Özel ve Genel Görelilik

Siteye yazımı doğrudan eklediğimde formüller kaybolduğundan resim şeklinde eklemek zorunda kaldım. Umarım bu kuramla ilgilenenlere küçük bir şeyler de olsa anlatabilmişimdir. Resimlerin üstünü tıklarsanız yazıları daha rahat okuya bilirsiniz.

Genel görelilik

Bu kuram bulunalı nerdeyse 100 yıl oldu. Ama hala ülkemizde yeterince önemsenmemekte ve ders içeriklerine eklenmemektedir. Ülkemizin ekonomik sıkıntılarından dolayı teknolojiden geri kalmasını anlayabilirim. Ama bilginin bir ağırlığı, hacmi ve maliyeti yoktur. O bulunduğu yerde hiç yer kaplamaz ve sıkıntı oluşturmaz. Genel görelilik kuramı klasik fizikte saklı sönük bir fenerken, Einstein'in hayal gücüyle klasik fiziğin birçok karanlığını aydınlatan bir ışık oldu. Fiziği tümden parçalayarak değil, sadece bazı sınırlardan keserek görelilik kuramın üstünde tekrar bir araya getirdi. Yani siz kesilen sınırlara yaklaşmadıkça klasik fiziği uygulamaya devam edebilirsiniz. Ama kütlenin uzay-zamanı büktüğünü unutmamak şartıyla.Hep bu kuramı zihnimizde canlandıramayacağımızı söyler. Oysa ben Einstein'in bunu yaptığını düşünüyorum. Evet! zihninde bir şekilde parçaları bir araya getirdi ve tam o sırada gerçek olduğu gibi hafızasında canlandı.
Gördüğümüz her şey üç boyutludur. Eğer biz hayal gücümüzü gördüklerimizle sınırlarsak tüm dünyanın küçük zihnimize girmesini nasıl anlayabiliriz. Demek istediğim iç dünyamızın dış dünyan çok farklı ve gizemli sırlar taşıdığı. Şimdilik bu kuramın detaylarına girmeyeceğim. Belki zamanla kısa kısa değinerek sizinle paylaşırım. Belirtmek isterim ki bu kuram kuantumun uçuk varsayımlarına oranla tam bir mantık abidesidir. Umarım kısa sürede müfredat konularına eklenir.

Yıldırım ne kadar uzakta çaktı

Fiziğe neden bu kadar bağlı olduğumu bilmiyorum. En sıkıntılı haldeyken bile fizikle uğraşmak kendimi iyi hissetmemi sağlıyor. Sorunları bir kenara bırakıyor ve fiziğin gizemine bırakıyorum kendimi. Hoşuma giden fizikte ne kadar çok parça olursa olsun gerçekte bütün olmaları. Bu yüzden siz bir parçaya tutunduğunuz anda tıpkı algoritmik sistemler gibi diğer tüm parçaları yeteneğinize göre bulabilir ya da hissedebilirsiniz.
Hatırlıyorum da bir kış gecesi şiddetli bir yağmur yağıyordu. Yağmura bide fırtına eklenince elektriğin kesilmesine sebep olmuştu. Mum ışığında oturmuş yağmuru dinliyordum, yağmur çok zaman beni maziye sürükler o gece de öyle olmuştu. Ama birden şimşek ve gök gürültüsü beni kendime getirmişti. Artık tüm dikkatim şimşekte toplanmıştı acaba nereye düştü, bu kadar gürültülü olduğuna göre çok yakın olmalı. Aslında çok zaman yağmurlu ve gök gürültülü havalar çok kişinin aksine benim hoşuma gider bu yüzden sonbaharı çok zaman özlerim hele yaprakların dökülmesi tıpkı kar taneleri gibi… Neyse konuyu fazla dağıtmasam iyi olur. O gece yıldırımların arkası kesilmedi önce her tarafı saran bir ışık ardından büyük bir gürültü. Acaba yıldırımın ne kadar uzakta oluştuğunu bulmanın bir yolu yok muydu? Ne de olsa evrenin yaratıcısı fiziği bize bahşetmişti. O an birden bunu hesaplamanın çok basit bir yolunu buldum.Bu basit hesaplamayı sizinle de paylaşmak istiyorum. Şimşek ve gök gürültüsü aynı anda oluşur ama ışık sesten daha hızlı olduğu için bize daha önce ulaşır. Işık saniyede dünyanın etrafını yaklaşık 7 kez turlar. Bu yüzden gök gürültüsü oluştğu anda ışık bize çok hızlı geldiğinden biz bu noktada oluşan zaman kaybını ihmal edip ışığı gördüğümüz anda saatimize bakarız ve gök gürültüsünün ne kadar zaman sonra geldiğini ölçerek aradaki zaman farkını ses hızı ile çarparız (340 metre/saniye). Bulduğumuz değer bulunma noktamızdan yıldırımın ne kadar uzakta çaktığını söyler.

Çift yarıklı deneyi kendimiz yapabilir miyiz

Aslında ben bu deneyi defalarca tekrarladım; en başta yarıkları bir kartonu keserek oluşturmuştum, ışık kaynağı olarak da güneşi kullanmıştım. Bırakın girişim olmasını ışığın dalgalı hareketine dair hiçbir şey gözlemleyememiştim. Başarısız olunca boş verirdim. Aradan bir kaç hafta geçince de dayanamaz deneyi tekrarlardım. Sonra tek ışık dalgası kullanmam gerektiğini fark ettim. Yine yeterli olmadı. Bilim teknik sitesine deneyle ilgili sorular yönelttim. Ama cevaplamak için ya sorularıma sıra gelmedi yada ciddiye alınmadı. Bu deneyi yapmak isteyen herkese deneyi nasıl yaptığımı paylaşmak istiyorum. Aslında çok zor bir deney değil ama bilgi ve dikkat isteyen bir deney. Başarısızlık gösterdiğim deneylerde dikkat etmediğim nokta yarıkların genişliğinin gelen ışığın dalga boyunun büyüklüğüne yakın olması gerektiğiydi. İşimi kolaylaştırmak için dalga boyu en büyük olan görünür ışığı seçtim, bu kırmızı ışıktı. Ama yarıkları nasıl bu kadar ince kesebilirim derken aklıma keskin jiletleri kullanmak geldi. Ama jiletleri kesmede kullanmak yerine jiletleri şekildeki gibi bir kartona yapıştırarak oldukça ince ve pürüzsüz iki yarık elde ettim.Işık kaynağı olarak da şu 1 ytl lik lazerleri kullandım. Aslında yarıklar bir birinden uzak olduğu için lazerin ışığını iki yarığa aynı anda ulaştıramazsınız. Ama bu sorun değil çünkü girişimi tek yarığa lazeri tutarakta elde edebilirsiniz. Ben girişimi gözleyince iki yarığın arasını kapatıp deneyi tekrarlamayı düşünmedim. Çünkü sonuç değişmeyecektir. Ama siz isterseniz onu da deneyin. Bu kuantumla ilgili yaptığım ilk deneydi. Bununla ışığın dalgalar halinde hareket ettiğini deneysel olarak gözlemleye bilmiştim. Hala ışığın bu davranışına karşı şaşkınlık içindeyim.

schrödinger'in kedisi adlı deneyi bu sefer anlamayan kalmayacak

Schrödinger’in kedisi başlıklı yazıda ki resimde kutunun tabanının toprakla örtülü olduğunu düşünün. Diyelim ki foton dalgası bir dakikada siyanüre ulaşsın. Biz kutuyu 43200 dakika (yani 1 ay) sonra açalım. Eğer kedi 1 dakika sonra ölmemişse geri kalan 43199 dakika boyunca nefes alıp vermeye devam eder (tabi havasızlıktan ölmesini ihmal ediyoruz)kedinin solunum yapmasından dolayı ortamdaki karbondioksit (CO2) miktarı artar. Ama 1 dakika sonra ölmüşse topraktaki çürükçül bakteriler devreye girer ve 43199 dakika süresince kediyi sindirerek ortama amonyum (NH4) vereceklerdir.peki kutuyu açtığımızda hangi durumu görürüz?. Kuantum fiziği burada devreye girer ve kutuyu açtığımız ana kadar ortamda hem karbondioksit (CO2) hem de amonyum (NH4) miktarının artığı, açtıktan sonra ise CO2 ve NH4 dan sadece birinin artacağını söyler. Bu sanırım size de çok ilginç gelmiştir. Kuantumun matematiksel temelini schrödinger keşfetmesine rağmen daha sonra bu kuramdan soğumuştur.aslında bu deney sadece atom altı parçacıkların sınırları içinde olsaydı kuantum haklı çıkacaktı çünkü fotonlar ve diğer atom altı parçacıklar aynı anda iki faklı sonucu göstere biliyorlar, bunu neden ve nasılın yaptıklarını hala bilmiyoruz. Ama deneylerde bunu maalesef görüyoruz.

Schrödinger’in Kedisi

Duvarlarından ne içeriye ne de dışarıya hiçbir fiziksel etkinin geçemeyeceği şekilde mükemmel inşa edilmiş kilitli bir sandık düşünün. Sandığın içinde bir kedi ve ayrıca herhangi bir kuan­tum olayı tarafından çalıştırılmaya hazır bir aygıt bulunduğuna varsayın. Kuantum olayı meydana geldiği anda aygıt içinde si­yanür bulunan küçük bir şişeyi kırar ve kedi ölür. Böyle bir olay meydana gelmezse, kedi yaşayacaktır. Schrödinger'in özgün tarifinde kuantum olayı, bir radyoaktif atomun parçalanmasıydı. Biz bunu biraz değiştireceğiz ve kuantum olayını, bir fotosel bir foton tarafından uyarılması olarak alacağız. Bu foton, önceden belirlenen bir durumdaki ışık kaynağı tarafından üretilmiş ve yarı saydam ayna tarafından yansıtılmış olacak. Aynadaki yansıma, fotonun dalga fonksiyonunu iki kısma ayırır. bunlardan birisi yansıtılırken diğeri aynadan geçer. Yansıtılan fotonun dalga fonksiyonu bir fotoselde odaklanır ve böylece şu anlaşılır; foton, fotoselde kaydediliyorsa aynadan yansıtılmıştır. Bu aşamada siyanür gazı serbest kalır ve kedi ölür. Fotosel kayıt yapmazsa foton, yarı saydam aynadan geçerek arkadaki duvara iletilmiş demektir ve kedi kurtulur.
Bu noktada sözü kuantum fiziğine bırakırsak “tek fotonun yönü belirlenmediği sürece belirtisi iki yönde de görünür. Ama bu belirtiyi biz gözlemleyemeyiz sadece iki yöndeki belirtinin birbirine tavrını sonuç çerçevesinde inceleyebiliriz.” diyecektir. Paylaşması bizden yorumlanması sizden. (şekil Roger Penrose'tan değiştirilerek eklenmiştir)

Kuantum fiziği

Kuantum fiziği belirsizlik ortada olduğu sürece fotonun bulunabileceği olası yerlerin hepsinde aynı anda bulunduğunu söyler. Örneğin iki yarıklı deneyde diyelim ki foton birinci yarıktan geçtiğinde -1 değerini, ikinci yarıktan geçtiğinde +1 değerini versin. Eğer fotonun hangi delikten geçtiğini önceden biliyorsak bu değerlerden birini veriyor ama bilmiyorsak her zaman sıfır(0) değerini veriyor. Yani tek foton her iki delikten aynı anda geçiyormuş gibi bir sonuç veriyor. Gerçekte ise tek delikten geçer ama doğanın kendisi de hangi delik olduğunu bilmediği için fotonun perdeye çarpma anına kadar onu iki delikten geliyor kabul eder ve fiziksel kurallar da bu kabullenmeye göre tavır takınır. Fiziksel kurallar da bunu kabul ediyorsa biz neden etmeyelim. Aslında kuantum fiziğini gerçekten anlayanlar öncelikle bu kuramı tamamen saçma görür. Ama temelindeki formülleri inceleyip deney sonuçlarıyla karşılaştırınca "tam isabet "deyip cazibesine kapılıyorlar. Bence matematik temelleri iyi olan bir teoremin yorumu mantıklı olmayabilir. Kuantum da onlardan biri olmalı. Mesela gelin birlikte bir deney yapalım; yarı geçirgen bir cama tek renkte bir ışık demeti gönderelim, cam yarı geçirgen olduğundan ışığın yarısı geçirirken diğer yarınsını yansıtır. Yarım yıl beklediğimizi düşünün bu durumda camdan yansıyan ve geçen ışık dalgaları arasındaki uzaklık bir ışık yılı kadar uzakta olur. Kuantum fiziği bu büyük uzaklığın uçlarında fotonun aynı olasılıkla bulunduğunu söyler. Bu ne kadar mantıklı olabilir.