Kuantum Fiziği

[bluemoon24]

Bu sene Albert Einsteinin(1879-1955) özel görecelilik teorisi de içinde olmak üzere 1905 senesinde fizikte devrim yapan üç ayrı makalesini aynı sene içinde ortaya atmasının 100. yılı olması nedeniyle tüm dünyada Dünya Fizik Yılı- World year of Physics 2005 ya da diğer bir tanımlamayla Einstein yılı-100th aniversary of Albert Einsteins Miraculous Year,Latince adlandırılmasıyla Annus Mirabilis-Mucize Yılı olarak kutlanıyor.Amaç tüm dünya insanlarının fiziğe olan ilgisine yeni bir ivme kazandırmak ve son yüz yılda gelmiş en büyük bilim adamı olarak nitelendirilen ve Time dergisi tarafından Yüzyılın insanı olarak seçilen A.Einsteinı gereken şekilde anmak.

Burada amacım yorucu iş temponuzun ortasında sizleri hayal gücünün sınırsız ufuklarında kısa bir fizik yolculuğuna çıkarmak ve görelilik ve kuantum kuramlarıyla son yüzyılda yelkenlerini doldurmuş olan yeni fiziğin çığır açıcı kavramlarının deniz taşımacılığına ve dolayısıyla biz denizcilere neler ifade edebileceğini irdelemeye çalışmak.



Dilerseniz bu kısa yolculuğumuza Einsteinla başlıyalım.







GÖRELİLİK KURAMI (Relativity) :



Einstein ,özel ve genel görelilik teorisini ortaya atmasıyla uzay ve zamanı algılayışımıza bir çok yenilikler getirdi.Einsteinın 1905 yılında yayınlanmış olan üç makalesinden sonuncusu



özel görelilik kuramının başlangıcını oluşturmaktadır.Bu makale ışık hızının sabitliği sorununu irdelemeyi amaçlıyordu ; 20.yüzyılın başlarında gerçekleştirilen bir çok deney ışığın boşlukta sabit bir hızla (yaklaşık saniyede 300.000 km) ilerlediğini kanıtlıyordu.Dünyanın gerek kendi ve gerekse güneş etrafında dönüyor olmasına rağmen kütlelerin göreceli hareketinden tamamen bağımsız olarak ışığın sabit bir hızının olduğunun ispatlanması bilim adamlarını oldukça şaşırtan bir buluş olmuştu. Fizikçiler dünyanın güneş çevresinde



saniyede 30 km kadar ilerlediği göz önüne alınırsa aynı yönde ilerleyen ışığın biraz daha yavaş yayıldığını görmemiz gerekir diye mantık yürütseler de deneylerle ispatlanan durum bu değildi.Einsteinın bu sorundan yola çıkarak vardığı ve Özel Görelilik olarak adlandırılan kuram bilim dünyasına yepyeni ufuklar açtı.



Einsteinın en çok tren,saat ve trenin içinde ve dışındaki birer gözlemci örneği ile simgeleşmiş özel görelilik kuramının vardığı sonuçlar özet olarak şöyledir:







1.Bize göre sabit hızla ilerlemekte olan bir aracın içindeki tüm saatler bizimkinden daha yavaş ilerler.Bu aracın hızı ışık hızına yaklaştıkça belirgin hale gelen bir etki olmasına rağmen mikro ölçekte bir çok deneyle ispatlanmıştır.Örnek olarak ses hızının iki katı bir süratle hareket eden bir uçak bu şekilde bir sene uçtuktan sonra uçağın içinde bulunan saatler saniyenin on binde biri kadar geri kalmaktadır.



2.Bu etkiye ilaveten hareket eden cisimlerin boyları hareketleri doğrultusunda kısalmaktadır.









Bu konuda çok bilinen diğer bir örnekte ikizler paradoksudur.İkizlerden biri ışık hızına yakın bir hızda ilerlediği bir uzay yolculuğuna çıkarken diğer ikiz dünyada kalır.Zaman, yolculuğa çıkan ikiz için dünyada kalan ikizinin algıladığından daha yavaş ilerler.Böylece uzay yolcusu ikiz geri döndüğünde,dünyada kalan ikizinin kendisinden daha fazla yaşlandığını görecektir.



Einstein böylelikle zamanın evrensel bir niceliğinin olmadığını,bunun yerine herkesin kendine ait bir zamanı olduğunu,iki kişinin zamanı,birbirlerine göre durağan olduklarında uyumlu,hareketli olduklarında ise uyumsuz olduğunu göstermiş oldu.







Özel görelilik kuramı elektrik ve manyetizma kanunları ile uyuşsa da Newtonun kütle çekim kanunuyla uyuşmuyordu.Newtonun çekim kanunu uzayın bir bölgesinde maddenin dağılımı yeniden düzenlendiğinde bu durumun evrenin tümünde hemen hissedileceğini öngörüyordu.



Bu durum görelilik kuramının imkansız olduğunu gösterdiği gibi, ışık hızından daha yüksek bir hızı gerektirmekle kalmıyor aynı zamanda yine görelilik kuramının ortadan kaldırdığı kişiye göre değişmeyen evrensel zaman kavramının mevcut olmasını gerektiriyordu.



Einstein uzay-zaman geometrisinin düz değil eğri olduğunu ortaya attı.Eğer dünya düz olsaydı Newtonun meşhur elmasının yerçekimi nedeniyle veya Newton yukarı doğru ivme kazandığı için düştüğü söylenebilirdi.Oysa bu eşitlik küre biçimindeki bir dünyada geçerli olamazdı.Geçerli olması demek dünyanın zıt tarafındaki kişilerin birbirinden uzaklaşmaları anlamına gelirdi.



Kütle çekimini kapsamayan,özel görelilik olarak tanımlanan kuramından ayrı olarak,bükülmüş uzay-zamanla ilgili yeni kurama Genel görelilik adı verildi ve bu durum 1919 senesinde Batı Afrikadaki bir İngiliz keşfinde güneş tutulması esnasında güneşin yakınından geçmekte olan bir yıldızdan gelen ışıkta küçük bir bükülmenin saptanmasıyla ispatlandı.



Genel görelilik kuramı,kütle çekiminin nasıl işlediğini anlatır.Hiç bir zaman çekimi bir kuvvet olarak hesaba katmaz.Bunun yerine cisimlerin çevresindeki çekim alanlarının,uzay ve zamanın bükülmesi sonucu meydana geldiğini söyler.Cisimler içerdikleri kütleler oranında uzayda çukurluklar oluşturur ve zamanın akışını yavaşlatır.Ancak uzayın derinliklerinde,tüm çekim kaynaklarından uzakta,uzay ve zaman tam anlamıyla düzdür.Çekim alanının gücü arttıkça uzay-zaman eğriliği de o oranda artar.Bütün bunlardan çıkan sonuç şudur :Madde uzay-zamanın nasıl eğileceğini,uzay-zaman da maddenin nasıl davranacağını belirler.



Einsteinın genel görelilik kuramı ,uzay ve zamanın,evrenin durağan değil dinamik katılımcıları olarak anlaşılmasını sağladı.







Her iki görelilikten çıkan çok önemli diğer bir sonuç E=mc2 formülüyle ifade edilen kütle ve enerji arasındaki ilişkinin ifade bulmasıydı.Madde enerjinin yoğunlaşmış biçiminden başka bir şey değildi.Atom çekirdeğinin yapı taşları olan proton ve nötronların bağımsız kütlelerinin toplamı her zaman çekirdeğin kütlesinden fazladır.Öyleyse proton ve nötronları bir arada tutan enerji bir anlamda aradaki kütle farkından dönüşmüş olmaktadır.İşte çekirdek parçalanmasıyla büyük patlama etkisini açığa çıkaran da bu potansiyel enerjidir.





1939 senesinde 2.Dünya savaşı başlamak üzereyken bir grup bilim adamı Einsteina barışçı duygularını bir kenara bırakması ve nükleer enerji programını başlatması için Başkan Roosvelte gönderilecek bir mektuba imzasını koyması yolunda kendisini ikna etti.



Bu mektup Manhattan projesi ile başlayan ve 1945te Hiroşima ve Nagazakiye bırakılan atom bombalarıyla noktalanan süreci başlatmış oldu.Bir çok insan kütle ve enerji arasındaki ilişkiyi bulduğu için bu konuda Einsteinı suçlamış olmasına rağmen o Manhattan projesinde hiçbir zaman yer almamış ve bomba atıldığında dehşete kapılmıştır.



Atom bombasından ötürü Einsteinı suçlamanın uçakların düşmesinden ötürü yerçekimini bulduğu için Newtonu suçlamakla aynı şey olduğu söylenir.



İşin asıl ilginç yanı Einsteina 1921 senesinde Nobel fizik ödülü verildiğinde bu özel görelilik kuramını açıkladığı makalesinden ötürü değil aynı sene içinde yazdığı diğer bir makalesinde kuantum fiziğine yaptığı katkılardan ötürü verildi.







KUANTUM FİZİĞİ :







1900 yılında Alman Fizikçi Max Planc(1858-1947) kara cisim radyasyonu üzerine çalışırken ışığın kuantum denilen enerji paketçiklerinden oluştuğunu buldu.Bulduğu formül,ışık enerjisinin dalga paketleri halinde aktarıldığını ifade etmekteydi.



1905 yılına gelindiğinde Einstein fotoelektrik olayına değindiği makalesinde fizikçilerin o güne kadar kafasını karıştırmış olan bir probleme çözüm getiriyordu.Fotoelektrik olayını kabaca tarif etmek gerekirse, metal yüzeye düşürülen ışık yüzeyden elektron kopartır.Bu kopartılan elektronlar devrede bir akım meydana getirir.Fizikçilerin çözemediği elektronların hızının ışığın şiddetinden bağımsız olması olgusuydu.Onlara göre kopan elektronun hızı ışığın rengine,diğer bir deyimle dalga boyuna bağlı olması gerekirdi.Einstein bu noktada,ışığın aslında dalga olmayıp,fotonlardan yani kuantum paketçiklerinden meydana geldiğini söyleyerek bu probleme bir açıklama getirdi.Einsteina göre metal yüzeyden kopartılan elektronun hızı,kuantum paketçiğinin enerjisine veya frekansına bağlıdır.Dolayısıyla ışığın şiddetini artıyor olmak sadece kuantum paketçiklerinin sayısını arttırmak anlamına gelir.Bu durumda ışığın şiddetini arttırdığımızda,yüzeyden kopan elektron miktarını çoğaltsak da,elektronun yüzeyden ayrılma hızını etkileyemeyiz.



Böylelikle Einstein Plancktan sonra tekrar ışığın bir dalga olmayıp parçacıklar topluluğu (fotonlar) olması gerektiğini öne sürdü.Bundan sonra sırada klasik fiziğin yeterince açıklayamadığı atom kuramının açıklanması geliyordu.



Ancak kırınım gibi olaylarda ışık bir dalga özelliği gösterdiğinden ışığın hem bir dalga hem de parçacık özelliği gösterdiği kabul edildi.Bu duruma fizikte dalga-parçacık ikilemi denir.



Niels Bohr(1885-1963) Danimarkalı bir bilim adamıydı ve halen günümüzde de kabul edilen



Atom yapısına ilişkin teoriye son şeklini verdi.Bohra göre elektronlar (+) çekim etkisi altında dairesel olarak belirli yörüngelerde hareket ederler ve her bir yörünge bir enerji seviyesini ifade eder.Elektron bir üst seviyeye geçmek için enerji almaya ihtiyaç duyar,bir alt seviyeye geçmek içinse dışarıya enerji verir.



Ancak Bohrun kuramı hidrojen atomları ve lityum iyonlarında başarıyla uygulandıysa da



daha karışık atomlara uygulanamadı.







Atom mekanizmalarının işleyiş sistemini açıklayıcı diğer önemli bir bir adım, Fransız bilim adamı Louis De Broglie(1892-1987) tarafından getirildi.



Bu fizikçi ortaya sürdüğü tezinde fotonların hem dalga hem de tanecik özelliklerine sahip olmalarından yola çıkarak bütün madde biçimlerinin tanecik özelliği gösterdiği kadar dalga özelliği de gösterebileceğini öne sürdü.De Broglieye 1929 senesinde Nobel ödülü kazandıran bu kurama göre her elektrona,ona uzayda yol gösteren veya yörünge çizen bir dalga eşlik etmekteydi.



De Broglienin ardından Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger(1887-1961) Zürih üniversitesinde teorik fizik profesörü olarak görev yaparken yayınladığı beş çalışma ile atom çekirdeği etrafındaki yörüngeler üzerinde hareket eden elektronların dalga denklemlerini yazdı.Belirli bir aralıkta hareket eden bir elektronun atom çekirdeği etrafındaki yörüngelerde









tam olarak nerede olduğu değil,ancak nerelerde ,hangi ihtimalle bulunabileceği belirlenebilir.Aynı zamanda kuantum fiziğinde sıfır ihtimal diye bir şey yoktur.



Bu konuda denebilir ki tabiatta her şey gerçekleşmeden önce mümkün olma özelliği ile vardır.



Dalga fonksiyonunu çökerten yada indirgeyen insanın gözlemiyse,o zaman biz bakmadıkça madde mevcut mudur ?







Schrödingerin kedisi olarak bilinen meşhur kurgusal deneyde bu soruya cevap aranır.



Kedi dışarıdan bakanın onu göremeyeceği bir kutu içinde yaşamaktadır.Aynı kutuda radyoaktif bir maddenin gelişigüzel bozunmasıyla harekete geçen bir düzenek mevcuttur.Bozunan parçacık %50 ihtimalle bir mekanizmayı işletir ve bu mekanizma kediye yiyecek verir.Diğer %50 ihtimal ise başka bir mekanizmayı devreye sokarak kediyi zehirler.Biz kutuyu açmadıkça dalga fonksiyonu çökmez ve bütün olasılıklar kutunun içinde dalgalanır.Kedi ne ölü ne de diridir.Bu durum elektronun yada ışık parçacığının (foton)



biz onu gözlemlemediğimiz sürece dalga ve parçacık özelliklerinin her ikisine birden sahip olmasına benzer.Kutuyu açıp baktığımızda o zaman yaptığımız gözlem dalga fonksiyonunu çökertir ve kediyi ölü veya diri olarak görürüz.Bir anlamda kedinin ölü veya diri olması bizim gözlemimiz sayesindedir.



İngiliz bilim adamı Paul Dirac(1902-1984) ,1927 senesinde o güne kadar elde edilen bilgilerle Einsteinın görelilik teorisini birleştirerek kuantum kuramındaki bir çok eksikliği tamamladı.Dirac,bulduğu formüllere dayanarak her parçacığın bir anti-karşı parçacığı olduğunu öne sürdü ve sonraki yıllarda yapılan deneyler bu savı ispatladı.



Elektron ve anti-elektron(pozitron) çarpıştırıldığında kütleler enerjiye dönüşüp gama ışını olarak yayılır.Bunu izleyen yıllarda yüksek enerji fiziği gibi bazı alanlara kuantum fiziğinin uyarlanması gündeme geldi.Kuantum Alan Teoremi olarak bilinen bu teoremde,standart kuantum teoriminde olduğu şekilde parçacıkları katı maddeler olarak görmek yerine,onların temel bir alanın uyarımları olduğu düşüncesi vardır.Bu teoriye göre varlık denen şey aslında bir enerji havuzunun dalgalanmasından ibarettir.



Schrödinger ve Dirac 1933 senesinde Nobel Fizik ödülünü paylaştılar.



Alman bilim adamı Werner Heisenberg (1901-1976) yine 1927 senesinde bir parçacığın konumu ve hızının aynı anda doğru bir şekilde belirlemenin olanaksız olduğunu ortaya koydu.Elektron atomun etrafında o kadar yayılmıştır ki yörüngenin kalınlığı atomun yarı çapına eşit olmaktadır.Bir başka deyişle elektron aynı anda çekirdeğin her tarafında bulunabilir.Parçacığı gözlemlemek için kullanılan dalga boyu ne kadar uzun olursa konumunun belirsizliği de o kadar büyük olur.



Buna karşılık konumunu daha iyi belirlemek için kısa dalga boyu gönderdiğimizde de konumunu sağlıklı belirlesek de bu sefer de parçacığın hızını bozarız.



Belirsizlik ilkesi,olasılık tanımı ve gözlemci-gözlenen bütünlüğü kuantum mekaniğine Kopenhag yorumu olarak girmiştir ve halen günümüzde de kuantum teorisinin en etkin yorumu olarak görülür.Kuantum meselesindeki tartışmalara bakıldığında bunların temelde meşhur çift yarık deneyinin yorumunda odaklandığı görülür.1803'te ve 1807'de







İngiliz bilim adamı Thomas Young ( 1773-1829) tarafından gerçekleştirilen çift yarık deneyinde tek bir ışık kaynağından gelen fotonların iki ayrı delikten geçiyor olmasını Kopenhag yorumcuları iki ayrı dünyada hareket olarak düşünüyorlar.Bu yoruma göre girişim birbirinden tamamen ayrı iki dünyadan her birinin birlikte hazırlanarak birbirinin üstüne çakışmasıyla ve birbirlerini bütünlemeleriyle oluşur.Sonuç olarak her iki dünyanın bir melezi oluşur.



1957 senesinde başka bir yorum Amerikalı fizikçi Hugh Everettden(1930-1982) gelir.Everette göre gözlenemez bir çok paralel evren mevcuttur.Bunlara Alternatif Kuantum Dünyaları adını vermiştir.Bütün olaylar bu dünyaların birinde,olasılıkların tümü gerçekleşecek biçimde olmaktadır.Sonuçta tüm olasılıklar evrende mevcuttur demektedir.







Ünlü fizik kuramcısı Niels Bohr Kuantum teorisiyle şok olmayan kimse,onu anlamamıştır der.



Özel ve genel görelilik kuramları ve fiziğe yapmış olduğu diğer bir çok önemli katkılarıyla gelmiş geçmiş en iyi fizikçilerden biri olarak kabul edilen Einstein ve fizik dışında



Einstein kadar tanınmasa da fizikçiler arasında en az onun kadar saygıyla anılan Bohr, uzun yıllar birbirlerine karşı sevgi ve saygılarını hiçbir zaman yitirmeden kuantum mekaniğinin temel kavramları üzerine tartıştılar.



Kuantum mekaniğinin ilk ortaya çıktığı yıllarda fotoelektrik olayını açıklayarak



kuantum kuramına çok önemli bir katkı sağlamış olan Einstein, daha sonraları



kuantum kuramının geliştiği yönden hiç memnun kalmamıştı. 1927 Ekim'inde Brüksel'de yapılan beşinci Solvay konferansı ile başlayarak Einstein önceleri Heisenberg'in belirsizlik ilkesinin ve kuantum kuramının getirdiği olasılık kavramının yanlış olduğunu,dolayısıyla kuantum kuramının tutarsız olduğunu göstermeye çalıştı.





Einsteinın bu konferansta belirsizlik ilkesini reddederken söylediği sözler tarihe geçmiştir.



Einstein Tanrı zar atmaz derken, bu sözler üzerine Bohrun Einsteina verdiği cevap da tarihe yazılmıştır : Albert,Tanrıya lütfen ne yapacağını söyleme..



Her defasında öne sürdüğü fikirleri ve örnekleri Bohr tarafından çürütülen Einstein, daha sonraları kuantum kuramını reddedilemeyecek bir olgu olduğunu ve doğanın gerçeklerini açıklamada önemli bir rolü olduğunu istemeyerek de olsa kabullendi.



1930 yılında yapılan altıncı Solvay konferansına Einstein dahice tasarlanmış bir düşünce deneyi ile geldi. Belirsizlik ilkesinin tutarsız olduğunu göstermek için, kendisinin genel görelilik kuramı ile ortaya atmış olduğu enerji ile kütlenin eşdeğer olduğunu gösteren



E=mc2 formülünü kullandı. Buna göre kütledeki değişimi ölçerek enerjideki değişimi bulmak mümkün. Eğer aynı anda bu değişimin olduğu zamanı da tesbit edebilirse, enerji ile zaman arasındaki belirsizlik ilişkisinin yanlış olduğunu göstermiş olacaktı.



Einstein bunun için bir terazinin ucunda asılı duran bir kutu tasarladı.Kutunun içi ışık dolu ve iç duvarları mükemmel yansıtıcılıkta, dolayısıyla ışık duvarlardan sürekli yansıyıp daima kutunun içinde kalıyor. Kutunun yüzlerinden birinde bir delik var. Bu deliğin üstünde de bir saat tarafından kontrol edilen bir açma kapama mekanizması var . Belli bir anda delik açılıyor ve içeriden dışarıya tek bir foton bırakılıyor. Aynı anda kutunun içindeki ışığın toplam enerjisinin değişimi, terazinin göstergesinde kütledeki değişim olarak okunuyor. Her iki ölçüm, yani fotonun bırakıldığı zaman ve kütledeki, dolayısıyla da enerjideki değişim,istenen kesinlikte ölçülebilir



Böylece Einsteina göre enerji ile zaman arasındaki belirsizlik ilişkisinin yanlış olduğu gösterilebilir.Bu düşünce deneyi Bohr için tam bir şok oldu. Bohrun o günkü halini



yakın arkadaşı ve meslektaşı Rosenfeld şöyle anlatıyor:Bohr şok olmuştu… çözümü bir türlü bulamıyordu. Bütün gece son derece mutsuzdu. Toplantıya katılan fizikçilerin



birinden diğerine giderek Einsteinın haklı olamayacağına onları ikna etmek için çabalıyordu. Eğer Einstein haklıysa bunun fiziğin sonu olacağını söylüyordu. Fakat bir türlü Einsteinın iddialarını çürütmeyi başaramıyordu. İki rakibin kulübü terk edişlerini hiçbir zaman unutamayacağım: Einstein yüzünde alaycı bir gülümseme, heybetli bir şekilde sessizce yürüyor, Bohr ise son derece heyecanlı sanki Einsteinı yakalamak için koşturuyormuş gibi görünüyor.O gece Bohr, sabaha kadar uyumadan Einsteinın iddialarını çürütmek için çalıştı. Bunda da başarılı oldu.Einsteinın genel görelilik kuramına göre, bir saatin kütle çekimi alanı içindeki konumu, saatin hızını belirler.Başka bir deyişle kütle çekimi içindeki farklı konumlarda zaman farklı hızlarla değişir. Kutudan bir foton bırakıldığında kutu hafiflediği için kütle çekimi alanı içindeki yeri de değişir. Bu da zaman ölçümünde bir belirsizliğe yol açar. Genel göreliliğin öngördüğü bu faktörleri göz önüne alınca Bohr, birkaç satırlık basit bir hesapla Heisenberg belirsizlik ilkesinin tutarlı olduğunu göstermeyi başardı. Einsteinın tasarladığı kutuyu kullanarak hem enerjiyi, hem de zamanı istenen kesinlikte ölçmek



mümkün olamaz. Einsteinın geliştirmiş olduğu genel görelilik kuramı Einsteinı sırtından bıçaklamış oldu.Bunun üzerine Einstein belirsizlik ilkesinin yanlışlığını gösterme çabasından vazgeçti.







Kuantum teorisi bilime ve evrene bakışımıza yepyeni boyutlar getirmiştir.Buraya kadar değindiğimiz konuları özetleyecek olursak Kuantum teorisinin kabul edilen temel olguları ana hatlarıyla aşağıda yazılı olduğu gibidir.







1.Kuantum teoremi fiziğe belirsizlik olgusunu (indeterminism) getirmiştir.Oysa Klasik fizikte



irdelenen olaylar belirlilik ve kesinlik taşır







2.Parçacıklar ele alındığında her nicelik ihtimallerle belirlenir ve gelecekle ilgili tahminler



ancak olasılıklara dayanılarak yapılabilir.Işığın yapı taşı olan fotonların uzaydaki konumu ancak olasılıklarla belirtilebilir.



3.Olaylar incelenirken karışık bir olasılık denklemi olan Schrödinger dalga denklemi kullanılır.







4.Kuantum teoreminde gözlemci,gözlenen ve gözlem cihazı birbirleriyle bir bütünlük oluşturur ve birbirlerinden ayrı düşünülemezler.Klasik fizikte ise incelenen her sistem ya da olay birbirinden bağımsız düşünülür ve klasik olarak incelenen olay,gözlemci ve kullanılan deney aleti ile değişiklik göstermez.







5.Fiziksel nicelikler kesikli,parçalı yapıda ele alınır.Oysa klasik fizikte nicelikler bütün olarak ele alınır.



Kuantum teoreminin felsefi boyutundaki bazı tartışmalar ve farklı yorumlara rağmen bu teori artık kuramsal ve uygulamalı fiziğin ayrılmaz bir parçası haline gelmiştir.



Bu kuramın varlığıyla laser,elektron mikroskobu,transistor gibi insanlığa faydalı ve bilimin gelişmesine katkıda bulunan araçlar geliştirilebilmiştir.



En önemlisi kuantum teoremi maddenin yapıtaşlarını ve davranışlarını daha iyi anlamamıza imkan vermiş ve yeni fizikte görelilik kuramıyla beraber bir çok alanda yeni ufuklar açmış ve açmaya da devam etmektedir.Bu kuramlardan yola çıkan bilim adamları şu an bir çoğumuza imkansız gibi gelse de aşağıda değineceğimiz bazı ilginç projeler üzerinde çalışmakta,teoriler üretmektedirler.







IŞINLAMA (Teleporting) :

Dünyada ve Türkiyede ve bazı bilim adamları cisimleri ve canlıları bir zamanlar uzay yolu dizisinde seyretmiş olduğumuza benzer bir şekilde ışınlama yolu ile transfer etmenin mümkün olduğunu savunmakta ve bu konularda çalışmalar yapmaktadırlar.



Maddenin neticede yoğunlaşmış bir enerji biçimi olduğundan yola çıkan bu bilim adamlarının öngördükleri savlara göre ışınlama yönteminde maddeyi ,belli bir frekans ve amplitüd modundaki elektrostatik ve elektriksel alanlarla etkileşime sokup çözüp,genişletmek yolu ile moleküler örgüyü ve formu yeniden düzenleyerek kontrol etme durumu söz konusudur.Bu görünmezlik ve maddeyi etkileme biçimi operadaki bir sopranonun tiz sesiyle çıkardığı ses dalgalarıyla uzaktaki bir içki kadehini kırıp çatlatmasına benzeyen bir rezonans etkisi ile olmaktadır.Bu iddiaları savunan bilim adamlarına göre istenilen formdaki odaklanmış dalgalar yardımıyla gemileri,uçakları istenilen sürede demateryalize edebilir,bir daha geri dönmemecesine ayrıştırıp yok edebilir ya da ışık hızıyla belli bir istikamete yönlendirerek o noktada tekrar materyalize edebiliriz.Bu konuda kamuoyuna açıklanmış bir bulgu aşağıda olduğu gibidir:



17.06.2002 tarihinde Avustralya Ulusal Üniversitesi'nde (Australian National University-ANU) bir fizikçi ekibi, bir laser ışınını bir konumda ayrıştırarak, yaklaşık bir metre ötedeki başka bir noktada, tekrar oluşturmayı başardıklarını açıkladılar.Proje lideri Dr Ping Koy Lam, ekibinin başardığı ile, bilim kurgu dizisi olan Star Trek'deki insanların ışınlanması arasında yakın bir benzerlik olduğunu, fakat gerçeğin, insanların konumlar arası ışınlanmasından daha ışık yılı kadar geride olduğunu söyledi.Lam, konferansta, Teorik olarak, bizi bunu yapmaktan alıkoyacak hiçbir engel yok fakat problemin karmaşıklığı o kadar büyük ki, şu anda kimse bu konuda ciddi olarak düşünmüyor





Görüldüğü gibi bilim tahminlerimizin de ötesinde bir hızla ilerlemekte.Diyelim ki uzak ya da yakın gelecekte canlı bazında olmasa bile madde bazında ışınlama mümkün hale gelse o zaman deniz taşımacılığı ne olacak..Yada bizi daha çok ilgilendiren tarafıyla deniz taşımacılığından ve onun yan kollarından hayatını kazanan bizler ne yapacağız ?





Yazımın sonunda size kişisel yorumumu sunmadan önce sizlerden bu sevimsiz konuda biraz zihin jimnastiği yapmanızı rica ediyor ve görelilik kuramının diğer bir türevi sayılabilecek zaman yolculuğu problemine değinmek istiyorum.





ZAMAN YOLCULUĞU :





Görelilik kuramı bize zamanın uzayın eğriliğine bağlı olarak yavaşladığını göstermiştir.Eğim ne kadar artarsa zamanda o oranda yavaş işlemektedir.Eğimin maksimum olduğu nokta ise kütlelerin merkezleridir.Yüksek bir kulenin tepesine konan bir saatle,yer üzerinde ki saatin zaman farklılığı deneylerle kanıtlanmıştır.





Uzayı hiçbir şekilde zamanı bir kenara bırakarak algılayamayız.10 ışık yolu uzaklıktaki bir yıldızı teleskopla gözlerken aslında ışığın sabit hızı nedeniyle o yıldızın 10 sene önceki geçmişine bakmaktayız.Gökyüzüne bakarken baktığımız aslında geçmişimizdir.





Yıldızların ölümü sonucu meydana gelen kara delikler (Black Hole) uzayı Einsteinın genel görelilik kuramına göre maksimum eğerler ve alışılagelmiş zaman algılayışımıza son derece fantastik açılımlar getirirler.Önce kısa olarak kara deliklerin ne olduğunu ,daha sonra zamanı ne şekilde etkilediklerini görelim.





Güneş kütlesinin takribi 1.5 katından daha düşük ağırlıkta olan yıldızlar bünyelerindeki hidrojeni önce helyuma,daha sonra bu helyumun tümünü karbon ve oksijene çevirerek yakarlar.Artık yıldızın enerjisi tükenmiş,ve yıldız beyaz cüce(White dwarf) haline gelmiştir.Beyaz cüceler oluşurken atomlar öyle yüksek bir kuvvetle sıkışırlar ki elektronlar çekirdeklerinden ayrılır.





Yıldız daha da küçüldüğünde,elektronlar uygulanan basınca karşı koyar ve yıldızın daha da küçülmesine mani olurlar.





1928 senesinde fizik doktorasını yapmak üzere bir gemiyle İngiltereye gitmekte olan Hintli bilimci Subrahmanyan Chandresekhar (1910-1995) kamarasına kapanarak yaptığı çalışmalarda çok ilginç bir bulguya erişti.Eğer yıldızın kütlesi güneşin takribi 1.5 katı yada daha fazlasıysa bu yıldız beyaz cüceden daha da fazla küçülebilirdi.





Ama daha o zaman 20 yaşına bile gelmemiş bir doktora öğrencisinin fikirlerini kabul ettirebilmesi neredeyse imkansızdı.Aradan uzun yıllar geçince bu öngörüsünde ne kadar haklı olduğu görüldü ve 1983 senesinde Nobel Fizik ödülüyle onurlandırıldı.





Devam edecek olursak bahsedilen kütlede yıldızın ömrü son bulurken ,beyaz cücelerin elektron basıncının karşı koyması sonucu yakamadığı karbon-oksijen katmanı da tepkimeye girebilir.Ardı sıra gelen tepkimeler sonunda yıldız demir ve silikon bakımından zengin bir kütleye dönüşür. Yıldızın atomundaki eksi yüklü elektronlarla ,artı yüklü protonlar birleşerek yüksüz nötronları meydana getirir.Bu nötronlar da az yer kapladıklarından çok daha güçlü ışın yayan ani bir çökme devresinden geçer.Bu anda yayılan enerji o kadar fazladır ki yıldızın oluşumundan o ana kadar olan toplam enerjiye denktir.Bunun ardından şiddetli bir patlama olur.Yıldız artık tamamen parçalanmış ve süpernova olmuştur.Yıldız artık nötronca zengin bir nötron yıldızı olmuştur.





Bilim adamları nötron yıldızının özellikleri üzerine çalışırken incelenen yıldız kütlesinin güneşin kütlesinin 2.5 katı ve daha fazlası olduğu durumu var saydı.Hiç bir doğa kuvvetinin böyle bir yıldızın basıncını dengelemesi mümkün değildi.Saniyeler içinde elektronlar,nötronlar ve protonların birbirine karışması nedeniyle yıldız daha da küçülüp uzayı diğer gök cisimlerinden çok daha fazla eğerdi.Bunun sonunda küçülme o kadar manasız bir hale gelir ki ortada ne nötron ne elektron, madde kalmaz.İşte bu noktada karşımıza çıkan sadece boyutsuz bir nokta olan ve yakınından geçen kütleleri kozmik bir süpürge gibi yutan kara delik olgusu.





Yıldız bir kara delik haline geldiğinde yani çöktüğünde uzay-zaman eğrileri o kadar yoğunlaşmıştır ki yıldızın algılarımızın dışında olan olay ufkunun altında kaldığını kabul ederiz.Olay ufkundan ötesini bizim yasalarımız açıklayamaz.Kütlesi güneşin 10 katı olan bir cisim, çapı yaklaşık 60 km olan bir olay ufkuna sahiptir.





Kara deliğin olay ufkunda zaman tamamen durmaktadır.Bir astronotun kara deliğe doğru itildiğini var sayarsak ,kolundaki saatin bizimkine göre yavaş çalıştığını görürüz.Astronot olay ufkunu geçtiğinde ise zaman sonsuza dek duracak ama o bunu fark etmeyecektir.Farkına varacağı tek şey ışık hızıyla kara deliğin tekilliğine doğru çekileceğidir.







Kara delikler üç sınıfta incelenir.Maddesel,elektrik yüklü ve dönen kara delikler.





Maddesel kara delikler dönmezler,elektrik yükü içermezler ve yuttukları cisimlerin büyüklüğüyle oranlı olarak olay ufuklarını genişletebilirler.





Kara deliğe bir elektron düştüğünü var sayarsak böylesi bir durumda kara delik elektrik yüklenir ve tekilliğinin etrafında ikinci bir olay ufku meydana gelir.Böylece kara deliğin etrafında zamanın durduğu iki alan meydana gelir.





Dönen kara deliklere gelecek olursak gökyüzündeki hemen hemen tüm yıldızlar kendi çevrelerinde dönerler.Yıldızlardan biri çökerek kara delik haline geldiğinde dönme hızı da artmaktadır.Dönen bir kara delik ,çevresindeki uzay- zamanı da sürükler.Dönen kara deliklerin bu özelliklerini Yeni Zelandalı matematikçi P.Kerr (1934-) yazdığı denklemlerle kanıtlamıştır.Dönen kara deliklere adına ithafla Kerr kara delikleri denmektedir.Bu kara deliklerde aynen elektrik yüklü kara deliklerde olduğu gibi iki olay ufku mevcuttur.Deliğin dönme hızının artması iç olay ufkunu genişletirken dış olay ufkunu daraltır.





Durağan yada elektrik yüklü bir kara delikte ,deliğin merkezine giden bir astronot sonsuz eğilmiş uzay-zaman tarafından parçalanır.Ancak dönen bir kara delikte eğilmiş uzay-zamandan etkilenmeden halka tekilliğinin içinden çekim kuvvetinin itici olduğu anti-uzaya girilir.Bu uzayda elma yere değil yukarı doğru düşmektedir.Kara delikleri geometrik düşüncelerden yola çıkarak açıklamak bir takım şaşırtıcı sonuçlara varılmasına da neden olur.Örneğin durağan bir kara deliğe düşen bir astronot,tam olarak olay ufkuna tekrar geri döndüğünde matematiksel olarak kendisiyle karşılaşır.





Uzun yıllar fizikçiler uzay-zaman eğrilmesinin olası sonuçları üzerine teoriler ürettiler 1930larda Einstein ve N.Rosen kuramsal olarak bu eğilmenin yıldız kara delik haline geldiğinde maksimum olması gerektiğini buldular.Einstein-Rosen köprüsü olarak bilinen bu kurama göre bu eğriliğin açıldığı ikinci evren,bizim evrenimizin uzak bir köşesidir.Uzayın düzlem olduğu kabul edilirse bu durumda oluşan delik elmanın içinde ki bir kurdun yolunu andırır.Evrenimizde sayısız kara delik olduğuna göre uzay o zaman birbiri içine geçmiş tünellerden oluşmaktadır.Genel görelilik kuramını temel alan bu kuram ilerleyen senelerde bazı fizikçiler tarafından daha da ileriye götürülerek kurt deliklerinin(wormhole) sadece evrenler arası geçişte değil, ileride zaman düzlemleri arasında geçiş yapmakta kullanılabileceği şeklinde geliştirilmiştir.Halen fizikçiler arasında tartışıla gelen ,kiminin hararetle savunduğu,kimininse karşı çıktığı hayal gücümüzü zorlayan bu savları tarihsel bir perspektifle ele alalım.





Çoğumuz zamanı evrenin dördüncü boyutu olarak ortaya koyan kişinin Einstein olduğunu düşünürüz.Bu matematiksel ispat söz konusu olduğunda doğru olsa da sezgisel anlamda Einsteini önceleyen H.G.Wells(1866-1946) isimli İngiliz bir yazardır.Bundan tam yüz on yıl önce 1895 yılında Zaman Makinesi-The Time Machine isimli romanı yayınlanan yazar, zaman kavramının evrenin bilinen üç boyutuna ilave diğer bir boyut olduğunu öne sürmüştür.





Oxford üniversitesinden Roger Penrose (1931-) durağan bir kara delik tarafından yutulan bir kütlenin uzay-zamanın mevcut olmadığı ve maddenin belirsiz bir yoğunluğa doğru çöktüğü tekilliğe doğru çekilerek ortadan kalkacağını göstermiş olsa da biraz önce yukarıda bahsettiğimiz gibi P.Kerr adlı matematikçi kuramsal olarak dönen kara deliklerin içinden bir halka gibi bir başka evren veya zamana geçilebileceğini öne sürmüştür.Bu savlar halen fizikçiler arasında tartışılmakta,kimisi bunun sadece kuramsal olarak mümkün olduğunu,pratikte uygulanamayacağını,kimileri de geleceğe gidilebilse bile geçmişe dönülemeyeceğini iddia etmektedirler.





1985 yılı yazında tanınmış astronom Carl Sagan Temas-Contact adlı romanını yazarken,romandaki kahramanları bir kara delik aracılığıyla dünya üzerinde bir noktadan Vega yıldızı yakınlarında bir yere götürmekteydi.Bu kitabı yazarken fiziğin kabul edilen kurallarının dışına çıktığını bilse de hikayenin teorik açıdan mümkün olduğunca bilimsel bir temele oturtulabilmesi için tanınmış kütle çekim teorisyeni ve astrofizik kuramcısı Kip Thornedan kitabı incelemesini istedi.Kip Thorne öğrencileri Ulvi Yurtsever ve Michael Morris ile beraber Einsteinın genel görelilik teorisinde ki eşitlikler doğrultusunda gerçekten de zaman ve uzayda böylesi bir kurt deliği aracılığı ile seyahatin teorik olarak imkansız olmadığını kanıtladılar ve böylece kitapta gerekli bazı değişiklikleri Carl Sagan seve seve kabullendi.Kitap 1986 yılında yayınlandı ve doğal olarak okuyanların pek azı kitapta anlatılanların ne kadar sağlam matematik temelleri olduğunun farkına vardı.









Bu ilginç olaydan sonra bu konudaki çalışmalar tüm dünyada yeniden bir ivme kazanmıştır..Fizikçilerin üzerinde durdukları mesele ,şu an hayali bile zor olan bir kurt deliğini başından yapılandırmak değil, uzayda mevcut olanların böylesi bir uzay-zaman yolculuğunu olanaklı kılacak biçimde nasıl amaçlarımıza hizmet edecek şekle dönüştürülebileceği meselesidir.Zamanda yolculuk düşüncesine karşı çıkanlar artık klasikleşmiş dede-torun önermesini ileri sürmektedirler.Bu önermeye göre eğer zamanda seyahat mümkün olsa ve kişi geçmişine giderek kendi öz dedesinin ölümüne sebep olsa, o zaman doğması nasıl mümkün olacaktır demektedirler.Bunun cevabını ise kuantum fiziğinin çoklu evrenler savını kabul edenler vermektedirler(Bkz.Syf 5 –Hugh Everett).Bunlara göre evrende bütün alternatifler birbirine karışmayan farklı düzlemlerde mevcuttur ve bir ağacın sonsuzluğa uzanan dalları gibi bütün olasılıklar farklı evrenlerde yaşamaktadır.Kişi geçmişe giderek dedesini öldürse bile bu durum farklı bir alternatif olarak bağımsız bir evrende ağacın bir başka kolu olarak zaman içinde hayatına ve akışına devam edecektir.Kuantum fiziğinin bir yorumu olan bu kuram Çoklu Evrenler kuramı olarak bilinmektedir.











SONUÇ :



Kişisel olarak inancım bizler ve hatta belki torunlarımızın torunları bile göremeyecek olsa da ışınlama ve zaman yolculuğunun gerçekleşmesi belirsiz bir gelecekte bir gün mutlaka insanlık tarihinde yerini alacaktır.



Fransız yazar Jules Verne(1825-1905) 1865 senesinde Aya seyahat romanını yazdığında ,kitabını hiçbir matematik kuramına dayandırmadığı halde bu hayal 1969 senesinde gerçek oldu.İnsanlık bütün büyük projelerini hayal gücü ,inanç ve çalışma sayesinde gerçekleştirmiştir ve gerçekleştirmeye de devam edecektir.



Dünya üzerinde bugüne kadar yaşanan iç savaşlar,dış savaşlar,iktidar kavgaları vs çoğunun temel nedenlerine baktığımızda özellikle iç savaşlar ve reform çatışmalarında nedenlerden birinin insanların teknoloji ve bilim gelişirken onu izlememesi ve somut bulgularla gelen bilim ve teknoloji,son derece hızlı bir şekilde dinamik toplumun alt yapısını değiştirdiğinde kendilerini buna gereken hızla adapte edememeleri olduğunu görürüz.Savaşın ve çatışmanın doğası ne olursa olsun doğal seleksiyon ,yeni şartlara ayak uyduramayanı tarihten siler,doğada olduğu gibi neslini tüketir.



Biz göremeyecek olsak da bu projeler gerçeklik kazandığında insanlar bundan nasıl etkilenecek ? Denizcilik sektöründen örnek verecek olursak, kendi göreceli çalışma hayatımızda 1980li yıllardan bu yana 35 kişinin bir arada çalıştığı gemilerden günümüzün



12 kişilik konteyner gemilerini gören bizler bu gelişmelerden fayda mı ,zarar mı göreceğiz.? Üstelik bu projeler gerçekleşmeden önce halen sanayinin bir çok dalında başarıyla kullanılan robot teknolojisinin, yakın bir gelecekte akıllı robotları devreye sokacağı gün gibi ortadayken.



Diyelim ki dünyada mevcut altı milyar insanın üç milyarı aktif üretim yapıyorsa ve gelişen teknolojiyle yakın gelecekte bu sayı bir milyara inerse ne olacak ? Sistem buna ne gibi bir çözüm bulacak ? Zengin batı ülkelerinde olduğu gibi insanlığı kapsayan bir tür işsizlik sigortası mı devreye girecek ? Girse bile bu sistemi bütün dünyada sadece bir azınlık olarak iş imkanı bulabilen kesim mi finanse edecek ? Nasıl olacak ?



Bütün bu düşünceler ilk başta bizi ne kadar ürkütse de sanırım sonunda yine bilim bize doğru yolu gösterecek.Durum öyle gösteriyor ki dünya üzerinde ki bir çok ülke arasındaki (Örneğin Sudan ve ABDyi gözünüzün önüne getirin) insanın içini acıtan,milyonlarcasını açlıktan ölmeye mahkum eden gelir uçurumu,kaynakların ve zenginliklerin dağılımındaki eşitsizlik,bu kadar açlık ve yoksulluk varken süre giden silahlanma çılgınlığı vs bütün bunlar gün geçtikçe insanlığın vicdanına daha da çok batıyor olacak ve sonunda dünyadaki mevcut tüm kaynakların ve servetin ,dünyayı oluşturan tüm insanların ortak değeri olduğu anlayışına bizi götürecek.



Eğer insanlık bu düşünceye varmakta gereğinden fazla gecikirse dünyayı bir kaosun beklediğini söyleyebiliriz



İnsanların coğrafyalar ne kadar uzak olursa olsun kardeş,akraba olduğunu unutmamalıyız.



Tüm insanlığın ne kadar yakın akraba olduğunu vurgulamak için Adem ve Havvayı hatırlatmamıza konu bilimle ilgili olduğu için karşı çıkacaklar olabilir.Peki o zaman insanlığın yaşadığı buzul çağlarından birinde tüm insanlığın nüfusunun yaklaşık iki bin insana kadar düştüğünü ve şu anda dünyada yaşayan takribi altı milyar insanın bu iki bin insandan



gelmekte olduğunu hatırlatsam ne dersiniz ?