---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Minik Kara Delikler Paralel Evrenlerin Varlığını Kanıtlayabilir

Bilim insanları; dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısının tekrardan başlatılmasıyla; Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (BHÇ)’nın evren hakkında bize başka hangi bilgileri vereceği noktasında oldukça sabırsızlanıyorlar.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı yaklaşık 2 yıldır çalışamaz durumdaydı, dolayısıyla bilimciler, çalışmalarını sürdüremiyor ve geliştiremiyorlardı. BHÇ; çok küçük parçacıkları –neredeyse ışık hızına yakın olabilecek– inanılmaz hızlara çıkarıyor ve sonrasında bu parçacıkları bir çarpışma rotasına sokarak çarpıştırıyor. Çarpışma neticesi bu çok küçük parçacıklar daha küçük parçacıklara ayrılıyorlar ve sonuçlar kaydediliyor. Tıpkı akıllı bir telefonu paramparça ederek içerisinde neler olduğunu görmek gibi ancak daha bilimsel olanı.

Yenilenmiş BHÇ; bilim insanlarına alternatif evrenlerin varolduğu düşüncesine kanıtlar bulma noktasında yardımcı olabilir. Yeni yayınlanan bir makalede, fizikçiler Ahmed Farag Ali, Mir Faizal ve Mohammed M. Khalil; minyatür kara deliklerin saptanmasının bu görünmez evrenlerin varlığına dair kanıt olabileceğini söylüyorlar. Yani “diğer boyutlardaki gerçek evrenlerin” varlığı bilimcilerin tam olarak üzerine yoğunlaştıkları şey. Faizal:

“Diğer boyutlara evrenimizden yer çekimi sızabilen, bu denli bir model BHÇ’de saptanacak minik kara deliklerin saptamasıyla test edilebilir. Yerçekimi gökkuşağındaki (yeni bir teori) bu minik kara deliklerin saptanması için gerekli olan enerjiyi hesapladık. Eğer bu enerjide minik kara delikler saptarsak, hem Yerçekimi Gökkuşağını hem de ekstra boyutların doğru olduklarını bileceğiz” diyor.

Yerçekimi gökkuşağı; Einstein’ın Görelilik Teorisinin yerçekimi bakış açılarının kuantum düzeyde bozulmuş olduğu düşüncesini açıklama girişiminde olan teoridir.

Bilimciler minik kara deliklerin oluşturulabileceği noktasında oldukça iyimserler, çünkü güncellenmiş BHÇ’nin kendilerine ihtiyaç duydukları enerjiden daha fazlasını sağlayabilecek durumda olmasını bekliyorlar.

Eğer bu minik kara delikler oluşturulabilirse, buluş yalnızca paralel evrenlerin varolduğuna dair kanıt sunmayacak, aynı zamanda da kuantum mekaniği (çok küçük şeyler) ile genel görelilik (büyük şeyler) arasındaki uzlaşmazlığı açıklayan bilimsel bir model olan sicim teorisinde de yeni gelişmelere yol açacak.

Ve eğer minik kara delikler oluşturulamazsa, sonuçlar daha az heyecan verici olacak ancak her şeye karşın yine de bilimsel bilgide bir ilerlemeye sebep olacak. Makalenin yazarlarından M. Khalil:

“Eğer öngörülen enerji seviyelerinde kara delikler saptanmazsa, bu durum olası üç ihtimalden birisi demek olacak. Birincisi; diğer boyutlar yoktur. İkincisi, diğer boyutlar vardır fakat beklediğimizden daha küçüktürler. Ya da üçüncüsü; yerçekimi gökkuşağının parametreleri değiştirilmelidir” diyor.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Ekstra Boyutları Tespit Edebilir

Mar 20, 2015 - Baran Bozdağ


Physics Letters B dergisinde yayımlanan bir çalışmada, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın (LHC) daha önce Higgs Bozonu ile ilgili bulgularını gölgede bırakacak yeni bir işlevi ortaya koyuldu. Yazarlar LHC’ın miki kara delikleri tespit edebileceğini öngörüyor. Kendi başına böyle bir gelişme son derece büyük bir önem arz ediyor, yine de başka önemli buluşların da önünü açabilir..

Araştırma dahilindeki bulgular ve öngörüler daha önceleri teorik fizikçilerin ilgisini çeken sonsuz sayıda ve birbirinden farklı evrenler olduğunu iddia eden “çoklu-dünyalar hipotezi” kadar ilgi çekici olarak nitelendirildi. Yeni bilim kurgular yolda gibi görünüyor.. :)

Normalde insanlar çoklu evrenleri düşündüğünde çoklu dünyaların farklı kuantum interpretasyonu ile var olduğunu ve tüm ihtimallerin var olduğunu düşünürler. Bu test edilebilir bir olgu olmadığından bilimsel de değildir, tamamen felsefi bir fikir olarak görülmelidir.

Araştırmada bahsedilen ise gerçek evrende bulunan ekstra boyutlar. Kütle çekimi evrenimizden dışa doğru yeni boyutlara geçiş yaptığında, bu model LHC tarafından tespit edilen mini kara delikler ile test edilebilir.

Evrenin çok küçük kara delikler ile dolu olma fikri, kara madde bulmacasını çözmeye yarayabilecek bir itki kuvveti olarak lanse edildi. Gel gelelim, böyle nesnelerin var olması tamamen evrenin boyut sayısına bağlı. Konvansiyonel dört-boyutlu evrende, böyle kara delikler oluşmak için 1016 TeV enerjiye ihtiyaç duyar, bu miktarda enerji LHC‘ın üretebileceği enerjinin yaklaşık 15 katına eşit.

Sicim teorisi, LHC deneylerinde tespit edilebilecek kadar küçük bir enerji gerektiriyor olurdu.

Eğer tespit edilmediyse, sicim teorisi yok mudur? Araştırmanın yazarlarına göre hiç de öyle değil. 10-boyutlu evrende kara deliklerin oluşması için gereken enerjinin tahmini, uzay zamanın kuantum deformasyonu ile değişen yer çekimini kayıt dışı bırakıyor.

Hızla akla gelen bir soru olan bu deformasyonun gerçek olma ihtimali.. Eğer olsa bile, yazıda 4-boyutlu evrenden daha az enerji gerektirecekleri tartışılıyor. Yine de bu miktar bile bu güne kadar ki çalışmalardaki enerjinin iki katını gerektiriyor. LHC 14 TeV enerjiye ulaşabilecek şekilde tasarlandı ancak bugüne kadar en fazla 5.3 TeV’e ulaşıldı. Kara deliklerin 11.9 TeV enerji ile tespit edilebileceği kaydedildi. Bu durumda LHC ful kapasiteyle çalıştığında , küçük kara delikleri bulabiliriz.

Böyle bir buluş, mikro düzeyde uzay-zaman deformasyonu, ekstra boyutların varlığı, buradaki paralel evrenler ve sicim teorisi gösterebilir.Ekibin tanımına göre yeni kara delik teorisi ” yer çekimi bulutu” doğru enerji seviyelerinde tespit edilebilir ve doğrulanabilir. Böyle etkileyici bir devrim niteliği taşıyan buluş, fizik bilimini değiştirip yeni bir boyuta taşıyabilir.



Referans: Phys.org , Large Hadron Collider Could Detect Extra Dimensions ,

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

CERN'in yeni hedefi: Yüksek Boyutlar

- 21 Ekim 2015


Laboratuvar ortamında kara delik... ama minyatüründen!


Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN), yeni ve büyük bir deneye hazırlanıyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) gerçekleştirilecek yüksek enerji ile atomları çarpıştırarak, "küçük kara delikleri" tespit etmeye çalışacaklar. Deneyin başında bulunan Profesör Mir Faizal'a göre "tahminimize göre yer çekimi başka boyutlara akabilir ve eğer bu gerçekleşirse LHC'de minyatür kara delikler üretilebilir."

Prof Faizal, başka boyutlar ve paralel evren dendiğinde akla bilim-kurgu filmlerindekine benzer şeylerin geldiğini oysa bunun test edilemeyeceği için deney değil, felsefe olduğunu söylüyor. "Paralel evrenren kastımız bu değil. Kast ettiğimiz şey, ilave boyutlardaki gerçek evrenlerdir. Tıpkı iki boyutlu (uzunluk ve genişlik) objelerin üçüncü bir boyutta (yükseklikte) varolabildiği üst üste konmuş paralel kağıtlar gibi, paralel evrenler de daha yüksek boyutlarda varolabilir. Eğer daha önce belirlediğimiz enerji seviyesinde minyatür kara delikler tespit edersek, o zaman hem yerçekimi gökkuşağının* hem de ilave boyutların doğru olduğunu öğrenmiş olacağız"

Geçtiğimiz sene başlatılan ve önümüzdeki aylarda nihayete erdirilmesi planlanan paralel evrenler ve ilave boyutlar ile ilgili çalışmaların metafizik sonuçları ne olacak, merakla bekliyoruz.


* Yerçekimi gökkuşağı denilen kavram, einstein’ın kütleçekim kuramı ile ilgilidir
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Uzay-Zamanın Kuantum Kaynağı
 

Yıldızlararası (2014) filmindeki gibi betimlenen kara delikler birbirlerine kuantum kaynaklı olmaları muhtemel solucan delikleri ile bağlanıyor olabilir.

Çok sayıda fizikçi kuantum garipliklerinin temelinde dolaşıklığın olduğunu düşünüyor. Hatta bazıları uzay-zamanın geometrisinin özünde de dolaşıklığın olabileceğinden kuşkulanıyor.
2009 yılının başlarında üniversitedeki öğretim üyeliği görevinden bir yıllık ücretli izin alan Mark Van Raamsdonk, bu süre boyunca fizikteki en derin gizemlerden biri ile uğraşmaya karar verir: Kuantum mekaniği ile kütleçekim arasındaki ilişki. Bir yıllık çalışmanın ardından meslektaşlarının da fikrini alan bilimci, Journal of High Energy Physics dergisine konuyla ilgili makalesini gönderir.

Nisan 2010’da dergi kendisine makalesinin kabul edilmediğini bildirir. Gönderdikleri raporda, makaleyi değerlendirenlerden biri Kanada’da bulunan British Columbia Üniversitesi fizikçilerinden olan Van Raamsdonk’un kafayı yediğini ima etmektedir.

Bir sonraki makale gönderimini General Relativity and Gravitation dergisine yapar. Aldığı tepki birazcık daha iyidir: Değerlendiren kişi yaralayıcı birkaç söz etmiş ve dergi editörü makaleyi yeni baştan yazmasını istemiştir.

Fakat o sıralarda Van Raamsdonk, yazısının kısa bir versiyonu ile Massachusetts Wellesley’de bulunan Kütleçekim Araştırma Derneği tarafından her yıl düzenlenen prestijli bir makale yarışmasına katılmıştı. Birincilik ödülünü kazanmakla kalmayıp, oldukça ironik bir başarının da tadını çıkardı: Yazısının General Relativity and Gravitation dergisinde yayımlanmasının garantilenmesi.

Yine de editörler temkinliydi. Kuantum mekaniği ile kütleçekimin başarılı bir şekilde birleştirilmesi, fizikçilerin neredeyse yüz yıldır peşinde olduğu şeydi. Kuantum mekaniği en küçüklerin dünyasını yönetir; bir parçacık aynı anda birden fazla yerde olabilir, aynı anda hem saat yönünde hem de saatin tersi yönünde dönebilir ve daha pek çok garip şey olur. Kütleçekim ise en büyüklerin evrenini yönetir; elmalar düşer, gezegenler belirli yörüngelerde dolanır. Kütleçekim bundan tam 100 yıl önce Kasım ayında, Albert Einstein’ın duyurduğu genel görelilik kuramı ile tanımlanır. Kuram, kütleçekimin geometri demek olduğunu belirtir. Einstein, parçacıkların büyük kütleli nesnelerin yanından geçerken sapmalarının nedeninin bir çekim kuvveti hissetmekten değil, uzay-zamanın o nesne etrafında eğim kazanmış olmasından ileri geldiğini söyler.

Her iki kuram da çok sayıda deney ve gözlem ile doğrulanmıştır. Fakat ikisi bir türlü birbirleri ile uyumlu duruma getirilememiştir. Editörlerin bakış açısından, Van Raamsdonk’un bu uyumsuzluğu giderme biçimi çok tuhaftı. Dediğine göre gereken tek şey “dolaşıklık” idi; yani pek çok fizikçiye göre kuantum dünyasındaki en garip görüngü. Dolaşıklık, bir parçacığın durumu ölçüldüğü anda, onun dolaşık eşinin durumunun da belirlenmesini sağlıyordu; hem de aralarındaki uzaklık ne olursa olsun. Samanyolu’nun öte ucunda olsa bile aynı şey geçerliydi.

Einstein ise dolaşıklık fikrinden tiksiniyor, alaycı bir üslupla “uzaktan hayaletimsi etki” diye adlandırıyordu. Ama dolaşıklık kuantum kuramının merkezindeydi. Van Raamdonsk da Einstein gibi düşünen fizikçilerle bu ironiyi tartışıyordu. Einstein’ın itirazlarına rağmen, dolaşıklık geometrinin temelinde, dolayısıyla da Einstein’ın geometrik kütleçekim kuramının temelinde yatıyor olabilirdi. Uzay-zamanın, kuantum sistemdeki şeylerin nasıl dolaşıklaştığının geometrik bir resminden ibaret olduğunu öne sürdü.

Bu düşünce kanıtlanmaktan epey uzaktı ve kuantum kütleçekimin tamamlanmış bir kuramı olduğunu söylemek de güçtü. Fakat bağımsız olarak yapılan başka çalışmalar da hemen hemen aynı sonucu işaret ediyordu ve böylece önemli kuramcıların yoğun ilgisine mazhar oldu. Şu anda bir kısım fizikçi geometri-dolaşıklık ilişkisini geliştirmek üzerine çalışmalar yapıyor ve bunun için ellerindeki kuantum hesaplama ve kuantum bilgi kuramı için geliştirilmiş olan tüm modern araçlara başvuruyor.

“Kuantum kuramı ile kütleçekim arasında son on yılda beliren bağlantıların devrim niteliğinde olduğunu bir an bile tereddüt etmeden söyleyebilirim,” diyor Stanford Üniversitesi’nden fizikçi Bartłomiej Czech.

Kütleçekimsiz Kütleçekim

Bu çalışma büyük ölçüde fizikçi Juan Maldacena’nın 1997’deki keşfine dayanıyor. Şu an Princeton İleri Araştırma Merkezi’nde çalışan Maldacena’nın çalışması, görünüşte farklı olan iki evren modeli arasındaki ilişkiyi ele alıyordu. Biri bizimkine benzeyen, üç boyutlu, kuantum parçacıklarla dolu, Einstein’ın kütleçekim yasalarına uyan, fakat ne genişleyen ne de büzüşen bir evren. Bu evren “anti-de Sitter uzayı (AdS)” olarak bilinir ve genelde yığın diye bahsi geçer. Öteki model de temel parçacıklarla doludur, ama bir boyutu eksiktir ve kütleçekim yoktur. Genellikle sınır olarak bilinir ve matematiksel olarak tanımlanmış bir zar olduğu söylenebilir. Yığında bulunan herhangi bir noktadan sonlu uzaklıktadır ama yığını bütünüyle sarar. Bunu 3 boyutlu hava hacmini saran 2 boyutlu balon zarı gibi düşünebiliriz. Sınırdaki parçacıklar “konformal alan kuramı (CFT)” denilen kuantum sistemin eşitliklerine uyar.

Maldacena sınır ile yığının bütünüyle eşdeğer olduğunu keşfetti. Tıpkı bir bilgisayar oyununun 3 boyutlu görüntüsünün bilgisayar çipi üzerindeki 2 boyutlu bir devre tarafından kodlanması gibi, sınırda geçerli olan nispeten basit, kütleçekiminin olmadığı eşitlikler, yığını yöneten daha karmaşık denklemlerle aynı bilgiyi içeriyor ve aynı fiziği tanımlıyordu.

“Bu mucizevi bir şeydi,” diyor Van Raamsdonk. Maldacena’nın keşfi birdenbire fizikçilerin yığındaki kuantum kütleçekimi hakkında, kütleçekimini işin içine hiç katmadan düşünmesini sağlayacak bir kapı aralamıştı. Sınırda bulunan eşdeğer kuantum durumuna bakmaları yeterliydi. O zamandan beri de çok sayıda fizikçi bu konuda çalışmalar yaptı ve Maldacena’nın makalesi en çok atıfta bulunulan makaleler arasına girdi.

Van Raamsdonk da bu konuda heyecan duyanlar arasındaydı. Bir yıl sürecek izne çıkar çıkmaz, Maldacena’nın keşfinin ortaya koyduğu en önemli yanıtsız sorulardan birine odaklandı: Sınırdaki bir kuantum alanı tam olarak nasıl yığın içinde kütleçekim üretiyordu? Yanıtın bir şekilde geometri ile dolaşıklık ilişkisiyle ilgili olabileceğine dair ipuçları zaten vardı. Ama bunların ne derece kayda değer oldukları meçhuldü. Konu hakkında daha önce yapılmış tüm çalışmalar özel durumları ele almıştı; bir kara delik içeren yığın evren gibi. O nedenle Van Raamsdonk bu ilişkinin genel durumda geçerli mi, yoksa sadece matematiksel bir tuhaflık mı olduğunu anlamaya karar verdi.

İlk olarak boş bir yığın evren aldı. Bu sınırdaki tek bir kuantum alanına karşılık geliyordu. Bu alan ve onun çeşitli parçalarını birbirine bağlayan kuantum ilişkiler, sistemde bulunan tek dolaşıklığı içeriyordu. Peki ya bu sınır dolaşıklığı kaldırılırsa yığın evrene ne olur, diye sordu Van Raamsdonk.

Yanıtı bulmak için 2006 yılında ortaya konulmuş olan bazı matematiksel araçları  kullandı. Shinsei Ryu, ve Tadashi Takanagi tarafından geliştirilen bu araçlar sayesinde, sınırdaki alanın dolaşıklığına yavaş ve metodik bir indirgeme modelledi. Ardından da yığının verdiği tepkiyi izledi. Uzay-zamanın esneyip kopmaya başladığını gördü. Nihayet dolaşıklık sıfırlandığında uzay-zaman ayrık öbeklere dönüşüyordu; fazla esnetilen bir sakız gibi.

Van Raamsdonk geometri-dolaşıklık ilişkisinin genel olduğunu anladı. Dolaşıklık uzay-zamanı örerek, pürüzsüz bir bütün haline getiren düğümlerin özündeki şeydi. Sadece kara deliklerdeki egzotik durumlarda rastlanmakla kalmıyordu; dolaşıklık hep vardı.

“Daha önce belki de hiç kimsenin anlamadığı temel bir soruyu anladığımı hissettim; uzay-zamanın gerçekte ne olduğunu,” diye anımsıyor Van Raamsdonk.

Dolaşıklık ve Einstein

Geometrik bir tutkal işlevi gören kuantum dolaşıklık – Van Raamsdonk’un dergiden ret alan makalesinin özü buydu ve fizikçiler arasında artan bir biçimde yankı uyandırdı. Şu ana kadar kimse ihtimamlı bir kanıt üretemedi, yani fikir hala bir varsayımdan ibaret. Ancak bağımsız bir çok yolla akılcı bir biçimde desteklenebiliyor.

Örneğin 2013’te Stanford’dan Maldacena ve Leonard Susskind, 1935’teki iki köşetaşı makaleye ithafen kuantum dolaşıklık ile bağıntılı bir varsayımı – ER = EPR – yayımladılar. ER, Einstein ve Nathan Rosen tarafından ortaya atılan solucan deliği – iki kara deliği bağlayan uzay-zaman tüneli – fikrine işaret etmektedir. (Hiçbir gerçek parçacık böyle bir solucan deliğinde yolculuk edemez, çünkü teori dışında mümkün olmayan ışık hızından daha hızlı gitmeyi gerektirir.) EPR ise Einstein, Rosen ve Boris Podolsky tarafından yayımlanan bir makalede ilk kez ifade edilmekte ve ‘dolaşıklığı’ işaret etmektedir.

Maldacena and Susskind’in varsayımı ise bu iki kavramın yayımlanma tarihleri dışında başka ortak noktaları olduğuna dikkatleri çekmişti. Eğer herhangi iki parçacık dolaşıklık ile birbirine bağlandıysa, fizikçiler bu iki parçacığın etken bir biçimde solucan deliği ile eklemlendiğini öne sürüyorlar. Aynı zamanda bu durumun tersi de geçerli: fizikçilerin solucan deliği olarak tanımladığı bağlantı dolaşıklığa denktir. Tersinir olan bu durumlar, altlarında yatan tek bir gerçekliği açıklayan iki farklı yol olarak düşünülebilir.

Şimdilik kimse ‘altlarında yatan gerçekliğin’ ne olduğuna dair net bir fikre sahip olmasa da fizikçiler, giderek bu gerçekliğin var olduğu konusunda daha çok ikna oluyorlar. Maldacena, Susskind ve diğer bilimciler ER = EPR hipotezinin, dolaşıklık ve solucan delikleri ile ilgili diğer bilinenlerle matematiksel olarak tutarlılık gösterip göstermediğini anlamak için teste tabi tutuyorlar. Şu ana kadarki cevap ise; Olumlu!

Gizli Bağlantılar

Geometri-dolaşıklık ilişkisini destekleyen diğer bulgular da yoğun madde fiziğinden ve kuantum bilgi kuramından geliyor; yani dolaşıklığın zaten merkezi rol oynadığı alanlardan. Böylece bu disiplenlerden gelen araştırmacılar yepyeni kavramlar ve matematiksel araçlarla kuantum kütleçekime saldırıyor.

Örneğin tensör ağları, yoğun madde fizikçileri tarafından çok sayıda atomaltı parçacığın kuantum durumlarının izini sürmek için geliştirilmiş bir tekniktir. Brian Swingle 2007 senesinde Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde lisansüstü öğrencisi olduğu sıralarda tensör ağlarını bu amaçla kullanıyordu ve katı malzeme içinde elektron gruplarının nasıl etkileştiğini hesaplıyordu. Bu amaca en uygun ağın, komşu elektron çiftlerini bağlantılandırarak başladığını buldu. Sonra tıpkı bir soyağacının dallanışı gibi bağlantılarla grup genişliyordu. Fakat daha sonra katıldığı bir kuantum alan kuramı kursunda Maldacena’nın yığın-sınır karşılıklılığını öğrenen Swingle, merak uyandırıcı bir desenin farkına vardı: Yığın ile sınır arasındaki eşleştirme aynı ağaç benzeri ağ yapısındaydı.

Swingle bu benzerliğin bir rastlantıdan ibaret olmayabileceğini düşünüyordu. 2012 yılında bunu kanıtlayan hesaplamalarını yayımladı. Bağımsız bir şekilde Van Raamsdonk ile neredeyse aynı sonuçlara ulaşmıştı, dolayısıyla geometri-dolaşıklık fikrine güçlü bir destek sağlamış oldu. “Tam olarak bu şekilde tensörleri kullanarak, uzayın dolaşıklıktan inşa edilmiş olduğunu düşünebilirsiniz,” diyor Swingle.

Bağlantıya bir diğer örnek de fizikçilerin kuantum bilgisayar yapılandırmak amacıyla icat ettikleri kuantum hata düzeltme kodlarından geliyor. Kuantum bilgisayarlar, bilgiyi bit biçiminde değil de kubit biçiminde kodlar. Kubitler, bir elektronun spininin aşağı ya da yukarı olması gibi kuantum durumlarıdır ve aynı anda hem 0 hem de 1 değerini alabilirler. İlkesel olarak, kubitler etkileştiğinde ve doğru şekilde dolaşık duruma geldiğinde böyle bir makine, normal bir bilgisayarın evrenin ömrü kadar bir zamanda bile bitiremeyeceği hesaplamaları tamamlayabilir. Fakat uygulamada işlem aşırı derecede hassaslık ister. Dış dünyadan gelebilecek en küçük bir etki, kubitlerin narin dolaşıklığını bozabilir ve kuantum hesaplama yapılamayabilir.
Bu nedenle kuantum hata düzeltme kodlarına ihtiyaç duyulmuştur. Bunlar kubitler arasındaki bozulan bağlaşıklıkları onarıp, hesaplamayı daha sağlıklı hale getirir. Bu kodların başlıca özelliklerinden biri daima yerel olmayışlarıdır. Herhangi bir kubiti onarmak için gereken bilgi, uzayın geniş bir alanına yayılmış durumda olacaktır. Aksi halde tek bir noktadaki hasar tüm onarım umudunu yok ederdi. İşte Maldacena’nın yığın-sınır eşdeğerliliği ile karşılaştıklarında pek çok kuantum bilgi kuramcısının heyecanlanmasının ardında yatan neden budur. Yığının küçük bir bölgesine karşılık gelen bilgi, sınırın engin büyüklükteki bölgesi boyunca yayılmış durumdadır.
“AdS-CFT’ye bakan herhangi biri bunun kuantum hata düzeltme koduna pek de benzemediğini düşünebilir,” diyor MIT’den bilgisayar bilimci Scott Aaronson. Fakat geçtiğimiz Haziran ayında Harvard Üniversitesi’nden fizikçi Daniel Harlow ile California Teknoloji Enstitüsü’nden John Preskill’in liderliğinde yayımlanan br makalede oldukça güçlü olan şu argüman ileri sürüldü: Maldacena’nın ortaya koyduğu eşdeğerliliğin kendisi bir kuantum hata düzeltme kodudur. Araştırmacılar basit bir model içerisinde bunun matematiksel doğruluğunu gösterdi ve şimdi bu tezlerini daha genel kapsamlı duruma getirmeye çalışıyorlar.
“İnsanlar senelerden beri dolaşıklığın bir şekilde yığının belirmesi açısından önemli olduğunu söylüyordu. Ama bunun nasıl ve neden olduğuna ilişkin ilk ipuçlarını yakalayan sanırım biz olduk,” diyor Harlow.

Dolaşıklığın Ötesi

Bu bakış açısı, yerçekimi-kuantum bilgi bağlantısı daha iyi anlaşılması için araştırmacılara, en az 4 yıl boyunca yıllık 2.5 milyon dolar destek sağlayacağını duyuran New York City’den hayırsever kuruluş Simons Foundation’ın ilgisini çekmiş gibi görünüyor. Programı yöneten Stanford’dan fizikçi Patrick Hayden’in belirttiğine göre: ‘’ Bilgi teorisi, temel fizik hakkındaki düşüncelerimizin yapılandırılabilmesi için bizlere güçlü bir yöntem sunuyor.’’ Ayrıca Patrick Hayden, Simons sponsorluğu kapsamında dünya çapında 14 enstitüden 16 ana araştırmacının ve takımlarının destekleneceğini belirtiyor. Gerçekleştirilmesi planlanan ana hedeflerden birisi de, geometrik konseptler-kuantum dili arasında çeviri yapılması için kapsamlı bir sözlük geliştirmek. Bu sözlük, fizikçilere kuantum yerçekimi teorisini tamamlamaları için kendi yöntemlerini bulma fırsatı verebilir.

Bununla birlikte, araştırmacıların karşılaştığı birçok zorluk var. Bunlardan birisi, şişme-sınır örtüşmesinin evrene uygulanamıyor olması. Çünkü Evren, ne statik ne de sınırlı; Evren genişliyor ve açık bir şekilde sınırsız. Bu alanda çalışan birçok araştırmacı, Maldacena’nın denkliğini kullanarak yapılan hesaplamaların gerçek Evren hakkında doğru şeyler söylediğini düşünüyorlar; Fakat, henüz kesin bir şekilde sonuçların bir sistemden diğerine nasıl çevrileceği hakkında tam bir fikir birliği sağlanabilmiş değil.

Bu konudaki bir diğer zorluk da, dolaşıklığın standart tanımının yalnızca belirli anda parçacıklara işaret etmesi. Kuantum yerçekiminin tamamlanmış teorisi bu resme bir de zamanı eklemek zorunda kalacak. Susskind’in belirttiğine göre: ‘’ Dolaşıklık bu hikayenin büyük bir parçası, fakat hikayenin tamamı değil.’’

Susskind, fizikçilerin belki de kuantum bilgi teorisinden başka bir konsepti sahiplenebileceklerini düşünüyor: hesaplama karmaşıklığı. Bu konsepti sistemin kuantum fazını inşa etmek için gerekli işlemler sayısı ya da mantıklı adımların sayısı olarak özetleyebiliriz. Düşük karmaşıklığa sahip bir sistem, neredeyse bütün kubitleri sıfırın üstünde olan kuantum bilgisayar ile karşılaştırılabilir: bu sistemi tanımlamak ve kurmak kolaydır. Yüksek karmaşıklığı olan sistem ise bir grup kubitin hesaplaması çok uzun sürecek bir sayı kodlamasıdır.

Susskind bundan yaklaşık 10 yıl önce, Einstein’ın AdS uzay içerisinde bir zaman geçtikçe daha da uzayan bir solucan deliğini mümkün kılan genel görelilik denklemleri için bir çözüm farkettiğinde, hesaplama karmaşıklığı üzerine düşünmeye başladı. Susskind’in merak ettiği, bu sınır üzerinde denkliği neyin sağladıydı. Burada değişen neydi? Susskind bunun dolaşıklık olmayacağını biliyordu; çünkü, farklı sınır üzerindeki parçacıklar arasında dolaşıklığı sağlayan korelasyonlar maksimumlarına bir saniyeden daha az bir sürede ulaşıyorlar. Fakat, geçen yıl yayımlanan bir makalede, Susskind ve Douglas Stanford, zaman geçtikçe sınır üzerindeki kuantum fazın, tam olarak da hesaplama karmaşıklığında beklendiği gibi çeşitlenebileceğini gösterdiler.

Susskind, ’’Kara deliğin içinin büyümesinin tam olarak hesapsal karmaşıklığın büyümesi olduğu daha da açık şekilde görülüyor.’’ Eğer kuantum dolaşıklık uzayın parçalarını birleştirirse, hesapsal karmaşıklık uzayın büyümesini yönlendirebilir- ve bu durum zamanın anlaşılmaz elementini işe karıştırabilir. Potansiyel sonuçlardan birisi, Susskind’in yenice keşfetmeye başladığı, hesapsal karmaşıklığın büyümesi ve Evren’in genişlemesi arasında bir bağlantı olabileceği. Bir diğer potansiyel sonuç ise, kara deliklerin içlerinde kuantum yerçekimin domine ettiği düşünülen çok bölge olduğundan, hesapsal karmaşıklık kuantum yerçekimi teorisini tamamlamada anahtar role sahip olabilir.

Geriye kalan zorluklarına rağmen, elde edilenlerin bu alanın yürütücüleri arasında bir anlamı var: araştırmacılar gerçek ve çok önemli bir şeyi görmeye başladılar. Swingle’ın belirttiği gibi: ‘’ Daha önceleri, evrenin neden yapıldığını bilmiyordum. Hatta bu sorunun bir anlamı olup olmadığı bile net değildi. Fakat şimdi, bu sorunun mantıklı olduğu her geçen gün daha da netleşiyor. Ve cevap da anlayabildiğimiz bir şey. Evren dolaşıklıklıktan oluşmaktadır. Van Raamsdonk’a da gelince; 2009’dan beri kuantum dolaşıklık hakkında 20 makale yazdı. Bunların hepsi de yayın onayı aldı.

Hazırlayan:

– Sevkan UZEL

– Baran BOZDAĞ 

– Yusuf Cem DURAKCAN 

Kaynak ve İleri Okuma: 
– Nature527,290–293(19 November 2015)doi:10.1038/527290a

• Van Raamsdonk, M. Gen. Relativ. Grav. 42, 2323–2329(2010).
• Maldacena, J. M. Adv. Theor. Math. Phys.2 231–252(1998).
• Maldacena, J. M. J. High Energy Phys. 2003, 021 (2003). 
• Ryu, S. & Takayanagi, T. Phys. Rev. Lett. 96, 181602 (2006).
• Maldacena, J. & Susskind, L.Fortschr. Phys. 61, 781–811 (2013).
• Einstein, A. & Rosen, N. Phys. Rev. 48, 73–77 (1935).
• Einstein, A., Podolsky, B. & Rosen, N. Phys. Rev. 47, 777–780 (1935).
• Swingle, B. Phys. Rev. D 86, 065007 (2012).
• Pastawski, F. et al. J. High Energy Phys. 2015, 149 (2015).
• Susskind, L. Preprint at (2014).
• Stanford, D. & Susskind, L. Phys. Rev. D 90, 126007 (2014).

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


Dolaşık Parçacıklar Arasında Solucan Delikleri Olabilir  

Einstein’ın Genel Görelilik Kuramını açıklamasının üstünden 100 yıl geçse de, fizikçiler evrenin en büyük uyumsuzluk sorunu ile uğraşmaya devam ediyor. Einstein’ın tanımladığı uzay-zaman manzarası Dali’nin tablolarındaki gibi pürüzsüz, dikişsiz, kesintisiz ve geometrikti. Ama bu uzayı dolduran kuantum parçacıklar daha ziyade Georges Seurat’ın fırçasından çıkmış gibi noktasal, ayrık ve olasılıklarla ifade edilir biçimdeydi. Özünde bu iki tanım birbirine karşıt ve uyumsuz. Şimdi ise yeni ve cesur bir fikir, kuantum bağlaşıklıkların (korelasyonların) aslında hem bir Dali manzarası ortaya çıkardığını, hem de resmin yapıldığı tuvali yapılandırdığını öne sürüyor.

En kısa biçimiyle fikir şu: ER=EPR. Burada ER kısaltması Einstein-Rosen köprülerini, EPR ise Einstein-Podolsky-Rosen paradoksunu simgeliyor. Her ikisi de 1935 yılında, Einstein öncülüğünde ortaya konmuş olgular. ER köprüleri, birbirinden çok uzakta bulunan iki kara deliğin bağlantılı olmasını ifade eden solucan deliklerine verilen ad olup, EPR paradoksu da birbirinden çok uzakta bulunan iki kuantum parçacığın arasında eşzamanlı gerçekleşen hayaletimsi etkileşimi belirtiyor. İkisi arasında herhangi bir ilişki olabileceği düşüncesi ise çok yeni.

Eğer ER=EPR ise solucan delikleri ile kuantum dolaşıklık aynı olayın farklı görünüşleri demektir. Bu ilişki tüm uzay-zamanı yapılandırıyor olabilir. Yeni yaklaşımın mimarlarından Stanford‘lu fizikçi Leonard Susskind, kuantum dolaşıklığın bir “uzaysal bağlantılılık” yaratıp parçacıklara dikiş atarak, uzay kumaşını dokuyor olabileceğini söylüyor. Susskind’in çalışma arkadaşı olan Princeton Üniversitesi‘nden Juan Maldacena, bu bağlantılılık olmasaydı tüm uzayın parça parça kalacağını ekliyor. Yani bu durumda uzay-zamanın o sağlam ve güvenilir yapısı, dolaşıklığın hayaletimsi özelliklerinden ortaya çıkmış oluyor. Dahası, ER=EPR olması durumunda kütleçekim ile kuantum mekaniğini uyumlu hâle getirmek de mümkün olabiliyor.

Kara delik savaşları

Kuantum dolaşıklığı anımsayalım. İki kuantum parçacık dolaşık duruma geldiklerinde, tek bir varlığın iki parçası olurlar. Birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, parçacıklardan birinin başına gelen şey ötekini de etkiler. Maldacena buna eldiven örneğini veriyor. Bir sağ el eldivenine rastlarsanız, hemen bilirsiniz ki onun eşi sol el eldivenidir. Bunda hayaletimsi bir durum yok. Kuantum versiyonunda ilginç olan ise eldivenlerin ikisi de aslında hem sağ el hem de sol el (ve ikisi arasındaki tüm olasılıklar) iken, birisi gözlemlendiği anda ya sağ tek ya da sol tek olması ve eşzamanlı olarak diğer parçacığında öbür tek hâline gelmesi.

Kara deliğin olay ufku, artık geriye dönmenin imkansızlaştığı sınırdır. Ufuk, tıpkı bir hologram gibi, içerideki her şeyin kodunu taşır.
Stephen Hawking‘in kara deliklerin buharlaşabilmesi keşfinde dolaşıklık önemli rol oynamıştı. Olay dolaşık parçacık çiftleri ile ilgiliydi. Uzayın her yanında çok kısa (belirsizlik ilkesinin izin verdiği kadar kısa) ömürlü sanal madde-antimadde çiftleri sürekli belirip kaybolur. Buna kuantum çalkalanmaları (fluctations) denir. Hawking, bu çiftlerden biri kara deliğe düşerken diğeri düşmezse, deliğin ışınım yayımlayacağını fark etmişti. Yeterince uzun bir süre sonunda delik buharlaşarak hiçliğe dönüşecekti ki, bu da akla deliğe düşen enformasyona ne olduğu sorusunu getiriyordu.

Kuantum mekaniği yasaları bilginin bütünüyle yok olmasını yasaklar. Öyleyse kara deliğe giren bilgi sadece çok mu değişmişti, yoksa gerçekten kaybedilmiş miydi? Böylece Susskind’in adlandırmasıyla “kara delik savaşları” başlamış oldu. Sonunda Susskind kendisini bile şoka uğratan keşfiyle, deliğe düşen tüm bilginin 2-boyutlu olay ufkuna sıkışacağını anladı. Kara deliğin olay ufku, artık geriye dönmenin imkansızlaştığı sınırdır. Ufuk, tıpkı bir hologram gibi, içerideki her şeyin kodunu taşır. Enformasyon kaybolmamıştır ama değişmiştir ve ulaşamayacağımız bir yerde depolanmıştır. İlerleyen çalışmalarda holografi sadece kara deliklerin anlaşılmasında değil, sınırı ile tanımlanabilen tüm uzay bölgeleri için kullanılmaya başlandı. Son on yıldır da çılgınca görünen “uzayın bir tür hologram olduğu” fikri ciddi bir çalışma alanı durumuna geldi.

Olay ufkunun ötesi

Holografi, kara deliklerin olay ufkunda ve diğer sınır bölgelerde ne olduğu ile ilgilenir. İçeride olup bitenlere ilişkin bir şey söyleyemez. Örneğin kara deliklerde olay ufkunun ötesindeki bilgiye erişmek imkansız olduğu için fizikçilerin orada olup-bitenlerle ilgili deney yapması, fizik yasaları tarafından yasaklanmıştır. Bununla beraber, 2012 yılında Santa Barbara’dan bir grup fizikçinin yayımladığı makalede, kara deliklerin zaten bir iç yapıya sahip olmadıkları, ufkun hemen ardında bir koruma kalkanı (firewall) olduğu öne sürülmüştür.

Santa Barbara’lı fizikçilerin düşüncesi şuydu: Eğer olay ufku, görelilik kuramının öne sürdüğü gibi pürüzsüz ve görünüşte sıradan bir yer ise, kara delikten çıkan parçacıkların kara deliğe düşen parçacıklarla dolaşık olması gerekir. Ama enformasyon kaybolmadığına göre, kara delikten çıkan parçacıkların bir yandan da Hawking radyasyonu içinde saçılmakta olan parçacıklarla da dolaşık olması gerekir. O zaman ortada çok fazla dolaşıklık olur ve bunlardan birinin var olmaması gerekmektedir.

Dolaşıklığın tek eşli olma gerekliliği, iki parçacık arasında olabilmesi nedeniyledir. Aynı anda iki dolaşıklık (yani kuantum çok eşlilik) basitçe mümkün değildir. Çünkü o durumda kara deliklerin boğazındaki pürüzsüz ve sürekli uzay-zaman var olamaz. Ufuktaki dolaşıklıkta meydana gelen bir kırılma, uzayda bir süreksizliğe yol açıp enerjiyi katlar ve bir kalkan (firewall) yaratır.

Bu ve bir kaç başka çalışmadan aldıkları ilhamla konuya eğilmeye devam eden Susskind ve Maldacena, sonunda bir gün Maldacena’nın Susskind’e gönderdiği ER=EPR şifresi ile araştırmalarını sunmaya yaklaşırlar. 2013 tarihli makalelerinde, Santa Barbara fizikçilerinin atladığı bir dolaşıklık türünden söz ederler. Bu dolaşıklık, Susskind’in deyimiyle uzayı tek parça hâlinde tutmaktadır. Olay ufkunun içindeki ve dışındaki uzay bağımsız değildir. Sınırın iki tarafındaki parçacıklar solucan deliği sayesinde bağlantılı olabilirler. ER=EPR dolaşıklığı görünüşteki paradoksun bir nevi çevresinden dolaşmaktadır. Makalede bazılarının “ahtapot resmi” diye dalga geçtiği bir grafik yer almaktadır. Burada çok sayıda solucan deliği içeriden dışarıya doğru çizilmiştir.

Bir diğer deyişle, kara deliğin boğazını düğümleyecek bir dolaşıklığa gerek yoktur. Deliğin hâlâ içinde olan parçacıklar, uzun süre önce giden parçacıklara doğrudan bağlıdır. Ufuktan geçmelerine gerek yoktur; içeridekiler ve dışarıdakiler aynı olarak düşünülebilir. Karmaşık “ahtapot” solucan deliği, kara deliğin içi ile Hawking ışınımıyla çok önceden gitmiş parçacıkları bağlantılı kılmaktadır. Şu anda kimse ER=EPR düşüncesinin işe yarayıp yaramayacağından emin olamıyor. Ne olursa olsun, dolaşık kuantum parçacıklar ile uzay-zamanın pürüzsüzce kıvrık geometrisini denkleştirmek çok büyük bir adım.



Kaynak: QuantaMagazine.org “Wormholes Untangle a Black Hole Paradox”
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Evrenin Kaynak Kodu

Bir fizik öğrencisinin öğrendiği ilk şey hız ile sürat arasındaki farktır. Günlük hayatta eşanlamlı olarak kullanılan bu iki kavramdan sürat, aslında hızın iki bileşeninden biridir. Skaler bir büyüklük olan sürat hızın sayısal büyüklüğünü belirtirken, vektörel bir büyüklük olan hızın bir de yönü vardır. Tüm vektörler, hem sayısal nicelikleri hem de yönelimsel nitelikleri verilerek tanımlanabilir.

Aslında skalerler ve vektörler daha geniş bir ailenin iki üyesidir: Tensörler. Skalerler sıfırıncı mertebeden, vektörler de birinci mertebeden tensörlerdir. Daha yüksek mertebeli tensörler de vardır ve mertebeleri onların kaç bileşenle tanımlanabildiğini gösterir. Yani tensörler, çok boyutlu veri kümeleridir ve fiziğin her köşesinde karşımıza çıkarlar.

Tensör ağları

Uzay-zaman dokusunu konu alan kuramsal çalışmalarda tensör ağları son derece yararlı matematik araçlar olarak görülüyor. Bu yaklaşımda uzay-zaman küçük legolar gibi birbirlerine tutunan parçaların oluşturduğu bir ağ iken, legoları bir arada tutan şey de dolaşıklık oluyor. Eğer uzay-zamanı anlamak istiyorsak, dolaşıklığı geometrik açıdan düşünmeliyiz.

Stanford Üniversitesi‘nden araştırmcı Brian Swingle “Dolaşıklık uzay-zamanın kumaşıdır; sistemi dokuyan ipliktir. Bu yüzden toplu özellikleri, tekil özelliklerinden farklı olur. Toplu özelliklerin ilginçliklerini görebilmek için ise dolaşıklığın nasıl bir dağılım gösterdiğini anlamak gerekir,” diyor. İşte bu dağılımın matematiksel temsili tensör ağları oluyor. Swinger, katı hâl fiziği çalışırken, egzotik malzemelerin özelliklerini öngörmek için tensör ağları kullanmış. Daha sonra sicim kuramı üzerinde birkaç ek ders almaya karar verdiğinde, sicim kuramının kara delik fiziğine ve kuantum kütleçekimine yaklaşımı aklına tensör ağlarını getirmiş.

Kalabalık sistemlerin modellenmesi

Karmaşık bir kuantum sistemi modellemek kolay değildir. Hatta klasik fizikte bile iki cisimden fazlası hesapları son derece zorlaştırır. Üç nesneli bir sistemi (üstelik klasik fizikte) hesaplamakta zorlanırken, milyonlarca atomdan oluşan sistemleri (kuantum fiziğinde) hesaplamak için tensör ağlarına gereksinim duyulur. Dalga fonksiyonunun içerdiği tüm bilgi tensör ağına sığdırılır ve deneyde ölçülecek büyüklüklere odaklanılır: Malzemenin ışığı ne kadar eğdiği, sesi ne kadar soğurduğu ya da elektriği ne kadar iyi ilettiği gibi. Tensör bu anlamda bir kara kutuya benzetilebilir. Bir dizi sayı girdisi alır ve başka bir dizi çıktı verir. Dolayısıyla basit bir dalga fonksiyonuna uygulanabilir. Örneğin taban durumunda olup etkileşmeyen çok sayıda elektrondan oluşan bir sistemin dalga fonksiyonuna uygulanır. Süreç, büyük ve karmaşık bir sistemi temsil eden dalga fonksiyonu elde edene dek tekrarlanır. Sonuçta ortaya net bir çizim çıkar.

Bu basitleştirmeyi elde etmenin anahtarı “yerellik” ilkesidir. Her bir elektron sadece ona en yakın elektronlarla etkileşir. Çok sayıda elektrondan her birinin komşuları ile etkileşimi ağda bir dizi düğüm oluşturur. Bu düğümler tensörlerdir ve dolaşıklık onları bağlamıştır. İşte ağı bu düğümler dokumuştur. Karmaşık bir hesap kolaylaştırılmış, hatta bazı durumlarda sayım işine indirgenmiştir. Değişik türde tensör ağları bulunur ve bunlar arasında en işe yarayanı MERA (çok ölçekli dolaşıklık renormalizasyon tahmini hesabı) tipindekilerdir.

Holografik ilke

Bu ağların, tekil bir geometrik yapının nasıl çok sayıda nesnenin karmaşık etkileşiminden belirebildiğini göstermeleri fizikçileri çok heyecanlandırıyor. Ortaya çıkan geometrinin, uzay-zamanın pürüzsüz geometrisinin, küçük pürüzler (kuantum parçacıklar) arasındaki etkileşimler sonucu ortaya çıkışına benzeyebileceğini seziyorlar. Tensör ağları üzerinde çalışan fizikçilerin, kaç boyut ile başlanırsa ondan bir fazla sayıda boyuta sahip bir sistem ortaya çıktığını görmeleri de, holografik ilkeyi geliştiren kütleçekim kuramcılarının dikkatini çeken bir unsur olmuştu.

1970‘lerde fizikçi Jacob Bekenstein, bir kara deliğin girişindeki bilginin, deliğin içindeki 3-boyutlu hacimde değil de, 2-boyutlu sınır bölgede kodlandığını göstermişti. Ondan 20 yıl sonra Leonard Susskind ile Gerard ‘t Hooft bu kavramı tüm evrene genişleterek, bir hologram benzetmesi yaptı: 3-boyutlu evrenimizin tüm ihtişamı aslında 2-boyutlu bir kaynak koddan beliriyordu.

Swingle’ın çalışması, uzay-zamanın dolaşıklıktan dokunmuş kumaşı ile tensör ağlarının holografik ilkesini harmanlayarak, eğimli uzay-zamanın ortaya çıkışını öneriyor. Bu durumda uzay-zamanın, kuantum bilginin geometrik temsili yani grafiği olduğu söylenebilir.

Kaynak: QuantaMagazine “How Quantum Pairs Stitch Space-Time”

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Evreni Yok Etmemiz Mümkün mü?

Ara 31, 2015

Yusuf Cem Durakcan
 

Büyük güçler, büyük sorumlulukları da beraberinde getirir. Dünya üzerindeki gücümüzü ve bilgimizi daha da ileriye taşımamız, Dünya üzerindeki canlı yaşamı ya da en azından insanlığı yok edebilme ihtimalimizi her geçen gün arttırıyor.  Peki, evreni yok etmemiz mümkün mü?

CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı parçacıkları çarpıştırmaya başladığı sıralardaki yaygaraları hatırlayın. Birkaç felaket tellalı, bu deneylerin kıyamete açılan bir kapı olduğunu iddia ediyordu. Var olan bu öfke, protonların yüksek enerjilerle çarpıştırılıp araştırılması ile tetiklendi. Einstein’ın genel görelilik teorisine göre; bu kadar yüksek enerjinin atomdan daha küçük hacimde yoğunlaştırılması, evreni ve zamanı bozup evrenin dokusunda bir delik açabilmeye yetebilir. Bu mini kara delik aniden büyüyerek evreni yutabilir.

CERN, bu ihtimali ciddiye alıyor ve güvenlik/sağlık tedbirlerini çalışma alanında göz önünde bulunduruyor. 2008 yılında açıklandığı üzre de, bu felaket senaryolarının gerçekleşmesi neredeyse imkansız. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın enerjisi orijinalinin 2 katına çıkartılsa dahi, herhangi bir felaketin gerçekleşmesi söz konusu değil. Fakat, yine de tam olarak bu işten sıyrılmış değiliz. Çünkü, 2012 yılında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda keşfedilen Higgs bozonu, aslında evrenin tamamen farklı bir yolla yok edilebileceğine inanmamıza sebep oldu.

Case Western Reserve University’den Lawrence Krauss ve James Dent, bu tehlikeye ilk defa 2008 yılında dikkat çekmişlerdi. Krauss ve Dent’in belirttiğine göre, problem, evrenin kuantum fiziğinin kanunlarına göre işlemesi ve bu sistemin gözleminin kuantum durumu etkileyebilmesinden kaynaklanıyor.

Bu durum size Schrödinger’in kedisi formundan tanıdık gelebilir. Bu kedi, kapalı bir kutuda ölümcül bir zehir ile yaşayan hayali bir hayvandır. Kutu açılana kadar kedi, hem ölü hem diri olarak bulunur. Fakat, kutuyu açma eylemi, muhtemel geleceklerinden birisini görmemize olanak sağlar. Kutu kapalıyken hem ölü hem diri olarak bulunabilecek kedi, kutu açıldığında ya ölü ya da diri olabilir. Bunun imkansız görünmesinin sebebi basit bir şekilde insana özgü sezgilerimizin bu duruma aşina olmamasıdır. Fakat kuantum mekaniğinin tuhaf kurallarına göre bu bütünüyle mümkündür. Bunun gerçekleşebilmesinin sebebi, kuantum mekaniğindeki olasılık alanının devasa olmasıdır. Matematiksel olarak bir kuantum mekaniği durumu, tüm muhtemel durumların bir toplamıdır (yani süperkonumudur). Schrödinger’in kedisi’nin durumunda kedi, ‘ölü’ ve ‘diri’ durumlarının süperkonumunda (aynı anda her ikisinde birden) bulunur. Başka bir deyişle, insan gözlemi sistemin durumunu değiştirir.

Krauss ve Dent’in önermesine göre, benzer bir durum evren için de uygulanabilir. Kosmos için kuantum hal yazmak, teorik olarak mümkün. Farklı haller arasındaki bu geçişler, tıpkı Schrödinger’in kedisi deneyinde olduğu gibi, insan gözlemi ile etkilenebilir. Bütün kosmosa ait bir özelliğin gözlemlenmesi, evrenin genişlemesini hızlandırdığı düşünülen karanlık enerji gibi, halihazırda bulunan iki farklı halin kesin tek bir hale dönmesine sebep olabilir. Yani, bir süpernovaya bakmak, bütün bir evrenin kuantum halini değiştirmeye yeterlidir.

Bu gözlemin sonucu, evrenin halini resetleyebilir. Başka bir deyişle, evrenin halini birkaç adım geriye götürebilir. Fakat, bu durumda uzak ihtimal olarak bir yıkım da mevcut. Çünkü, aslında biz, fizikçilerin ”false vacuum” olarak adlandırdığı, uzay ve zamanın stabil olmayan bir yapısında yaşıyoruz. Bu durum, evrenin kuantum halinin yavaş yavaş daha stabil olana doğru bozunduğu anlamına geliyor. Bundan dolayı, gözlem yapmak bu kuantum hale aniden geçmenin bir anahtarı olabilir. Evren bir anda kendi varlığına son verip, bizim artık içinde olmadığımız daha stabil bir kosmos olarak ortaya çıkabilir.

Tabii ki, bu görüş ilk ortaya atıldığında oldukça tartışmalıydı. Çünkü, fizikçilerin ”false vacuum” olarak adlandırdığı sistemin içerisinde yaşayıp yaşamadığımızı bilmiyorduk. Fakat, Higgs bozonunun bazı özellikleri gösteriyor ki, neredeyse kesin bir şekilde ”false vacuum” içerisinde yaşıyoruz. Şimdilerde Arizona State University’de çalışmalarına devam eden Krauss’un belirttiğine göre; bu keşif, sorunları daha amacına uygun tartışmamızı sağladı.

Şu anda, kesin bir şekilde kozmozu gözlemlemenin, kozmozun kuantum halini etkileyip etkilemeyeceğini bilmiyoruz. Eğer etkiliyorsa, gerçekten de evrenin ölümünün zeminini hazırlıyor olabiliriz. Fakat, tıpkı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki kara delik korkusunda olduğu gibi, geceleri uykumuzu kaçıracak bir durum söz konusu değil. Yani bu durum, yalnızca bir düşünce deneyi; felaketin habercisi değil.

Kaynak: ”The human universe: Could we destroy the fabric of the cosmos?” New Scientists, Retrieved

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Her Şeyi Anlayabilir miyiz?

Oca 2, 2016 - Yusuf Cem Durakcan

Yaklaşık 3.8 milyar yıl sürdü ama sonunda bu günlere gelebildik. Dünya üzerinde yaşam, tarihinin büyük bir kısmı boyunca oldukça sıkıcıydı. Daha sonra insanlar ortaya çıktı, ve herşey daha da ilginç bir hal aldı.

Bizim türümüzü tanımlayan özelliklerden bir tanesi de bağlantı kurabilme yeteneğimizdir. Doğumundan itibaren insan, etrafında gördüğü her şeyi algılayıp yorumlar. Bazen bunlar basit olarak sesleri ve ışığı algılamak aşamasında kalırken, bazen de kurduğu bağlantılarla Dünya’nın işleme kanunlarının çıkarımını yapabilir- gündüz ve gece birbirini takip eder, havaya atılan nesneler yere düşer, gibi. Bu çıkarımlar arasında kurduğu bağlantılarla da olayları daha da anlamlı hale getirir; taş havaya atıldığında yere düşüyorsa elma da havaya atıldığında yere düşer, gibi.

Bilim tarihi de bizim bağlantı kurma yeteneğimizle bağdaştırılabilir. Bilim tarihi, alakasız gibi görünen olaylar arasındaki derin bağlantıların kurulması tarihidir. Newton’un yere düşen elmayı farketmesi ve bu durumun Ay ile olan bağlantısını kurması örneği üzerinden bu durumu düşünebilirsiniz. Newton’un farkettiği şey; elmanın yere düşmesini sağlayan kuvvet ile Ay’ın yörüngede kalmasını sağlayan kuvvetin aynı oluşuydu: kütleçekim. Faraday ve Maxwell de benzer bir bağlantı sistematiği kullandılar ve elektrik ile manyetizmanın, aslında birbirlerinden farklı görünseler de yakından ilişkili olduklarını gösterdiler. Elektromanyetizma daha sonra beta bozunması gibi şeylerden sorumlu zayıf nükleer kuvvet ile birleştirildi.

Bütün bu birleştirimler, evreni anlamamız için gerekli, farklı fiziksel teorilerin sayısının azalmasını sağlıyor. Belki de, bir gün bütün teorilerin tek bir teoride, her şeyin teorisinde, toplanması da mümkün olabilir.

Her Şeyin Teorisi, Gerçekçi Bir Arayış mı?

İlk olarak Afrika savanalarında hayatta kalmak için evrimleşmiş bir beynimiz olduğunu biliyoruz. Peki gerçekten de beynimiz, bütün bir evreni anlamamızı sağlayacak tek bir teori geliştirebilecek mi?

California Institute of Technology’den Sean Carroll’a göre; evrenin ve Dünya’nın yaşı göz önüne alındığında gerçekten de insanlar kısa bir süre içerisinde Dünya’nın işleyişi hakkında büyük miktarda bilgi toplayabildiler. Bundan yalnızca bir yüzyıl önce, başka galaksilerin var olduğunu ya da evrenin genişlemekte olduğunu bilmiyorduk. Tabii ki yalnızca bunlarla da sınırlı değil. Kuantum mekaniği ile ilgili bildiklerimizin çok büyük bir bölümünü geçtiğimiz 100 yıl içerisinde keşfettik ve evrenin işleyişi ilgili oldukça isabetli teoriler ürettik. Bilginin şu andaki birikme hızı göz önüne alındığında da, Carroll’a göre, bir gün bütün bir sistemin nasıl işlediğini tam olarak anlayabiliriz.

Belki de anlayamayız. Örneğin şempanzeleri düşünelim, kaplumbağalardan çok daha zekiler fakat hiçbir zaman kuantum teorisini kavrayamayacaklar, ya da böyle bir teoriye ihtiyaçları olduğunu belki de hiç farketmeyecekler. Şimdi de kendimizi şempanzelerin yerine koyup, şempanzeleri de kaplumbağalar gibi düşünelim. Yani, şempanzelerden daha zeki olmamıza rağmen, hiçbir zaman anlayamayacağımız derecede karmaşık şeyler olabilir mi? Kendi beynimizin işleyişini bile bilgisayar modellemeleri yardımıyla anlamlandırmaya çalıştığımız düşünülürse aslında bu sorunun yerinde olduğu ortaya çıkıyor.

Her şeyi anlayabilecek kapasitede olduğumuzu düşünsek bile, önümüzde yapacak çok işimiz var. En başarılı iki fizik teorimiz; oldukça büyük nesneler ile uğraşan genel görelilik ve oldukça küçük olanlarla uğraşan kuantum mekaniği. Bu iki teorinin tek bir teoride birleştirilmesi şu anda oldukça zor gibi görünüyor.

Benzer bir şekilde, dört temel fiziksel kuvveti tanımlamış durumdayız: elektromanyetik, zayıf nükleer, güçlü nükleer ve yerçekimi(kütleçekim). Bu kuvvetlerden üç tanesi temel parçacıkların ilişkisinin en iyi açıklandığı standart model içerisinde değerlendirilebilir. Fakat kütleçekim standart model içerisinde değerlendirilemiyor. Kütleçekim ve standart modeli birleştirmek, her şeyin teorisine ulaşmamızda büyük bir adım olabilir. Yakın zamanda ise bizi her şeyin teorisine götürecek en iyi atışımızın, küçük titreyen yayların birbirleriyle ilişkisini yeniden biçimlendiren sicim kuramının olduğunu söyleyebiliriz. Fakat buradaki sorun da, henüz sicim kuramını test etmek için iyi bir yöntemimiz yok. Peki, deneyle test edemeden, nasıl bu kuramı gerçekten anladığımızı iddia edebiliriz?

Yine de, Columbia University’den matematikçi Peter Woit’in de söylediği gibi; nihayetinde bir gün bütün teorilerimizi test edip evreni anlayabileceğimizi söylemememiz için hiçbir sebep yok.

Peki, kosmosu tamamen anladığımız zaman ne olacak? Eğer bilgi güç demek ise, bu bilgi bizi ne kadar güçlü yapacak? Belki de bu bilgi bizi solucan deliklerini kullanarak yolculuk yapabildiğimiz, istediğimiz yere ışınlanabildiğimiz bilim kurgu filmlerindeki gibi bir geleceğe doğru götürecek.

Tabii ki işin bir de kültürel boyutu var. Her şeyin teorisi aynı zamanda kültürel bir şoku da beraberinde getirip, belki de ne olduğumuz hakkında bize kesin bir şey söylebilir. Belki de  evrenin merkezindeyizdir ya da evrenin kıyısındayızdır ve gördüklerimiz holografik yansımalardır. Öğrendiklerimiz bizi bambaşka çözümlemelere de götürebilir tabii ki. Ama kesin olarak şunu bilebiliriz; biz evreni anlamak için çaba sarfetmeye devam edeceğiz. Carroll’un söylediği gibi: ” Her şeyin teorisini araştırmadaki önemli nokta bir şeyler yapıyor olmak değildir, Dünya’nın nasıl işlediğini anlamaktır. Keşifin zaten kendisi bir ödüldür.”

Kaynak: ”The human universe: Can we understand everything?” New Scientists Retrieved

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Dolaşıklık ağırlık artırıyor olabilir

 Nis 11, 2015 - Sevkan Uzel

20.yüzyıl fiziğinin en büyük başarılarından ikisi, Einstein’ın genel görelilik kuramı ile kuantum mekaniğidir. Her ikisi de evrene ve kendimize bakışımızı temelden değiştiren kuramlar oldu, ama ikisini bir arada düşünmek mümkün olmadı. Kuantum mekaniği en küçük ölçekte geçerli olurken, görelilik en büyük ölçeklerde kendini gösteriyor. İki kuramı birleştirmek için yıllardan beri çabalayan fizikçiler ise net bir sonuca ulaşabilmiş değil.

Geçtiğimiz aylarda İsrail’deki Hebrew Üniversitesi‘nden David Bruschi tarafından yapılan bir çalışma kuantum mekaniği ile görelilik kuramının birleştirilmesine yönelik bir adım niteliği taşıyor. Bruschi, kuantum dolaşıklığın kütleçekim alanı üzerinde ölçülebilir bir etki yaptığını ileri sürerek, kuantum mekaniği ve genel görelilik kuramları arasında uzun zamandır aranan bağlantıyı (henüz deneysel kanıt olmasa da) kuruyor.

Görelilik formülasyonu

Kuramcının düşüncesi ilkesel anlamda oldukça basit. Fizikçiler uzun süredir bir parçacığın aynı anda birden fazla konumda bulunabildiğini biliyorlar. Bu iki konum arasında, kuantum mekaniğinde matematiksel olarak iyi tanımlı olan ve dolaşıklık adı verilen açık bir kuantum bağlaşıklık (korelasyon) bulunuyor. Yeni yaklaşım ise matematiği kuantum mekaniği yerine, görelilik bağlamında (kontekst) formüle etmek.

Bruschi, iki konumun en yüksek düzeyde dolaşık olduğu durumda ve olmadığı (en yüksek düzeyde karışık olduğu) durumda, pertürbasyonun matematiksel özelliklerinin nasıl evrildiğini formüle edince şunu buluyor: En yüksek düzeyde karışıklık durumunda pertürbasyon sıfır olurken, en yüksek düzeyde dolaşıklık durumunda pertürbasyon, parçacığın enerjisine ve dolaşıklığın eşdurumluluk (coherence) zamanına bağlı bir ölçekte uzaya yayılıyor. Bu çeşit bir pertürbasyon matematiksel olarak kütleçekim dalgasına benzer; ancak çok daha küçük ölçeklidir. Aslında parçacığın birazcık daha ağırlaşmasına denk bir durumdur. Bu da algılanma potansiyeli var demektir.

Çok küçük bir etki

Yine de fazla heyecanlanmamak gerek. Bruschi etkinin elektron kütlesi mertebesinde (10^-31 kg) kütlesi olan kuantum parçacıklar için ne boyutta olacağına ilişkin üstünkörü bir hesaplama yapmış. Böyle bir parçacığın iki konumda dolaşıklaşması durumunda, ağırlığında 10^37’de birlik bir değişim olacağını bulmuş. Bu son derece küçük bir miktar elbette. Çok ağır parçacıklar kullanarak etkinin arttırılabileceğini belirten Bruschi, ultra-görelilikcil (ultra-relativistic: enerjisinin neredeyse tamamı momentum biçiminde olup, durgunluk kütlesi aşırı küçük olan) parçacıkların da işe yarayabileceğini ekliyor. Bir diğer olasılık ise tamamı dolaşık durumda (N00N durumunda) olan çok sayıda parçacık kullanmak.

Makalenin önemi, etkinin gözlemlenebileceği ölçeği öngörmesinden çok, böyle bir etkinin varlığını öngörmesi olsa gerek. Bruschi’nin geleceğe dönük tasarısı, görelilik kuramı ile kuantum kuramını bağdaştırabilmek ve sonunda da kuantum kütleçekim kuramına ulaşabilmek. Bu yolda da, kuramsal olarak öngördüğü dolaşıklık nedenli ağırlık artışının deneysel olarak gözlemlenmesi kuşkusuz büyük bir adım olacaktır.

 Kaynak:

– Medium.com. “Entanglement Makes Quantum Particles Measurably Heavier, Says Quantum Theorist”

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kütleçekimsel ışık sapması kuantum fiziği ile hesaplandı

Nis 13, 2015 - Sevkan Uzel

Einstein 1916 yılında Genel Görelilik Kuramı‘nı yayımladı. Kuramı deneysel olarak kanıtlayan ve ün kazandıran öngörü ise nesnelerin kütlesel çekimlerinin ışığı saptıracağıydı. 1919 yılında yapılan gözlem ile öngörü doğrulandı ve Güneş’in kütleçekim alanında, uzak yıldızlardan gelen ışığın saptığı anlaşıldı. Her nesne kendi kütleçekim alanı ölçüsünde bir sapma yaratsa da, Güneş gibi çok büyük kütleli gök cisimleri söz konusu olunca, bu sapma gözlemlenebilir ölçüde büyük oluyordu.

Genel göreliliğe göre, nesnenin kütlesi nedeniyle bir oyuk oluşturduğu uzayzaman dokusu ile açıklanan kütleçekim kaynaklı bu olayı, şimdi bilimciler kuantum fiziği yöntemleri ile hesaplamayı başardı. Böylece bir türlü bağdaştırılamayan bu iki kuramın (genel görelilik ile kuantum fiziğinin) birleştirilmesi yolunda önemli bir adım daha atılmış oldu.

Bir kuantum alanı olarak kütleçekim

Son 10 yıldır ışığın sapmasını genel görelilik yerine kuantum mekaniksel yasalar bağlamında açıklayabilmek için çalışan Danimarka Niels Bohr Enstitüsü‘nden fizikçiler, Physical Review Letters dergisinde yayımladıkları makale ile başarıya ulaştıklarını açıkladı. Niels Bjerrum-Bohr ve ekibinin yaptığı çalışmada, kütleçekim bir kuantum alanı olarak tanımlandı ve kuantum mekaniksel hesaplamalar ile sapmanın ne olacağı öngörüldü.

Kuantum mekaniğinin kurucularından Niels Bohr’un torununun torunu olan ekip lideri Niels Bjerrum-Bohr, hesaplamalarında kütleçekimi bir etkin-alan kuramı (kütleçekimin olası bir kuantum-alan kuramının düşük enerjili yaklaştırması) olarak tanımladıklarını, böylece fotonların kütleçekimsel etkilerle nasıl çiftlendiğini bulduklarını belirtiyor. Sunulan bu hesaplama yöntemi, kuantum kütleçekimin ışığın sapması ve diğer kozmolojik olaylar üzerindeki olası etkilerinin değerlendirilmesi için basit bir yol sağlıyor.

Her Şeyin Kuramı’na giden yolda bir adım daha!

Işığın sapma nedeni olarak uzayzamanın geometrisini gösteren genel görelilik kuramı ile parçacıklar ve alanlardan söz eden kuantum kuramını birleştirip “Her Şeyin Kuramı“na (Theory of Everything) ulaşmak fiziğin hedeflerinin başında geliyor. Henüz bu başarılamamış olsa da, farklı görüngüler için iki kuramda ayrı ayrı yapılan hesaplamaların tutması oldukça heyecan verici.

Hesaplama yöntemlerinde son yıllarda erişilen ilerleme sayesinde şimdiye kadar mümkün olmayan bu çalışmayı yapabildiklerini anlatan Bjerrum-Bohr, etkin alan kuramından yararlandıklarını ekliyor. Böylelikle kuantum mekaniği çerçevesi içine alınan ışığın sapması görüngüsü, astronomların uzak ışık kaynaklarından bilgi alması açısından da büyük önem taşıyor.

Kaynak:
– ScienceNordic.com “Scientists calculate the diffraction of light with quantum physics”

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kuantum Kütleçekime İlişkin Temel Sorular

Kas 23, 2015 - Sevkan Uzel
 

Evrenimiz dört temel kuvvet tarafından yönetiliyor: kütleli nesneleri birbirine çeken Kütleçekim Kuvveti, elektrik yükleri arasındaki Elektromanyetik Etkileşim, atom çekirdeğini bir bütün halinde tutan Güçlü Çekirdeksel Kuvvet ve kararsız çekirdeklerin dağılmasına neden olan Zayıf Çekirdeksel Kuvvet.

Bu saydıklarımızın son üç tanesi için fizikçilerin kuantum kuramları var. Böylece bu kuvvetlerden ileri gelen görüngülerin en küçük atomaltı ölçeklerde duyarlı hesaplamalarını yapabiliyorlar. Ancak kütleçekim bunun dışında kalıyor. Onlarca yıldır süren çalışmalara karşın kütleçekim için genel kabul gören bir kuantum kuramı halen mevcut değil. Evrenin temel özelliklerinin daha iyi anlaşılabilmesi için ise bu mutlak bir gereklilik.

Stanford Üniversitesi’nden Parçacık Fiziği ve Astrofizik alanında çalışan Prof.Lance Dixon, kuantum kütleçekim kuramının geliştirilmesine ilişkin temel noktaları soru-cevap şeklinde ele alıyor:

Kuantum kütleçekim nedir?

Kütleçekim hariç, doğanın temel kuvvetlerini kuantum mekaniği kavramlarını kullanarak tanımlayabiliyoruz. Parçacık fiziğinin Standart Modeli’nde özetlenen bu kuramlarda kuvvetler, etkileşen parçacıklar arasındaki minik bilgi parçacıklarının değiş-tokuşunun sonucudur. Örneğin elektriksel yükler, foton (elektromanyetik kuvveti taşıyan ışık parçacıkları) değiş-tokuşu yaparak birbirlerini iter veya çekerler. Güçlü ve zayıf kuvvetlerin de fotona karşılık gelen parçacıkları vardır. Bunlar sırasıyla gluonlar ve W ile Z bozonları olarak adlandırılır.

Atomaltı süreçleri hesaplamak için sürekli olarak bu kuramları kullanıyor ve inanılmaz hassaslıkta sonuçlar elde ediyoruz. Örneğin CERN’de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) gerçekleşen karmaşık proton-proton çarpışmaları için son derece isabetli öngörüler yapabiliyoruz.

Ama kütleçekim farklı. Albert Einstein’ın genel görelilik kuramı büyük ölçeklerdeki kütleçekiminin kütleli nesnelerin uzay-zaman dokusunda yarattığı çarpıtmaların sonucu olduğunu açıklasa da, atomaltı parçacıkların kütleçekimden nasıl etkilendikleri konusunda birşey söylemiyor. Kuantum kütleçekimi, Einstein’ın genel göreliliği ile kuantum mekaniğini birleştirmeye çalışıyor. Diğer kuvvetlerle benzerlik kurarak, kütleçekimin de taşıyıcı parçacıkların değiş-tokuşu vasıtasıyla iletilebileceğini öngörüyor ve bu kuramsal parçacıkları graviton olarak adlandırıyoruz.

Araştırmacılar kuantum kütleçekiminin hangi soruları yanıtlamasını umuyor?

Kuantum kütleçekim evrene ilişkin önemli soruları yanıtlamamıza yardım edebilir.

Örneğin kuantum etkiler, ışığın bile kütleçekimlerinden kaçamadığı büyük kütleli nesneler olan kara deliklerin yakınında önem kazanıyor. Bununla birlikte, kara deliklerin tam olarak kara olmadığı düşünülüyor. Eğer olay ufkunun yakınındaki kuantum etkiler parçacık çiftleri üretirse ve eşlerden biri kara deliğe düşerken diğer eş düşmezse, düşmeyen eşe Hawking Işıması adı veriliyor.

Araştırmacıların daha iyi anlamayı umduğu bir diğer şey ise Büyük Patlama’dan sonraki ilk saniyeler. O anlarda evren aşırı derecede sıcak ve yoğundu, devasa bir enerjiydi. Planck ölçeği denilen o enerji ölçeğinde, kütleçekim diğer temel kuvvetler kadar güçlüydü ve kuantum kütleçekimsel etkiler çok önemliydi. Ama o enerjilerdeki fiziği betimleyebilecek bir kuantum kütleçekim kuramına sahip değiliz.

Dünya üzerinde gerçekleşen süreçlerin çok daha küçük enerji ölçeklerinde olduğunu, kütleçekim üzerinde ölçülemeyecek denli küçük kuantum düzeltmeler olduğunu unutmamak gerek. Örneğin LHC’de ulaşılabilen en yüksek enerjiler bile Planck ölçeğinden milyarlarca kat düşük kalıyor. O nedenle kuantum kütleçekim çalışmaları büyük ölçüde “düşünce deneyleri”nden ibaret kalıyor.

Kütleçekimin bir kuantum kuramını bulmak neden bu kadar zor?

Kuantum kütleçekimin bir versiyonu sicim kuramı tarafından sunulmuş durumda, ama başka olasılıkları araştırıyoruz. Kütleçekim, kuantum kuramlarına sahip olduğumuz diğer kuvvetlerden epey farklı.

Herşeyden önce kütleçekim aşırı derecede zayıf. Diğer üç kuvvetin en zayıfı olan Zayıf Kuvvet’ten bile milyarlarca kat daha zayıf. Aslına bakarsanız kütleçekimin farkına varabilişimizin tek nedeni gezegeni oluşturan tüm parçacıkların toplam çekim kuvvetini hissediyor oluşumuz.

Kütleçekimin bir diğer farkı da kütleli nesnelerin birbirlerine daima çekim uyguluyor oluşu. Tersine, güçlü kuvvet sadece çok yakın mesafelerde çekim uygularken, elektromanyetik kuvvet yüklerin işaretine göre çekici veya itici olabiliyor.

Son olarak, graviton diğer tüm kuvvet taşıyıcı parçacıklardan farklı bir parçacık özelliğine sahip. Spini, diğerlerinin iki katı kadar.

Hesaplamalar bundan nasıl etkilenir?

Matematiksel olarak ele alınması çok daha zorlaşır.

Biz genellikle kuantum etkileri hesaplamaya baskın bir matematiksel terimle başlıyoruz ve giderek küçülen terimlerle devam ediyoruz. Hesaplamamız gereken terimlerin sayısı, yani mertebe, elde etmek istediğimiz duyarlılığa bağlı. İşi karmaşık hale getiren şeylerden biri yüksek mertebeli terimlerin bazen sonsuz büyüklükte olması ve bizim öncelikle bu sonsuzluklardan kurtulmamız gerekiyor. Yoksa anlamlı öngörüler yapamayız.

Elektromanyetik, zayıf ve güçlü kuvvetler için bunu nasıl yapacağımızı uzun zamandır biliyoruz. Her mertebedeki sonsuzlukları yok etmek için renormalizasyon dediğimiz sistematik bir yöntemimiz var. Böylece kuantum etkileri çok hassas biçimde hesaplayabiliyoruz. Ne yazık ki kütleçekimin farklı doğasından ötürü henüz kütleçekimin renormalize edilebilir bir kuramını bulamadık.

Şu ana dek kuantum kütleçekim hakkında neler öğrendiniz?

Geçtiğimiz yıllarda bu alanda çalışan bilimciler, kuantum kütleçekim hesaplamalarının nasıl yapılacağının daha iyi anlaşılmasında önemli adımlar attı. Örneğin belli kuramlarda ve belli bir mertebede graviton etkileşimleri için yazılan karmaşık matematiksel ifadelerin yerine, zaten bildiğimiz daha basit ifadeler olan gluon etkileşimlerinin karesini yazabileceğimiz anlaşıldı.

Bu keşif sayesinde kuantum etkileri giderek artan mertebelerde hesaplamayı başardık. Bu da sonsuzluklar ortaya çıktığında bize yardımcı oluyor. Meslektaşlarım ve ben N=8 süperkütleçekim adı verilen bir kuramda hiçbir sonsuzluğa rastlamadan dördüncü mertebeye kadar hesaplama yapabildik.

İdealimiz, sonsuzluklara ilişkin çeşitli öngörüleri sınamak için daha yüksek mertebelere çıkmak, ama bu çok zor.

Yakın zamanda bir de birbirleri üzerinden saçılma yapan iki gravitona ilişkin kuram üzerine çalışmamız oldu. 30 yıldan fazla süre önce, bu hesaplamaların ikinci mertebesinde sonsuzlukların belirdiği ve bunların dualite dönüşümleri ile değiştirilebileceği gösterilmişti. Yani kütleçekimsel alanların bir tanımını, eşdeğer bir başkası ile değiştirebiliyoruz. Bu değişim çok şaşırtıcıydı çünkü tanımların kuantum düzeyinde eşdeğer olmayabileceği anlamına geliyordu. Şimdi biz bu farklılıkların aslında temelde yatan fiziği değiştirmediğini göstermiş olduk.

Sizin kuantum kütleçekim yaklaşımınızın sicim kuramından farkı ne?

Bizim yaklaşımımızda atomaltı parçacıklar noktasal olarak betimleniyor, tıpkı Standart Model’de olduğu gibi. Bu parçacıkların her biri uzay ve zaman boyunca yayılan bir temel alan ile ilişkili oluyor. Öte yandan sicim kuramında parçacıkların yayılmış bir nesnenin farklı titreşimleri olduğu düşünülür; aynı gitar telinden çıkan farklı notalar gibi. İlk yaklaşımda, örneğin gravitonlar ile fotonlar kütleçekimsel ve foton alanları ile bağlantılıdır. sicik kuramında ise her ikisi de bir sicimin farklı titreşim modlarıdır.

Sicim kuramının çekici yanlarından biri, parçacıkları noktasal olmayan yani yayılmış nesneler olarak almasının sonsuzlukları gideriyor olmasıdır. Dolayısıyla ilkesel olarak sicim kuramı kütleçekimsel etkileri atomaltı düzeyde öngörebilir.

Bununla birlikte, araştırmacılar yıllar içinde sicim kuramlarının doğru görünmesini sağlayacak başka yollar bulmuşlardır. 1980’lerin ortasında Princeton’da lisansüstü öğrencisi olduğum dönemde, öngörü yapabilecek sicim kuramı için çok sayıda seçenek olabileceği aklıma gelmişti. 10 yıl kadar sonra olası çözüm sayısı 10^500 mertebesine ulaşmıştı. Bir karşılaştırma yapmak gerekirse Dünya üzerindeki insan sayısı 10^10’dan azdır; Samanyolu’ndaki yıldız sayısı da 10^12’den azdır. Peki bizim evrenimizi doğru biçimde tanımlayanını nasıl bulacağız?

Kuantum kütleçekim için ise durum tam tersi. Bu da yaklaşımı sicim kuramından daha iyi öngörü yapabilir kılıyor, ilkesel olarak. Muhtemelen kuantum kütleçekimdeki sonsuzlukları uygun biçimde gidermemizi sağlayacak pek fazla kuram yok; daha bir tane bile bulmuş değiliz.

Ne tür bir gelişme bu alanda çığır açardı?

Birisi mucizevi bir şekilde, kuantum kütleçekimsel etkileri şu an mümkün olandan daha yüksek duyarlılıkta öngörmek için tutarlı olarak kullanabileceğimiz bir kuram bulsa, çok ilginç olurdu. Böyle bir kütleçekim kuramı, şu an elimizde bulunan diğer doğa kuvvetleri tablosuna uyardı.

Kaynak: Phys.org, “SLAC theorist explains quantum gravity” 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Şişme Evresinde Sicim İzleri Aranıyor

Ara 24, 2015 Sevkan Uzel

Sicim kuramı sınanamazlığı ile ünlüdür. Fakat geçtiğimiz günlerde iki kuramsal fizikçininin ortaya attığı yöntem ile bu kurama ilişkin kanıt bulma umudu doğdu. İleri Araştırma Enstitüsü’nden (IAS) kuramcılar, sicim kuramının sınanmasında ilerleme kaydedebilecek yöntemlerinin 14 milyar yıl önce varolan parçacıkları aramak üzerinde yoğunlaştığını ifade ediyor. O zamanlar evren, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) gerçekleşen çarpışmalardan 15 milyar kat fazla enerjiyle büyümekteydi.

Bilimciler LHC’yi bu düzeye kadar çıkaramaz; hatta ona yaklaştıramaz bile. Ama teknolojinin yardımı ve evrenbilimsel çalışmalar aracılığıyla bu parçacıklara ilişkin kanıtları gözlemleme olasılıkları bulunur.

Bilinmeyen Parçacıklar

Şişme (Büyük Patlama’dan 10 ile 33 saniye arasında gerçekleşmiş olan çok kısa süreli aşırı evren büyümesi) sırasında parçacıklar astronomik ölçekte bir güçle çarpışıyorlardı. Bu zamana ait kalıntıları, kozmik arka alan ışınımı adını verdiğimiz kalıntı enerji sisindeki minik çalkantılar olarak görüyoruz. Bilimciler, o sıralarda varolan tarih öncesi parçacıkların kalıntılarını da belki bulabilir.

“Eğer şişme sırasında yeni parçacıklar varolduysa, ilkel çalkalanmalar üzerinde bir iz bırakmış olabilirler. Bunlar belirli desenler şeklinde göze çarpabilir,” diyor Princeton İleri Araştırma Enstitüsü’nden kuramcı Juan Maldacena.

Maldacena ve çalışma arkadaşı Nima Arkani-Hamed, bu parçacık desenlerinin neye benzeyebileceği konusunda kuantum alan kuramı hesaplamaları yapmış ve elde ettikleri sonuçları, bu yıl Hindistan’da düzenlenen sicim kuramı konferansında sunmuşlardı.

Minik Sicimler

Sicim kuramı genellikle en temel görüşü ile özetlenir: Maddenin temel birimleri parçacıklar değildir; tek boyutlu, titreşen enerji iplikçikleridir.

Kuramın amacı, kuantum mekaniği ile Einstein’ın genel görelilik kuramı arasındaki matematiksel bir uyuşmazlığı gidermektir. Örneğin bir kara deliğin içinde, kuantum mekaniğine göre kütleçekim imkansızdır. Bir kuramı diğerine uydurmak adına yapılan her türlü girişim, tüm narin sistemin çökmesine yol açar. Bunu denemek yerine, sicim kuramı yepyeni bir matematiksel çatı inşa eder. Bu yapıdan her iki kuram da doğal olarak doğar. Doğanın kuvvetleri zarif bir biçimde birleşir ve bilinen tüm temel parçacıklar doğru niteliklerle tanımlanmış olarak belirir.

Matematiksel bir sistem olarak sicim kuramı muazzam sayıda öngörüde bulunmuştur. Peki bunların ne kadarı test edilebilmiştir? Şimdiye kadar hiçbiri.

Sicimlerin evrendeki en küçük nesneler olduğu düşünülüyor. Parçacık fiziği deneylerindeki ölçekler bile sicimler için devasa büyüklükler anlamına geliyor. Dolayısıyla parçacık fiziği deneyleri üzerinde sicimlerin etkilerini hesaplamak hiç kolay değil. Sicim kuramcıları yeni parçacıkların varlığını öngörebiliyor, ama kütlelerini hesaplayamıyorlar.

Durumu daha da zorlaştıracak biçimde, sicim kuramı birbirlerinden kuvvet, parçacık ve boyut sayılarıyla farklılaşan çeşitli evrenler de tanımlayabiliyor. İncelenebilir enerjilerdeki öngörüler, bu bilinmeyen ayrıntılara bağlı oluyor. Hiçbir deney, gerçekliğin böylesine çoklu alternatifini sunan bir kuramı kanıtlayamaz.

Sicim Kuramını Sınamak

Ama bilimciler sicim kuramını en azından kısmen test edebilecek deneyler yapabilmenin yollarını arıyor. Kuramın öngörülerinden biri, benzersiz bir özelliğe sahip parçacıkların varolduğu yönünde: Spini 2’den büyük olan parçacıklar.

Spin, temel parçacıkların bir özelliğidir. Spinsiz parçacıkların bozunumu simetrik desenler izler. Spinli parçacıkların bozunumu asimetrik olur ve spin arttıkça bu desenler giderek karmaşıklaşır. Böyle parçacıkların çarpışmalarından ortaya çıkan karmaşık bozunum desenleri, evren genişleyip soğurkenki duruma ilişkin izler barındırabilir.

Maldacena ve Arkani-Hamed’e göre, bilimciler spini 2’den büyük olan parçacıkların desenlerini, gökadaların dağılımının ince çeşitlemelerinde veya kozmik arka alan ışınımında bulabilir. Gözlemsel evrenbilimcilerin bu ufak sapmaları görebilmesi için geniş bir uzunluk ölçeği aralığında ilkel çalkalanmaları ölçmesi gerekir.

IAS kuramcıları, eğer böyle büyük kütleli ve yüksek spinli parçacıklar var ise ölçümlerin ne olması gerektiğini hesapladı. Böyle bir parçacığın, fizikçilerin LHC’de bulabileceğinden çok daha büyük kütleli olması gerekiyor.

Zorlu Bir Önerme

Evrenbilimciler şu anda kozmik mikrodalga arka alan ışınımındaki desenleri inceliyor. Planck, BICEP ve POLAR BEAR gibi deneyler, üzerine rastgele olmayan bir kuvvetin etkidiğini kanıtlayacak olan polarizasyon araştırması yapıyor. Eğer zamanın etkilerini geri sarar ve bu enerji ile etkileşmiş tüm diğer kuvvetleri aradan çıkarırlarsa, geriye kalan desenin şişme döneminden kalan izler olacağını umuyorlar.

Maldacena ve Arkani-Hamed tarafından öne sürülen desenler daha zor farkedilebilir ve girişime daha duyarlı. O nedenle böyle sinyallerin deneysel olarak bulunmasına daha çok zaman var gibi görünüyor.

Yine de bu araştırma böyle izlerin bulunması ve evrenin tümünde iz bırakmış parçacıklara bakışımızın aydınlanması için bir adım olabilir.

Sicimlerin Değeri

Evrenin sicimlerden oluştuğunu birileri kanıtlasa da kanıtlamasa da, sicim kuramının matematiğinin başka alanlara uygulanabileceği çoktan anlaşıldı.

2009 yılında, araştırmacılar sicim kuramının matematiğinin yoğun madde fiziğindeki geleneksel problemlere uygulanabileceğini keşfetti. O zamandan beri, süperiletkenler üzerine yapılan çalışmalarda sicim kuramından yararlanılıyor.

Kuantum alan kuramına ve süpersimetriye katkılarından ötürü 1990 yılında Field Madalyası alan IAS kuramcısı Edward Witten, bu yılki sicim konferansında gördüğü en yenilikçi çalışmanın Maldacena ile Arkani-Hamed’in araştırması olduğunu belirtti.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Paralel Evrenler Kuramını Test Etmek Mümkün Mü?

 Eyl 12, 2015 - Ozan Zaloğlu

Birçok-dünya Yorumu

‘Schrödinger’in kedisi’ adı verilen düşünsel deneyi belki duymuşsunuzdur. Bu kedi, kapalı bir kutuda yaşayan hayali bir hayvandır. Kutuyu açma eylemi, hem ölü hem de diri olduğu an da dahil kedimizin muhtemel geleceklerinden birisini görmemize olanak sağlar. Bunun imkansız görünmesinin sebebi basit bir şekilde insana özgü sezgilerimizin bu duruma aşina olmamasıdır.

Sicim Mimarisi

Erken Evren

Kuramı Sınamak

Sicim kuramı ve şişme tarafından tahmin edilen evrenler, kuantum mekaniğinin matematiksel bir uzayda yaşayan pek çok evreninden farklı olarak aynı fiziksel uzayda yaşıyorlar ve üst üste gelebilir veya çarpışabilirler. Aslında, kaçınılmaz olarak evrensel gökyüzünde aramayı deneyebileceğimiz muhtemel izler bırakarak çarpışmalıdırlar.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Fiziğin Çözülmemiş 9 Büyük Gizemi

Haz 15, 2015 - Sevkan Uzel
 

Giriş: Pandora’nın Kutusu

1900’lü yıllarda İngiliz fizikçi Lord Kelvin’in şöyle dediği rivayet edilir: “Fizikte artık keşfedecek bir şey kalmadı. Yapılabilecek tek şey giderek daha netleşen ölçümler almak.” Bundan 30 yıl kadar sonra ise fizik alanında kuantum mekaniği ve görelilik kuramı devrim yarattı. Bugün hiç bir fizikçi evrene ilişkin fiziksel bilgimizin tamamlanmaya yaklaştığını iddia etmeye cesaret edemez. Tam tersine, her bir yeni keşif daha büyük bir Pandora kutusunun kilidini açmış oluyor ve daha derin fizik soruları ortaya çıkarıyor. Gelin şimdi hâlâ yanıt aranan sorulardan en ünlü bir kaç tanesini inceleyelim.

1) Karanlık enerji nedir?

Astrofizikçiler, sayıları ne kadar eğip-bükse de, evren denklemi tutmuyor. Kütleçekimin uzay-zamanı içe doğru çekmesine rağmen, evren giderek daha hızlı bir şekilde genişliyor. Astrofizikçiler bu duruma neden olan görünmez bir etkenin var olduğunu, bu etkenin kütleçekime karşı koyaduğunu ileri sürüyor. İşte buna da karanlık enerji adını veriyorlar. En geniş çapta kabul gören modelde karanlık enerji bir “evrensel sabit” olarak rol alıyor. Yani uzayın içkin bir özelliği olup, negatif kütleçekim gibi davranıyor. Uzay genişledikçe, daha fazla yer açılıyor, dolayısıyla da daha çok karanlık enerji oluşuyor. Genişlemenin gözlemlenmiş hızına bakılırsa, bilimciler toplam karanlık enerji miktarının, evrenin %70 kadarı olduğunu belirtiyorlar. Fakat onun nasıl aranıp bulunacağını bilen kimse yok.

2) Karanlık madde nedir?

Evrendeki maddenin yaklaşık %84’ünün ışığı soğurmadığı ve yayımlamadığı biliniyor. Böyle maddelere karanlık madde adı veriliyor ve doğrudan görülemiyorlar. Aslına bakarsanız, henüz dolaylı yollardan da saptanabilmiş değiller. Karanlık maddenin varlığı ve özellikleri, görünür madde üzerine yaptığı kütleçekimsel etkiden, ışımadan ve evrenin yapısından çıkarılabiliyor. Bu tuhaf maddenin, gökadaların banliyölerinde hüküm sürdüğü ve “zayıf etkileşen büyük kütleli parçacıklar”dan (WIMP) oluşmuş olabileceği düşünülüyor. Dünyanın çeşitli noktalarında WIMP arayan dedektörler bulunsa da, henüz bir şey bulamadılar.

3) Neden zamanın yönü var?

Zaman ileri doğru akar çünkü evrenin entropi özelliği (düzensizlik derecesi) sürekli artar. Entropideki bir artışı, oluştuktan sonra geri döndürmek mümkün olmaz. Entropinin hep arttığı gerçeği mantıksal bir meseledir: Parçacıkların düzensiz dağılabilecekleri olasılıkların sayısı, düzenli dağılabileceklerinden çok daha fazladır. Dolayısıyla bir değişim gerçekleşirken, sonucun düzensiz seçeneklerden birine dönüşme olasılığı çok daha büyük olur. Ancak buradaki asıl önemli soru, geçmişte entropinin neden düşük olduğudur. Başka bir deyişle, evren neden başlangıçta düzenli bir yapıdaydı, neden devasa miktarda bir enerji ufacık bir yere sıkışmış durumdaydı?

4) Paralel evrenler var mı?

Astrofiziksel veriler uzay-zamanın eğimli değil de düz bir şekilde sonsuza uzanıyor olabileceğini öneriyor. Eğer öyleyse bizim görebildiğimiz ve evren olarak adlandırdığımız bölge, sonsuz genişlikte bir çoklu-evrenin (multiverse) küçük bir parçası demektir. Öte yandan kuantum mekaniği, her bir kozmik parçada  sonlu sayıda olası parçacık konfigürasyonu (10^10^122 farklı olasılık) olabileceğini söyler. Öyleyse sonsuz sayıda kozmik parça olduğunda, parçacık düzenlenişlerinin tekrar etmesi kaçınılmazdır. Yani parçacıkların aynen bizim evrenimizdeki gibi düzenlendiği farklı evrenler var demektir. Bundan başka bizim evrenimizden bir parçacıklık konfigürasyon farkı bulunan, iki parçacıklık konfigürasyon farkı bulunan ve ayrıca bütün parçacıkların farklı düzenlenmiş olduğu evrenler de var demektir. Bu mantıkta yanlış olan bir şey var mı, yoksa tuhaf sonucu gerçek mi? Ve eğer gerçekse, paralel evrenlerin varlığını nasıl saptayabiliriz?

5) Neden antimaddeden daha çok madde var?

Evrendeki madde miktarının neden zıt yüklü ikizi antimaddeden bu kadar fazla olduğu sorusu, aslında neden var olan her şeyin var olduğu sorusuyla aynı kapıya çıkar. Evrenin maddeye de antimddeye de simetrik davrandığını, Büyük Patlama sırasında tam olarak eşit miktarda madde ve antimaddenin ortaya çıktığını farz ediyoruz. Fakat eğer gerçekten böyle olduysa, yine birbirlerini ortada hiçbir şey kalmayacak biçimde yok etmeleri gerekirdi. Protonlar anti-protonlarla, elektronlar pozitronlarla (anti-elektron), nötronlar da anti-nötronlarla birleşip yok olmalı ve geride maddesiz bir foton denizi kalmalıydı. Bir nedenden ötürü yok olmadan kalan madde fazlalığı oluştu ve böylece biz var olduk. Bu durumun da kabul edilebilir herhangi bir açıklaması bulunamadı.

6) Evrenin geleceğinde ne var?

Evrenin geleceği bilinmeyen bir omega faktörüne bağlı. Evrendeki madde ve enerji yoğunluğunun bir ölçüsü olan Ω faktörü eğer 1’den büyükse, uzay-zaman tıpkı bir küre gibi kapalı demektir. Karanlık enerji yoksa, evrenin genişlemesi eninde-sonunda duracak ve bu kez büzüşme başlayacak demektir. Sonunda da evren kendi içinde çökecek, yani Büyük Çökme gerçekleşecektir. Eğer evren kapalı ama karanlık enerji de mevcut ise, küresel evren sonsuza dek genişleyebilir.

Ω faktörü 1’den küçükse, evrenin geometrisi açık bir yapıda demektir. Bu durumda nihai son, Büyük Donma‘yı izleyen bir Bütük Yırtılma olacaktır. Evrenin dışa genişlemesi gökadaları ve yıldızları birbirlerinden uzaklaştıracak, ardından da genişleme hızı o denli artacaktır ki, atomları bir arada tutan kuvvetleri bile etkisiz kılacaktır.

Ama eğer Ω=1 ise, evren düzdür ve sonsuz bir düzlem olarak genişler. Eğer karanlık enerji yoksa, böyle bir düzlemsel evren sonsuza dek genişler, fakat giderek azalan bir genişleme hızı olur ve durmaya yaklaşır. Eğer karanlık enerji varsa, düz evren de sonunda Büyük Yırtılma deneyimi yaşayacaktır.

7) Ölçüm yapmak kuantum dalga fonksiyonunu nasıl çökertir?

Elektron, foton ve diğer temel parçacıkların hüküm sürdüğü garip dünyada geçerli yasa kuantum mekaniğidir. Parçacıklar küçük toplar gibi değil, geniş bir alana yayılmış dalgalar gibi davranırlar. Her parçacık bir dalga fonksiyonu ya da olasılık dağılımı ile betimlenir. Bu dağılım parçacığın konumu, hızı ve diğer özelliklerine ilişkin bilgi içerir; fakat tam bir netlikte ne olduklarını söyleyemez. Her bir özellik için bir değerler kümesi bulunur ve dalga fonksiyonu bu kümedeki değerlerin olasılıklarını söyler. Net bir yanıt isterseniz, deneysel ölçüm yapmanız gerekir. Ölçümle birlikte daga fonsiyonu çöker ve örneğin konuma ilişkin net ve tek bir yanıt alınır.

Peki nasıl ve neden parçacığı ölçmek daga fonsiyonunun çökmesini sağlayarak, deneyimlediğimiz bu sağlam gerçekliği yaratır? Ölçüm problemi olarak bilinen bu ezoterik mesele, şayet mevcutsa gerçekliğin ne olduğunun anahtarını saklıyor.

8) Sicim Kuramı doğru mu?

Tüm parçacıkların tek boyutlu düğümlerden yani sicimlerden oluştuğunu ve bunların farklı titreşimlerinin farklı parçacıklar olarak algılandığını düşünmek, fizikçilerin işini epey kolaylaştırıyor. Sicim Kuramı sayesinde fizikçiler parçacıkları yöneten kuantum mekaniği ile uzay-zamanı yöneten kütleçekimi birleştirebiliyorlar. Böylece evrendeki dört temel kuvveti tek bir çerçevede görebiliyorlar. Sorun şu ki, Sicim Kuramı’nın işe yaraması için evrenin 10 ya da 11 boyutlu olduğunu kabul etmek gerekiyor: 3 tane büyük uzay boyutu, 6 ya da 7 tane sıkışmış uzay boyutu ve 1 tane de zaman boyutu. Sıkışmış uzay boyutları tıpkı titreşen sicimler gibi aşırı küçük boyutlarda olmalılar ve onları algılamak için şu an elimizde hiç bir yöntem yok. O nedenle bu kuramı şu an için doğrulamak da mümkün değil, yanlışlamak da.

9) Kaosta düzen var mı?

Fizikçiler akışkanların davranışını tanımlayan denklemleri tam olarak çözemiyorlar. Aslında Navier-Stokes denklemleri denilen bu eşitliklerin genel bir çözümünün olup olmadığı bile bilinmiyor. akışkanın her noktasını tanımlayan bir çözüm var mı, yoksa çözümün tekillik denilen bilinmeyen noktaları mı var? Sonuç olarak kaosun doğasını anlayamıyoruz. Fizikçiler ve matematikçiler hâlâ hava tahminlerini tutturmanın zor mu olduğunu, yoksa zaten net öngörü yapmanın imkansız mı olduğunu merak ediyorlar. Türbülans matematiksel olarak betimlenebilir mi, yoksa matematiği aşar mı?

Kaynak: LiveScience.com “The 9 Biggest Unsolved Mysteries in Physics”

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kuantum dünyası klasik dünyaların etkileşiminden mi doğuyor?

Nis 8, 2015 - Sevkan Uzel

Paralel evrenler uzun süredir kuramsal fiziğin gündeminde yer alıyor. Dinozorların yeryüzünden silinmediği bir evren, kızılderililerin barış içinde yaşamaya devam ettikleri bir başka dünya, okulun ilk günü o çocuğun yanına oturmadığınız ya da hiç doğmadığınız bir gerçeklik… Tüm bu olası paralel dünyaların aslında o kadar da paralel olmayıp, birbirleriyle etkileşime girebileceklerini öne süren bir çalışma, geçtiğimiz aylarda Physical Review X dergisinde yayımlandı. Bu ilginç kuram, klasik dünyalar arasındaki söz konusu etkileşimlerin, kuantum görüngülerinin nedeni olabileceğini ileri sürüyor.

Avustralya’nın Brisbane kentindeki Griffith Üniversitesi’nden kuramsal kuantum fizikçisi Howard Wiseman ve ekibinin yaptığı çalışmada, herhangi bir dalga fonksiyonunu referans almadan, kuantum etkilerinin sonlu sayıda klasik dünya arasında gerçekleşen evrensel etkileşimlerden doğabileceği belirtiliyor. Böylece kuantum kuramını, mekanik kuramın süreklilik limiti olarak anlamak mümkün oluyor. Burada kullanılan ‘dünya‘ teriminin de, özellikleri net bir biçimde belirlenmiş tüm evren anlamında olduğunu anımsayalım. Bu yaklaşımda evrenin özellikleri, parçacıklarının ve alanlarının klasik konfigürasyonu ile belirlenmiş olup, her dünya deterministik bir evrim sergiler.

Etkileşen paralel evrenler

“Bu, önceki kuantum yorumlarına göre temelden bir değişim demek,” diyor Howard Wiseman. Yıllardan beri kuramcılar, kuantum davranışı çok çeşitli matematiksel çerçeveler yoluyla açıklamayı denemişlerdir. En eski yorumlardan biri, klasik dünyanın çok sayıda eşzamanlı kuantum dünyaların varlığından ortaya çıktığını ileri sürmüştür. Ancak Amerikalı kuramcı Hugh Everett tarafından 1950’lerde ortaya atılan bu “çok sayıda dünya” yaklaşımı, birbirlerinden bağımsız ve etkileşimsiz dünyalar fikrine dayanıyordu. Tam tersine, Wiseman’ın takımı birbirini dürten çok sayıda dünya kurguluyor ve buna “çok sayıda etkileşen dünya” adını veriyorlar. Kendi başına her bir dünya klasik Newton fiziği ile yönetiliyor. Ama birlikte, bu dünyaların etkileşim hareketi, fizikçilerin kuantum dünyası olarak betimledikleri görüngüye yol açıyor.

Bu etkileşimin kuantum görüngülerini nasıl üretebileceğinin izini matematiksel olarak süren fizikçiler, pek çok kuantum görüngüsünün çok sayıda etkileşen dünya kuramı ile açıklanabileceğini vurguluyorlar. Yayımladıkları makalede, parçacıkların dalga doğasını gözler önüne seren ünlü çift yarık deneyinde gözlemlenen kuantum girişiminin 41 tane etkileşen dünya ile nasıl ortaya çıkabileceğini gösteren hesaplamalar sunulmuş. Ayrıca kuantum davranışın iyi bilinen örneklerinden biri olan kuantum tünellemeye ilişkin bir açıklamaları var. Kuantum tünelleme, parçacıkların klasik dünyada kendi başlarına aşamayacakları enerji bariyerlerinden tünelleme yapabilmeleri olgusudur. Dediğine göre Wiseman’ın senaryosunda, bir enerji bariyerine iki tarafından yaklaşan iki klasik dünyadan biri hızını arttırırken diğeri geri teper. Böylece ortaya çıkan dünyada, parçacık aşılamaz bir engelden geçmiş gibi görülür.

“Böyle bir açıklamanın kesin doğru olduğunu söylemek mümkün değil,” diyor Wiseman. Her şey bir yana, çok sayıda etkileşen dünya kuramının başa çıkması gereken daha çok konu var; kuantum dolaşıklığı açıklayabilmek gibi. Wiseman, dünyaların etkileşmesini sağlayan kuvvetlerin özellikleri ve etkileşim için özel başlangıç koşullarının gerekip gerekmediği gibi konuların araştırılması konusunda diğer bilimcilere önayak olmayı umuyor. “Kuantum görüngülerinin doğal bir biçimde belirdiği bir kuram arayışı benim itici gücüm,” diyor.

Michigan Üniversitesi Ann Arbor kampüsünden fizik felsefecisi Charles Sebens yeni yaklaşımı heyecan verici bulduğunu belirtiyor. Kendisinin de bağımsız olarak geliştirdiği ve “Newton kuantum mekaniği” gibi çelişik bir ad verdiği benzer çalışmaları bulunuyor. Aslında o ve Wiseman’ın ekibi aynı genel düşünceye farklı yaklaşımlarda bulunmuş. “Onlar taban durumu enerjisi ve kuantum tünelleme gibi belli görüngülerin kapsamlı analizlerini yapmışlar. Bense olasılık ve simetri konusunda daha derin çalıştım,” diyor Sebens.

Ekibin atacağı bir sonraki adım, düşüncelerini sınayabilecekleri yollar bulmak olacak. Eğer çok sayıda etkileşen dünya yaklaşımı doğruysa, muhtemelen kuantum kuramından biraz farklı öngörüleri olacak. Wiseman şöyle diyor: “Bu sapmaların ne olabileceğini henüz bilmiyoruz, ancak insanların şu anda aramakta olduğu türdeki sapmalardan çok daha farklı olabileceğini düşünüyoruz.”

Kaynaklar:
– Nature.Com “A quantum world arising from many ordinary ones”
– H.Wiseman. “When parallel worlds collide … quantum mechanics is born”

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Evren Tek ve Emsalsiz midir?

Ağu 21, 2015

Andrei Linde, 80’li yılların başında fizikçi Alan Guth’un geliştirdiği kozmik şişme teorisi üzerine çalışırken evrenin tek ve emsalsiz olamayabileceği üzerine bir teori geliştirmiş ve daha sonra bu bilimsel yaklaşım sicim teorisi tarafından da onaylanmıştı. Çoklu evrenler olarak adlandırılan bu model, artık bilim dünyasında yaygın olarak kabul edilen bir fikre dönüştü. Çünkü daha önce fiziğin açıklamakta zorlandığı konuları alternatif bir yaklaşımla aydınlatabiliyor. Örneğin, evrenin yaşama uygun ortamı barındırmış olması kolayca açıklanmayan konuların başında geliyordu. Bu, ya rastlantısal bir durum olmalıydı ya da yaşamın oluşması için en uygun ortamı sağlayacak şekilde gelişmişti (antropik ilke). Eğer çoklu evrenler modeli doğruysa, bu uyum tamamen bir rastlantı. Çünkü teoride bahsi geçen evren sayısı öyle fazla ki bunca ihtimal içinde bir değil birçok farklı evrende yaşam olabileceği gerçeği ortaya çıkıyor.

Şişme kuramı öncesinde tek ve emsalsiz olan bir evrende yaşadığımızı düşünüyorduk. Dahası kozmolojik gözlemlerimiz de evrenin neredeyse hiç değişmeyen bir davranış modeline sahip olduğunu gösteriyordu. Yani evrenin her yerinde düzenli olma yönünde bir eğilim görülmekteydi ve bu homojen dağılımın sebebini kimse açıklayamıyordu. Linde artık tek ve emsalsiz evren modelini rafa kaldırmamız gerektiğini düşünüyor.Çünkü kozmik şişme teorisi evrenin düzenli olma yönündeki eğilimini açıkladığı gibi beraberinde çoklu evrenler modelini de zorunlu kıldı. Bu nasıl mı oldu? Teoriye göre; evren oluşum aşamasında muazzam hızda bir uzay genleşmesi geçirdi. Böylece uzayın birbirinden farklı içeriğe sahip kısımları esneyerek değişime uğradı, son derece pürüzsüz bir hal aldı. Bu noktada galaksiler belirmeye başladı. Linde bundan sonrasını şöyle açıklıyor; “Evrenin bir futbol topunun siyah ve beyaz altıgenlerden oluşuyor olması gibi bir yüzeyi olduğunu farz edenin. Topu patlatmadan şişirebilecek olsaydık, her bir siyah ve beyaz altıgen müthiş derece genişler ve birbirlerinden uzaklaşmaya başlardı. Siyah altıgenlerden birinde yaşıyor olsak, genişleme arttıkça beyaz kısımların varlığından bile habersiz  duruma gelirdik.  Sonunda tüm evrenin siyahtan ibaret olduğunu düşünüp neden başka bir rengin oluşmadığı üzerine bilimsel açıklamalar üretmeye çalışırdık. Beyaz altıgenlerden birinde yaşayanlar da aynı şeyi düşünüyor olurlardı. İşte şişme kuramı hem siyah hem de beyaz bölümlerin var olabileceğini ve bizim bunu gözlemleyemeyeceğimizi söylüyor.” Özetle Linde, bu altıgenlerin her birinin farklı fizik kurallarına sahip evrenler olduğunu söylüyor.

Günümüzün en güçlü teorilerinden olan sicim kuramı da uzay-zamanı 10 boyutlu (9 uzay boyutu ve zaman) olarak başanlı bir şekilde formüle ederek buna destek veriyor. Ama bizim algıladığımız 3 boyutlu uzayda diğer boyutların fark edilmesi mümkün değil. Çünkü öyle ufak boyutlarda ve öyle sıkıştırılmış gibiler ki onları algılamamız imkânsız. Fizikçiler ekstra 6 boyutun bu kadar küçük olmasının birçok nedeni olabileceğini düşünüyor. Peki, bu derece sıkışıp küçülmelerine rağmen neden patlayıp ortadan yok olmadılar? Linde; “Nedenini hiçbirimiz bilmiyoruz. 10 yıl önce bu duruma bir yaklaşım sunuldu. Ve evrenin farklı bölümlerinde 10 üzeri 500 farklı koşulun olabileceğine dair bir tablo ortaya çıktı. Bu olasılıkların her biri farklı uzay boşluğu enerjisi ve birbirinden farklı madde türleri içeren bölgeleri tarif ediyor” diyor. Bu bölgelerin her biri farklı evrenler olarak tanımlanıyor.

“Tabii ki evrenin diğer kısımlarını göremediğimize göre bu tablonun doğru olduğunu kanıtlayamayız” diyor Linde; “Diğer bir taraftan, bunun aksini de ispatlayamayız çünkü bahsi geçen diğer bölgeler bizden çok uzaktalar. Dolayısıyla konu hakkında şu ana dek gerçekleştirilen en iyi yaklaşım bu teoriden geldiği için 10 üzeri 500 adet farklı evren olduğuna karşı çıkan bir teorinin bunca olasılık arasından neden sadece bir tanesinin tüm evrende geçerli olduğunu kanıtlaması gerek.”
Tabii fizikçilerin tamamının bu modele katılmadığını da belirtmek gerek. Örneğin,
Princeton Üniversitesi’nden Paul Steinhardt, “Bu teori hiçbir şeyi açıklamıyor, sadece her şeyin mümkün olabileceğini gösteriyor. Bu yüzden kullanışlı bir model değil” diyor.
Perimeter Enstitüsü fizikçisi Lee Smolin de karşı çıkanlar arasında. Tek bir evren olduğunu ve fizik kurallarının zaman içinde gelişerek yaşam için uygun koşulları sağladığını düşünüyor.
İngiliz fizikçi Paul Davies ise bu yaklaşımın bilimsel olmaktan ziyade felsefi açıklamalar ürettiğini dilşünerderden.
Ama Linde’nin cevabı hazır: “Eğer tek bir evren olduğu fikrine geri döneceksek şu üç koşulun sağlanması gerek: şimdikinden daha iyi bir kozmolojik yaklaşım, elimizdekinden farklı parçacık etkileşimleri teorisi ve evrenin neden  bir şekilde yaşama uygun koşulları oluşturduğuna dair alternatif bir açıklama.”

– Andrei Linde – Teorik Fizikçi / Stanford Üniversitesi Fizik Profesörü

Kaynak: Popular Science-Kasim`14

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı ve Bilinmesi Gereken 12 Madde

Kas 14, 2015 - Sevkan Uzel

1905 yılında Albert Einstein fizik yasalarının tüm ivmelenmeyen (duran veya sabit hızla ilerleyen) gözlemciler için aynı olacağını ve ışığın boşluktaki hızının gözlemcinin hareketinden bağımsız olduğunu ortaya koydu. Bu özel görelilik kuramıydı. Fiziğin tümü için yepyeni bir çerçeve getirerek, yeni uzay ve zaman kavramları sundu.

Einstein bundan sonraki 10 yıl boyunca, kurama ivmelenmeyi de dahil edebilmek için uğraştı. 1915 yılında genel görelilik kuramını yayımladı. Bu kuramda, kütleli nesnelerin uzay-zamanda bir çarpıtma yaptığını ve bunun kütleçekim olarak algılandığını ortaya koydu.

Kütleçekimin Çekişi

İki nesne birbirleri üzerine “kütleçekim” olarak bilinen bir çekim kuvveti uygular. Isaac Newton üç hareket yasasını formüle ettiğinde, iki nesne arasındaki kütleçekimini niceliksel ifadesini yazmış oldu. İki cismi birbirine çeken kuvvet, cisimlerin kütlelerine ve birbirlerinden ne kadar uzak olduklarına bağlıydı. Dünya’nın merkezi sizi kendisine doğru çekerken (ve sizi yeryüzünde tutarken) bile, sizin kütle merkeziniz de Dünya’yı kendisine doğru çekiyordu. Kütlesi çok büyük olan Dünya, sizin uyguladığınız çekimi çok hafif hissederken, siz çok daha küçük kütleli olmanız nedeniyle Dünya’ya bağlı kalıyordunuz. Yine Newton’un yasaları, kütleçekimin cisimlerin kendi içlerinden kaynaklandığını ve belirli bir uzaklığa kadar etki edebildiğini varsayıyordu.

Albert Einstein özel görelilik kuramında, tüm ivmesiz gözlemciler için fizik yasalarının aynı olduğunu belirtmiş ve gözlemci hangi hızla ilerliyor olursa olsun ışık hızının boşluktaki değerinin hep aynı ölçüleceğini göstermişti. Sonuç olarak, uzay ile zamanın içiçe örülü olup, uzay-zaman olarak adlandırdığı tek bir süreklilik olduğunu anlamıştı. Bir gözlemci için aynı anda gerçekleşen iki olay, başka bir gözlemci için farklı zamanlarda gerçekleşmiş olarak algılanabilirdi.

Genel görelilik kuramı denklemleri üzerinde çalıştıkça, Einstein kütleli nesnelerin uzay-zamanda bir çarpıtmaya yol açtığının farkına vardı. Bir trambolinin tam ortasına büyük bir nesne bıraktığınızı düşünün. Nesne kumaşı aşağı iterek çukurluk oluşturur. Tramboline bir de bilye bırakırsanız, bilye büyük nesnenin oluşturduğu çukurun sınırını geçtiğinde, sarmallar çizerek nesneye doğru iner. Bu tıpkı bir gezegenin çekim alanına giren bir göktaşının durumuna benzer.
 

Deneysel Kanıt

Her ne kadar sahip olduğumuz aygıtlarla uzay-zamanı göremesek ve ölçemesek de, uzay-zamanın eğrilmesi dolayısıyla oluşması öngörülen çok sayıda görüngü doğrulanmıştır.

Kütleçekimsel Merceklenme: Kara delik gibi büyük kütleli bir nesnenin çevresinde ışık bükülür ve arkasında bulunan nesneler için bir mercek gibi davranır. Astronomlar büyük kütleli nesnelerin arkasındaki yıldızları ve galaksileri incelemek için bu yöntemi sürekli kullanmaktadır.

Pegasus Takımyıldızı‘nda bulunan Einstein Haçı adlı kuasar, kütleçekimsel merceklenmeye mükemmel bir örnektir. Dünya’dan yaklaşık 8 milyar ışık yılı uzakta bulunan bu kuasar, 400 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir gökadanın arkasında yer alır (bizim bakış açımıza göre). Gökadanın yoğun kütleçekimi kuasardan gelen ışığı büktüğü için gökada çevresinde bu kuasarın dört farklı görüntüsü oluşur.

Kütleçekimsel merceklenme bilimcilerin pek çok ilginç gözlemde bulunmasını sağlayabilir. Fakat yakın zamana kadar mercek çevresinde belirleyebildikleri oldukça durağandı. Örneğin mercek (bu olayda büyük kütleli bir gökada) yakınından geçen ışık, her biri farklı süreler alan farklı yollarda ilerlediğinden, bilimciler bir bakışta tek bir süpernovanın dört farklı zamandaki durumunu görebilmişlerdi.

Bir diğer ilginç gözlemleri ise NASA’nın Kepler teleskopunun saptadığı ölü bir yıldızdı. Beyaz cüce olarak bilinen bu yıldız, bir kırmızı devin yörüngesindeki ikili bir sistemdeydi. Beyaz cücenin kütlesi daha büyük olmasına rağmen, ikili sistem eşinden çok daha küçük yarıçaplı bir yörünge izliyordu.

“Bu teknik, neredeyse Los Angeles ile New York arası kadar bir mesafeden (yaklaşık 483 kilometre) bir ampül üzerindeki sineği seçebilmeye eşdeğer,” diyor Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden Avi Shporer.

Merkür’ün yörüngesindeki değişimler: Güneş’in büyük kütlesinin uzay-zamanda yarattığı kıvrımlardan ötürü Merkür’ün yörüngesi yavaş yavaş kaymaktadır. Birkaç milyar yıl sonra Dünya ile çarpışması bile olası.

Dönen cisimlerin yakınında uzay-zamanın çerçeve kaymasına uğraması: Dünya gibi ağır bir cismin kendi etrafındaki dönüşü, çevresindeki uzay-zamanı çarpıtır. 2004 yılında NASA tarafından Gravity Probe B (GP-B) adında bir araç tarafından bu etki doğrulanmıştır. GP-B ekibinden Francis Everitt şöyle diyor: “Dünya’yı balın içine batırdığınızı düşünün. Gezegen dönerken etrafındaki bal eğrilir; tıpkı uzay-zaman gibi. GP-B Einstein’ın evreninin en derin iki öngörüsünü doğruladı.”

Kütleçekimsel kırmızıya kayma: Bir nesnenin elektromanyetik ışıması bir kütleçekimsel alan içinde hafifçe esner. Bir ambulans sireninden yayılan ses dalgalarını düşünün. Araç gözlemciye yaklaşırken ses dalgaları sıkışır; uzaklaşırken ise esner yani kırmızıya kayar. Doppler Etkisi olarak bilinen bu olay tüm frekanslardaki ışık dalgalarında da oluşur. 1959 yılında Robert Pound ve Glen Rebka adlı iki fizikçi, radyoaktif demirin gama ışınlarını Harvard Üniversitesi’ndeki bir kuleye göndererek, kütleçekim nedeniyle normal frekanslarından birazcık daha azaldıklarını buldu.

Kütleçekimsel dalgalar: İki karadeliğin çarpışması gibi şiddetli olayların uzay-zamanda dalgalanma yaratabileceği düşünülüyor. Bu dalgalanmalara kütleçekimsel dalga adı veriliyor. LIGO gözlemevi halen bu kuramsal öngörüyü doğrulamak için çalışıyor.

2014 yılında bilimciler, Antartika’da bulunan BICEP2 teleskopunu kullanarak Büyük Patlama’dan artakalan kütleçekimsel dalgaları saptadıklarını duyurdular. Bu tür dalgaların kozmik arka alan ışınımı içine gömülü olduğu düşünülüyor. Ancak yapılan ileri araştırmalar, BICEP’den gelen verilerin geçersiz olduğunu ortaya koydu.

“Erken evrenden kalan bu benzersiz kaydı aramak hem zor hem de heyecan verici,” diyor Avrupa Uzay Ajansı’ndan Jan Tauber.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Genel Göreliliğin 100. Yılı

Kas 3, 2015 - Baran Bozdağ

Yıllarca uzay, zaman, madde ve kütle çekim üzerine düşündükten ve çalışmalar yürüttükten sonra Einstein, ‘genel görelilik teorisi’ ile bilimin kozmosla ilgili kavrayışını büyük bir değişime sürükledi.

Yine Einstein’a ait olan özel görelilik teorisi, yaklaşık on yıl kadar daha önce ortaya atılmıştı ve burada Einstein uzayı zamanla, maddeyi de enerji ile birleştirmişti. Bundan kısa bir süre, Einstein göreliliğin genel versiyonunun uzay-zaman ile kütle-enerji’yi birleştirerek kütleçekimini yaratacağını gördü. Kütleçekim, bu alanların hepsini bir araya getirmek yerine uzay zaman dokusunu büker ve bu bükülmenin yarattığı kıvrımların üzerinde uzay-zaman boyunca ilerler.

Einstein’ın uzayı büken teorisi aynı zamanda beyinlerimizi de büküyor. Bu teori yalnızca Newton’un kanununun işlemediği noktalardaki kütleçekimsel gizemleri açıklamakla kalmadı aynı zamanda kara deliklerden, evrenin genişlemesine kadar bir çok beklenmedik doğal fenomenin de önceden tahmin edilebilmesini sağladı. Bu süreçten sonra evren küçük ve statik olmanın tam tersine, genişleyebilen, dinamik ve genel görelilik olmadan açıklanamayacak tuhaf astrofiziksel cisimlerle dolu olarak anlaşıldı ve bilinir oldu.

Bugün ise son birkaç on yıldır olduğu gibi, astrofizikçiler çağın diğer büyük devrimci teorisi kuantum mekaniği ile genel göreliliği bağdaştırmak üzere çalışıyor. Bugünlerde bu uğraşlardan yeni bir teori yaratılacak gibi görünüyor, bilimciler bunun beklentisi içindeler. Tahmin edilen bu gelişme ile birlikte evrenin varlığının kökeni ve özü ile ilgili çok derin bir kavrayış sağlanacaktır. Bu kavrayış da Einstein olmadan mümkün olmayacaktı.

----------------------------------------------------------------------------------

Kara Delik Tekilliğinin Altın Yıldönümü

Eki 5, 2015 - Sevkan Uzel

Bir yıldız çökerek kara delik haline geldiğinde, fizik yasalarının içinde geçerli olmadığı bir uzay-zaman tekilliği oluşur. 1965 senesinde Roger Penrose, bu tekillik ile zamanla büzüşen tuzaklanmış yüzeyleri ilişkilendiren bir teorem sunmuştu. Genel görelilik kuramının sonuçlarından biri olan bu hipotez şimdilerde altın yıldönümünü kutluyor.

Şu anda Oxford Üniversitesi’nde Emeritus (emekli olmuş ama onursal olarak görevini sürdüren) Profesör durumundaki fizikçi ve matematikçi Roger Penrose, tam 50 yıl önce görelilikle ilgili iki kavramı ilişkilendirdiği bir teorem formüle etti. Bu kavramlardan biri “kütleçekimsel tekillik”, yani fiziksel niceliklerin tanımlanamadığı bir uzay-zaman hatası. Diğer kavram ise “tuzaklanmış yüzeyler” adı verilen, zamanla kaçınılmaz bir şekilde büzüşen alanlar. Bu tür yüzeyler ömrünü tamamlayarak patlayan yıldızlar tarafından oluşturuluyor. Yıldız çökerken yerini bir kara deliğe bırakıyor. Bu esnada, zamanın varolmaktan çıktığı ve bilinen fizik yasalarının artık uygulanamaz olduğu bir kütleçekimsel tekillik yaratılıyor.

Penrose’un işte bu iki kavramı ilişkilendiren teoremi, Einstein’ın genel görelilik kuramının matematiksel olarak sağlam olan ilk büyük sonucu olarak değerlendirildi. Teoremi yayımladıktan kısa süre sonra Penrose, Stephen Hawking ile birlikte bir başka teoremi sınadı. Buna göre, bizimki gibi genişleyen bir evrenin başlangıcında anlık bir tekillik olması gerekiyordu; yani sonsuz yoğunluğa sahip gizemli başlangıç durumu olan bir Büyük Patlama.

Bu teoremleri ele alan bir makalenin yazarlarından biri olan ve Basque Country Üniversitesi’nde çalışan kuramsal fizikçi José M. M. Senovilla şöyle diyor: “Bu iki teoremden şu anlaşılıyor ki, genel görelilik kuramı fiziksel olarak kabul edilebilir belli koşullar altında, tekil ve katastrofik olayların varlığını öngörmektedir; kara deliğin içinde olanlar ya da evrenin başlangıçtan itibaren genişleyişi gibi. Fakat bir yandan da Einstein’ın kuramının, kendi sınırlamalarını içerdiğine ve tanımladığına işaret ediyorlar Çünkü bütünüyle kabul edilemez olan “sonsuz” tekillikler durumuna bağlı olarak, uç koşullar altındaki belli durumlarda kuram geçerliliğini yitiriyor.”

Teoremlerin kendileri, kara delikler gibi katastrofik olayların varlığına işaret etmiyor. Eğer teoremlerin hipotezleri geçersiz kılınırsa, tekilliklerden kaçınmak mümkün oluyor. “Buna bir örnek olarak evrenin tamamının enerji yoğunluğunun ortalama olarak sıfır olması durumu verilebilir. Ancak bu pek gerçekçi değil, o nedenle tekillikler varlıklarını sürdürüyor,” diye ekliyor Senovilla. Penrose’un tekillik teoremini konu alan çalışması, genel görelilik kuramının 100.yaşının onuruna Classical and Quantum Gravity dergisinde yayımlandı.

Kaynak: Eurekalert.org, “The golden anniversary of black-hole singularity”

--------------------------------------------------------------------------------------------

Büyük Patlama Yok Mu? Yeni Bir Denkleme Göre Evrenin Başlangıcı Yok

Şub 21, 2015 - Gürkan Akçay

Yeni bir kuantum denklemine göre; evrenin bir başlangıcı yok. Bu yeni model; kuantum düzeltme ifadelerinin Einstein ‘ın Genel İzafiyet Teoremine uygulanması ile elde edildi. Model, aynı zamanda karanlık madde ve karanlık enerjiye dair açıklamalar getirebilir.

Genel İzafiyet teoreminin tahminine dayanarak evrenin bir yaşının olduğu ve bu yaşın 13.8 milyar yıl olduğu neredeyse tüm bilimciler tarafından güçlü delillere dayandırılarak kabul görüyor. Evrenin başlangıçta bir tekillik (singularity) ya da sonsuz yoğunlukta bir noktadan genişleyerek, Büyük Patlama ile başladığı düşünülüyor.

Elbette, Büyük Patlama tekilliği, genel göreliliğin matematiğinde direkt olarak ve hatta kaçınılmaz bir biçimde ortaya çıkar. Fakat matematik; yalnızca tekilliğin hemen sonrasında (öncesinde değil) ne olduğunu izah edebilir, dolayısıyla da bilim insanları bu durumu biraz problemli görüyorlar.

Mısır’daki Benha University ve Zewail City of Science and Technology’den Ahmed Farag Ali:

” Büyük Patlama tekilliği fizik kurallarının bu noktada çökmesinden kaynaklı genel göreliliğin en ciddi problemidir ” diyor.
Ali ve Kanada, Alberta’daki University of Lethbridge’den makalenin eş-yazarı Saurya Das Physics Letters B ‘de Büyük Patlama tekilliğini ortadan kaldıran ve evrenin bir başlangıcı ve sonu yoktur diye ifade edilen yeni modellerini içeren makaleyi yayımladılar.
 

Geçmiş Fikirler Tekrar Gözden Geçirildi

Fizikçiler, kuantum doğrulama ifadelerinin özellikle Büyük Patlama tekilliğini bertaraf etme girişimi olarak uygulanmadığını bilhassa vurguluyorlar. Çalışmaları; fiziğin felsefesine katkılarıyla bilinen teorik fizikçi David Bohm’un düşüncelerine dayanıyor. 1950lerde başlayarak, Bohm; klasik jeodezi ( eğik yüzeyde iki nokta arasındaki en kısa yol)  yerini alan kuantum yörüngeleri çalışmalarına imza atmıştır.
Makaleye göre; Ali ve Das bu Bohm yörüngeleri; Hindistan’da Presidency University in Kolkata’daki fizikçi Amal Kumar Raychaudhuri tarafından 1950’lerde geliştirilen denkleme uyguladılar.
Kuantum-düzenli Raychaudhuri denklemini kullanarak, Ali ve Das kuantum-düzenli Friedmann denklemlerini elde ettiler. Bu denklemler evrenin genişleyişi ve evrimini (Büyük Patlama’yı da içererek) genel görelilik bağlamında tanımlıyor. Her ne kadar kuantum kütle çekimi teorisi doğru olmasa da, model kuantum teorisi ve genel görelilikten unsurlar içeriyor. Böyle olsa bile Ali ve Das tam bir kuantum yer çekimi teorisi oluşturulduğunda kullanmayı ümit ederek sonuçlarını saklamaya devam ediyorlar.
 

Ne Tekillikler Ne de Karanlık Madde 

Büyük Patlama tekilliğini öngörmeyen model, dahası “büyük çöküş” tekilliğini de öngörmüyor. Genel Görelilikte, evrenin muhtemel bir sonu; kütle çekimlerinin bir sonucu olarak tekrar küçülmeye başlaması ve “büyük çöküşle” birlikte tekrar sonsuz yoğunluktaki noktaya geri dönmesi olarak tanımlanıyor.

Ali ve Das; Bohm yörüngeleri ve klasik jeodezi arasındaki temel farktan kaynaklı olarak, makalelerinde modellerinin tekilliklerden kaçındığını ifade ediyorlar. Klasik jeodezikler er ya da geç birbirini keser ve kesiştikleri noktalarda tekillikler meydana gelir. Ancak; Bohm yörüngeleri asla birbirlerini kesmez dolayısıyla da denklemlerde tekillikler görünmez.

Kozmolojik ifadelerde, bilimciler kuantum düzeltmelerinin karanlık enerji ihtiyacı olmadan birer kozmolojik sabit terimler ve bir ışıma terimi olarak düşünülebileceğini söylüyorlar. Bu terimler evreni sonlu boyutta tutar ve dolayısıyla da ona sonsuz bir yaş verir. Terimler aynı zamanda da kozmolojik sabit ve evrenin yoğunluğu araştırmalarında yakın tahminler geliştiriyor.
 

Yeni Kütle Çekim Parçacığı

Fiziksel ifadelerde, model; evreni kuantum akışkanıyla dolu olarak tanımlıyor. Bu akışkan gravitonların (kütle çekim kuvvetine aracılık ettiği varsayılan ağırlıksız parçacıklar)  bir bileşimi olabilir. Eğer varsalar, gravitonlar kuantum kütle çekimi teorisinde oldukça önemli bir role sahip olabilirler.

Modele göre evren “kuantum akışkan” ile doludur ve bu akışkanın bileşeni de kütleçekimsel kuvvetin aracı parçacığı olduğu düşünülen ve henüz varlığına dair herhangi bir kanıt bulunamamış “graviton” olabilir.

Modelle ilişkili bir başka makalede Das ve Rajat Bhaduri ile beraberce çalışarak modeli daha da ileri bir boyuta taşıdı. Das ve Bhaduri; gravitonların; evrenin tüm zamanlarındaki bütün sıcaklıklarda Bose-Einstein yoğunlaşması oluşturabileceğini gösterdiler.

Das, başlangıçsız evren modelinin anlatıldığı makale ile bağlantılı başka bir yayında Rajat Bhaduri ile birlikte çalışmaları daha da ileriye götürerek gravitonların evrenin tüm evrelerindeki sıcaklıklarda Bose-Einstein yoğunlaşması oluşturabileceğini gösterdi.

Modelin, Büyük Patlama tekilliğini ortadan kaldırabilme, karanlık madde ve karanlık enerjiye dair açıklama geliştirme potansiyelinin var oluşu; fizikçileri bu yeni modellerini gelecekte daha dikkatli bir şekilde analiz etmelerini planlamaya itiyor. Ekibinin bir sonraki adımı ise; homojen olmayan ve izotropik (eşyönlü) olmayan küçük tedirgemelerin (pertürbasyon) de hesaba katılmasını içeriyor, fakat fizikçiler bu küçük tedirgemelerin sonuçlarda önemli bir değişiklik meydana getirmeyeceğini düşünüyorlar.

Makale Referansı: Ahmed Farag Ali and Saurya Das. “Cosmology from quantum potential.” Physics Letters B. Volume 741, 4 February 2015, Pages 276–279. DOI: 10.1016/j.physletb.2014.12.057.
 

Kaynak: Lisa Zyga, “No Big Bang? Quantum equation predicts universe has no beginning”, 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kara Delikler ve Karanlık Bölge Kuantum Yerçekimi İle Açıklandı

Mar 7, 2015 -Gürkan Akçay

Fizikteki en büyük gizem nedir?

Bu soruyu hangi teorik fizikçiye sorarsanız sorun, eğer cevabı; “Kuantum Yerçekimi” ve “Karanlık Bölge” dışında bir şey olursa şaşırın. “Genel Görelilik ve Kuantum Teoriyi nasıl uzlaştırırız?” “Karanlık Madde nedir?” “Karanlık Enerji nedir?” gibi sorular birçok fizikçinin gece geç saatlere kadar uykusuz kalmalarına sebep olan sorulardır. Bu sorulara verilebilecek cevaplar çoğaltılabilir ancak hepsi de tatmin edici bir açıklama sağlama noktasında şimdilik yetersizdirler.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Beyaz Delik Nedir?

Eki 10, 2015 - Sevkan Uzel

Matematiksel olarak kara deliklerin karşıtı olarak tanımlanan beyaz deliklere geçmeden önce, kara delikleri anımsayalım. Kara delikler, madde ve enerjinin çok yoğun olarak sıkışması sonucu, kaçış hızının ışık hızını aşmış olduğu evren bölgeleridir.

Bir kara deliği bütünüyle tanımlamak için oldukça süslü matematik gerekir. Yine de onlar evrende bulunan gerçek nesnelerdir. Einstein’ın görelilik kuramı tarafından öngörülmüş ve geçtiğimiz yıllarda gerçekten de keşfedilmişlerdir. Kara delikler, Güneş’imizden çok daha büyük kütleli yıldızlar süpernova biçiminde öldüğünde oluşur.

Peki o zaman beyaz delik nedir? Beyaz delikler, astrofizikçiler bir kara deliğin çevresini matematiksel olarak incelerken, olay ufkunda hiç kütle olmadığını varsaydığında ortaya çıkar. Kütlesiz bir kara delik tekilliği olabilir mi? Beyaz delikler bütünüyle kuramsal matematiksel kavramlardır.

İşin aslı, eğer hayatınızı kara delik matematiğinden kazanıyorsanız, tekilliğin kütlesini göz ardı etmenin hayatınızı kolaylaştıracağı söylendi bana. Aslında varolan şeyler değiller. Astronomlar alışılmadık bir ışınım çıkışı saptayıp da, bunu açıklamak için hipotetik beyaz delik modelleri
geliştirmiş falan değil.

Dr. Brian Koberlein şöyle der: “Elinde beş tane kek varsa ve bunları dağıtmaya başlarsan, sonunda biterler. O andan sonra daha fazla veremezsin. Böyle bir durumda sıfırın altına doğru sayamazsın. Elbette üzerinde “sana bir kek borcum var” yazan kağıtlar dağıtabilirsin. Ama negatif sayıların varlığına dayanarak “negatif kek”lerin varolduğunu ve insanlara verilebileceğini iddia etmek gülünç olur.”

Şimdi, büyük ihtimalle yoklar ama şayet beyaz delikler varsa, kara deliklerin tam tersi biçimde davranacaklardır. Matematiksel öngörüye göre, içlerine madde çekmek yerine, beyaz delikler tıpkı çikolata çeşmesi gibi, uzaya madde fırlatacaklardır.

Beyaz delik matematiğinin gerektirdiği bir diğer şey ise beyaz deliklerin kuramsal varlıklarını
sürdürmesi için, olay ufkunda hiç bir madde zerresinin olmaması koşuludur. Tek bir hidrojen atomu bile o bölgeye savrulacak olsa, herşey çöker. Evrenin başlangıcında beyaz delikler yaratılmış olsa bile, şimdiye dek çoktan çökerlerdi. Çünkü evrenimiz zaten başıboş madde kaynıyor.

Beyaz deliklerin sadece kuramsal olmadığını düşünen az sayıda fizikçinin varolduğunu da söylemek gerek. Fransa’daki Aix-Marseille Üniversitesi’nden Hal Haggard ve Carlo Rovelli, döngü kuantum kütleçekimi denilen bir kuramsal fizik dalında çalışarak kara deliklerin içinde neler olduğunu açıklamaya çalışıyor.

Bu kurama göre, bir kara delik tekilliği fiziğin öngörüsüne göre küçülebileceği kadar küçülüp, sıkışacaktır. Ardından da bir beyaz delik olarak tersine dönecektir. Ancak kara delik etrafındaki çok güçlü zaman genleşmesi etkisine bağlı olarak bu olay en düşük kütlelerin bile dışarı dönmeleri için milyarlarca yıl gerektirecektir. Eğer Büyük Patlama’nın ardından oluşmuş mikroskobik kara delikler varsa şimdiye dek bozunup, beyaz delikler olarak patlamaları gerekirdi. Stephen Hawking’e göre ise buharlaşmaları gerekirdi.

Fizikçilerin ortaya koyduğu bir diğer ilginç fikir de, beyaz deliklerin Büyük Patlama için bir açıklama olabileceği görüşü. Ne de olsa Büyük Patlama da devasa miktarda madde ve enerjinin birden bire belirdiği bir başka durum. Tüm olasılıklara rağmen, beyaz delikler sadece süslü matematik. Süslü matematik de gerçeklikle temas ettiğinde pek hayatta kalamadığına göre beyaz delikler muhtemelen sadece hayal ürünü.

Kaynak: Phys.org, “What are white holes?”

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kara Delik Bir Tür Solucandeliği mi?

Ağu 26, 2015 - Erhan Güven

Kara deliklerle ilgili yeni teori, kara deliğin fikir babasından geldi.
Stockholm Üniversitesi’nin her yıl düzenlediği Uluslararası Hawking Radyasyonu Konferansı, biletlerini yaz başında alan 3000 izleyicinin katılımıyla gerçekleşti.

Konferansa, evrende kara deliklerin olması gerektiğini öne süren varsayımını matematiksel olarak açıkladığı çalışmalarına değinerek başlayan ve bu konuda açık ara en çok araştırma yapan kişi olan Hawking, bilim insanlarının bir kara delik bulması durumunda Nobel Ödülü alacağını da baştan belirterek konu üzerinde ciddi çalışmalar yürüten Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’ne (CERN) de mesaj göndermiş oldu.

Kara deliklerin adlandırıldıkları veya çizimlerde gösterildikleri kadar kara olmadıklarını vurgulayan Hawking, kara deliğe giren bir maddenin ortadan kalkmayabileceğine, diğer bir evrende varlığını sürdürebileceğine işaret etti: “Bir kara delikteymiş gibi hissediyorsanız pes etmeyin, bir çıkış yolu var”.  

Kara delik bilgi çelişkisinin bir uzanımı olarak, kara deliğe giren bir maddeyle ilgili bilginin olay ufkunda kaldığı ve saklandığı varsayımıyla, kara deliğe girmeyen bir bilginin çıkmasından da söz edilemeyeceğini vurgulayan Hawking’e göre kara deliğe düşen bir insan “yok” olmayabilir.

Bilimsel magazin açısından, Hawking’in “maddeye ait bilginin olay ufkunda saklanması” varsayımını kabulü, Leonard Susskind ile tutuştuğu kara delik savaşını* bitiren ateşkes anlaşmasının bir parçası olduğunu da ekleyelim. Susskind, kara delik bilgi çelişkisine derman olan holografi ilkesiyle, kuantum mekaniği önündeki bir engeli, sicim teorisi yardımıyla çözerek savaşı kazanmıştır.

Yeni bakış açısıyla değerlendirildiğinde, kara delikler, olay ufkunu geçtikten sonra yok oluşa giden bir yol olmaktan öte, başka evrenlere açılan kapılar olarak düşünülebilir. Bu durumda solucandeliği varsayımını da kara delikler başlığı altında incelemek pek de yanlış olmayacaktır.

* Leonard Susskind – The Black Hole War – My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics

Kaynak: Stockholm University

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Yeni Yasa Kara Delikte Termodinamik Zamanın Tersine Aktığına İşaret Ediyor

Eyl 21, 2015 - Sevkan Uzel

Kara deliklerin garip özelliklerinin en ünlüsü içine düşen hiçbirşeyin, ışığın bile bir daha kaçamaması olsa gerek. Daha az bilinen fakat bir o kadar garip olan özellikleri ise kara deliklerin gelecekte olacakları “biliyor” gibi görünmesidir. Bu tuhaf özellik aslında kara deliklerin tanımlanma biçiminden kaynaklanır ve bu nedenle bazı fizikçiler alternatif tanımlar yapmayı denemişlerdir.

Geçtiğimiz günlerde Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makalede, California Üniversitesi Berkeley Kampüsü profesörlerinden Raphael Bousso ve aynı üniversitenin Santa Barbara Kampüsü doktora öğrencilerinden Netta Engelhardt konuyla ilgili çalışmalarından elde ettikleri bulguları paylaştı. Makaleye göre, genel görelilikte yeni bir alan yasası [İng. area law] kara deliklerin “holografik ekranlar” adı verilen bükülmüş geometrik nesneler oldukları yorumuna dayanıyor.

“Kara delik olay ufkunun sözde nihai olan açıklaması, fizikçilerin olay ufkunu tanımlama biçimlerinin bir kalıntısıdır. Olay ufku sonsuz gecikmiş zamana göre tanımlanır, dolayısıyla tanımsal olarak evrenin tüm yazgısını bilir”. Engelhardt şöyle devam ediyor: “Genel görelilikte, kara deliğin olay ufku sonlu zaman içindeki fiziksel bir gözlemci tarafından gözlemlenemez. Ayrıca kara deliklerin sonsuz geleceği bilmesi gibi bir anlayış da yoktur. Bu sadece kara delikleri tanımlamanın işe yarar bir yoludur.”

Engelhardt’ın açıkladığı üzere, holografik ekranların bu denli ilginç olmasının nedenlerinden biri daha yerel özelliklerle tanımlanmaları ve sonsuz geleceğe ilişkin bilgiye ihtiyaç duymamalarıdır. “Holografik ekran benzeri nesneleri ilginç kılan özelliklerden biri bu. Tanımlanış biçimleri itibariyle acayip özelliklerden muzdarip olmuyorlar,” diye açıklıyor.

Fizikçiler yayımladıkları makalede, bir holografik ekranın alanının hangi yönde arttığını söyleyen yeni bir alan yasasında söz ediyor. Bu da ekranın “gelecek holografik ekranı” mı, yoksa “geçmiş holografik ekranı” mı olduğuna bağlı oluyor. Bilimcilerin yaptığı açıklamaya göre bu iki ekran, farklı türdeki kütleçekim alanlarına karşılık geliyorlar.

“Holografik ekranlar bir anlamda güçlü kütleçekim alanlarının yerel sınır bölgeleri oluyor. Gelecek holografik ekranları, maddeyi birbirine çeken kütleçekim alanlarına (örneğin kara delik, büyük çöküş [İng. big crunch]) karşılık gelirken, geçmiş holografik ekranları ise maddeyi birbirinden uzaklaştıran bölgelere (örneğin büyük patlama, beyaz delik) tekabül ediyor,” diye anlatıyor Engelhardt.

Yeni alan yasası şunu ortaya koyuyor: Bir gelecek holografik ekranı daima bir yönde büyürken, geçmiş holografik ekranının alanı hep diğer yönde artar. Bu yasaya termodinamik perspektiften bakıldığında ve uzayzamanın bir hologram olduğu fikri düşünüldüğünde, bazı merak uyandırıcı yorumlar ortaya çıkıyor. Holografik ilkeye göre, verilen bir alandaki bilgi miktarı ya da entropi, yüzey alanı ile ilişkilidir. Dolayısıyla alanı entropi üzerine konmul bir sınır olarak yorumlayarak, alan yasası termodinamik zamanın (bilimciler bunun matematiksel zamandan farklı olduğunu ekliyor) yönünün anlaşılmasını sağlayabilir.

Gelecek ve geçmiş holografik ekranlarının alanları farklı yönlerde artış gösterdiğinden, bu iki tip ekran için zamanın yönü farklı oluyor. Geçmiş ekranlarında, zaman ileri akıyor. Bizimki gibi genişleyen evrenler, geçmiş holografik ekranlar içeriyor. Biz de doğal olarak termodinamik zamanı ileri akar biçimde algılıyoruz. Gelecek holografik ekranlarında ise tersine zaman geriye doğru akıyor. Bir anlamda, kara deliklerin içinde ve çökmekte olan evrenlerde termodinamik zamanın  geriye doğru aktığı gibi tuhaf bir sonuç çıkıyor bu yorumdan.

Kaynak: Phys.org, “New law implies thermodynamic time runs backwards inside black holes”
 

Referans: Raphael Bousso and Netta Engelhardt. “A New Area Law in General Relativity.” Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.081301

Üst görsel: Kim D. French

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kara Delik Nedir?

May 1, 2015 - Gürkan Akçay

“Nedir?” temalı yazılarımıza ara ara devam ediyoruz. Bu yazımızda da genel olarak Evren, Uzay, Astrofizik gibi konu başlıklarında sık sık karşılaşılan kavramlardan bir olan “kara delik” üzerine daha somutlaştırıcı bir tanımlama yapacağız.

Kara delik, uzayda bulunan ve ışığın dahi kaçamadığı çok çok güçlü bir çekim gücüne sahip olan bir bölgedir. Çok güçlü bir yer çekimi oluşur,çünkü madde minik bir boşluğa sıkışmıştır. Bu sıkışma, bir yıldızın “yaşamının” sonunda meydana gelebilir. Bazı kara delikler yıldız ölümlerinin bir sonucudur.

Kara deliklerden ışık kurtulamadığı için, görünmezdirler. Ancak, özel bazı aygıtlara sahip uzay teleskopları kara delikleri bulmada yardımcı olabilirler. Bu  teleskoplar kara deliklere çok yakın olan yıldızların ve bazı maddelerin davranışlarını gözlemleyebilir.

Kara Delikler Ne Kadar Büyüktür? 

Kara delikler çeşitli büyüklüklerde olabilirler, fakat temel olarak 3 çeşit kara delik vardır. Kara deliklerin kütlesi ve büyüklüğü onların türünü belirler.

En küçük kara delikler ilksel kara delikler olarak bilinir. Bilimciler, bu tür kara deliklerin bir atom kadar küçük olduklarını ancak büyük bir dağ kadar büyük bir kütleye sahip olduklarını düşünüyorlar.

En yaygın kara delik tipi ise yıldızsal olarak isimlendirilen orta-büyüklükteki kara deliklerdir. Bir yıldızsal kara deliğinin kütlesi Güneş’in kütlesinden yaklaşık 20 kat daha büyük olabilir ve yaklaşık olarak 16 km çapındaki bir topun içerisine yerleştirilebilir. Samanyolu Galaksi‘sinde düzinelerce yıldızsal kara delik bulunabilir.

En büyük kara delikler ise “süper kütleli” olarak isimlendirilir. Bu kara delikler bir milyon tane Güneş’in bileşiminden daha büyük kütlelidirler ve çapı, yaklaşık olarak Güneş Sistemi büyüklüğünde olan bir topun içerisine yerleştirilebilir. Bilimsel deliller; büyük galaksilerin her birinin merkezinde bir tane süper kütleli kara delik bulunduğunu gösteriyor. Samanyolu Galaksimizin merkezinde olduğu düşünülen süper kütleli kara deliğin ismi ise Sagittarius A‘dır.  [Samanyolu’nun Kalbindeki Canavar: Sagittarius A] . Bu kara delik, yaklaşık 4 milyon tane Güneş’in kütlesine eşit bir kütleye sahiptir ve yaklaşık bir güneş büyüklüğünde çapı olan bir topun içerisine yerleştirilebilir.

Kara Delikler Nasıl Oluşurlar?

İlksel kara deliklerin evrenin ilk zamanlarında, Büyük Patlama’dan (Big Bang) hemen sonra oluştuğu düşünülüyor.

Yıldızsal kara delikleri ise; çok büyük kütleli bir yıldızın kendi merkezine doğru patlaması (çöküşü) sonucu oluşurlar. Bu çöküş aynı zamanda bir süpernovaya ya da uzaya doğru patlayan yıldız patlamalarına sebep olur.

Süper kütleli kara delikler için ise; bilimciler bu kara deliklerin içerisinde bulundukları galaksiler ile aynı anda oluştuklarını düşünüyorlar. Bu kara deliklerin büyüklüğü içerisinde bulundukları galaksinin kütlesine ve büyüklüğüne bağlıdır.

Kara Delikler “Kara/Karanlık” ise, Bilimciler Bunların Var Olduklarını Nasıl Biliyorlar?

Işığı kara deliğin merkezine doğru çeken çok büyük bir çekim gücüne sahip olmalarından kaynaklı olarak kara delikler, görülemezler. Fakat bilimciler; kara deliklerin etrafındaki yıldızlara ve gazlara uygulanan güçlü çekim kuvvetinin etkilerini görebiliyorlar. Eğer bir yıldız, uzayda belli bir noktada dönüyorsa, bilimciler yıldızların bir kara delik etrafında dönüp dönmediğini yıldızın hareketinden anlayabiliyorlar.

Bir yıldız ve kara delik birbirlerine çok yakın dönüyorlarsa, yüksek enerjili bir ışık ortaya çıkıyor. Bilimsel aygıtlaroluşan bu yüksek enerjili ışığı saptayabiliyor.

Bir kara deliğin çekimi bazen yıldızların dışındaki gazları çekebilecek kadar güçlü olabilir ve etrafında birikim halkası (İng. accretion disk) denilen bir halka büyütür. Birikim halkasındaki gaz, kara delik içerisine doğru spiral (sarmal) yaptıkça, gaz çok yüksek sıcaklıklara ısınır ve bütün yönlerde X-ray ışını yayar. NASA teleskopları X-ray ışınının ölçümünü yaparlar. Astronomlar bu bilgiyi kara deliğin özellikleri hakkında bilgi elde etmek için kullanırlar.

Dünya’yı Bir Kara Delik Yok Edebilir Mi?

Kara delikler evrende başıboş dolaşmaz ve gezegenleri rastgele olarak yutmazlar. Kara delikler de uzaydaki diğer nesneler gibi çekim yasalarını takip ederler. Dünya’yı etkilemesi için bir kara deliğin yörüngesi Güneş Sistemine çok yakın olmalıdır, ki bu durum pek muhtemel değildir.

Eğer Güneş ile aynı kütledeki bir kara delik Güneş ile yer değiştirseydi, Dünya buna kapılmazdı.Güneş kadar kütlesi olan bir kara delik Güneş ile aynı çekim gücüne sahip olurdu. Ve böylesi bir durumda, şuan Güneş etrafında dönen gezegenler kara delik etrafında dönüyor olurdu.

Güneş Bir Kara Deliğe Dönüşebilir Mi?

Güneş, bir kara deliğe dönüşebilecek kadar yeterli kütleye sahip değildir. Milyarlarca yıl içerisinde, Güneş “yaşamının” sonuna geldiğinde, kırmızı deve (İng. red giant star) dönüşür. Sonrasında, “yakıtının” hepsini tükettiğinde, dış katmanından kurtulur ve gezegensi bulut (en. planetary nebula) olarak isimlendirilen akkor bir gaz halkasına dönüşür. En sonunda da, Güneş’ten geriye; soğuyan bir beyaz cüce (İng. white dwarf star) kalır.

Tanımlar:
Kütle: Bir nesnedeki madde miktarıdır.

Kırmızı Dev: Güneş’ten daha büyük bir yıldızdır ve kırmızıdır çünkü daha düşük sıcaklıktadır.

Beyaz Cüce: Yaklaşık olarak Dünya büyüklüğünde olan küçük bir yıldızdır ve yıldız “yaşamının” son evrelerinden birisidir.

Kaynakça:

1- University of Arizona, “Black Hole Stellar Remains”, 
2- Virginia Tech., “Frequently Asked Questions About Black Holes”, 
3- NASA, 
4- National Geographic, “Black Holes”,
5- Nola Taylor Redd, “Black Holes: Facts, Theory & Definition”, 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Süper Kütleli Kara Deliğin Çok Yakınında Güçlü Bir Manyetik Alan Bulundu

Nis 22, 2015 - Gürkan Akçay

Atacama Büyük Milimetre/Milimetre-altı Dizisi Şili’nin kuzeyinde Atacama Çölü’nde yüksek bir platoda bulunan astronomik interferometre özellikli radyo teleskoplardır. Milimetre ölçülerinde dalgaboylarını belirlemek daha kolay olduğundan (parazitler çok daha az olduğundan) gözlemevi, yüksek ve kuru olması nedeniyle Atacama Çölü’nde 5,000 metre yükseklikteki Chajnantor Platosu’na kurulmuştur. 66 adet 12 metre ve 7 metre çaplarında radyo teleskoplar evrendeki milimetre ve milimetre-altı ölçülerinde dalgaboylarını araştırmaktadır. ALMA’nın evrenin erken dönemlerindeki yıldız doğumları hakkında fikir vermesi beklenmektedir.–

Atacama Büyük Milimetre/Milimetre-altı Dizisi (en. The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)) galaksinin merkezinde ve süper kütleli bir kara deliğin olay ufkuna çok yakın aşırı güçlü bir manyetik alan olduğunu ortaya çıkardı.

Bu yeni gözlem astronomlara galaksilerin merkezlerinde “oturan” bu iri “sakinlerin” oluşumunu ve yapısını anlama noktasında yardımcı oluyor. Araştırma sonuçları Science dergisinin 17 Nisan 2015 tarihli sayısında yayımlandı.

Genellikle Güneş’ten milyarlarca kat daha ağır olan süper kütleli kara delikler, Evren’deki hemen hemen bütün galaksilerin merkezlerinde bulunurlar. Bu kara delikler, etraflarına devasa madde miktarında çevresel halkalar ekleyebilirler. Bu madde miktarının büyük çoğunluğu kara deliği beslerken, birazı da ışık hızına yakın bir hızda plazmanın bir jet parçası olarak yakalanmadan hemen önce kaçabilir ve uzaya doğru fırlatılabilir. Her ne kadar olay ufkuna çok yakın bir yerdeki güçlü manyetik alanın; maddenin, karanlığın devasa “dişlerinden” kaçmasına yardım ederek bu süreçte önemli bir rol oynadığı düşünülse de, bu olayın nasıl olduğu tam olarak anlaşılamıyor

Şimdiye kadar, yalnızca kara deliklerden birkaç ışık yılı uzaktaki zayıf manyetik alanlar derinlemesine incelenmişti. Bu çalışmada ise, Chalmers University of Technology ve Onsala Space Observatory ‘den astronomlar; PKS 1830-211 isimli uzak galaksideki süper kütlelik kara deliğin olay ufkuna çok yakın olan güçlü bir manyetik alan ile doğrudan ilişkili sinyalleri saptamak için ALMA‘yı kullandılar. Manyetik alan çok açık bir şekilde, maddenin, kara delikten bir jet formunda aniden fırladığı bir yerde bulunuyor.

Ekip, ışığın kara delikten çıktıkça polarize olduğu yöntemiyle çalışarak manyetik alanın güçlülüğünü ölçtüler.

Araştırmacılardan Ivan Marti-Vidal:

“Polarizasyon, ışığın önemli özelliklerinden birisidir ve  gündelik yaşamda sıklıkla kullanılır (örneğin; güneş gözlükleri ya da sinemalardaki 3D gözlüklerde). Doğal olarak üretildiğinde ise, manyetik bir çevreden geçtikçe, ışık, polarizasyonunu değiştirmesinden kaynaklı olarak polarizasyon manyetik alan ölçümünde kullanılabilir. Bizim araştırmamızda, ALMA ile saptamasını yaptığımız ışık; tamamen manyetize bir plazmanın bulunduğu yerde kara deliğe çok yakın bir materyalden geçiyordu” diyor.

Astronomlar; ALMA’ya uyarladıkları yeni bir analiz tekniğiyle PKS 1830-211 galaksisi döndükçe galaksi merkezinden gelen ışının polarizasyon doğrultusunu buldular. Bulgular bu tür bir çalışmada bugüne kadar ilk kez kullanılan ve kara deliğin merkezine çok yakın bölgelerin derinlemesine incelenmesine olanak sunan en küçük dalga boylarıydı.

Makalenin yazarlarından Sebastien Muller:

“Elde ettiğimiz şey; Evren’de bugüne kadar bulunmuş en büyük sinyalden yüzlerce kat daha büyük olan pürüzsüz polarizasyon dönüşü sinyalleriydi. ALMA kullanımı sayesinde, keşfimiz; gözlem frekansı açısından ve manyetik alanın derinlemesine incelenebileceği bir mesafe (kara deliğe uzaklığı -olay ufkundan yalnızca birkaç ışık yılı uzaklıkta) bakımından atılan devasa bir adım niteliğindedir. Elde ettiğimiz sonuçlar ve ileride yapılacak olan araştırmalar; süper kütleli kara deliklerin hemen yakınında tam olarak neler olduğunu anlayabilmemize katkıda bulunacak” diyor.

Kaynak: European Space Observatory, “ALMA Reveals Intense Magnetic Field Close to Supermassive Black Hole”, 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Nötron Yıldızı Nedir?

Eyl 7, 2015 Baran Bozdağ

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Bir Kara Delik Ne Kadar Büyüyebilir?

Ara 18, 2015 Baran Bozdağ

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bilimin Çözülememiş 6 Gizemi

May 18, 2015 1 Baran Bozdağ

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Genişleyen Evrende de Enerji Korunuyor Mu?

Ara 14, 2014 Gürkan Akçay

Karanlık Enerji, Madde Tarafından Saklanıyor Olabilir!

Ağu 21, 2015 Yusuf Cem Durakcan

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Karanlık Madde Artık O Kadar Karanlık Değil !

Nis 16, 2015 Gürkan Akçay

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zaman Yolculuğu Yapan Kuantum Bilgisayarlar

Yazar Oğuz Sezgin

Geçmişe bir mesaj yolladığımızda, bu mesaj neden kilitlenir ve kimse mesajı okuyamaz ? Bunun nedeninin bugün halen çözülemeyen problemler olduğu öne sürüldü. Npj Quantum Information dergisinde yayınlanan araştırmada, uluslararası araştırmacılar zaman yolculuğundaki kuantum parçacıklar için öneride bulundu. Bu araştırmada açılamayan bu mesajın fazlasıyla yararlı olabileceği belirtildi.

Eğer deneyde mesaj gönderilmeden önce laboratuvarda diğer bir sistemle kuantum dolanıklığa giriyorsa bu doğru olabilir. Kuantum dolanıklık , sadece kuantum fiziği dünyasında mümkündür ve zaman yolculuğu mesajı ile laboratuvar sistemi arasında korelasyonlar yaratır. Bu korelasyonlar kuantum bilgisayarlara güç verebilir. On yıl önce Dave Bacon adlı araştırmacı zaman yolculuğu kuantum bilgisayarların , matematikçilerin bir araya getirmekte zorlandığı, bir grup problemi (NP –complete problemleri) çabucak çözebildiğini göstermişti. Dave Bacon şu an Google’da çalışıyor.

Problem Bacon’ın kuantum bilgisayarının kapalı zaman benzeri eğrilerde zaman yolculuğu yapmasından kaynaklanıyordu. Bu yollar uzay-zaman dokusuna doğru kendi döngülerini kendileri yaparlar. Genel görelelik sayesinde bu yollar solucan delikleri olarak da bilinen uzay-zamana doğru eğilmeler yapıyor. Fizikçiler nedenselliği tehdit ettiğinden, bu gibi fırsatların artmasını durdurmak zorundalar ki, bunun en bilinen paradoksal örneği, zamanda yolculuk yaparak dedenizi öldürerek kendi varlığını geçersiz kılmanızdır. Tabi bu problem sadece aile bağlarını tehdit etmiyor. Zaman çizgisinde bir kırılma yaratacağından kuantum fiziği için de nedenler doğurur. Son 20 yılda yapılan araştırmalar kapalı-zaman benzeri eğrilerin varlığı kuantum fiziğinin temel prensiplerini ihlal ettiğini gösteriyor.

Belirsizlik ilkesi, kuantum özelliklerin doğasında bulanıklık(fuzzy) , bir parçacığın kuantum hallerinin kopyalanamayacağını gösteren no-cloning teorem kırılabilir. Buna rağmen bu yeni çalışmada kuantum bilgisayarların açık zaman döngülerinde bile zaman yolculuğu yapan kübitlere sahip olduğunda, çözülemez problemleri çözeceğini ve nedensellik problemleri yaratmayacağını gösterildi. Çünkü nesnenin geçmişiyle ilgili hiçbir etkileşime imkan vermez : zaman yolculuğu yapan parçacıklar (veya veriler) asla kendileriyle etkileşime girmezler. Yine de, bu tuhaf kuantum özellikler imkansız işlemleri yapmaya izin vererek dokunulmamış kalır.

“Her ne kadar klasik dede paradoksu gibi paradokslardan kaçınsak da, halen bu tuhaf sonuçları almaya devam ediyoruz,” diyor araştırmaya liderlik eden Mile Gu. Mile Gu , Singapur Ulusal Üniversitesi Kuantum Teknolojileri Merkezi , Tsinghua Üniversitesi ‘nde çalışıyor. Diğer yardımcı yazarlar ise Oxford Üniversitesi, Avustralya Ulusal Üniversitesi, Queensland Üniversitesi’nden iştirak ediyor. “Ne zaman bir fikir ortaya sunsa, millet bu etkinin olmasının yolu yok diyor. Fakat bu mümkün: kuantum parçacıklar zaman döngüsüne girerek süper işlem gücü kazanıyor ve geçmişte hiçbir parçacıkla etkileşime girmese bile. Bunun sebebi bir miktar bilginin dolanıklık korelasyonlarında yer almasıdır, işte biz bundan yararlanıyoruz,” diyor Queensland Üniversitesi’nden Jayne Thompson,. Yine tüm fizikçiler açık zaman döngülerinin fiziksel evrendeki kapalı zaman döngüleriyle anlaşılacağı fikrine katılmıyorlar.

Kaynak

Araştırma Referansı : Xiao Yuan et al. Replicating the benefits of Deutschian closed timelike curves without breaking causality, npj Quantum Information (2015). DOI: 10.1038/npjqi.2015.7
 

Bu sayfadaki bilgiler  BilimFili.com   sitesinden alınmıştır. Emeği geçen çevirmen arkadaşlara teşekkür ederim.

Giriş Sayfası - Anasayfa