Quantum Physics Wallpaper Quantum physic

Zaman Tek Mi?

E=mc² olarak bilinen ve Einstein’in Genel Görelilik Kuramı’nın öngörülerinden biri olan ‘zamanın göreceliliği’; mutlak bir zamanın olmadığını, her insanın kendi kişisel zaman ölçümü olduğunu söylüyor. Yani, ne yaptığımıza ve nerede olduğumuza bağlı olarak zamanımız genişliyor veya daralıyor diyebiliriz.

e mc 2.jpg

Bu konuyu anlamak için ilk olarak ‘frekans‘ kavramını bilmemiz gerek. Işığın frekansı demek, bir saniyedeki dalga sayısı demektir. (Sadece ışık değil; ses, deprem, radyo gibi birçok dalga türü daha var.) Ve frekans, enerji ile doğru orantılı olarak artıyor ya da aza.pngalıyor. Işık, Dünya’nın kütleçekim alanı içerisinde ilerledikçe enerjisini kaybediyor. (Işık neden kütleçekimden etkileniyor diye sorabilirsiniz, kinetik enerjisi nedeniyle.) Enerjisi azalan ışığın frekansı da düşüyor. Frekansının azalmasıyla dalga boyutu artıyor. (Yani iki dalga tepesi arasında geçen zaman artıyor denilebilir.)

Bulunduğumuz yükselti azalınca yani biz Dünya’nın merkezine yaklaşınca kütleçekim kuvveti artacağından frekans yukarıya göre daha az olur. Çünkü enerjisi azalan ışığın frekansı da azalır. Bu da demek ki; aynı olay için, yukarıdaki bir insan aşağıdakine göre daha kısa zaman harcıyormuş gibi görünür.

Biraz karmaşık gelmiş olabilir. Fakat 1962 yılında yapılan su kulesi deneyini öğrenince anlamak daha kolay olacaktır. Bu öngörünün doğruluğu bir su kulesinin üstüne ve altına konulan çok hassas iki saatle ölçülmüştü. Aynı anda başlatılan satler arasında, Dünya’nın merkezine daha yakın olan aşağıdaki saatin genel görelilik kuramıyla tam bir uyum içerisinde daha yavaş çalıştığı ve geride kaldığı ölçüldü. Yani daha yüksekteyken zaman daha hızlı akıyordu. Tıpkı biri dağın tepesinde, biri deniz seviyesinde yaşamış ikizler gibi. Dağın tepesinde yaşayan daha çabuk yaşlanacaktır. (Bu durumda yaşlanma farkı çok az olacaktır. Fakat ikizlerden biri ışık hızında çok yakın bir hızla uzay gemisinde seyahat edecek olsa, fark çok daha büyük olurdu. Seyehat eden döndüğünde, Dünya’daki kardeşini daha yaşlı bulurdu.)

Bu kuram sadece Dünya için değil, kütlesi olan her cisim için geçerlidir. Özellikle navigasyon sitemlerinde çok büyük önem taşıyor. Çünkü uydulardan gelen sinyaller de uzaydaki tüm cisimler tarafından çekiliyor. Eğer genel göreliliğin öngörüleri göz ardı edilseydi; navigasyon sistemleri ile hesap edilen konumlar, kilometrelerce yanlış çıkardı.

Bütün evren göz önüne alındığında; kütlesi olan herhangi bir cismin hareketi, kütleçekimi sebebiyle uzayda küçük de olsa bir bükülme etkisi yaratır. Bu bükülmeler de diğer cisimlerin hareketlerinin bükülme etkilerini etkiler. Bu da demek oluyor ki; temelde uzay ve zaman evrendeki her şeyi etkilediği gibi; her olaydan, her cisimden, her hareketten de etkileniyor.

ab.jpg
 Değişmeyen bir uzay ve mutlak bir zaman fikri, bu kuramın kanıtlanması ile birlikte yerini; değişken, dinamik, genişleyen ve başlangıcı ile bitişi olan bir uzay-zaman fikrine bıraktı. Böylece anlaşıldı ki; her şey, her an değişiyor…

 

Kaynak: Hawking, Stephan (2012), Zamanın Kısa Tarihi (İstanbul, Alfa Yayınları)

videoblocks-concept-of-hyperloop-high-speed-white-passenger-train-moves-in-transparent-glass-tunnel-against-a-background-of-blue-sky-seamless-looping-element_bt4g9ku-m_thumbnail-full01

Ulaşımda Devrim: Hyperloop

We’re not selling transportation, we’re selling time.

Dünya, farkında olamadığımız bir hızla değişiyor. Her gün yeni bir kavram daha hayatımızda yer ediniyor. Bunlardan bir tanesi de, yukarıda gördüğünüz slogan ile yola çıkan ve ulaşımda devrimin öncüsü olacak olan Hyperloop.

2013 yılında, Elon Musk tarafından ortaya atılan Hyperloop (Bu fikri ortaya atan ilk kişi o değildir.) , o günlerden beri merak edilen bir konu oldu. O dönemde, Hyperloop ile ulaşılabilecek hızlar kamuoyu ile paylaşıldıktan sonra bu durum, pek çok insan için “uzak bir gelecekte gerçekleşebilecek” bir konu olarak kalmıştı. Fakat 4 yıllık süreç içinde Hyperloop, bu durumun hiç de düşünüldüğü gibi olmadığını gösterdi.

Hyperloop

Hyperloop, ilk deneme sürüşlerinde saatte 70 km/s’lik bir hıza ulaşmıştı. Fakat geçtiğimiz aylarda yapılan ikinci denemelerde 308 km/s‘lik hıza ulaşan Hyperloop, önceki denemelere göre büyük bir yol katetti. Projenin nihai hedefi ise, 1200 km/s’lik hıza ulaşmak.

Musk, Hyperloop’u ilk olarak New York ve Washington arasında kurmak istediğini belirtmişti. Geçtiğimiz yaz aylarında ise Boring Company aracılığı ile bu hayal gerçekleşme yoluna girdi. Boring Company, New York ve Washington arasını 29 dakikaya indirecek olan –normal süresi uçak ile 1 saat– Hyperloop için gerekli hükümet onaylarını aldı.

Peki Hyperloop’un bu muazzam hızı nereden geliyor?

Şu anda kullandığımız ulaşım araçlarının hızlarının neden çok daha fazla olmadığını hiç düşündünüz mü? Çünkü karşınızda çok büyük bir engel var: Sürtünme kuvveti. Yol veya ray ile yapılan sürtünme kuvveti sonucu motorun ürettiği gücün büyük kısmı sürtünme nedeniyle ısınan tekerlekler yüzünden atık ısı olarak havaya karışıyor. Bu sebeple, hızlanan araçlarda motorun benzin yakarak ürettiği enerjinin gittikçe daha az kısmı işe dönüşüyor.

Hyperloop ise, ray ötesi bir sistem kurarak sürtünme kuvvetini çok yüksek ölçüde ortadan kaldırıyor. Kapalı bir kapsül içerisinde, manyetik yastıklarla havada yolculuk edecek olan Hyperloop, bu sayede sürtünme engeline takılmadan çok yüksek hızlara ulaşabiliyor.

Ray Ötesi Sistem

 

Sürtünmenin kalkması ile Hyperloop’un elektrikli motorunun ürettiği enerjinin çok yüksek kısmı hızlanmak için harcanıyor.

Kaza yapar mı?

Musk’ın Hyperloop One şirketinin rakibi olan Hyperloop Transportation Technologies (HTT) şirketinin CEO’su Dirk Ahlborn geçtiğimiz sene Türkiye’de düzenlenen İnovasyon Haftası’nda “İnsan hatalarından kaynaklanan bir kaza yapma ihtimali yok.” açıklamasını yaptı.

İklim şartlarından etkilenmeyen, darbelere karşı dayanıklı bir kapsül içerisinde seyahat edecek olan Hyperloop’un herhangi bir çarpışmaya uğraması ihtimali yok. Bu sebeplerle, en güvenli ulaşım yollarından biri olacağı belirtiliyor.

Peki yapım maliyeti ne kadar?

Günümüzde bir hızlı trenin kilometre başına maliyeti, yaklaşık olarak 30 milyon dolardır. Hyperloop’un km başına maliyetinin ise, yaklaşık 13 milyon dolar olacağı tahmin ediliyor. Yani, hızlı trenden çok daha hızlı olan Hyperloop’un maliyeti, nispeten çok ucuz olacak.

Deneme testleri hızla devam ediyor. Hyperloop One ve Hyperloop Transport Technologies şirketleri, ilk Hyperloop hattını açmak için yoğun bir çaba sarf ediyorlar. İlk hattın ne zaman açılacağı ise kesin olarak belirlenmiş değil.

Ulaşımda devrim, daha yeni başlıyor ve oldukça uzun süreceğe benziyor. Elon Musk’ın, geçenlerde yaptığı “roketle ulaşım” fikrinden sonra Hyperloop’u geride bırakacak yeni teknolojiler konuşulmaya başlandı bile.

Acaba önümüzdeki on yıl içerisinde daha neler göreceğiz? Fakat sadece uzaktan seyretmek değil, daha iyisini yapmak için çalışmak dileğiyle, hoşçakalın.

Kaynakça:

  • hyperloop-one.com
  • pocket-lint.com
  • theguardian.com
  • ntv.com.tr
  • hürriyet.com.tr
39835495-engine-wallpapers

Bir Arabanın Kalbi: İçten Yanmalı Motorlar

İçten yanmalı motorlar denildiğinde aklımıza ilk gelen şey arabalar ve motosikletlerdir. Belki jeneratörler, biraz da motorlu testereler gelir. Onun haricinde tekneler, su pompası, traktörler ve iş makinaları da içten yanmalı motorlardan faydalanmaktadır.

İçten yanmalı motorların amacı, kullanılan yakıtın yakılması sonucu ortaya çıkan ısı enerjisini ve basıncı kullanarak krank milinin dönmesini sağlamaktır.

İçten yanmalı motorlarda yakıt, belli bir oranda hava ile karıştırılarak silindire (yanma odası) gönderilir. Karışım piston tarafından sıkıştırılarak yakılır. Piston ortaya çıkan basıncın etkisiyle yukarı yönlü bir salınım kazanır. Bu salınım krank mili yardımıyla kullanılacak yere (araçlarda tekerlek, testerede zincir) aktarılır. Yanma sonucu meydana gelen CO ve CO2 egzoz kısmından dışarı atılır.

İçten yanmalı motorlarda kullanılan bir sürü yakıt tipi vardır. Yakıt tipi değiştikçe motorun çalışma prensibi de değişmektedir. Mesela yakıt olarak benzin kullanılan motorlarda ateşleme için buji kullanılırken; yakıtı motorin olan araçlarda yanma işlemi sıkıştırma esnasında kendiliğinden meydana gelmektedir. Bunun sebebi motorinin yakıt enjektörüne g

Çalışma Prensipleri

elmeden önce ısıtma bujilerinden geçerek 700-900 °C sıcaklığa ulaşmış olmasıdır.

İçten yanmalı motorlar tek silindirli ve çok silindirli olmak üzere ikiye ayrılır. Çok silindirli motorlar 2-3-4-6-8-12 silindirli olabilirler.

İçten yanmalı motorlar silindirlerin sıralanış biçimlerine göre sıralı, V tipi, boksör, W tipi, yıldız tip olmak üzere beşe ayrılır. Sıralı motorlarda bütün silindirler tek sıra halinde yan yana konumlandırılmıştır. V tipi motorlarda silindirler karşılıklı ve açılı konumlandırılmıştır. V tipi motorlarda karşılıklı silindirler arasındaki açı 60 veya 90 derece olarak ayarlanır. Sıralı tiple karşılaştırıldığında sürtünme daha az olduğundan verimlilik çok yüksektir. Boksör tip motorlarda silindirler zemine paralel ve aralarındaki açı 180 derecedir.

Bu motorların parça sayıları diğer motorlara göre daha az olmaktadır. Kam milleri üzerindeki kamlar karşılıklı supapları açar. Bu tip motorların titreşim seviyeleri diğer motorlara göre daha düşüktür. W tipi motorların silindir sayıları yüksektir. V ve VR motor tasarımları birleştirilerek yapılmıştır. Motorun ön kısmından motora bakıldığında iki adet V tipi motorun birleştirildiği görüntüsünü fark ederiz. Mantık olarak da öyledir. ‘’W’’ ismi burdan esinlenerek koyulmuştur. Yıldız tipi motorlarda bütün silindirler bir merkez etrafında yuvarlak çizecek şekilde konumlandırılmıştır. Bütün biyel başları ortak bir biyel muyusuna bağlanmıştır.

Esen kalmanız dileğiyle…

 

“I race to win. If I am on the bike or in a car it will always be the same.”

-Valentino Rossi

                

Kaynakça :

http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Internal_combustion_engine

https://energy.gov/eere/energybasics/articles/internal-combustion-engine-basics

Ampulun Karanlık Tarafı: Nikola Tesla

Ampulün Karanlık Tarafı: Nikola Tesla

Ünlü sihirbaz Robert Angier, Victoria Devri’nin en esrarengiz bilim insanı Nicola Tesla’dan kendisini ışınlayabilecek bir makine üretmesini ister. Bazı diğer mucitlerin aksine icatlarını zenginlerin ya da önemli kişilerin çıkarlarından ziyade insanlığın hizmetine sunmayı hedefleyen idealist Tesla amcamız, içinde Ölüm Işını, Hava Gemisi ve Uçan Çay Tabağı‘nın da bulunduğu ‘İcatlarım’ listesine yeni bir icat daha eklemek için harekete geçer. Peki hayatını fiziğe adayan bu adam aslında kimdir?

1. Draganic ve Ailesi

Asıl adıyla Nicola Draganic, 10 Temmuz 1856’da Sırp kökenli bir ailenin beş çocuğundan biri olarak dünyaya gelmişti. Babası bir papazdı. Annesi ise mucitti. Her ne kadar annesinin alanı pratik ev gereçleri olsa da Tesla, onun yaratıcı dahi olmaya aday olduğunu düşünüyordu.

Ağabeyi Dane’i, attan düşmesi sonucu beş yaşındayken kaybeden Nicola daha küçük yaşta bunalıma girdi ve davranışlarında şizofrenik belirtiler ortaya çıktı. Bütün bunlara rağmen fiziğe duyduğu aşk baskın gelmiş ve ailesi 1862 yılında Gospic’e göç ederken o, Karlovac’ta bir okula yerleşmişti. Ne yazık ki asosyalliği ve takıntıları sebebiyle okulu 3. sınıfta bırakmıştır. Bir mühendislik firmasında çalışmaya başladı ve bu dönem ağır bir depresyon geçirdi. Eğitim hayatını bir türlü düzene sokamayan Tesla, babasının isteği üzerine Charles Ferdinand Üniversitesi’ne başlamış fakat pederin ölümüyle okulu bırakmıştır.

2. Rekabet Yılları

Tesla, elektriğe herkesten daha farklı yaklaştı. Yaşadığı dönemde doğru akım, aydınlatmaya ve ısı elde etmeye en uygun yol olarak bilinirdi. Fakat Tesla, doğru akımda çok büyük bir direnç kaybı olduğunu fark etti ve Batı Broadway’de kurduğu deney laboratuvarında kafasında tasarladığı fikirleri hayata geçirmeye başladı. Keşfettiği alternatif akım sayesinde 1 yılda 18 patent aldı. Fikirleri çok orijinal idi ve şüpheye yer bırakmıyordu. Daha sonra laboratuvarında akkor lambası için pazar aramakla meşgul olan Thomas Edison’a rastladı. Ona “alternatif akım” planından bahsetti. Ama Edison bu fikirlere tümüyle ilgisiz kalarak “Sen teori üzerinde vaktini harcıyorsun.” dedi. Bunun yerine Tesla’ya bir görev verdi ve 50.000 dolar vaat etti. Görevini tamamladığında ise Edison bunun bir Amerikan şakası olduğunu belirterek para ödemeyi reddetti.

Tesla bunun karşılığında istifa etmiştir. Uzun bir rekabet dönemi onları bekliyordur.

3. Sıra-dışı İcatları

Uzaktan radyo kontrolü, kablosuz yanabilen ampuller, telsizler, radarlar ve vericiler… Bunlar yaptığı yenilikler arasında en yaygın bilinenleridir. Bununla birlikte hayata geçirilmeyen, büyük devletler tarafından lanetlenmiş bir dizi daha icadı vardır. Bunlardan bazıları şunlardır:

Ölüm Işını:

Nam-ı diğer Teleforce, Tesla’nın 1930’da icat ettiği, yoğun ısı enerjisiyle düşman tanklarını birkaç saniye içerisinde eritebilme potansiyeline sahip olan bir silahtır. Menzili 200 mildir. Bu icadıyla ilgili çalışmaları çalınmaya çalışılmış lakin başarısız olunmuştur. Ölümüyle birlikte Amerika Birleşik Devletleri icatla ilgili dokümanlara el koymuştur.

Wardenclyffe Kulesi:

JP Morgan’ın yardımlarıyla 1901 yılında Tesla,  New York’ta devasa bir iletişim istasyonu inşa etmeye başladı. Bu proje sayesinde yere sokulan metal çubuklarla sınırsız enerji elde edilebilirdi. Tahmin edebileceğiniz gibi böyle bir şey zenginlerin daha fazla zenginleşmesini engelleyebilirdi. Projenin içeriğini öğrenen JP Morgan, 1906 yılında finanse etmeyi reddededi ve Wardenclyffe Kulesi inşa edilemedi.

Uçan Çay Tabağı:

Nicola Tesla yer çekimine meydan okumayı da ihmal etmedi. Yer çekimine karşı pervane veya petrol kullanımı olmadan, yüksek hızda uçan bir makine icat etti. Elbette ki bu icat hava endüstrisinde petrol pazarlamaya engel olacaktı. Hayata geçirilemedi.

4. Tarihin Tozlu Sayfalarına Karışması

Tesla aynı zamanda sıra-dışı bir kişiliğe sahipti. Hiçbir zaman evlenmedi ve yaşlandıkça toplumdan uzaklaştı. Ondan giderek daha az haber alınmaya başlanmıştı. Delirdiğine dair söylentiler dolanıyordu. II. Dünya Savaşı sırasında ölü bulunmuştur ve askeri yöneticiler bütün belgelerine el koymuşlardır. Buldukları kayıtlara dair hiçbir şey duyurulmamıştır. Edison sadece elektrik ampulünü geliştirerek dünya çapında pek çok ders kitabında yer almayı başardı.  Buna karşın fizik dünyasına yüzlerce yenilik getiren Tesla’nın değeri hiçbir zaman bilinemedi.

 

KAYNAKÇA:

http://www.gzt.com/teknoloji/nikola-teslanin-herkesten-gizlenen-ve-cok-tehlikeli-olan-5-icadi-2590787#cxrecs_s

http://www.gzt.com/teknoloji/nikola-teslanin-muhtemelen-hicbir-yerde-gormediginiz-birbirinden-etkileyici-10-fotografi-2581116#cxrecs_s

https://tr.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla

http://www.imdb.com/title/tt0482571/?ref_=ttfc_fc_tt

Sıcak Soğuğu Geçti: Mpemba Etkisi Nedir?

Tüm Boyutlarıyla Mpemba Etkisi ?

Mpemba Etkisi’nin Farkedilmesi

“Mpemba etkisi nedir, bu isim nereden gelmiş?” şeklinde sorulan sorular karşısında genelde anlatılan klasik bir hikaye vardır. Hikaye o zamanlar bizim gibi lise öğrencisi olan Tanzanyalı Erasto B. Mpemba’nın 1963’te yaptığı bir deneyin hikayesidir. Aslında bu bir deneyden ziyade Mpemba abimizin bir dondurma karışımını buzdolabına sıcakken koyması ve bu sıcak karışımın arkadaşının karışımından daha hızlı donmasından başka bir şey değildir. Yani basit ama ilginç bir sonuç ortaya çıkıyor. Mpemba’nın kafası karışıyor, bu olayı gidip Fizk Hocasına anlatıyor. Sizin de tahmin edebileceğiniz gibi hocası da bir cevap veremiyor. Şu an siz de gidin Fizik Hocanıza sorun muhtemelen onlarda bilmiyordur hatta “Yok ya o öyle değildir, emin misin, Termodinamik Yasalarına göre bir şey vardı ama unuttum ya?(Tabi kimse böyle demez:D)” diyenler olabilir veya da Mpemba’nın bunu lisedeki hocasına sorduğunda hocasının ona gülmesi gibi bir cevap da alabilirsiniz. Fakat Mpemba Dar Es Salaam Üniversite’sinden Prof. Denis Osborne’e aynı olayları olayları anlatınca işler karışır. Bununla ilgli bir yazı kaleme alan Prof. Osborne daha sonra bunu yayımlar ve Newton’un Soğuma Yasaları’nın masaya yatırılmasına sebep olur. Daha sonra çeşitli cevaplar, tezler ileri sürülür. Bunlara zaten aşağıda değineceğim.

Erasto Mpemba and Denis Osborne (London, 2013)

Londra’dan, Erasto Mpemba (soldaki) ve Denis Osborne’nin bir fotoğrafı (2013).

Kısaca Mpemba Etkisi Nedir?

Mpemba Etkisi için kısaca sıcak ve soğuk iki su kütlesini aynı şartlarda soğutmamıza rağmen sıcak suyun şaşırtıcı bir biçimde soğuk sudan daha kısa bir sürede donmasıdır diyebiliriz. Evet, kulağa biraz garip geliyor! Sonuçta sıcak ve soğuk bu iki su kütlesini kaynatacak olsak sıcak suyun daha çabuk kaynaması gibi soğuttuğumuz takdirde de soğuk suyun daha çabuk donmasını bekleriz. Bunu gözlemlemenin en kolay ve pratik yolu soğuk bir havada -Türkiye’nin hava şartlarına bakacak olursak Aralık ve Ocak ayları bu iş için yeterince soğuk hatta -10 derecelik bir hava yeterli- yeni kaynatılmış sıcak bir suyun etrafa saçılarak her bir su zerresinin donarak buz kristallerine dönüşmesiyle oluşan güzel manzarayı izlemek olacaktır herhalde. Hatta isterseniz bunu bir de soğuk su ile deneyin ve aradaki farkı kendi gözlerinizle görün.

Peki Sebebi Neymiş?

Bu olayın açıklanması için 2012 Yılında Royal Society of Chemistry tarafından bir yarışma düzenlenmiştir. Araştırma gruplarındaki her araştırmacıya 1000 Euro ödül vaad edilmiştir. Bu yarışma için 22.000 yanıt gelmiş ve 10 Haziran 2013′ te açıklanan sonuca göre Hırvatistan’dan Zagreb Üniversitesinde Fiziksel Kimya alanında araştırma görevlisi olan Nikola Bregovic Kazanmıştır. Tesla’nın adaşı Nikola Bregovic’ te bu olayın temelinde konveksiyon olduğu sonucuna varmıştır.

“Peki arkadaş nasıl oluyor bu iş?”

Örneğimizdeki sıcak su, soğuk suya nazaran daha hareketli ve konveksiyon yoluyla ısı taşınımı çok hızlı olduğundan ve bunun da bir su zerresi olduğunu düşünecek olursak bir anda donduğunu gözlemleriz. Fakat soğuk su için bu olay çok daha yavaş gerçekleşir çünkü enerjisi de çok düşüktür.
Olaya bir de içinde sıcak ve soğuk su bulunan iki su bardağından bakalım. İkisini de buzluğa koyduk. Soğuk suyun üst kısımları buz tuttu bile ve yavaş yavaş altlara doğru ilerliyor ve ısı kaybı gitgide daha yavaş bir biçimde devam ediyor. Hey, o da ne! Sıcak sudaki ısı kaybı o kadar çabuk ilerliyor ki her tarafı sopsoğuk hatta dondu bile! İşte, dondu! Ve kazanaaan: Sıcak Bardak Takımııı! 😀

(Yukarıdaki yarışma örneğimdeki o bir bardak suyu bir su zerresi olarak hayal ederseniz daha kolay anlayabilirsiniz. Anlamadıysanız bir de bu şekilde düşünüp soğuk suyun enerjisinin düşük olduğundan dolayı konveksiynel akımın yani su zerresinin içindeki ısının taşınımının -diyeyim- çok yavaş olduğunu da hesaba katarak yarışmayı bir daha okuyun;)

SONUÇ!!!

-Demekten korkmayacakmışız!

-Merak edip sorgulayacakmışız!

Yazının, daima çevremize karşı merağımızı esirgemeden sorgulayabilmemiz husunda kendime ve okuyanlar bir katkı sağlaması umuduyla:) Allah’a Emanet;)

Yazan: Mahmut Demirok

Kaynakça:

http://kimyaca.com/mpemba-etkisi/

https://tr.wikipedia.org/wiki/Mpemba_etkisi

Whipple, Tom. (2013). “22,000 scientists still can’t explain the boy who kept his cool” (Ѻ), The Times, Jan 11.

http://www.eoht.info/page/Erasto+Mpemba

Kozmosun Gizemli Varlıkları: Kara Delikler

İlk tespit edildiği andan itibaren tüm insanlık adına büyük merak konusu olmuş bir kavramla ilgili edinilen bulgulara, derinlemesine bir yolculuğa çıkalım. Kara delikler… Öncelikle bilmemiz gereken husus şu: Kara delikler, günümüzde tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu yönüyle bilim-kurgu filmlerine ve kitaplarına malzeme olmaya müsaittir. Temel olarak ne olduğunun belirtilmesi gerekirse, bir cümleyle:

Kütlesi çok büyük, çekim gücü -ileride değineceğimiz- olay ufkuna giren her türlü madde ve ışınımın kaçamayacağı derecede güçlü olan kozmik bir cisimdir.

İlk olarak, bir kara deliğin oluşumundan bahsetmek gerekirse, şüphesiz ki üzerinde durulacak en önemli kavram Schwarzschild çapı olacaktır. Kütleye bağlanan, yani maddelerin kütlelerine göre doğru orantılı olarak değişkenlik gösteren bu karakteristik elemanın bir örnekle tanımını yapmak gerekirse; ”a miktarındaki kütlenin Schwarzschild çapı b kadardır. O halde a kütlesini, b kadarlık bir çapa sıkıştırdığımız takdirde, madde uzay-zaman tekilliğine düşecek; bir başka ifadeyle kara delik oluşturacaktır.” Bu minval üzerinde Dünya’nın Schwarzschild yarıçapı sadece 9 mm iken Güneş’inki yaklaşık olarak 3 km’dir. Aslına bakılırsa bu tanım doğrultusunda, bir karıncanın bile gerekli ölçekte yani kendi Schwarzschild çapına kadar sıkıştırılması durumunda, ufak ve neredeyse etkisiz de olsa bir kara delik oluşturulması mümkündür; kulağa çok aykırı geliyor fakat öyle.

İşte uzay boşluğunda bulunan herhangi bir kara delik de yıldızların kendi Schwarzschild çaplarına kadar çökmeleriyle meydana gelmektedir. Yıldız atalarının kütlelerine göre kuvvetleri artmakta veyahut azalmaktadır. Peki yıldızlar neden kendi kendilerine, hacimce bu kadar ufak bir alana sıkışırlar? Bunun tek sebebi, ömrünün sonlarına doğru kütlesi belli bir miktarın çok daha üzerine çıkmış yıldızların; içe çökme yönünde çalışan kütleçekim kuvvetlerinin, bu kuvvete direnerek dışa itme yönünde çalışan basınç kuvvetlerine galip gelmesidir.(Elbette burada daha onlarca parametre bulunmakta fakat onlara değinmeyeceğiz.) Bu kuvvetler arasındaki dengenin sağlanamaması durumunda (şâyet yıldız yeterli kütledeyse) yıldızın içe doğru çökmesini engellemeye yani dengeyi sağlamaya yetecek başka bir kuvvet söz konusu değildir. Bu durum sonucunda yıldız içe doğru çöker ve -ulaşabilirse- kendi Schwarzschild çapına ulaştığı anda kara deliğimizi oluşturur.

Simülasyon olarak, karşımızda bir galaksi ve de galaksiyle aramızda bir kara delik olsaydı, ortaya nasıl bir görüntü çıkardı sorusunun cevabı: Kara delik galaksiden bize gelen ışığın bir kısmını emmekte, bir kısmınıysa bükerek iletmekte.

Kara delikleri anlama yolunda bir başka kilit kavram daha çıkıyor karşımıza: olay ufku. Kara deliğin çekim gücünün yoğunlaştığı alandır. Herhangi bir maddenin ve hatta hızıyla meşhur ışığın (bkz.) dahi çekim kuvvetinden kaçamadığı kuşağa verilen isimdir. Bir kara deliğin olay ufkunun çapı, atası olan yıldızın kütlesiyle doğru orantılıdır. Şayet imkânımız olsaydı ve bu olay ufkundan, karadeliğin merkezî noktasının aksi yönüne bir ışık tutabilseydik, ışık olay ufkundan asla çıkamayacak, bir süre sonra da geri bükülüp merkez tarafından emilecektir. İşte bu ışığı emme yeteneğinden ötürü, kara delikler görünmezdir. Ancak gelişmiş teleskoplarla, çevresindeki gök cisimlerinin hareketleri doğrultusunda yerleri tespit edilebilmektedir. Olay ufkuna düşen bir cismin hacminin biçimindeki değişime spagettileşme deniliyor. Bunu bir tür uzama hâli olarak da belirtebiliriz. Bu durum, cismin merkeze yakın olan bölgesine uygulanan çekim kuvvetinin, merkeze uzak olan bölgesine uygulanana göre çok daha fazla olmasından kaynaklı olarak, bir tür gerilmeye maruz kalması sonucunda oluşan uzamaya verilen isimdir.

Fakat tam da bu noktada zihinlerde ortaya çıkan bir yanılgıyı düzeltmek gerekiyor. Şayet bir yıldız, kara deliğe dönüşürse kütlesinde bir artış olmayacaktır. Bu bağlamda kütleçekiminde de bir artış olmayacaktır. Basit bir örnekle, Güneş yarın bir karadeliğe dönüşse, Dünya’nın yörüngesi için hiçbir şey değişmeyecek; Güneş’in etrafında döner gibi kara deliğin etrafında döneceğizdir. Fakat çok önemli iki farkla ki:

  • Kara delikler merkezlerinde, sonsuz yoğunluk ile ifade edebileceğimiz -çekimsel- tekilliği barındırırlar.
  • Kara delikler her türlü maddeyi ve ışınımı sadece çekmemekte. Bunun yanı sıra onları esrarengiz şekilde emmekte, dışarıdan görüldüğü kadarıyla yok etmektedir.

Samanyolu Galaksi’sini incelediğimizde karşımıza Güneş Sistemi’ne hayli benzeyen bir program çıkıyor. Bir merkez ve bu merkezin etrafında dönen -içlerinde Güneş’imizin de bulunduğu- 200 milyardan fazla yıldız… İşte bu kadar büyük bir kütleyi, kütleçekim kuvvetiyle, ‘galaksi’ adı altında bir küme halinde tutabilecek şeyin ancak bir kara delik olabileceği iddiası bulunmaktadır. Yani galaksimizin bizzat merkezinde de bir karadelik, hatta iddiaya göre süper büyük kütleli bir kara delik bulunmakta.

Görsel sonucu

Başta ifade ettiğimiz kara deliklerin bilim-kurguya açık olan yanı hiç şüphesiz ki,”İçinde ne var?” sorusu olacaktır. Şâyet bir astronot kara deliğin içine düşecek olsa (yüksek kütleçekim kuvveti sebebiyle daha kara deliğin merkezine ulaşamadan spagettileşerek yaşam faaliyetlerinin sonlanmaması imkansız olsa da), orada onu ne karşılayacaktır? Başka evrenlere yada başka boyutlara açılan bir tür geçit olduğuna dair iddialar bulunmakta. Nitekim kara deliğin başka bir evrendeki ‘beyaz delik’ (bu ismin verilmesinin sebebi, kara deliğin emdiği ışığın da bu delik tarafından salınması sebebiyle etrafa ışık saçacağı varsayımıdır) aracılığıyla bu evrene ulaştırdığına yönelik iddialar da sunulmuştur. Bunların doğruluğu ispatlanamadığı gibi yanlışlığı da ispatlanamamakta. Elbette ki böyle iddialara verilebilecek en uygun tepki ”Neden olmasın?” olacaktır. Fakat şu da belirtilmeli ki: maalesef içinin nereye açıldığıyla ilgili hiçbir net bilgimiz yok, henüz bunu gözlemleyebilme imkânımızın olmadığını söylemek de yanlış olmayacaktır.

______________________________________________________

> Kara delikler ile ilgili bir film tavsiyesi yapmak gerekirse, hiç şüphesiz ilk sırada yüksek ihtimalle çoğunuzun duyduğu Cristopher Nolan’ın elinden Interstellar (Yıldızlararası) isimli bilim-kurgu türündeki film olurdu.

KAYNAKÇA

NASA.
– John Taylor, Kara Delik, E Yayınları, 1992.
Wikipedia: Black hole.
– Kip Thorne, Black Holes and Time Warps, W. W. Norton & Company, 1995.

Laplace’in Şeytanı ile Bilimsel Determinizm

Laplace’in Şeytanı ile Bilimsel Determinizm

Modern bilim geliştikçe ve evrenle ilgili yeni bulgular hızla ortaya çıktıkça, bilim insanları evrendeki her şeyin fizik yasalarıyla belirlenmiş olduğu, bu belirlenmiş olayların gerçekleşmesinin zorunlu olduğu ve yeterli bilgiye ulaşılabilirse insanların da olacak olayları kesin bir şekilde öngörebilecekleri düşüncesine kapıldılar. Bu fikir, “Bilimsel Determinizm” adıyla bilinir. Bu yazıda sizlerle Fransız Matematikçisi Pierre Simon Laplace’in bu konuyla ilgili fikirlerinin doğruluğunu tartışacağız ve bilim tarihinde kısa bir yolculuk yapacağız.

Bilimsel Belirlenebilirlik Doktirini (1814)

Fransız matematikçisi Pierre Simon Laplace, 1814’de bir makale yayımladı. Bu makalede deterministik evren görüşünü tartışan dünyaya, bu görüşün haklılığını kanıtlamak için hayali bir kavram sundu. “Evrendeki her şeyin durumunu bilebilen bir beyin”. Gelin şimdi, sizlerle yayınlanan makalenin kendisini okuyalım:

“Evrenin şimdiki halini, geçmişin sonucu ve geleceğin nedeni olarak ele alabiliriz. Bir an için evrenin tüm güçlerinin ve bunu oluşturan tüm varlıkların konumlarını anlayabilen bir canlı olduğunu düşünürsek ve bunun, bu verileri inceleyebileceğini de düşünürsek, aynı anda evrendeki en büyük varlıklardan en küçük atomlara kadar her şeyi hesaba katarak bir hesap yaparsa, hiçbir şey belirsiz değildir ve gelecek de aynı geçmiş gibi, onun gözlerinin önündedir.”

Bilim camiası tarafından Laplace’in Şeytanı olarak adlandırılan bu beyin, gerçekten de geleceği bilebilir miydi? Evren deterministik miydi, yoksa asla öğrenemeyeceğiz veya öngöremeyeceğimiz şeyler var mıydı? Geleceğimiz kesin bir şekilde belirli miydi, yani özgür irade denen şey sadece bir yanılsamadan ibaret miydi? Şimdi, bu sorulara beraber yanıt arayalım.

Düşünelim ki, bir bilgisayarımız var. Ama normal bir bilgisayar değil bu. Öyle ki, her türlü hesaplamaya gücü yetiyor ve normal bilgisayarlarımızın milyonlarca katı daha fazla veri depolayabiliyor. Bu süper bilgisayarımızı alıp bir bilardo salonuna gidelim. Bir masanın yanına oturalım ve ilk vuruş yapılmadan önce bilgisayarımızı çalıştırıp, vuruşlarda topların nasıl dağılacağını bulmasını isteyelim. Sizce bilgisayarın bu soruyu cevaplaması için hangi bilgilere ihtiyacı olabilir?

Cevaplarınızı duyar gibiyim. Topa vuruş hızı, topa ıstakanın vuruş açısı, topun çapı vb. diye düşünmüş olabilirsiniz. Fakat bunlar, bu işlemin cevabını bulmak için verilmesi gereken bilgilerin çok küçük bir kısmı. Gelin Dirac madalyalı fizikçi Michael Berry’nin bu soru için yaptığı açıklamaya göz atalım.

Michael Berry’nin yaptığı hesaplamalara göre, bu çarpışmaları kesinlik derecesinde doğru hesaplayabilmek için masanın yanında duran kendimizin, kütle çekimi etkisini hesaplamamız gerekiyor! Böyle küçük bir kuvvetin topa nasıl etki edebileceğini düşünmüş olmalısınız. Fakat bir şeyi kesinlik derecesinde bilmek, bunu gerektiriyor. Orada olan her atomun ve hatta uzakta oraya gelecek her atomun durumunu bilmemiz, en küçükten en büyüğe tüm kuvvetleri hesaplamamız ve daha sayamacağımız birçok parametreyi bilmemiz gerekiyor.

Tam şu anda, “Tamam, çok parametre var ama bunları hesaplayabilecek süper bir beyne sahip olma ihtimalimiz az da olsa var” diyebilirsiniz. Ama bir noktayı kaçırdınız, daha doğrusu ben yazmadım. Atomüstü dünyadaki hareketler, bilinen fizik yasalarıyla çözümlenebilse de bu işin bir de kuantum denen, deterministlerin başına bela olan, en zekilerimizin bile anlamakta zorlandığı bir dünya var. Bu kuantum dünyasına birazdan değineceğim ama önce basit olayların karmaşık olaylara yol açabildiğini öne süren Kaos Kuramı ile ilgili kısa bir bilgi paylaşmakta fayda var.

Kaos Kuramı

Aslında Kaos Kuramı, bir bilimsel kuramın özelliklerini taşımaz yani aslında bir kuram değildir. Ama bilim camiasına ilk açıklandığı zaman “Kaos Kuramı” şeklinde servis edilmiş ve o günden bugüne değişmeden kalmış.

Size, bu kurama büyük bir katkı sağlayan Edward Lorenz’den bahsedeceğim. Amerikalı Meteorolog ve Matematikçi olan kendisi, bir gün yine her zamanki gibi erken dönem bilgisayarı LGP-30’u açmıştı. Bilgisayarında hava simülasyonları ile ilgili çalışmalar yapıyordu. Bilgisayara değerler giriyor ve simülasyon ile çıkan sonucu analiz ediyordu.

Bir ara, simülasyonu kapatıp tekrar açması gerekti. Bilgisayara girdiği değerleri, unutmamak için çıktı aldı. Daha sonra simülasyonu tekrar açtı ve çıktıdaki değerleri girdi. Normal olarak, sonucun aynı çıkmasını bekliyordu. Fakat sonuç, beklediği gibi olmadı. Neden böyle bir sonuç aldığını ise kısa sürede anlamıştı.

Sorun şuydu: Bilgisayara girilen veriler sıfırdan sonra 6 basamağa sahipti, yani mesela 0,506127. Ama bilgisayar çıktı verirken son 3 basamağı yazmıyor ve ilk 3 basamağa yuvarlayıp veriyordu yani 0,506.

Sonucun bu denli fazla değişmesinin sebebi sadece 0,000127’lik miktar yüzündendi. Bu olay Newton’un ağaçtan düşen elması gibiydi, Lorenz’e ilham verdi. Lorenz de bu olaya bir romandan esinlenerek “Kelebek Etkisi” adını verdi. Kısaca şöyle idi:

“Bir kelebeğin kanat çırpması, aylar sonra dünyanın başka bir yerinde fırtınaya sebep olabilir.”

Bunu bir düşünce deneyi olarak nitelendirebiliriz. Yani gerçek olması imkansıza yakın bir ihtimal ama konuyu daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Bilimde o güne kadar basit olayların basit durumlara, karmaşık olayların da karmaşık durumlara yol açtığı düşüncesi hakimdi. Fakat Kaos Kuramı’nın bu tür düşünce deneyleri, basit olayların karmaşık olaylara yol açabildiği yeni bir ufuk sunuyordu.

“Tanrı zar atmaz” sözünü bir yerlerden duymuşsunuzdur. Bu söz Einstein’ın deterministik evren inancını açıklayan bir sözdür. İşin ilginç tarafı kendisinin çalışmalarının, determinizmin öncülerinden Newton’ın yasalarını alt üst etmesiydi.

Einstein ve Görelilik (1905, 1915)

Newton, determinizmin öncülerindendi. Ünlü kitabı Principia, evren yasalarını o döneme göre harika bir şekilde açıklıyordu. Bu yüzden hızla kabul görmüştü.

Newton’un anlayışı basitti. Evrendeki doğa yasaları sabittir, asla değişmez. Bu doğa yasalarıyla ilgili yeterli bilgiye sahip olursak geçmişte ne olduğunu ve gelecekte ne olacağını öğrenebilirdik. Bu anlayışta o kadar ileri gitmişti ki, gelecek sene o an ne düşüneceğimizi bile öğrenebilirdik! Yani, beyin de bu belirlenebirlik içerisine alınmıştı.

Fakat, bu fikirlerin ömrü, Ptolemy’nin fikirleri kadar uzun olmamıştı (şu dünya merkezli evren modelinin sahibi). Einstein 20. yüzyılın başındaki 15 yıl içerisinde, evrenin dinamiklerini harika bir şekilde açıklayan çalışmalarını bilim camiasına sunduğu zaman, Newton’ın fikirlerinin yanlış olduğu ve bazı değişkenlerin göreli olduğu anlaşılmıştı.

Einstein, determinizme ilk darbeyi vurmuştu vurmasına, ama halen determinist görüşün geçerli olduğunu savunmaya devam ediyorlardı. Fakat bir şey unutmuşlardı. O güne kadar hep atomu en küçük parça olarak kabul etmişlerdi.

Heisenberg Belirsizlik İlkesi (1927)

Warner Heisenberg, 1927’de Determinizm anlayışına büyük darbeyi işte bu teori ile vurdu. Kısaca bahsetmek gerekirse, kuantum düzeydeki parçacıkların momentumu ile konumunu aynı anda kesin bir şekilde ölçemeyeceğimizi anlatıyordu Heisenberg. Bir parçacığın momentumundaki belirsizlik ne kadar az olursa, konumu hakkındaki belirsizlik o kadar fazla olur.

Basitçe momentumu ne kadar doğru ölçersek, konumu o kadar yanlış ölçeriz.

Bir nesneyi görmemiz, o nesneyle aramızdaki foton denen ışık demetleri aracılığıyla olur. Bir parçacığı gözlemlerken kullandığımız ışık kaynağındaki fotonlar, o parçacığa çarpıp hareketini önemli ölçüde değiştirecektir. Bu durum, parçacığın momentumu ile konumunu kesin doğrulukla ölçmemizi bu yöntemle “imkansız” kılar.

Schrödinger’in Kedisi (1935)

Fizik, bize bir nesnenin sadece tek bir yerde bulunduğunu söyler. Yani kalem, masanın üstündeyse gerçekten de oradadır başka bir yerde değil. Fakat bir kedi, buna karşı gelmişti.

Schrödinger’in Kedisi, Erwin Schrödinger tarafından ortaya atılmış kuantum dünyasıyla ilgili bir paradokstur. Belirlenebilirliğin, kuantum mekaniğinde saf dışı kalmasına güzel bir örnektir. Kısaca şöyle anlatalım:

Schrödinger, bir kediyi kuantum mekaniği ile çalışan bir kutunun içine koyar. Kutunun içinde, bozunma zamanı belirli olmayan (hiç bozunmama ihtimali de olan) bir radyoaktif madde ve içinde zehirli sıvı olan bir şişe vardır. Radyoaktif madde bozunduğu zaman yaydığı ışınlarla şişe kırılacaktır ve zavallı kedi ölecektir.

Böyle bir durumda, kutunun dışında olan bizler için kedinin hala hayatta olup olmaması, bir belirsizliktir. Kedinin ne durumda olduğunu öğrenmemiz için kutuyu açmamız şarttır. Kutuyu açmadığımız sürece kedi, bizim için hem sağ hem de ölü olur. Bu ilk başta belirttiğimiz tekli sonuca karşı geliyordu. Kedinin canlı veya ölü olduğunu kesin olarak bilemeyeceğimizi söylüyordu.

Sonuç Olarak

Newton yasalarından Einstein’a, Heisenberg’den Schrödinger’in Kedisi’ne birçok fikri paylaştık. Peki ya sonuç olarak şu anki düşünce ne?

Deterministik bir evrende yaşıyor muyuz? Özgür irademiz var mı, yoksa bu sadece bir yanılsama mı? Bu iki sorunun cevabını size Jim Al Khalili, şöyle veriyor:

  1. Deterministik bir evrendeyiz. Özgür bir irademiz var, kaderimiz önceden belli olabilir fakat öngörülemez!
  2. Deterministik bir evrendeyiz. Her hareketimiz öngörülebilir yani özgür irade diye bir şey yok!
  3. Deterministik bir evrende değiliz, evrenin kendi yapısından kaynaklanan raslantısallık var ki bu da bizi özgür irade sahibi yapar!
  4. Deterministik bir evrende değiliz ve özgür irademiz de yok, olaylar rastgele oluyor!

Bilim insanları, din bilimciler ve filozoflar, uzunca zaman özgür iradenin varlığını tartıştılar. Özgür iradeye sahip olmadığımızı düşünebilirsiniz cevap size kalmış fakat bu durum şu gerçeği değiştirmez:

“Sonsuz sayıda olası gelecekten hangisini yaşayacağımızı belirleyecek olan şey, kendi hareketlerimizdir.”

Yusuf İkbal Aldemir

Kaynaklar
1. Stephen Hawking – Zamanın Kısa Tarihi
2. Jim Al Khalili – Paradoks
3. John D Barrow – Bilmediğinizi Bilmediğiniz 100 Temel Şey

Termodinamiğin İkinci Yasası: Maxwell’in Cini

Termodinamiğin İkinci Yasası: Maxwell’in Cini

Bir bilim insanına, modern bilimin en büyük yasası nedir diye sorarsanız; büyük ihtimalle size termodinamiğin ikinci yasasından bahsedecektir.

Bu yasayı aslında daha ilkokuldayken öğreniriz fakat bize sadece buz dağının görünen kısmı öğretildiği için, asıl gizemden mahrum kaldık. İlkokulda öğretilen bilgi şuydu:

“Kaynar bir çaya soğuk bir kaşık atarsanız, ısının sıcaktan soğuğa doğru akmasıyla sıcaklıklar dengelenir.”

Yukarıda yazdığımız gibi, enerjinin sıcaktan soğuğa aktığını hepimiz biliyoruz. Yani bunda bu kadar büyütülecek ne var diye düşünebilirsiniz. Fakat birazdan bu yasanın derin sularına doğru bir yolculuk yapacağız ve ne demek istediğimizi daha iyi anlayacaksınız.

Maxwell’in Cini

İçinde hava olan iki kutu düşünelim. Bu kutular, aralarında yalıtılmış bir duvar ile ayrılmışlar. Bu ara duvarın içinde de bir kapak var. Bu kapak, bir molekül yaklaştığında hızla açılıyor ve molekül diğer kutuya geçer geçmez kapanıyor. Böyle bir kutu, bizim için şu an pek bir şey ifade etmiyor. Nitekim, hızlı moleküller yine birbirlerinin tarafına geçecek ve sıcaklık dengesi, sıcaktan soğuğa giderek sağlanacaktır. Fakat buradaki sıkıntı, önceki yazımızda belirttiğimize çok benzerdir. Geçen seferki yazımızda Laplace’in Şeytanı’ndan bahsetmiştik. Burada da Maxwell’in Cini’nden devam ediyoruz; bu olağanüstü varlıklar, bilimin sınırlarıyla uğraşmamızda çok yardım ediyorlar.

Şimdi, kafamızda oluşturduğumuz kutunun başına bir cin koyalım. Bu cin, havadaki moleküllerin hepsini görebilecek kadar keskin bir göze sahip. Bir molekül kapağa yaklaştığında, bu cinimiz devreye giriyor. Cin, sol kutudan sağ kutuya gelen moleküllerden, sadece hızlı gidenlere kapağı açıyor ve sağdan sola gelen moleküllerden de, sadece yavaş gidenlere kapıyı açıyor.

Maxwell'in Cini'nin şematik gösterimi.
Figür 1. Maxwell’in Cini’nin şematik gösterimi.

Peki ne olacaktır? Basit bir mantık ile, hızlı gidenlerin bir tarafta, sıcak gidenlerin de diğer tarafta toplanacağını söyleyebiliriz. Bunda ne var diye düşünüyorsanız okumaya devam edin.

Termodinamik Yasaları

Termodinamiğin 4 yasası var. İsminden de anlaşılabileceği gibi, bu yasalar enerji ve ısı ile ilişkili. Fakat bizim şimdi üzerinde duracağımız olanı ikinci yasadır.

Birinci yasa; enerjilerin birbirlerine dönüşebileceğini, yer değiştirebileceğini ama asla yok edilemeyeceğini veya yaratılamayacağını söyler. Hepimizin bildiği bu gerçek, aslında çok derin sulara kapı açar. Anlayabileceğiniz gibi bu ilk yasa, ikinci yasanın temellerini oluşturmaktadır.

İkinci yasa ise, her şeyin soğuyacağını, eskiyeceğini yani entropisinin her zaman artacağını ifade eder. Sıcak bir suya buz attığımızda, buzun neden amansızca eridiğini bu yasa açıklar. Çünkü ısı, her zaman sıcak sudan soğuk buza doğru hareket edecektir, tersine doğru değil.

Fakat sanırım bu noktada konuyu daha iyi anlamak için, entropi kavramından bahsetmemiz gerekiyor.

Entropi

Eğer ana dalınız fizik değilse, entropiyi anlamanız çok zor olabilir (meraklılar hariç). Çünkü entropi, durumlara göre değişkenlik gösteren çok geniş bir kavramdır ve beyninizin sınırlarını zorlar. Bu nedenle entropiyi ne kadar iyi anlatsam da aklınızda bir yerlerde bu kavram havada kalacaktır.

Bir şeyi anlatmanın en kolay yolu, onu örneklerle açıklamaktır. Bu nedenle örnek vererek devam edelim. Sırayla dizilmiş bir kart destesi düşünün: Mesela iskambil kartları. İskambil kartlarını marketlerden ilk satın aldığınız zaman, size düzenli bir şekilde gelir. İşte bu durumda iskambil kartlarının entropisi sıfırdır. Çünkü entropi dediğimiz şey, düzensizliğin ölçüsüdür. Bir şeyin ilk hali, aynı zamanda o şeyin düzenli hali olarak kabul edilir. Bu nedenle iskambil kartlarının entropisi sıfırdır.

Ama oyuna başlanırken kartlar dağıtılır ve o düzenli hal, birden düzensizleşir. Oyunda kartlar, birbirinin içine geçer ve her kart farklı yerlere kayar. İşte bu durum, entropinin arttığı durumdur.

Peki, iskambil oynamaya devam edelim. Oyun oynamaya devam ettik, ettik, ettik. Sizce en son kartlar toplandığı zamanki kart diziliminin, ilk dizilimle aynı olma olasılığı nedir? Bu ihtimal, sizi beyninizin derinliklerinde bir yolculuğa çıkarabilir ama durun. Size söyleyebileceğim en net şey, bunun neredeyse imkansız olduğudur.

İşte termodinamiğin ikinci yasası, tam da bunu ima eder. Evreni iskambil kartları gibi düşünmemizi ve evren var oldukça, entropisinin artacağını söyler. Hatta zaman kavramını da bu işin içine sokabiliriz. Zamanın akış yönünün, entropinin arttığı yön olduğunu ifade edersek, bu yanlış bir ifade olmaz.

“Entropinin daima arttığı yasası, yani termodinamiğin ikinci yasası, bana göre tüm doğa yasaları arasında baş köşeyi hak ediyor. Eğer kuramınız termodinamiğin ikinci yasasına kaşı geliyorsa hiç ümidi yok demektir, utanç içinde yerle bir olması kaçınılmazdır.”
-Arthur Eddington (İngiliz Gök bilimci)

Sanırım kafanızda belli bir ön fikir oluştu. Öyleyse hemen bu öğrendiklerimizi Maxwell’in Cini ile kıyaslayalım. Maxwell’in Cini dediğimiz cin, her molekülün özelliklerini görebilecek keskin bir göze sahipti ve bu özelliği sayesinde hızlı molekülleri bir tarafa, yavaş molekülleri bir tarafa topladı. Bu ne demektir? Entropinin azalması. Öyleyse Arthur Eddington’un bu kadar değer verdiği bu yasa, yıkılmış mı oldu? Olayın ne olduğu yavaş yavaş ortaya çıkmaya başlıyor. Hadi o zaman, hep beraber bu iddiayı deşifre edelim.

Leo Szilard

İşte aklımızı karıştıran ve bildiklerimizi gözden geçirten bu paradoksun çözümünü yapan adamla tanışın: Leo Szilard.

Leo Szilard, Macar asıllı bir mucit. Çok büyük buluşlarını anlatmak için elektron mikroskobunu ve doğrusal parçacık hızlandırıcısı gibi müthiş işlere imza attığını söylememiz yeterli sanırım. Bu çalışkan insan, 1929 yılında bilim dünyasını sarsan bir makale yayımladı. Makalenin ismi, “Akıllı varlıkların müdahalesi ile bir termodinamik sistemdeki entropinin azalması üzerine” idi.

Herhalde makalenin başlığından, ne ile ilgili olduğunu anlamışsınızdır. Öyleyse ne bekliyoruz, hemen Szilard’ın beyninde bir sörf yapalım.

Kutulara yüzer tane molekülü rastgele yerleştirelim. Her iki kutuda da ortalama sıcaklıklar da eşit olsun. Cinimizi kutuların başına koyuyoruz. Cin, sol kutudaki 50 hızlı molekülü sağ kutuya, sağ kutudaki 50 yavaş molekülü de sol kutuya geçiriyor. Bunu yaparken, kapağı 100 kere açıp kapatıyor. Aklınıza gelmiş olmalı, bu cin kapakçığı açarken enerji harcamıyor mu? Bir şeyler üretmeye başladık. Evet, cinin bu kapakçıkları açarken harcadığı enerji, ne kadar az olursa olsun, entropiyi düşürmenin bedelidir. Ama bir dakika. Bu kapakçıkları açmak için ne gerekiyordu? Enerji tek başına yeterli mi?

Bilmek. Cevap buydu. Bilmenin de bir enerjisi vardı.

Cinin, kapakçıkları açmak için moleküllerin özelliklerini bilmesine ihtiyacı vardı. Cin, moleküllerin hızını hesaplayacaktı ve bu hızı hesaplarken de enerji harcamak zorundaydı. Beynini kullanması için enerji gerekiyordu. Beynimizde ne kadar çok bilgi bulunursa, beynimizi o ölçüde düzenlemiş oluruz ve bu entropiyi azaltır. Bu durumda kutuda artan entropiyi dengelemiş oluruz. İşte sorunu böyle çözeriz, bilmenin enerjisi ile.

Yusuf İkbal Aldemir

Referanslar
1. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bs.3830090402/abstract
2. Joanne Baker, Gerçekten Bilmeniz Gereken 50 Fizik Fikri
3. Carl Sagan, Milyarlarca ve Milyarlarca
4. Jim Al Khalili, Paradoks
Figürler
1. https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Htkym

BilimX, yaklaşık 2 senedir ürettiği 120'den fazla bilimsel makaleyi revize ediyor. Şu anda yazıların %30'u revize edilip yayınlandı. Kasım ayında tamamı bitirilip bilimseverlere sunulacaktır.  İyi Okumalar!