Kütlenin Enerjiye Tümden Dönüşümü

Her ne kadar Einstein kütleyi, yalnızca enerjinin sayısız türünden biri olarak göstererek indirgemiş olsa da, kütle enerjisinin bir açıdan özel olduğu söylenebilir. Kütle enerjisi, bilinen enerji türleri içinde, en yoğun olanıdır. Aslına bakılacak olursa, E=mc2 de bu gerçeği özetleyen bir denklemdir. Fizikçilerin ışık hızı için kullandığı sembol olan c büyük bir sayıya tekabül eder: saniyede 300 milyon metre. Bu değerin karesini alarak çok daha büyük bir sayıya ulaşırız. Bu denklemin 1 kilogram maddeye uygulanması, 9 x 10^16 joule enerji anlamına gelmektedir ki, bu enerji tüm dünya nüfusunu uzaya fırlatmaya yeter.

Elbette ki, 1 kilogram maddeden bu düzeyde bir enerji elde etmek için, bu maddenin tümünün bir başka enerji türüne dönüştürülmesi gerekir. Bunun için, tüm kütlesinin yok olması gerekir. Güneşteki ya da bir nükleer bombadaki nükleer tepkime, maddenin içinde hapis olan enerjinin ancak yüzde birini ortaya çıkarır. Ancak doğa bundan çok daha iyisini yapabilir.

Kara delikler, kütleçekiminin, ışığın kaçmasına bile müsaade etmeyecek kadar kuvvetli olduğu uzay sahalarıdır. Zaten kara delik olarak anılmalarının nedeni de, ışık yaymıyor oluşlarıdır. Kara delikler, kütleli bir yıldız öldüğünde, geriye kalan kalıntıların tümüyle mevcudiyetten silinene dek büzülmeyi sürdürmesiyle oluşur. Madde, su giderine kapılan su gibi, kara deliğin anaforuna kapıldığında, kendi içindeki sürtünmeden dolayı akkor haline gelene dek ısınır. Bu süreçte enerji kendisini ışık ve ısı olarak dışa vurur. Kara deliğin olası en yüksek hızda dönmeye başladığı özel bir durumda, ortaya çıkan enerji dönmekte olan maddenin kütlesinin yüzde 43’üne eşdeğerdir. Bunun anlamı, maddenin kendi içine çökerek bir kara deliğe dönüşmesinin, güneşe ya da hidrojen bombasına güç veren süreçten 43 kat daha etkili olduğudur.

Devamını oku “Kütlenin Enerjiye Tümden Dönüşümü”

Belirsizlik ve Vakum

Beyaz cüceler ve nötron yıldızları bir kenara, Heisenberg belirsizlik ilkesinin ortaya koyduğu belki de en dikkate değer sonuç, boşluğun modern resmidir. Sonuç, boşluğun boş olmamasıdır!

Heisenberg belirsizlik ilkesi, bir parçacığın aynı anda hem enerjisini hem de var olduğu zaman aralığını ölçmenin imkansız olduğunu söylemek için yeniden düzenlenebilir. Dolayısıyla çok kısa bir zaman aralığında bir boşluk parçasında neler olduğunu değerlendirmeye kalkacak olursak, bu parçanın enerji içeriğine yönelik çok ciddi bir belirsizlik oluşacaktır. Diğer bir ifadeyle, enerji kendiliğinden ortaya çıkabilir!

Kütle bir enerji biçimidir. Bunun anlamı, kütlenin de kendiliğinden ortaya çıkabileceğidir. Ancak ortaya çıktıktan kısa bir süre sonra hemen yok olmak durumundadır. Genellikle herhangi bir şeyin yoktan var olmasını engelleyen doğa kanunları, çok hızlı gerçekleşen olayları görmezden geliyor gibi. Bu açıdan doğa kanunlarının durumu, sabah olmadan yeniden garaja bırakması şartıyla, oğlunun arabayı kaçırmasını görmezden gelen bir babaya benzetilebilir.

Pratikte kütle, mikroskobik parçacıklar halinde, boşlukta kendiliğinden oluşmaktadır. Kuantum vakumu aslında birdenbire varoluşa sıçrayan ve hemen ardından yeniden yok olan elektronlar gibi mikroskobik parçacıkların kaynaştığı bir bataklıktır. Ve bu yalnızca bir teori de değildir; gözlemlenebilen sonuçları bulunmaktadır. Kuantum vakumunun çamurlu denizi atomların dışlarındaki elektronları hırpalayarak, dışa verdikleri ışık enerjisini çok hafif bir şekilde değiştirir.

Doğa kanunlarının herhangi bir şeyin yoktan var olmasına izin veriyor olması gerçeği, evrenin kökenleri üzerine çalışan kozmologların gözünden kaçmamıştır. Günümüzde bilim adamları tüm evrenin, aslında vakumun kuantum dalgalanmasından başka bir şey olup olmadığını düşünüyor. Bu olağandışı bir düşünce.

Madde Dalgaları

1924’te Louis-Victor de Broglie madde parçacıklarının da dalga gibi davranabileceği fikrini ortaya attı. Her nesnenin kendine özgü bir dalga boyu olduğunu, dolayısıyla parçacık-dalga ikiliğinin sırf ışığa özgü olmadığını ileri sürdü. Üç yıl sonra elektronlardan tıpkı ışık gibi kırındığı ve girişim yaptığı gözlenince, madde dalgası fikri kanıtlanmış oldu. Günümüz fizikçileri nötron ve proton gibi daha büyük parçacıkların hatta karbondan mikroskobik futbol topuna benzetebileceğimiz “bucky” kürelerinin de aralarında olduğu bazı moleküllerin bile dalga gibi davrandığını gözlediler. Bilye ya da rakun gibi büyük nesnelerin dalgaboyları çok küçük olur; öyle ki onların dalgaı gibi davrandığını gözlemleyemeyiz. Bir tenis topunun dalga boyu 10-34 metredir; yani bir protonun çapından (10-15 metre) çok daha kısadır.

Plazma Evren Modeli

plazma-evrenStandart evren modelinin kendisi gediklerle doludur. Ama yine de, en başta bir alternatifinin olmaması nedeniyle, kötü bir şekilde sallanmasına rağmen hâlâ ayaklarının üzerinde durmaktadır. Bununla birlikte, bilim dünyasında bir şeyler kıpırdanıyor. Büyük patlama teorisini reddetmekle kalmayıp, sonsuz ve sürekli değişen bir evren fikrinden yola çıkan yeni fikirler şekillenmeye başlıyor. Bu teorilerden hangisinin haklı çıkacağını söylemek için henüz çok erken. İlginç hipotezlerden biri olan “Plazma Evren” hipotezi, Nobel Ödülünü kazanan İsveçli fizikçi Hannes Alfvén tarafından ileri sürülmüştü. Teoriyi ayrıntılarıyla ele alamasak da, en azından Alfvén’in fikirlerinden bazılarından söz etmek gerektiği kanısındayız.

Alfvén laboratuvardaki plazma araştırmalarından kalkarak evrenin nasıl evrimleştiğini incelemeye başladı. Plazma elektriksel olarak iletken sıcak gazlardan oluşur. Bugün evrenin %99’unun plazma olduğu biliniyor. Normal gazlarda, elektronlar bir atoma bağlıyken ve kolayca hareket edemezken, bir plazmadaki elektronlar çok büyük sıcaklıklar nedeniyle atomdan koparlar, böylelikle de serbestçe hareket etmeleri olanaklı olur. Plazma kozmologları, “muazzam elektrik akımları ve güçlü manyetik alanlar tarafından kesilen ve elektromanyetizma ile kütleçekimin kozmik kontrpuanıyla düzenlenen” bir evren tasavvur ederler. 1970’lerde, Pioneer ve Voyager uzay araçları, Jüpiter, Satürn ve Uranüs etrafında plazma filamanlarıyla dolu elektrik akımlarının ve manyetik alanların varlığını saptadılar.
Devamını oku “Plazma Evren Modeli”

Görelilik ve Kara Delikler

karadelikNewton’dan farklı olarak Einstein’a göre, kütleçekim zamanı etkiler, çünkü ışığı etkiler. Eğer bir kara deliğin kenarında hareketsiz tutulan bir ışık parçacığı hayal edilirse, bu parçacık ne ilerler ne de geriler, ne enerji kaybeder ne de kazanır, yalnızca belirsiz bir şekilde askıda kalır. Böyle bir durumda, “zamanın kıpırdamadan durduğunu” ileri sürmek mümkündür. Kara delikleri ve onun niteliklerini savunan görelilikçilerin iddiası budur. Sözün kısası, kastedilen, eğer tüm hareket sona erdirilseydi, ne durum ne de konumda herhangi bir değişimin olmayacağı ve bu nedenle de kelimenin herhangi bir anlamında zaman diye bir şeyin bulunmayacağıdır. Kara deliğin kenarında varolduğu farz edilen durum budur. Ne var ki bu, son derece spekülatif ve mistik bir yorum olarak görünmektedir.

Tüm maddeler sürekli bir değişim ve hareket halindedirler ve bu nedenle burada söylenen şey, eğer madde ve hareket yok edilirse, zamanın da yok olacağından başka bir şey değildir, ki bu tam bir totolojidir. Bu şunu söylemekten farksızdır; eğer madde yoksa madde yoktur, ya da eğer zaman yoksa zaman yoktur. Çünkü her iki ifade de tıpatıp aynı şeyi anlatır. Tuhaftır ama, görelilik teorisinde zamanın ve uzayın ne olduğuna dair bir tanım aramak boşunadır. Einstein şüphesiz bunu izah edilmesi zor bir şey olarak görmüştü. Ne var ki, kendi geometrisi ile klasik Öklid geometrisi arasındaki farkı izah ederken bu noktaya oldukça yaklaşmıştı. İçinde uzayın eğrilmediği bir evren hayal edilebileceğini, ama bunun bütünüyle maddeden yoksun olacağını söylemişti. Bu tastamam doğru bir yöne işaret eder. Kara delikler hakkındaki tüm yaygaralardan sonra, Einstein tarafından bu konuya hiç değinilmediğini keşfettiğinizde şaşırabilirsiniz. O, esasen çok karmaşık bir matematiğe dayalı dikkatli bir yaklaşıma bel bağlamış ve gözlem ve deneyle doğrulanabilecek öngörülerde bulunmuştu. Kara delik fiziği, açıkça saptanmış ampirik verilerin yokluğunda, son derece spekülatif bir karaktere sahiptir.
Devamını oku “Görelilik ve Kara Delikler”

Zaman ve Felsefe

atina-okuluAntik Yunanlılar, zaman, uzay ve hareketin anlamını modern çağdaki insanlardan çok daha derin bir şekilde kavramışlardı. Yalnızca Antik çağın en büyük diyalektikçisi olan Herakleitos değil, aynı zamanda Elea okuluna bağlı filozoflar da (Parmenides, Zenon) bu olgunun oldukça bilimsel bir kavranılışına ulaşmışlardı. Uzay ve madde, “dolu” ve “boş” düşüncesince ifade edildiği biçimiyle genellikle karşıt şeyler olarak görülür. Ne var ki, pratikte, biri, diğeri olmaksızın varolamaz. Birbirlerini ön varsayar, belirler, sınırlar ve tanımlarlar. Uzay ve maddenin birliği, karşıtların en temel birliğidir. Bu gerçek, Yunan atomcuları tarafından daha o zamanlar kavranmıştı, onlar evreni yalnızca iki şeyden oluşmuş bir şey olarak canlandırıyorlardı; “atomlar” ve “boşluk”. Esasında, bu evren görüşü doğrudur.

Görelilikçilik, felsefe tarihinde defalarca gözlenmiştir. Sofistler, “insan her şeyin ölçüsüdür” diyorlardı. Onlar mükemmel görelilikçiydiler. Mutlak gerçeğin olabilirliğini reddederek, uç bir öznelciliğe meylettiler. Günümüzde sofistlerin kötü bir ünü var, ama gerçekte onlar felsefe tarihinde ileri atılmış bir adımı temsil ediyorlardı. Kendi saflarında birçok şarlatanın yanı sıra Protagoras gibi bir dizi hünerli diyalektikçiyi de barındırıyorlardı. Sofizmin diyalektiği, gerçeğin çok yönlü olduğu doğru fikrine dayanıyordu. Şeylerin, birçok özelliğinin olduğu gösterilebilir. Verili bir olguya birçok yönden yaklaşma becerisine sahip olmak gereklidir. Diyalektikçi olmayan bir düşünür için dünya, birbirinden ayrı duran şeylerden oluşmuş çok basit bir mekandır. Her “şey”in uzay ve zamanda cisimsel bir varlığı vardır. “Burada” ve “şimdi” önümde durmaktadırlar. Ne var ki, daha yakından bakıldığında, bu basit ve tanıdık sözlerin gerçekte tek yanlı soyutlamalar oldukları ortaya çıkar.
Devamını oku “Zaman ve Felsefe”

Maddenin Yok Oluşu mu?

atom-bombasiGöreliliğin keşfedilmesinden uzun zaman önce, bilim iki temel ilke keşfetmişti; enerjinin korunumu ve kütle korunumu. Bunların ilki 17. yüzyılda Leibniz tarafından ayrıntılı olarak incelenmiş ve ardından 19. yüzyılda bir mekanik ilkesinin doğal sonucu olarak geliştirilmişti. Çok daha önceleri, ilk insanlar, sürtme yardımıyla ateş yaktıklarında ve böylelikle de verili bir enerji miktarını (iş) ısıya dönüştürdüklerinde, işin ve ısının eşdeğerliliği ilkesini pratik olarak keşfetmişlerdi. Bu yüzyılın başlarında, kütlenin enerji biçimlerinden sadece biri olduğu keşfedilmişti. Bir madde parçacığı oldukça yüksek düzeyde yoğunlaşmış ve lokalize olmuş enerjiden başka bir şey değildir. Bir parçacıkta yoğunlaşan enerji miktarı onun kütlesiyle orantılıdır ve toplam enerji miktarı her zaman sabit kalır. Bir çeşit enerjinin kaybı, bir başka çeşit enerjinin kazanılmasıyla telâfi edilir. Enerji sürekli olarak biçimini değiştirirken yine de her zaman aynı kalır.

Einstein, bizzat kütlenin şaşılacak miktarda bir enerji barındırdığını kanıtlamakla bir devrim gerçekleştirmişti. Kütle ve enerjinin eşdeğerliği E = mc2 formülüyle ifade edilir, burada m kütle, c ışık hızı (yaklaşık olarak saniyede 300.000 km) ve E de durgun cismin barındırdığı enerjidir. m kütlesinde içerilen enerji, ışığın muazzam hızının karesiyle bu kütlenin çarpımına eşittir. Kütle bu nedenle enerjinin oldukça yoğunlaşmış bir biçimidir, bu enerjinin gücü hakkında şu gerçek bizlere bir fikir verebilir; bir atom bombasının patlamasıyla açığa çıkan enerji, enerjiye dönüşen kütlenin binde birinden daha azdır. Normalde, madde içinde hapsolmuş bu muazzam enerji kendini dışa vurmaz ve bu nedenle de göze çarpmaz. Ama atom çekirdeğinin içindeki süreçler belli bir kritik noktaya ulaşırsa, bu enerjinin bir kısmı, kinetik enerji olarak dışarı salınır.
Devamını oku “Maddenin Yok Oluşu mu?”