimer, kritik yarıçaptaki durağan bir yıldızla uğraşmak istemedi. Eğer yıldızın yarıçapı kritik yarıçapın altına düşerse ne olacağını görmek istedi. Snyder' e bu problem üstünde daha ayrıntılı çalışmasını önerdi. Snyder' e belirli varsayımlar yapmasını, dejenerelik basıncı veya yıldızın dönmesi gibi teknik ayrıntıları gözardı etmesini söyledi. Snyder, çöken bir yıldıza ne olacağının olaya bakan bir gözlemcinin konumuna bağlı olduğunu buldu.
Gerçekten kritik yarıçapta saat yavaşlayarak duracak; sabit bir gözlemci yıldızın kritik yarıçapa çökme sürecinin sonsuz zaman alacağını düşünecekti. Bundan sonra ne olacağını söyleyemeyiz, çünkü, sabit gözlemciye göre "sonrası" yoktur. Sabit gözlemciye göre yıldız kritik yarıçapta donup kalacaktır. Fizikçi John A. Wheeler , 1967 Aralığında verdiği derste karadelik ismini kullanana dek, bu nesnelere donmuş yıldızlar deniyordu. Schwarzschild geometrisindeki tekilliğin gerçek önemi bu donup kalmadır. Oppenheimer ve Snyder' in makalelerinde gözlemledikleri gibi, bu çöken yıldız " kendini " uzaktaki gözlemcilerle herhangi bir iletişime kapatıp, kütle çekim alanıyla başbaşa kalır. Diğer bir deyişle karadelik oluşmuştur. İyi de çöken yıldız üzerindeki gözlemciye ne olacak?Oppenheimer ve Snyder ’a göre göre bu gözlemci, olayı tamamen değişik biçimde algılayacaktır. Yıl 1939' du; Dünya ateşler içindeydi; dünya parçalanmak üzereydi. Oppenheimer de savaşa girdi; insanı yapabileceği en yıkıcı silahı yaptı. Einstein de çalışmadı. Barış geldiğinde 1947' de Oppenheimer, Princeton' da İleri Araştırmalar Enstitüsü' nün direktörü oldu. Einstein de aynı enstitüde profesördü. Onların karadelikler hakkında konuşup konuşmadığı hakkında kayıt yok. Yıldızların gizemli kaderini öğrenmek isteği 1960' ları bekledi.(Jeremy Bernstein,1996- Çevirenler: Tekin Dereli- Selda Arıt; Bilim ve Teknik, Eylül 1996 346. sayı)
Elementin atomu, Işığın fotonu var da kütle çekiminin gravitonu yok mu?
Kütle çekimi, insanoğlunun çok önceden tanıdığı bir olgu. Elma, bulunduğu daldan aşağı doğru düşer. Irmaklar, yukardan aşağı doğru akar. Dünya, Güneş' ten kurtulmak için çırpınır gibi yapar; ama Güneş onu hep kendisine doğru çeker.Hareket kavramıyla birlikte tartışılan çok önemli bir şey de vakumun varlığı ya da yokluğuydu. Vakum, kabaca maddenin bulunmadığı boşluk demekti. Bu bağlamda Ela ' cılar "Vakum olmadan hareket olmaz. Vakum yoktur; o halde hareket de yoktur" derken Leucippus " Vakum olmadan hareket olmaz. Vakum vardır; o halde hareket de vardır." diyordu. (Z.Tez, Kimya Tarihi, s:39)
Newton' un dehası, kütle çekim yasalarını bulmaya yetti. İki madde, birbirlerini kütleleriyle doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak çeker. Einstein, bunlarda düzeltmeler yapılmasını sağladı. İlginçtir çok eski zamanlardan bu yana tanınan yer çekimi (daha genel olarak her kütlenin birbirini şu ya da bu kuvvetle çekmesi) insanoğlunun hâlâ açıklayamadığı bir olgu olarak duruyor. Cisimlerin yere doğru düşmesini nasıl açıklayabiliriz?
Şimdi bütün yönlerde graviton denen mermiler atan iki cisim düşünelim. "Bütün yönlerde" açıklamasına dikkat ediniz. Çünkü kütle çekim yasası, küre yüzeyinin her noktasından çıkan her doğrultuda etkilidir. Öte yandan kütlesel çekim, iki cismin merkezini birleştiren doğrultuda en yüksektir. Çünkü kütlesel çekim, uzaklığa bağlıdır. Ters yönlerde dışarı atılan gravitonların geri tepmesi iki cismi birbirine doğru yaklaştırır.
Eğer bu anlattığımız model doğruysa gravitonlar, yani kütle çekim alanının kuantumları bir kütleye ve enerjiye sahip olmalı; yani graviton salan her cisim, kütle ve enerji kaybetmelidir. Bu konuda ilk olarak Prof. D. İvanenko bir şeyler söyledi. Çarpışan iki graviton nasıl bir sonuç verir? Belki de elektron ve pozitron gibi bir parçacık ve anti-parçacık çifti oluşturabilir. Bu varsayıma göre bu parçacık çiftleri bir yerlerde buluşarak gravitonlara da dönüşebilir. Ama bu iki dönüşüm çok büyük enerjilerle olabilir.Bu nedenle bu dönüşüm olasılığı pek zayıftır. Peki bir cisim, kendiliğinden gravitonlar yayıyor olmasın? Evet bu daha olası. Her bir graviton, bulunduğu parçacık kütlesinden bir kısmını alıp götürür. Gravitonların enerjileri bilinirse, bir parçacığın yarıya kadar küçülmesi için geçecek zaman hesaplanabilir. Bir başka deyişle maddenin kütlesel çekim alanına bozunması sırasındaki yarı-ömrü hesaplanabilir. Böyle hesaplar yapılmış milyarlarca yıl değerleri elde edilmiştir.
Diğer hesaplar, gravitonun kütlesini 5x 10-66 gram ve enerejisini 5x10-45 erg değerinde vermektedir. Bir protonun kütlesel çekim alanıına bozulması yarı-ömrü 10 milyar dolayındadır. Gravitonun yoğunluğu ile protonunki aynı sayılırsa gravitonun yarıçapı 2x10-27 santimetre kadardır. Protonun yanrıçapı 1.5x10 -13 santimetre olduğundan proton yanında graviton, Dünya üzerindeki bir toz zerresi gibidir.
Özel görecelik kuramının sonuçları arasında hiç bir fiziksel etkinin ışıktan daha hızlı yayılamayacağı saptaması vardır. Işık, Dünya' dan Ay' a gitmek için bir saniye, Güneş' e gitmek için sekiz dakika, bir galaksiden diğerine gitmek için milyonlarca yıl kastetmektedir. Böyle olunca kütle çekim kuvveti denen şey nedir? Dünya' nın Ay üzerinde yaptığı etki, ışık hızıyla yayılıyorsa kuvveti belirleyen uzaklık, etkinin çıkış anında Dünya' yı Ay' dan ayıran uzaklık mıdır; yoksa etkinin Ay' a varış anıdaki uzaklık mıdır?
Özel görecelik kuramı, ışığın hızını, birbirine göre düzgün bir hareketle yer değiştiren bir gözlemciler takımı için aynı olduğunu kabul etmişti. Gözlemcinin hareketindeki herhangi bir ivme, önsel olarak gözlemcinin evreni tanıma biçimine etki yapabilir. Bu ivme acaba nasıl işe karışacaktır? Bu soruyu yanıtlamak için, yalnızca mantığa dayanmak gerekir. Çünkü bu türlü etkileri deneysel biçimde açığa çıkarmak çok güçtür. Einstein soruna en kestirme yönden yaklaştı. Sonsuz sayıda olanaklar içinde bir ivmenin etkisinin ne olabileceğini araştırmak yerine o asıl ivme yokluğunun nasıl belirtilebileceğini aramaya koyuldu. Ama olanaklı gözlemcilerden bir tanesinin hangisi olduğunu belirtecek güçte miyiz? Yeryüzünde bulunan bir gözlemci kuşkusuz işimize yaramaz, çünkü Dünya' nın Güneş' e göre hareketi ivmelidir. Güneş' in de Samanyolu galaksisine, onun da öteki galaksilere göre ivmeli hareketi vardır.
Keyif aldığımız bir olay, bir film, bir sohbet, bir yemek ya da bilimsel, sanatsal çalışma sonunda " zaman ne çabuk geçti!! " deriz. Gerçekten bu sezgi doğru mudur?Zaman göreli midir? Zaman sürekli midir; kuantumlu mudur? Evet zaman, hareketliye göre değişen bir özellik gösterir.
Işık, Ay' dan Dünya' ya bir saniyede, Güneşten ise sekiz dakikada ulaşır. Bir galaksiden başkasına gitmek ise ışığın milyonlarca yılını alır. Bir ışık ışını yani bir foton, Dünya'yı ne kadar sürede dolaşır? Saniyenin onda biri kadar (0.1 saniye) sürede.. Bir saniye deyince göz açıp kapayıncaya kadar geçen süre anlaşılır. Işık işte bu sürede 300 bin kilometre gibi inanılmaz bir yol kat eder. En hızlı yol alan ışığın bile Güneş' ten sonra en yakın yıldızdan bize ulaşması 4 yıl alır. Bizler biz galaksiyi gözlediğimizde gördüğümüz, aslında galaksinin milyonlarca yıl önce saldığı ışıktır. Bize ulaşana dek ışığı göremeyiz. Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüşünün referans alındığı bir zaman birimi, evrensel zaman olarak isimlendirilmişti. Şimdilerde, dünyanın dönüşünün zamanla değiştiğini biliyoruz.
1967 yılında saniye, yeniden daha doğru bir şekildi tanımlandı. Tanımlamada kullanılan alet atomik saat olarak bilinir. Bu yeni alette, belli atomik geçişlerle ilgili frekanslar 1012 de bir duyarlılıkla ölçülebilir. Bu atomik geçişler oldukça kararlı ve saat ortamından bağımsızdır. Bununu anlamı, her 30.000 yılda bir saniyeden daha az olan sapmaya karşılık gelmesidir. Böyle frekanslar saatin çevresindeki değişmelerden etkilenmez. Böylece zaman birimi saniye, 1967 yılında sezyum atomunun (referans saat) karakteristik frekansı kullanılarak tekrar belirlendi.
Bir saniye , sezyum-133 atomunun 9 192 631 770 defa titreşim yapması için geçen zamandır.
En Dakik Saat Nedir? Ve yine bu süre içinde yani bir saniyede sezyum-133 izotopu daha inanılmaz sayıda ışıma yapar:Tam 9 milyar 192 milyon 631 bin 770 ışıma (Bilim ve Teknik, 337. sayı) Peki yıl nedir? Onu belirtmeye alıştık. Bir yıl, 365 gündür; Dünya'nın Güneş çevresindeki bir dönüşünün zamanıdır. (Evren ve Dönüşümleri s: 54)
Zaman. Önce ne soyut bir terim diyeceksiniz. Oysa bizleri onu çok somut ve üstelik sorun çözücü güç gibi sıkça kullanırız:
Zamanla her şey yoluna girer. Zamanla alışırlar .
Zamanın Kısa Tarihi . Zaman Makinesi. Geçmiş Zaman Olur ki.
Zamandaki görelilik, uzaklık kavramında da görelilik olduğunu bildirir. Hızların eklenmesi ilkesi, düşük hızlardaki sistemlerde anlam taşır. Uzaklık da zaman gibi göreceli bir kavramdır; ilişki kurulan sistemden bağımsız bir uzaklık yoktur. Çünkü, zaman ve uzaklık ölçüleri, ilgi kurulan sistemin hızına göre değişiyor. Zaman ve uzaklık ölçülerinin mutlak büyüklükler olduğu kanısının yanlış olduğunu görüyoruz. Özel görecelik kuramının bu sonuçları kuşkusuz sağ duyumuza aykırı geliyor. Neden? Sağduyumuz bize evrenin homojen (türdeş) ve düz bir uzay sunar. Bu uzayda doğruların egemenliği vardır. Bir odanın ölçülerini düşünün. En, boy ve yükseklik (şu x,y ve z eksenleri). Klasik fiziğe bakıldığında olaylar, üç boyutlu bir uzay süreklisi ve tek boyutlu bir zaman süreklisi içinde tasvir edilir. Bu dört boyutlu süreklide zaman, asimetriktir. Bir yönde akar zaman. Önceden sonraya; geçmişten geleceğe... Bu uzay-zaman tasarımı dört boyutludur. İşte dört boyutun yan yana durduğu bu "sağduyulu uzay", Öklid (Euclides) uzayıdır. " Küçük ölçüde, nispeten küçük uzaklıklar araştırıldığı sürece, uzayın pratikteki özellikleri, Öklid uzayının özellikleridir. Burada paralel doğrular var gibi görülür; doğru çizgi çok yaklaşık olarak en kısa yoldur; bir üçgenin iç açılarının toplamı 180 dereceye son derece yakındır. Bununla birlikte daha büyük uzaklıklar için, yani uzayın milyarlarca ışık yılı düzeyindeki uzaklıklarla ilgilendiğimiz zaman, uzay artık Öklid uzayı değildir.
Fakat Einstein, sağduyunun 18 yaşından önce zihinde yerleşen önyargılardan başka bir şey olmadığını gösterdi.Sonraki yıllarda karşılaşılan her yeni düşünce “tartışılmadan kabul edilen bu kavramlar savaşmalıdır. Einstein, tanıtlanmamış hiçbir ilkeyi açık ve bellidir diye kabul etmek istemediği içindir ki, derinlerde yatan doğa gerçeklerine kendinden önce gelen bilim adamlarından daha iyi inebilmiş ve daha çok yaklaşabiliştir. Hareketli saatlerin yavaşladığını, hareketli çubukların küçüldüğünü varsaymak, bunların yavaşlamadığını ve küçülmediğin varsaymaktan daha mı gariptir diye sordu Einstein. Klasik fizikçilerin ikinci varsayımı doğrudan kabul etmelerinin nedeni, insanın günlük yaşamında bu değişiklikleri gösterecek hızlarla karşılaşmamasıdır. Bir otomobilde, uçakta ve V-2 roketinde bile bir saatin yavaşlaması ölçülemeyecek kadar küçüktür. Ancak hızlar ışık hızına yaklaştığı zaman görelilik etkileri görülebilir."
Özel görelilik kuramında ise uzay-zaman ayrılığı ya da bunların birbirinden bağımsızlığı ortadan kalkar.
Görecelilik Doğarken Ölmek: Ne Yazık!
Einstein, Zürich Teknik Üniversitesine girdiğinde Hermann Minkowski gibi büyük bir matematikçi o üniversitede ders veriyordu. Einstein, onun derslerini sıkıcı buluyordu gerçi ; ama kendisi matematik özünü Minkowski' den aldı.
Uzayın iki noktası arasındaki uzaklık dendiğinde zihnimizde canlanan ilk şey, Öklid uzayı için geçerli tanımdır. Öklid uzayı ve bu uzay için geçerli olan uzaklık tanımı, aynı zamanda günlük deneyimlerimizin ve sağ duyumuzun bizi tereddütsüz kabul etmeye zorladığı, bize son derece "doğal" gelen kavramlardır.Hatta bu kavramlar bizim için o kadar " doğal" dır ki, fiziğin daha farklı özellikleri olan ve daha farklı bir uzaklık temelinde yeniden inşa edilmesi düşüncesini belirli bir direnç göstermeden kabul edemeyiz. Oysa özel görelilik kuramı tam da böyle bir gerçekliği bize sunmaktadır. Sağ duyunun yeterli olmadığını, en azından Güneş' in Dünya etrafında değil, Dünya'nın Güneş etrafında döndüğünü biliyoruz.Öklid uzayı, homojen, izotrop ve düz bir uzaydır. Özel görelilik kuramının ortaya atılmasından üç yıl sonra, 1908'de, H. Minkowski, uzay ve zamanın yanyana konduğu değil, kaynaşıp bir bütün oluşturduğu bir yapı ortaya koydu. Ve o Minkowski ki, ölüm döşeğinde "Rölativite (görelilik) doğarken ölmek. Ne yazık ! " diyecekti.
Zamanın bağımsız bir değişken olarak uzay eksenlerinin yanında ayrı bir eksenle gösterilmeye başlamasının tarihi, Galile' ye kadar uzanır. Bilindiği gibi zamanın uzaydan farklı bir karakteri vardır. Uzayın noktaları aynı anda hep birlikte varolurken, zamanın noktaları birbirinin ardı sıra vardır. Yani uzayın noktaları arasında bir "eşanlı bitişiklik" ilişkisi, zamanın noktaları arasında ise bir "ardışıklık" ilişkisi vardır. Zamanın bu özelliği göz önünde bulundurulduğu sürece bir doğruyla gösterilmesinin sakıncası yoktur. Fakat zamanın bu özelliğinin unutulması ve zamana kendini temsil etmekte kullanılan bir uzay doğrunun özelliklerinin atfedilmesi tehlikesi her zaman vardır.( Bilim ve Mühendislik s: 127-128) Zamanın uzayla kaynaştırılması zamanın uzaysallaştırılması anlamına gelemez; zaman mutlaklığını kaybetse de, zamanın temelinde yer alan ardışıklık ilişkisinin kendisi mutlak karakterini korur.
Einstein' den önce evren, genellikle, sonsuz bir uzay denizinde yüzen madde adası olarak düşünülürdü. Uzay, bitimsizdi. Oysa Newton yasası, maddenin düzenli olarak dağıldığı sınırsız bir evreni yasaklıyordu; çünkü evren sınırsız olursa, sonsuza dek uzanan madde kütlelerinin toplam çekim gücü de sonsuz olacaktı. Bundan başka, insanın güçsüz gözüne, Samanyolu' nun ötesinde uzay ışıkları gittikçe seyrekleşiyor, dipsiz boşluğun uzak sınırlarında tek tük dağılmış deniz fenerleri gibi görünüyordu. Fakat evreni bir madde adası gibi düşünmek de zorluklar çıkarıyordu. Böyle bir evrenin içindeki madde miktarı uzayın sonsuzluğuna oranla o kadar küçük kalıyordu ki, galaksilerin hareketini yöneten dinamik yasaları bu maddeyi bulut damlacıkları gibi dağıtır, evren bomboş kalırdı.
Bir zamanlar insanoğlu, Dünya' nın düz olduğunu düşünürdü. Bugün Dünya' nın yuvarlak olduğunu biliyoruz. İzmir ile New York arasındaki uzaklık düz bir yol değil, bir çember yayıdır. Dünya söz konusu edildiğinde bile Öklid geometrisi geçerli değildir. Ekvator' un iki noktasından Kuzey Kutbu' na çizilen dev üçgenin iç açıları toplamı 180 derece değildir; daha büyük bir derecedir. Dünya üzerinde dev bir çember çizilse, çevresi ile yarıçapı arasındaki oran klasik değer "pi sayısı"ndan küçük çıkar. Çünkü bu dev çember bir düzlemde değildir. Dünya' nın yuvarlaklığından kimse şüphe etmez. Fakat insanoğlu bu gerçeği, Dünya' dan ayrılıp ona uzaktan bakarak bulmamıştır. Bu, Dünya' da dururken de, kolayca gözlenen olayların uygun matematiksel açıklaması ile rahatça anlaşılabilir. Einstein de astronomik gerçekleri dikkate alarak yeni bir evren modeli ortaya attı.
Öklid geometrisi, bir çekim alanı içinde geçerli değildir. Çekim alanında doğruların, düzlemlerin anlamı olsa bile pek basittir. Işık bile çekim alanı içinden geçerken düz bir çizgi üzerinde gitmez. Çünkü çekim alanının geometrisi, içinde doğru bulunmayan bir geometridir. Işığın çizebileceği en kısa yol bir eğri, ya da alanın geotrik yapısının belirlediği büyük bir çemberdir. Bir çekim alanının yapısını düşen cismin kütlesi ve hızı belirler. Bir bütün olarak evrenin geometrik yapısına biçim veren de evrende bulunan maddelerin toplamı olmalıdır.Evrende her madde toplanmasına karşılık uzay-zaman sürekliliğinde bir biçim bozulması vardır. Her gök cismi, her galaksi uzay-zamanda, bölgesel bozukluklar meydana getirir; denizdeki adaların çevresinde görülen çalkantılar gibi. Madde toplanması ne kadar yoğun olursa, bunun sonucu olan uzay-zaman eğrilmesi o kadar büyük olur. Sonuç olarak tüm uzay-zaman süreklisi bir bütün eğridir. Evrendeki hesaplanamaz madde kütlelerinin oluşturduğu biçim bozukluklarının yerleşmesi, sürekliliğin büyük bir kozmik eğri halinde kendi üzerine kapanmasına yol açar. Bu nedenle Einstein evreni Öklid' inkinden ayrıdır ve sonsuz değildir.Yerde sürünen bir solucan Dünya' yı düz ve sonsuz görür. Bunun gibi yerdeki bir insana bir ışın düz çizgi üzerinde sonsuza gidiyormuş gibi görünebilir. Einstein evreninde doğrular yoktur; yalnız büyük çemberler vardır. Uzay sonsuz değildir, fakat sınırsızdır.(Evren ve Einstein s: 110-115)
Einstein evreninde yüz milyonlarca ateş halinde yıldızı ve hesaplanamayacak ölçüde seyrek gaz, soğuk demir, taş ve kozmik toz sistemlerini tutan milyarlarca galaksiyi içine alacak büyüklüktedir. Bu evrende, saniyede 300 bin kilometre hızla uzayda yola çıkan bir Güneş ışını, büyük bir kozmik çember çizecek ve 200 milyar yıldan biraz sonra kaynağına dönecektir.( Evren ve Einstein s:117)
Bununla birlikte Einstein, kendi evren bilimini geliştirirken, yıllarca sonra açıklanan astronomi olayını bilmiyordu. Yıldızların ve galaksilerin hareketlerini rasgele sayıyordu. Einstein, evreni durgun saydı. Oysa evren genişliyordu. Bütün galaksiler, sistemli olarak bizimkinden uzaklaşıyor.Bu sonuç o kadar önemlidir ki, bunun nasıl ortaya konulabildiğini göstermek yararlı olacaktır.
Şimdi herkes, evren ve zamanın kendisinin, büyük patlamada bir başlangıcı olduğunu düşünüyor. Ve Hawking, sitemini şöyle dile getiriyor: "Bu , birkaç değişik kararsız taneciğin keşfinden çok daha önemli olmakla birlikte, Nobel Ödülleri ile değerlendirilebilmiş bir buluş değildir" (s: 28)
İki karadelik çarpışır ve birleşirse, sonunda ortaya çıkan karadeliğin alanı, baştaki karadeliklerin alanlarının toplamından daha büyüktür. Bu durum, termodinamiğin ikinci yasasına göre, entropinin davranışına çok benzemektedir. Entropi, hiç azalmaz ve tüm sistemin entropisi, onu oluşturan parçaların entropileri toplamından büyüktür. Bir karadeliğin kütlesindeki değişme, onun olay ufkunun alanı da değişmeye, açısal momentumundaki değişmeye ve elektrik yükündeki değişmeye bağlıdır. Bir karadeliğin uzay ufkunun her yerinde yüzey gravitesi aynıdır. Bu benzerlikten cesaret alan Bekenstein 1972' de olay ufku alanının belli bir katının karadeliğin entropisi olduğunu ileri sürdü. "Lakin bu teklif tutarlı değildi. Eğer karadelikler, olay ufkuyla orantılı bir entropiye sahip olsalardı, yüzey gravitesiyle de orantılı, sıfırdan farklı bir sıcaklıkları olurdu. Karadeliğin, kendi sıcaklığından daha düşük sıcaklıktaki bir termal ışınımla temasta olduğunu düşünelim. Karadelik, ışınımın bir kısmını yutarken dışarıya birşey gönderemeyecektir. Zira klasik kurama göre, karadelikten bir şey çıkamaz.Bu durumda, alçak sıcaklıktaki termal ışınımdan, yüksek sıcaklıktaki karadeliğe ısı iletilmiş olacaktır. Bu ise, genelleştirilmiş ikinci yasaya aykırıdır. Çünkü termal ışınımdan entropi kaybı, karadelik entropisindeki artmadan daha büyük olurdu. Lakin, bundan sonraki konuşmamda göreceğimiz gibi, karadeliklerin, tama da termal özellikte bir ışınım yaydıkları keşfedilince, tutarlılık yeniden sağlandı. Bu sırf bir tesadüf veya bir yaklaşım sonucu olamayacak kadar güzel bir sonuçtur. Böylece karadeliklerin gerçekten bir iç gravitasyonal entropisi olduğu anlaşılıyor. Göstereceğimiz gibi bu, bir karadeliğin basit olmayan topoljisi ile ilgildir. İç entropinin anlamı, graviteni çoğunlukla kuantum kuramıyla ilgili olanın dışında, ek bir belirsizlik düzeyi ortaya çıkarmasıdır. Bu nedenle, "Tanrı zar atmaz" dediğinde, Einstein yanılıyordu. karadelikler dikkate alındığında, Tanrının zar atmakla kalmayıp, bazan zarları görülemeyecek yerlere de atarak bizi şaşırttığı görülmektedir." (Uzay ve Zamanın Doğası s: 34-35 )
Gravitenin hiç olmazsa normal durumlarda, daima çekici olduğunu gördük. Eğer gravite elektrodinamikteki gibi bazen çekici, bazen de itici olsaydı, on üzeri kırk kere(10 40) daha zayıf olduğu için onu hiç fark edemezdik.Ancak, gravitenin daima aynı işareti taşıması nedeniyle, bizimle Dünya gibi iki makroskobik cismin taneciklerinin arasındaki gravitasyonal kuvvetler, bizim hissedeceğimiz ölçüde bir kuvvet toplamına yol açar. Gravitenin çekici olması, onun evrendeki maddeyi yıldız ve galaksi gibi cisimler oluşturmak üzere bir araya getirecek şekilde davranacağı manasına gelir. Daha fazla sıkışmaya karşı madde, yıldızlarda termal basınç ile galaksilerde de iç hareketler ve dönmelerle bir süre direnir. Ama en sonunda ısı veya açısal momentum dışarı taşınacak ve cisim büzülmeye başlayacaktır. Eğer kütle, Güneş' in kütlesinin bir buçuk katından küçükse, elektron veya nötronların dejenerasyon basıncı nedenle büzülme durabilir. Cisim de buna göre bir beyaz cüce veya bir nötron yıldızı haline yerleşir. Fakat, kütle bu limitten büyükse, büzülmeyi durdurabilecek bir şey yoktur. Belirli bir kritik büyüklüğe kadar küçülünce, onun yüzeyindeki gravitasyonal alan o kadar kuvvetli olacaktır ki, ışık konileri içeri doğru kıvrılacaktır. Bunun size dört boyutlu bir resmini çizmek isterdim. Fakat, hükümet tasarrufları. Cambridge Üniversitesini ancak iki boyutlu ekranlarla yetinmeye zorluyor. Bu nedenle zamanı düşey doğrultuda üç uzay doğrultusunun ikisini perspektif olarak gösterdim.
"Uzay-zamanın, içinden sonsuza kaçmanın mümkün olmadığı bölgesine karadelik denir. Bunun sınırı olay ufku adını alır. Olay ufku, sonsuza kaçamayan ışık ışınlarının oluşturduğu bir boş yüzeydir. Saçsızlık teoremleri, bir cisim karadelik oluşturacak şekilde çökerken büyük miktarda enformasyonun kaybolduğunu gösteriyor. Daha önceleri, bu enformasyon kaybı önem taşımıyordu. Çünkü Çökmekte olan bir cisimle ilgili bilgilerin karadelik içinde kaldığı düşünülüyordu. karadelik dışında bulunan bir gözlemci için çöken cismin nasıl bir şey olduğunu belirlemek çık zordur. Ama klasik kuramda bu ilke olarak olanaklı görülüyordu. Gözlemci, çökmekte olan cismi gerçekte hiç gözden kaybetmeyecektir. Buna rağmen o yavaşlayacak ve olay ufkuna yaklaştıkça daha da kararacaktır. Fakat gözlemci hala onun hangi maddeden yapıldığını ve kütlesinin nasıl dağıldığını görebilecektir. Kuantum kuramı bunun hepsini değiştirmiştir. Önce, çöken cisim olay ufkunu geçmeden önce sadece sınırlı bir miktarda foton gönderecektir. Bunlar, çöken cisim hakkında tüm bilgiyi taşımaya yetmeyecektir. Bunun anlamı, kuantum kuramına göre, dışarıdaki bir gözlemci için, çöken cismin durumunu ölçmenin mümkün olmadığıdır. Bunun çok önemli olmadığı, çünkü dışardaki bir kişi ölçemese de enformasyonun hala karadelik içinde olduğu düşünülebilir. Fakat işte burada, kuantum kuramının ikinci etkisi ortaya çıkıyor. Göstereceğim gibi, kuantum kuramı karadelikleri ışıtır ve kütle kaybettirir. En sonunda bunlar tamamen yok olurken, içlerindeki tüm enformasyonu da birlikte götürürler. Bu enformasyonun gerçekten de kaybolduğu ve başka bir şekilde geri gelemeyeceği lehinde argümanlar vereceğim. Göstereceğim gibi, bu enformasyon kaybı, fiziğe, kuantum mekaniği ile ilgili olanın dışında ve onun üzerinde, yeni belirsizlik düzeyi katmaktadır."
1973 yılında bu olayı ilk defa incelediğim zaman, çökme sırasında bir emisyon patlaması olacağını, fakat ondan sonra tanecik yaratılmasının duracağını ve geride gerçekten siyah bir kara cisim kalacağını bulmayı umuyordum. Fakat büyü şaşkınlıkla, çökme sırasındaki bir patlamadan sonra geriye, sabit hızda bir tanecik yaratımı ve emisyon kaldığını buldum.(s:56) Bir süredir, kuvvetli bir elektrik alanında pozitif ve negatif elektrik yükü taşıyan tanecik çifti yaratıldığı bilinmektedir.(s:67) Karadelikler, elektrik yükü de taşıyabildiği için, bunların da çift yaratılabileceği düşünülebilir. Lakin bunun miktarı, elekton-pozitron çiftleri ile karşılaştırıldığında çok küçük bulunacaktır. Zira, kütle bölü yük oranı on üzeri yirmi defa daha büyüktür.Bu şu demekti: karadelik çiftleri oluşturmak üzere önemli bir ihtimal belirmesinden çok daha önce, herhangi bir elektrik alanı, elektron-pozitron çiftleri yaratımı ile nötralize olacaktır. Bunun yanında, magnetik yüklü karadelik çözümleri de vardır. Magnetik yüklü tanecik olmadığı için, böyle karadelikler, gravitasyonel çökme ile yaratılamazlar. Fakat bunların, kuvvetli bir magnetik alanda çiftler şeklinde yaratılabileceği düşünülebilir. Bu durumda adi tanecikler magnetik yük taşımadığı için, adi tanecik oluşması ile arada bir rekabet yoktur. "Bu nedenle, magnetik yüktlü bir karadelik çifti yaratabilecek kadar büyük bir ihtimal olabilmesi için, magnetik alan yeter derecede kuvvetli olabilir." (Uzay ve Zamanın Doğası, 69)
Normal olarak, saf bir kuantum durumunda bulunan bir sistem, üniter bir şekilde, bir saf kuantum durumları dizisinden geçerek sonuçlanır. Fakat karadeliklerin ortaya çıkması ve ortadan kaybolmasıyla enformasyon kaybı olursa, üniter bir evrim olamaz. Onun yerine, enformasyon kaybı, kardelikler ortadan kaybolduktan sonraki nihai duruma, karışık kuantum durumu denebileceği anlamına gelecekttir. Buna, her biri kendi olasılığı ile farklı, saf kuantum durumlarının topluluğu olarak bakılabilir. Fakat o kesinlikle belirli bir durumda olamayacağı için, nihai durumun olasılığı, herhangi bir kuantum durumuna müdahale ile sıfıra düşürülemez.Bu demektir ki, gravite, fizikte ekseri kuantum kuramı ile ilişkilendirilen belirsizliğin dışında ve onun üzerinde, yeni bir önceden bilinemezlik düzeyi getirmektedir.Gelecek konuşmamda, bu ek belirsizliği zaten gözlemiş olabileceğimizi göstereceğim. Geleceğin kesin olarak öngörülebileceğine dair bilimsel determinizmin ümidine , bununla bir son verilmektedir.
Sözü R. Penrose alıyor. Konusu: Kuantum Teorisi ve Uzayzaman:
“20 .yüzyılın büyük fizik kuramlarını, kuantum kuramı, özel görelilik, genel görelilik ve kuantum alan kuramı oluşturmaktadır. Bu kuramlar birbirinden bağımsız değiller. Genel görelilik, özel görelilik üzerine kurulduğu gibi, kuantum alan kuramı da özel görelilik ve kuantum kuramına dayanmaktadır.” Roger Penrose, böyle giriyor konuşmasına.
“Kuantum alan kuramının, ‘on üzeri on bir’de ‘bir’ ölçüsünde doğru olan, şimdiye kadar yapılmış en duyarlı fiziksel kuram olduğu söylenir.Lakin, genel rölativitenin belirli ve açık anlamda ‘on üzeri on dört’te bir ölçüsünde doğru olduğu test edilmiş bulunmaktadır( ve bu duyarlık, görünüşe göre, sadece yeryüzündeki saatlerin duyarlığı ile sınırlanmıştır). PSR 1913+16 Hulse-Taylor çift pulsarından söz ediyorum. Bu, birbiri etrafında dönen ve biri pulsar olan bir nötron yıldızı çiftidir. Genel Röleativite(GR), çiftin yörüngesinin yavaş yavaş küçüleceğini (ve periyodun kısalacağını) öngörmektedir, zira gravitasyonal dalgaların emisyonu ile enerji azalmaktadır. Bu, gerçekten de gözlenmiş bulunmaktadır. Skalananı bir yanında Newtonyen yörüngelere orta bölgede GR düzeltmelere ve diğer uçta ise gravitasyonel ışınım dolayısıyla yörünge hızının artmasına kadar, hareketin tüm tarifi, GR ile (Newton kuramını da bunun içine alarak kullanıyorum) uyum içindedir. Bu uyum, yukarıda belirttiğim dikkate değer duyarlılık içinde, yirmi yıllık bir toplam süreçde belirlenmiş bulunmaktadır. Bu sistemin kaşifleri, çalışmaları dolaysıyla şimdi haklı olarak Nobel Ödüllerini almış bulunuyorlar. Kuantum kuramcıları, teorilerinin duyarlığı nedeniyle daima GR’nin kendi kalıplarına dökülmesi gereğini iddia etmişlerdir. Fakat şimdi sanırım, arkadan yetişmek zorunda olan KAK (kuantum alan kuramı)dır.
Gerçi bu dört teori olağanüstü başarılı olmuşlarsa da, problemleri yok değildir. KAK’ın problemi, çok-bağlı bir Feynman diyagramından genlik hesaplandığında sonucun sonsuz çıkmasıdır. Bu sonsuzluklar ya çıkarılarak yok edilmeli veya kuramın yeniden normalize edilmesi işleminin bir parçası olarak, ölçek dışına atılmalıdır.GR uzay zaman tekilliklerinin varlığını öngörmektedir. KK’da da “ölçü problemi” bulunmaktadır ki bundan daha sonra söz edeceğim. Bu teorilerin çeşitli problemlerinin çözümünün, bu teorilerden hiçbirinin kendi başlarına tam olmadığı gerçeğinde yattığı kabul edilebilir. Örneğin birçokları, KAK’ın GR’de çıkan tekillikleri bir şeklide “sıvayabeleceğini” ummaktadır. KAK’ın ıraksama probleminin, kısmen GR’den morötesinde yapılacak bir kesme ile çözüleceği düşünülmektedir. Benzer şekilde ölçme probleminin de GR ve KK yeni bir kuram içinde uygun şekilde birleştirildiği zaman çözülebileceğini sanıyorum.
Şimdi de bu son andığım konu ile ilgili olduğunu iddia ettiğim karadeliklerdeki enformasyon kaybından söz etmek istiyorum.Stephen’in bu konuda söylediklerinin tümüne katılıyorum. Lakin, Stephen karadelikler yüzünden çıkan bu enformasyon kaybına, fizikte, KK’nın getirdiğinin de üstünde ve ötesinde, yeni bir belirsizlik olarak bakarken, ben bunu “tümleyici” bir belirsizlik olarak görüyorum. Yok olanın enformasyonun, karadeliğin ufku içinden geçerken kaybolduğu söylenebilir.Fakat ben enformasyonun tekillikle karşılaştığı zaman kaybolduğunu söylemeyi tercih edeceğim. Şimdi, bir maddesel cismin bir karadeliğe düştüğünü ve sonra karadeliğin Hawking radyasyonu ile buharlaştığını düşünelim.(Herhalde bunun olması için çok uzun bir süre beklemek gerekecektir- belki de evrenin ömründen bile daha uzun bir süre!) Çökme ve buharlaşma sürecinde enformasyonun kaybolduğuna dair Stephen’in görüşüne katılıyorum... karadeliklerde enformasyon kaybından kaynaklanan belirsizliğe, ben, kuantum kuramındaki belirsizliğin “tümleyicisi” olarak bakıyorum. Paranın bir yüzü ile öteki tarafı gibi.
Geçmiş tekilliklerin az enformasyon taşıdığı söylenebilir. Halbuki, gelecek teklikler çok taşır.Termodinamiğin ikinci yasasının altında yatan da budur. bu tekilliklerdeki asimetri, ölçüm işleminin asimetrisi ile ilişkilidir. Öyleyse, şimdi kuantum kuramındaki ölçme problemine dönelim.
Çift-aralık problemi, kuantum kuramının ilkelerini aydınlatmakta kullanılabilir. Bu durumda, bir ışık demeti A ve B aralıklarını taşıyan, ışık geçirmez bir engel üzerine düşürülür. Bu, arkadaki perde üzerinde, aydınlık ve karanlık saçaklardan oluşan bir girişim resmi oluşturur. tek tek fotonlar, perdeye ayrık noktalarda varırlar; ama girişim saçakları dolaysıyla, perdede ulaşamadıkları noktalar vardır. Alternatif olasılıkların bazen birbirini yok ettiği bu cins, yok edici girişimler, kuantum mekaniğinin en şaşırtıcı özellikleridir.
Kedi, “Beni orada göreceksiniz” dedi ve kayboldu. Alis buna fazla şaşırmadı, tuhaf şeylerin oluşmasına o kadar alışmıştı ki.
1980'de elektrik bileşenlerinde büyüklük olarak molekülsel mikro dünyaya yaklaşan küçük anahtarlama cihazları olan yeni nesil yüksek hızlı bilgisayarlar ortaya çıkacaktır. ski bilgisayarlarda donanım hatası denen, bilgisayarın doğru şekilde çalışabilmesi için değiştirilmesi gereken bir parçanın bozulması bir devrenin yanması veya telin kopması gibi anlamına gelen hatalar oluşabiliyordu. Ama yeni bilgisayarlar yazılım hatası denen, yalnızca bir operasyon sırasında küçük bir anahtarın çalışmadığı bir sonraki operasyonda yine çalıştığı nitelik olarak farklı hatalara maruz kalıyordu. Mühendisler bu tür bozukluk gösteren bilgisayarları onaramazlar, çünkü aslında hiçbir şey bozulmamıştır.
Yazılım hatalarına “Soft error” sebep olan şey nedir? Bunların oluşması, oldukça yüksek enerjili bir kuantum parçacığının mikroskobik anahtarların birinden geçip ve onun hatalı çalışmasına neden olabilmesi gibi durumlarda görülür bilgisayar parçacıkları o kadar küçüktür ki daha büyük elektronik bileşenlere zarar vermeyen bu parçacıklardan etkilenebilirler.Bu kuantum parçacıklarının kaynağı mikro yongaların yapıldığı maddedeki doğal reaktiflik veya yeryüzüne yağan kozmik ışınlardır. “Soft error” denen arızalan önceden belirlenmiş olmayan evrenin bir parçasıdır, yere etkileri tümüyle rastgeledir. Yeni bilgisayarları zırhlıyarak ve doğal ( radyoaktifliklerini azaltarak böyle bir olayın olasılığı son derece küçük hale getirilebilir. Fakat bu örnek, mikroskobik dünyanın kuantum tekinsizliğinin makroskobik dünyamıza sızıp bizi etkilemesenin mümkün olup olmadığı sorusunu gündeme getirir. Kuantum belirlenemezliği yaşantımızı etkileyebilir mi?
Bu sorunun yanıtı evettir bilgisayardaki “soft error” lar örneğini gösterdiği gibi. Bir başka örnek, bir çocuğun ana rahmine düşüşü anında DNA moleküllerinin rastgele birleşimidir, bu olayda kimyasal bağın kuantum özelliklerinin rolü vardır. Tamamen önceden kestirilemez olan atomik olaylar yaşamımızı derin şekilde etkiler.
Şüphe yok ki kuantum belirsizliği yaşamımızı etkileyebilir. Fakat şimdi iki delik deneyinin uygulamalarını düşünürsek bir bilmece ortaya çıkar. Bu deneyin standart Kopenhag yorumu, belirsizliğin Born’un olasılık dalgaları dünyanın nesnelliğini, dünyanın bizim onu gözlemleyişimizden bağımsız olarak varlığı fikrini reddetmek zorunda olduğumuz anlamına geldiğini göstermiştir. Örneğin, elektron uzayda bir noktada gerçek bir parçacık olarak ancak biz onu doğrudan gözlemlersek vardır. Bilmece şu ki, eğer belirsizlik nesnel olmama anlamına gelirse ve makroskobik insan dünyası önceden belli olmayan olaylardan etkileniyorsa bu duru., insan ölçüsündeki olaylarda nesnellik olmadığı- anlamına gelir mi? yalnızca bir delikten geçen elektronun değil, fakat aynı zamanda tüm insan türlerinin tükenmesinin nesnelliğini de reddetmek zorunda mıyız?
Dikkat edilmelidir ki kuantum kuramının Kopenhag Yorumuna sıkı sıkıya bağlı kalırsak, o zaman, kuantum dünyasının tekinsizliği her günkü gerçekliğe sızabilir-yalnızca atomik dünya değil, tüm dünya nesnelliğini kaybeder. Erwin Schrödinger gerçekte Kopenhag yorumunun ne kadar delice bir şey olduğunu ve onun tüm dünyanın kuantum tekinsizliğine sahip olmasını gerektirdiğini göstermek üzere, kutudaki kedi diye adlandırdığı zekice bir düşünce deneyi geliştirdi. Maalesef, Kopenhag yorumunu eleştirmek olan bu deneydeki niyeti anlaşılmak yerine, çoğu zaman yanlış anlaşılmıştır. Kuantum nesnelerinin tekinsiz gerçekliğinin alışılmış dünyada sergilendiğini görmek isteyen bazı kişiler, Schrodinger’in deneyini durumun öyle olması gerektiğini göstermek üzere kullanmışlardır. Fakat yanılmışlardır. Matematiksel fizikçiler kutudaki kedi deneyini, özellikle de gözlemin fiziksel yapısını dikkatli şekilde analiz etmişler ve makro dünyanın önceden belirlenemez olmasına rağmen, mikro dünyanın tersine, nesnel olmamak zorunda olmadığı sonucuna varmışlardır. Bunun nasıl mümkün olduğunu anlamak için, ilk olarak, Schrodinger’in kutudaki kedi deneyinin bir versiyonunu tanımlayacağız ve bunu aslında nasıl, alışılmış dünyanın nesneliğinin sonu anlamına geliyor göründüğünü göreceğiz. Daha sonra fiziksel gözlemleme işini daha yakından analiz edeceğiz ve Kopenhag yorumunu makro dünyaya uygulamak zorunda olmadığımız kuantum tekinsizliği yalnızca mikro dünyadadır şeklindeki alternatif görüşe varacağız.
Schrodinger, bir kedinin zayıf radyoaktif bir kaynak ve bir radyoaktif parçacık dedektörü ile birlikte bir kutuya kapatıldığını düşünmemizi önerdi. Dedektör bir dakikada yalnızca bir kere çalıştırılır, radyoaktif kaynağın bu bir dakika içinde saptanabilir bir parçacık yayama olasılığının iki de bir (162) olduğunu varsayalım. Kuantum kuramı bu radyoaktif olayın tespiti konusunda kestirimde bulunmaz; yalnızca olasılığı 1/2 olarak verir.Eğer bir parçacık tespit edilirse, kutuda zehirli bir gaz çıkar ve kediyi öldürür.İyi kapatılmış olan kutu çok uzakta, dünyanın bir uydusundadır, bu nedenle kedinin canlı olup olmadığını bilmeyiz.
Katı Kopenhag yorumuna göre, kritik dakika geçtikten sonra bile kedinin belli bir durumda canlı ya da ölü olduğundan söz edemeyiz, çünkü maddi kişiler olarak gerçekte kedinin canlı ya da ölü olduğunu gözlemlemiş değiliz. Durumu tanımlamanın bir yolu, ölü kedinin fiziksel durumuna bir olasılık dalgası, canı kedinin fiziksel durumuna da bir başka olasılık dalgası vermektir. O zaman kedi, canlı kedinin ve ölü kedinin dalgasının eşit ölçümünden oluşan üst üste koyma durumu olarak doğru şekilde tanımlanmış olur. Kutudaki kedi için bu üst üste koyma durumu gerçekler tarafından değil, olasılıklar tarafından belirlenir.Makroskobik kuantum tekinsizliği. Kedinin canlı ya da ölü olduğundan söz etmek, iki delik deneyinde elektronların hangi delikten geçtiğinden söz etmek kadar anlamsızdır. “Elektron ya 1 numaralı ya da 2 numaralı delikten geçer” ifadesi de anlamsızdır. Eğer hangi delikten geçtiğini gözlemlemezseniz, elektron, 1 numaralı delikten ve 2 numaralı delikten geçmeye ilişkin olasılık dalgalarının eşit miktarlarını üst üste koyma durumundadır.Bu tekinsizliği elektronlar için kabul edebilirsizin. Fakat., burada, bir elektron için değil, bir kedi için aynı ir cümleye “Kedi ya ölüdür ya da canlıdır” sahibiz. Kediler, elektronlar gibi, bir kuantum asla-asla ülkesinde (idealler ülkesinde) olabilirler.
Şimdi içinde bir grup bilim adamı bulunan bir uzay gemisinin yörüngede dönmekte olan kutu içindeki kediyi incelemeye gittiğini ve kutuyu açtıkları zaman bir miyav sesiyle karşılaştıklarını kedi canlıdır varsayalım. Bu olayın Kopenhag yorumu, bilim adamlarının kutuyu açarak ve bir gözlem yaparak kediyi belli bir kuantum durumuna canlı kedi soktukları şekildedir. Bu olay, ışık ışınlarıyla 1 numaralı veya 2 numaralı delikte elektronun yerini incelemeye benzer. Uzay mekiğindeki bilim adamları için, kedinin durumu artık, canlı kedi ve ölü kedinin dalgalarının bir üst üste koyma durumu değildir.Fakat telekomünikasyon sistemleri bozuk olduğu için, yeryüzündeki bilim adamları kedinin canlı mı, ölü mü olduğunu bilmemektedirler. Bu maddi bilim adamları için, kutudaki kedi ve kedinin durumunu bilen uzay mekiğindeki bilim adamları, hepsi hala canlı kedi ve ölü kedinin olasılık dalgasının üst üste koyma durumundadırlar. Üst üste koyma durumunun kuantum asla-asla ülkesi büyümektedir.
Sonunda uzay mekiğindeki bilim adamları yeryüzündeki bir bilgisayarla bir iletişim hattı kurmayı başarırlar. Kedinin canlı olduğu bilgisini bilgisayara iletirler ve bu bilgi manyetik bir bellekte saklanır. Bilgisayarın bilgiyi almasından sonra, fakat belleğin dünyasal bilim adamları tarafından okunmasından önce, bilgisayar, dünyasal bilim adamları için üst üste koyma durumunun bir parçasıdır.Son olarak, dünyasal bilim adamları bilgisayar çıktısını okuyarak, üst üste koyma durumunu bire indirirler. Sonra yan odadaki arkadaşlarına anlatırlar vb. Gerçeklik yalnızca onu gözlemlediğimiz zaman varlık haline sıçrar. Aksi takdirde, deliklerden geçen elektron gibi, bir üst üste koyma durumunda vardır. makroskobik dünyanın gerçekliği bile, onu bu senaryoya göre gözlemleyene kadar nesnelliğe sahip değildir.
Tekinsiz görünse de bu, gerçekliğin standart Kopenhag yorumudur. Bunun gözlemlenen ile gözlemci arasında ve nesne ile zihin arasında kesin bir çizgi olmasını gerektirdiğini görüyoruz. Başlangıçta bu çizgi kutudaki kedi ve uzay mekiği bilim adamları arasında idi. Onların kutuyu açmalarından sonra, çizgi uzay mekiği bilim adamları ve bilgisayar arasına geçti vs. kedinin durumuyla ilgili bilgi veren bir yerden diğerine yayıldıkça, canlı kedinin nesnel gerçekliği de yayıldı.. Kopenhag yorumu gözlemci ile gözlemlenen arasında bir ayırım yapılmasını ister; onlar arasındaki çizginin nerede çizildiğini söylemez, yalnızca çizilmesi gerektiğini söyler.
Bu kutudaki kedi deneyi değerlendirmesinde bizi rahatsız eden bir şey vardır. Bir şekilde, atomların mikro dünyasının standart nesnellikten yoksun olduğunu hissedebiliriz. Fakat bu tekinsizlik masaların, iskemlelerin alışılmış dünyasına girmeli midir? Kopenhag yorumunda olacağı gibi, yalnızca biz onları gözlemlersek mi belli bir durumda var olurlar? Kutudaki kedi deneyinin analizi bir gözlemin bilinç gerektirdiği fikrini verir. Bazı fizikçiler, Kopenhag görüşünün gerçekte bilincin var olması gerektiğini ifade ettiği görüşündedirler. Bilinç olmadan maddi gerçeklik fikri düşünülemez.Fakat eğer bir gözlemin ne olduğunu yakından incelersek, gerçekliğin bu aşırı görüşünün-bir bilinç tarafından gözlemlenene kadar masalar, iskemleler ve kedilerin belli bir varlıkları olmadığı görüşünün sürdürülmesi gerekmediğini buluruz. Kopenhag yorumu atomik dünya için gereklidir ama her zamanki nesnelerin dünyasına uygulanması zorunlu değildir. Onu makro dünyaya uygulayanlar bu işi gereksiz yere yaparlar. Şimdi biz gözlemlediğimiz zaman gerçekte ne olduğunu inceleyelim.
Eğer bir şeyi gözlemlersek, gözlerimiz o nesneden enerji alırlar. Fakat gözlem yapmanın önemli özelliği, bilgi edinmemizdir- dünya hakkında, gözlemden önce bilmediğimiz bir şeyi biliriz. İstatistiksel mekanik konulu incelememizde, entropiyi-fiziksel sistemlerin düzensizliğini ölçütü-arttırmadan bilgi edinmenin mümkün olmadığını öğrendik.Bilgi edinmek için ödediğimiz fiyat, bir başka yerde dünyayı karıştırmak ve böylece entropiyi artırmaktır-termodinamiğin ikinci yasasının kaçınılmaz sonucu. Bu entropi artışı zamanın bir oku olduğunu ifade eder-zamansal olarak tersine çevrilmezlik vardır ve bilgi depolayabilen fiziksel süreçler mevcuttur; bellek mümkündür. Şu sonuca varırız;gözlemin bilinci değil, zamanda tersine çevrilmezlik gözlemin temel özelliğidir;ama şüphesiz bilinç de tersine çevrilmezlik içerir çünkü belleği ilgilendirir. Gözlemler, ilkel bir bellek depolama alanına sahip olmaları koşuluyla, aptal makineler veya bilgisayarlar tarafından yürütülebilir. Gözlemin analizinde ana nokta, kuantum dünyasıyla ilgili bilgi bir kere tersine çevrilmez şekilde makroskobik dünyada olunca, ona emin şekilde nesnel anlam verebilmemizdir-kuantum asla-asla ülkesine geri kayamaz.
Kutudaki kedi deneyinde, sizin gerçekte kediyi gözlemleyip gözlemlememenizden bağımsız olarak, kedi bir kere ölü veya canlı olunca, bilgi makroskobik dünyanın bir kısmıdır.Bu bilgiyi silemezsiniz, çünkü ölüm tersine çevrilemez. tersine, iki delik deneyinde, elektronun hangi delikten geçtiğine ilişkin bilgi, ancak biz gözlem için ışık ışınları yerleştirirsek, makro dünyanın bir kısmı haline gelir. kedinin tersine, elektron hangi durumda olduğuna-hangi delikten geçtiğine ilişkin herhangi bir kayıt veya bellek taşıyamaz.
Uzaklık ayarlama merceği değerlerinde bir piponun duman parçacıklarının mikro dünyası ile tanınabilir nesnelerin makro dünyası arasında çizdiğimiz çizgiyi hatırlayın. Zamanı tersine çevrilmezliği gündeme geldi, çünkü, ilgili ortalamalar lehine, tek tek parçacıklarla ilgili belirli bilgilerden özveride bulunduk.Bu aynı zamanda, iki delikte ışık ışınları kullanımı gibi bir gözlem yapıldığında yaptığımız şeydir.Elektronu tanımlayan tek tek olasılık dalgalarının ayrıntılı bilgisi belirli bir bilgiye indirgenmektedir. Makro dünya ile mikro dünya arasındaki çizgi, gözlemci ile gözlemlenen arasındaki çizginin aynıdır.Makro dünya ile mikro dünya arasındaki çizgi, gözlemci ile gözlemlenen arasındaki çizginin aynıdır. Bir gözleme karşılık gelen bir tersine dönülmez etkileşimin nerede yapılmış olduğunu inceleyerek, çoğu durumda, kuantum tekinsizliği ile makroskobik dünya arasındaki çizgiyi atomik fenomenlere oldukça yakın şekilde çizebiliriz. Schodinger’in kedisi deneyinde yaptığımız gibi, makro dünyada üst üste koyma durumundaki olasılık dalgalarının kuantum tekinsizliğinden söz etmek tutarlı bir şey ise de bunu yapmaya zorunlu değiliz.
İki delik deneyi ve Schrodinger’in kedisi deneyi düşünce deneyleridir-üzerinde ilerlediğimiz kuantum gerçekliği yolunda istasyonlardır. Kuantum kuramının yalnızca atomik düzeyde değil, fakat aynı zamanda insani olaylar düzeyinde de önceden belirlenmiş olmayan bir evreni ifade ettiğini öğrenmiş bulunuyoruz. İki delik deneyinin Kopenhag yorumu daha sonra, kuantum parçacıkları için klasik nesnelliğini reddetmemiz gerektiğini ifade eder.Bu aynı yorumu kutudaki kedi deneyine uygularsak, masalar ve iskemlelerin bulunduğu alışılmış dünyamızın nesnelliğini de reddetmemiz gerekir gibi görünür. Fakat bu, Kopenhag yorumunun fazla ileri götürülmesidir. Termodinamiğin ikinci yasasını incelememizden, mikro dünya ile makro dünya arasındaki farkın basit şekilde niceliksel büyüklük farkı olmadığı, fakat niteliksel makro dünyada belirgin olan zamanın tersine çevrilemeyen oku mikro dünyada yoktur- olduğunu gördük. Aslında, gözlemin tersine çevrilmezliğinin, elektronlar ve atomlar dünyasının masalar ve iskemleler dünyasından niteliksel olarak farklı olduğu anlamına geldiğini buluruz. Kuantum tekinsizliği makro dünya için yoktur. Bir elektronun 1 ve 2 numaralı deliklerden geçmesinin olasılık dalgalarını üst üste koymamız zorunludur ama canlı ve ölü kedileri üst üste koymamız gerekmez.
Kuantum gerçekliği yolu boyunca ilerlerken, yol boyunca başka ara istasyonlar görürüz-kuantum tekinsizliğinin Kopenhag yorumuna alternatiflerin, düşünce için besin olarak sunulduğu yolcu hanları. Bir handa öğle yemeğini bitirdikten sonra, öyküsüne- bir kuantum mekaniği peri masalıbaşlayan bir öykü anlatıcısı ile karşılaşırız.( Kozmik Kod, s: 149-156 )
Büyük bir yıldız kütlesi ölünce kara delik olmaktan başka seçeneği yoktur.
KARADELİK NASIL OLUŞUR?
"Güneş' in kütlesinin on katı kadar kütlesi olan bir yıldız düşünün. Yaklaşık bir milyar yıllık yaşam süresinin çoğunda yıldız oksijeni helyuma dönüştürerek merkezinde ısı üretecektir. Açığa çıkan enerji, Güneş' in yarıçapının yaklaşık beş katı kadar yarıçapı olan bir cisme dönüşerek yıldızı kendi kütlesel çekimine karşı desteklemeye yeterli basınç yaratır. Bu tür bir yıldızın yüzeyinden kaçış hızı, yaklaşık olarak saniyede 1000 kilometreden (1000 km/ s) olur. Yani yıldızın yüzeyinden saniyede 1000 kilometreden az bir hızla yukarıya doğru dik olarak ateşlenen bir nesne, yıldızın kütlesel çekim alanı tarafından geri çekilir ve yüzeye döner, bundan büyük bir hızla yola çıkan bir nesne ise sonsuzluğa kaçacaktır.
Yıldız, nükleer yakıtını bitirdiğinde dışa doğru basıncı koruyacak hiçbir şey olmaz ve yıldız kendi kütlesel çekimi nedeniyle çökmeye başlar. Yıldız büzüldükçe yüzeydeki kütlesel çekim alanı güçleniri ve kaçıp kurtulma hızı artar. Yarıçap otuz kilometrenin altına inene kadar kaçıp kurtulma hızı saniyede 300 bin kilometreye, yani ışığın hızına kadar artmış olur. O zamandan sonra yıldızdan yayılan herhangi bir ışık, sonsuzluğa kaçamaz; kütlesel çekim alanı tarafından çekilir. Özel görecelik kuramına göre, hiçbir şey ışıktan daha hızlı gidemez, bu yüzden eğer ışık kaçıp kurtulamazsa başka hiçbir şey kaçıp kurtulamaz.
Sonuç, bir karadelik olur: Kendisinden sonsuzluğa kaçıp kurtulmanın mümkün olmadığı bir uzay-zaman bölgesi. Karadeliğin sınırına olay ufku denir.
Karadelikler , yıldızların çökmesiyle oluşmamış da olabilir. Evren' in doğduğu büyük patlamadan kısa bir süre sonra varolduğuna inanılan sıcak yoğun ortamdaki yüksek derecede sıkışık bölgelerin çöküşüyle oluşmuş çok sayıda karadelik bulunabilir. Bir milyar ton ağırlığındaki bir bir karadelik, 10-13 santimetrelik bir yarıçapa sahip olur. Bu yarıçap, bir nötronunu veya protonun büyüklüğüdür. Karadelik, Güneş etrafında veya galaksinin merkezi etrafındaki bir yörüngede bulunabilir.
Karadelikler ile termodinamik arasındaki ilişki 1970 yılında ortaya çıktı. Olay ufku, bir karadeliğin sınırıdır. Karadeliğe bir madde veya ışıma düştüğünde olay ufkunun yani karadelik yüzeyinin artma özelliğinde olduğunu matematiksel olarak ortaya kondu. Ayrıca eğer iki karadelik çarpışır ve bir tek karadelik oluşturmak üzere kaynaşırlarsa, ortaya çıkan karadeliğin etrafındaki olay ufkunun alanı, orijinal karadeliklerin çevrelerindeki olay ufuklarının alanlarının toplamından daha büyüktür. Bu özellikler, karadelik ufkunun alanı ile termodinamikteki entropi kavramı arasında bir benzerlik olduğunu ifade eder. "Entropi, bir sistemin düzensizliğinin veya onun eşdeğeri olan kesin durumu hakkında bilgi eksikliğinin bir ölçüsü olarak düşünülebilir. Termodinamiğin ünlü ikinci yasası, entropinin her zaman zamanla arttığını söyler."
Karadeliklerin özellikleriyle termodinamiğin yasaları arasındaki benzerlikleri James M. Bardeen, Brandon Carter ve Stephen Hawking geliştirdi. Termodinamiğin ilk yasası, bir sistemin entropisindeki küçük bir değişikliğe, sistemin enerjisinde orantılı bir değişikliğin eşlik ettiğini söyler. Orantısallık gerçeği, sistemin sıcaklığı olarak isimlendirilir. Bardeen, Carter ve ben, bir karadeliğin kütlesindeki değişikliğin olay ufkunun alanındaki bir değişiklikle bağlantısını kuran benzer bir yasa bulduk. Burada orantılılık faktörü, yüzey kütlesel çekimi denen, olay ufkunda kütlesel çekim alanının gücünün bir ölçüsü olan nicelikle ilgilidir. Eğer olay ufkunun alanının entropiye benzer olduğu kabul edilirse, o zaman tıpkı ısısal dengedeki bir yapıda sıcaklığın her yerde aynı olması gibi, yüzey kütlesel çekiminin olay ufkunun her noktasında aynı olduğunun ortaya çıkacağı anlaşılır.Entropi ile olay ufkunun alanı arasında açıkça bir benzerlik varsa da bu alanın nasıl kardeliğin entropisi olarak tanımlanacağı bizim için açık değildi.... Can alıcı önermeyi, 1972 yılında- o zamanlar Princeton Üinversitesinde yüksek lisans öğrencisi olan-Jacob D. Bekenstein yaptı. Önerme şöyledir: Bir karadelik kütlesel çekim çökmesiyle yaratıldığında hızla yalnızca kütle, açısal moment ve elektrik yükü özellikleriyle tanımlanan durağan bir duruma geçer. Karadelik bu özellikler dışında çökmüş olan nesnenin başka bir ayrıntısını taşımaz. 'Bir karadeliğin saçı yoktur ' teoremi olarak bilinen bu sonuç Carter,Werner Israel, David C. Robinson ve benim tarafımdan kanıtlanmıştır
Karadelik, geçmişini ya da ata maddesini "hatırlamaz".
Kütle çekimi sonucu oluşan çökmede çok miktarda bilgi kaybı olur. Saçı yok teoremi bu anlama gelir.Yani bir karadeliğin durumu, onu oluşturmak üzere çöken maddenin madde ya da anti madde olmasına bağlı değildir; çöken maddenin küresel ya da çok düzensiz bir biçimde olmasına da bağlı değildir. " Bir başka deyişle belli bir kütlede, açısal momentte ve elektik yükündeki karadelik, maddenin çok sayıda farklı düzenlenişlerinin herhangi birinin çöküşüyle oluşmuş olabilir. Aslında eğer kuantum etkileri ihmal edilirse, karadelik son derece düşük kütlede sayısız parçacıktan bir bulutun çökmesiyle oluşmuş olabileceği için düzenleniş biçimi sayısı sonsuz olur.
Ancak kuantum mekaniğinin belirsizlik ilkesi m kütlesinde bir parçacığın h/mc dalga boyunda bir dalga gibi davranacağını belirtir Burada h Planck sabitidir.c ise ışığın hızıdır."
HİDEKİ YUKAVA ( 1907-1981)
Tokyo' da doğdu, babası coğrafyacıydı.Yukava bilimle uğraşan bir aileden geliyordu. Daha erken yaşlarda Çin ilimlerini öğrendi. O Kyoto Üniversitesinde öğrenciyken, Heisenberg, Schrödinger ve diğerleri kuantum mekaniğini formüle etme sürecindeydiler. Japonya' da bu konuda öğretmen bulunmadığı için, bu alanı kendi başına incelemiş olmalıdır. Belki de bu dönemde gelişen bağımsızlık ruhu sayesinde 1934 yılında, daha 27 yaşındayken Avrupalı bilim adamlarından önce mezon kuramını oluşturmayı başardı. 1949 yılında Nobel ödülü alan ilk Japon oldu. Kyoto, kuramsal fizik grubunun başkanı olarak birçok bilim adamı yetiştirdi. Savaştan sonra geleneksel alan kuramının eksikliklerini aşmanın bir yolu olarak yerel olmayan alan kuramının savunuculuğunu yaptı. Japonya' da sıradan insanların anlayabileceği düzeydeki yazılarıyla da tanınmaktadır.( Kuarklar, Y. Nambu s: 49)
P. A. M. DİRAC (1902-1984)
İngiltere' de doğdu. Kuantum mekaniğinin formüle edilmesine en büyük katkılarda bulunanlardandır. Çalışmaları, eşsiz bir matematiksel güzellik ve derinlikte olan bir dahiydi. Elektronu rölativistik olarak tanımlayan Dirac, denklemini keşfettiğinde 26 yaşındaydı. Bu denklemin negatif enerji çözümleri olmasını açıklayabilmek için, negatif bir enerji çözümünün bir anti-elektronu temsil ettiğini düşündü ve böylece pozitronun varlığını öngördü. 1933 yılında Nobel Ödülünü aldı. O zamandan beri kuantum kuramının gelişimine çok büyük katkıları olmuştur.Ama çalışmalarındaki önemi giderek artan bir konu da 1931 de öne sürdüğü manyetik monopol kuramıydı. Dirac denklemiyle spinörler matematiğini, matematikçilerden bağımsız olarak yarattı. Monopolle ilgili makalesinde " doğanın matematiksel olarak güzel ve zarif bir kuramı kullanmaması tasavvur edilemez" diyordu. 1984 de Florida' da öldü. Hiçbir yazılı nota başvurmadan ve tek fazla sözcük kullanmadan verdiği konferansları da makaleleri kadar zarifti.(Kuarklar, Y. Nambu s:51)
ENRİCO FERMİ ( 1901-1954)
Roma' da doğdu. Hem denel hem de kuramsal fiziğe temel katkılarda bulunmuş çok yönlü bir İtalyan fizikçi. Yükseköğrenimini Pisa' da tamamladı. 26 yaşındayken Roma Üniversitesinde profesör oldu. 1938 yılında nötronları kullandığı deneysel çalışmaları için Nobel Ödülünü aldı. Kuramsal fizikte özellikle Fermi Dirac istatistikleri ( 1927) ve beta bozunumu kuramıyla ( 1934) ünlüdür. İtalya' daki faşist yönetimden kaçarak ABD de Columbia Üniversitesine geldikten kısa süre sonra, Almanya' da çekirdeğin parçalanması bulunun haberini aldı ve hemen deneylere başladı. Bu, nükleer kuvvet araştırmalarının başlangıcıydı. Fermi' ni öncülüğünde Şikago Üniversitesinde kurulan nükleer reaktör, 2 Aralık 1942 tarihinde kritik kütleye erişti ve zincirleme tepkimelerin olabilirliğini kanıtladı. Savaştan sonra fiziğe yeniden eğildi. Şikago Üniversitesine bir siklotron kurdu ve pionlarla deneylere başladı.Ne yazık ki 53 yaşında iken kanser nedeniyle aramızdan ayrıldı.
Fermi doğal bir önderdi ve onun yarattığı geleneklerin bir çoğu onunla ilgili pek çok öyküyle birlikte Şikago Üniversitesinde hala yaşamaktadır. Her şeyi kolay anlaşılabilir kılan parlak dersler veren Fermi, doktora öğrencilerine çok zor mezuniyet sınavları vermekle de ünlüydü." Fermi' yi ilk kez bir konferans verirken gördükten sonra bir arkadaşıma mektubumda şunu yazmıştım:
" Fermi sahnede bir Kabuki oyuncusu gibiydi "
Güneş İkiye Bölünse Neler Olur?
Elbette felaket olur. Dünya hareketini şaşırır. Ama Güneş' in bölünmesinden tam 8 dakika sonra. Güneşten çıkan bir ışık fotonu 8 dakikada yeryüzüne ulaşır. Güneş' in bölünmesinin etkileri işte bu nedenle 8 dakika sonra yeryüzünde etkisini gösterir. Bu arada Dünya' mız hiçbir şey olmamış gibi alışılagelen hareketini sürdürür. Bir 19. yüzyıl bilimcisine deseydik ki " Güneş ikiye bölünse anında izleyebilir miydik?"
O, bu soruyu saçma bulacak, izlediği şeyin 8 dakika önce olduğunu asla kabul etmeyecekti.
Güney Avusturya'da doğdu. 11 yaşına dek eğitimini evinde aldı.1910 da Viyana Üniversitesinde fizik doktorasını verdi. Babasının ona hediye ettiği mikroskop ve hediye ettiği başka aletler, doğaya olan ilgisini kamçıladı. Birinci Dünya Savaşı'nda Avusturya ordusunda askerdi. Sonra değişik üniversitelerde çalıştı. 1925' te Zürih Üniversitesi'ndeyken kendi adıyla anılan kuantum mekaniğinin ünlü dalga denklemini yayınladı. Schrödinger dalga denklemi, Heisenberg ve Pauli başta olmak üzere bir çok fizikçi tarafından aynı zamanda geliştirilen Yeni Kuantum Mekaniğine büyük katkı sağladı.1928'de Berlin Üniversitesinde kuramsal fizik profesörü oldu. Yaşamı Avrupa' daki çalkantılı dönemi yansıtır. 1933'te Nazizm (Alman faşizmi) iktidara gelince Almanya’yı terk etti ve Oxford' a geldi. Ama 1933 Nobel Fizik Ödülünü Paul Dirac ile paylaştı.1936' da yurduna, yani Avusturya' ya döndü. Ama iki yıl sonra Hitler'in orduları Avusturya' yı işgal etti. Schrödinger ülkesini bir kez daha terk etmek zorunda kaldı. Evinden çıkarken sırtında bir şeyler taşıyordu ve bu yükle Roma' ya vardı.
Papyon kravat. Koyu takım elbise. Yuvarlak gözlükler. Dağınık saçlar ve güleryüz..
1925 te Zürih Üniversitesi’nde iken ünlü dalga denklemini türetti. Heisenberg ve Pauli ve başkaları da aynı anda kuantum mekaniğinin geliştirilmesi için çalışıyordu. 1928 de Planck' ın Berlin Üniversitesi Kuramsal Fizik Enstitüsüne atanmasını sağladı. 1933 te Hitler' in iktidarı ele almasıyla Almanya’yı terk etti ve Oxford' a geçti.
1936 da yeniden Avusturya'ya döndü; ancak 2 yıl sonra Hitler, Avusturya'yı işgal etti. Sadece çantada taşıyabileceği şeyleri alarak Roma' ya geçti. Oradan da 1955 yılına dek kaldığı Dublin Geliştirilmiş Çalışlamalar Enstitüsünde kaldı.
Onun, kuantum kuramını anlatmak için uydurduğu bir "Schrödinger'in Kedisi" vardır.
Fizikte Üçüncü Devrim Yolda
Son elli yılki süreç, doğanın temel yasalarını kavrayışımızda önemli değişikliklere sahne oldu. Müonlardan kuarklara, 'acayip' parçacıklardan W- bozonlarına, zaman asimetrisinden nükleon rezonansına kadar birbiri ardına gerçekleştirilen pek çok buluş, bizi hayretten hayrete düşürdü.
Fizikte bu yüzyıl boyunca iki büyük devrim yaşandı. Görecelik (İzafiyet, rölativite) ve kuantum mekaniği. Temel parçacık fiziğinin ilk evresi, İkinci Dünya savaşından sonra, modern hızlandırıcıların geliştirilmesiyle başladı. 1970' lerin ortalarına dek, bu araçlarla hiç beklenmeyen pek çok keşif yapıldı ve bu keşifler, kuramcıları doğanın bilinen temel bileşenleri ve onları yöneten yasalar hakkında bütünlüklü bir kuram geliştirmeye itti. Parçacıklarla ilgili "ne" ve "nasıl oluyor" soruları büyük ölçüde yanıtlanıyor. Ancak "neden" sorusunun oldukça büyük bir kısmı yanıtsız. "Bunların en önemlilerinden biri, protonun neden standart modelin öngördüğünden milyar kere milyar kez daha hafif olduğu. Bununla ilgili bir başka bilmece ise doğada neden yıldızlar, gezegenler ve insanlar gibi büyük ölçekli kütlelerin bulunduğu. Bu iki soruya getirilen, çeşitli deneyler ve teorik ipuçlarıyla da desteklenen bir açıklama var ki, bu açıklamaya göre doğanın tuhaf ve şimdiye kadar hemen hemen hiç incelenmeyen bir yapısı var. Bu yapıya " süpersimetri " adı veriliyor."
Süpersimetri, şerit kuramının öncüllerinden yola çıkılarak formüle edildi. Şerit kuramı, önceki parçacık kuramlarının genelleştirilmiş bir hali; ama aynı zamanda bu kuramlardan bir kopuşu da temsil ediyor. Buna göre maddenin temel bileşenleri parçacıklar değil, şeritler ya da sicimler.1970' lerde şerit kuramını bulan fizikçiler, sürprizlerle dolu bir yolda ilerlemeye başladılar. Şerit kuramı üçüncü devrimin başlangıcı olacak.
"Fiziğin bugünkü hali, 1920'lerin ortalarında " yeni", diğer bir deyişle en son ve eksiksiz kuantum kuramının ortaya çıkmasının öncesinde yaşanan kafa karışıklığı dönemini anımsatıyor. O günlerde yeni bir kuramın oluşmakta olduğu apaçık ortadaydı, ancak oluşmakta olanın ne olduğu tam olarak belli değildi. Bugün de bir takım yeni kuramsal kavrayışlar, bütün zaman ve mekan kavramlarımızda gerçekleşecek temel bir değişime delalet ediyor."
"Sürecin devam edebilmesi için artık sadece fizikçilerin değil, toplumun vereceği desteğe ve profesyonel fizikçi olmayan vatandaşların beklentilerine bağlı. "
The Wall Street Journal, Milliyet Eki, 22 Temmuz 1996 Yazarlar David Gross (Princeton Ü. fizik Profesörü) ve Edward Witten (New Jersey İleri Araştırmalar Enstitüsü fizik prof.)