Bilim insanlarının umulmadık ve tarihi aşk hikayeleri…

Bugün ünlü fizikçi Richard Feynman hakkında etkileyici bir hikaye okudum…

Zannediyorum bir diğer ünlü fizikçi ve yazar Carl Sagan ile Ann Druyan’ın hikayesi kadar etkileyici bir aşk hikayesi.

Ann Druyan ve Carl Sagan, 1970’lerde uzaya gönderilen ve artık Güneş sisteminin dışına çıkmış olan Discover uzay aracının içine yerleştirilmesine karar verilen kayıtların (Golden Records) içeriğinin ne olmasına karar veren proje ekibinde tanışıp aşık olurlar…

Günün birinde uzaylıların eline geçerse (!) insan ırkı hakkında fikir sahibi olmaları amacıyla hazırlanmış bu kayıtların son aşamasına gelindiğinde Ann Druyan, bir kadının bir adama yapabileceği en sağlam jestlerden birini düşünür… Bir hastaneye gider ve Carl Sagan’a olan aşkını düşünürken kaydedilmiş beyin dalgalarını da uzaya gönderilecek olan kayıtlar içine aldırır.

Ölümsüz aşk diye bir şey varsa, işte muhtemelen böyle bir şey…

….

Feynman hakkında ise hiç bilmediğim ve tahmin de edemeyeceğim benzer derinlikte bir aşk hikayesi okudum bugün… Feynman genelde fazlasıyla çapkın olmasıyla tanınır çünkü. Ancak ta gençlik yıllarında yaşadığı bu hikaye sonraki yaşantısındaki tutumunu tamamen açıklamış oldu gözümde.

……

Lise yıllarındaki aşkı Arline ile üniversite yıllarında evlenmeye karar verirler. Henüz yeni evlenmişken, Arline teşhisi sonradan tüberkülozun bir çeşidi olarak konulan, ağır bir hastalığa yakalanır. Ancak her şeye rağmen (Verem o dönemde halen ölümcül bir hastalık) Feynman evlenmekte ısrar eder ve 1942 yazında evlenirler. 

Feynman 2. Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesi’nde (atom bombasını yapan ekip) çalışırken Arline’ini de yakında bir sanatoryuma yerleştirir… Her fırsat bulduğunda ziyaret eder ve sürekli mektuplaşırlar… Ancak 1945’in başlarında aynı sanatoryumda, Feynman henüz 27 yaşındayken Arline hayatını kaybeder.

Feynman’ın ölümünden sonra çıkan belgelerde yüzlerce mektup bulunur… Ancak bir tanesi Arline’in ölümünden 2 yıl sonra yazılmıştır!..

Çevirisi şöyle:

D’Arline,

Sana tapıyorum hayatım.

Bunu duymayı ne kadar çok sevdiğini biliyorum — fakat bunu sadece sen duymayı sevdiğin için yazmıyorum— yazıyorum çünkü bunu sana söylemek içimi ısıtıyor.

Sana yazmayalı korkunç uzun bir zaman oldu — neredeyse iki yıl kadar fakat ne kadar gerçekçi ve inatçı olduğumu bildiğinden beni affedeceğini de biliyorum… Yazmakta bir anlam olmadığını düşündüm.

Fakat şimdi biliyorum ki sevgili karıcığım, bu kadar geciktirdiğim şeyi yapmanın artık zaman. Sana seni sevdiğimi söylemek istiyorum. Seni sevmek istiyorum. Seni her zaman seveceğim.

Sen öldükten sonra seni hala sevme fikrini zihnimde anlamlandırmakta zorlanıyorum – fakat seni hala rahat ettirmek ve seninle ilgilenmek istiyorum – ve senin de beni sevmeni ve ilgilenmeni. Seninle tartışacak problemlerimiz olsun istiyorum – Seninle küçük projeler yapmak… Şimdiye kadar bunları yapabileceğimizi hiç düşünmemiştim. Ne yapmalıyız sence? Beraber terzilik öğrenebiliriz veya Çince… ya da bir film projektörü alabiliriz.  Şimdi hiçbir şey yapamaz mıyım? Hayır… Sensiz yalnızım ve sen yaptığımız her şeyin ‘fikir insanı’ ve tüm maceralarımızı başlatan kişiydin.

Hastayken bana ihtiyacım olan şeyleri veremediğini düşünerek çok üzülüyordun. (Not:Arline’in hastalığı sebebiyle tüm evlilikleri boyunca bir kez beraber olurlar.) Üzülmene hiç gerek yoktu. O zaman da sana söylediğim gibi seni o kadar farklı boyutlarda seviyordum ki… Ve şimdi bu her zamankinden daha gerçek – sen bana şu an gerçekten hiçbir şey veremezsin ancak seni o kadar çok seviyorum ki başkasına aşık olma ihtimalimin önünde duruyorsun –  ve orada kalmanı istiyorum. Sen, ölü haline, yaşayan herhangi birinden çok daha iyisin.

Aptal olduğumu söyleyip mutlu olmamı ve önümden çekilmek isteyeceğini biliyorum. İddiaya girerim iki yıldır bir kız arkadaşım olmadığına söylememe şaşıracaksın. Fakat engel olamıyorum sevgilim… Ve anlayamıyorum da. Çünkü çok fazla ve güzel kızla karşılaştım ve yalnız kalmak istemediğimi de biliyorum – fakat iki üç görüşme sonrasında hepsi gözümde değersizleşiyor. Geriye sen kalıyorsun. Sen gerçeksin.

Canım karıcığım, sana tapıyorum.

Karımı seviyorum. Karım hayatını kaybetti.

Rich.

………

Bu acıklı mektubun Feynman’dan çıkmış olması, ilk aşkını kaybetmesinin derin hayal kırıklığı gerçekten de sonraki hayatındaki James Bond’vari halini açıklıyor bence…

Bende yarattığı ikinci deja vu ise mektubun son cümlesinin ve genel temasının Good Will Hunting filminden bir sahne ile tamamen örtüşmesi:

Sahnenin sonunda terapistin ‘My wife is dead’ repliğinin Feynman’ın bu mektubundan ve temasından esinlendiğine dair iddiaya bile girebilirim şu an… Amerikalı bir dahi hakkında film yapacaksanız yaşamış en büyük efsanesinin hayatına gitmekten de daha iyi bir fikir olamaz muhtemelen.

……

Evet bilim insanlarından romantizm pek çıkmaz diye bilinir ancak okuyup öğrendikçe görüyorum ki aslında en iyilerinden çıkan hikayeler muhtemelen tarihin en iyi aşk hikayeleri arasına girebilecek cinste!..

 

Reklamlar

Nedir bu Kuantum Bilgisayar?!

Kuantum bilgisayarlar hakkında bir şeyler yazmak uzun süredir aklımdaydı. Öncelikle kendim de detayını öğrenmek istediğimden!.. Son zamanlarda ortaya çıkan ‘kuantum bilgisayarlar gerçek olduğunda kaos yaratacak’ haberleri de merakımı uzun süredir tetikliyordu.

Bu tip haberlerin özü şu; Elimizde gerçekten tam kapasite bir kuantum bilgisayar olduğunda, bu bilgisayar şu an güvenlik sistemlerimizin önemli bir kısmının dayandığı şifreleme (kriptografi) algoritmalarını rahatlıkla kırabilecek durumda olacak. Mevcut bilgisayarlar için yüz yıllar sürebilecek bir iş bir kaç gün hatta bir kaç saat seviyesine inebilecek gibi görünüyor… Ancak tabii ki her yeni gelişme gibi mevcut sistemi yok ederken yeni ve daha güçlüsünü de getireceğini öngörmek pek zor değil (bence).

O yüzden gelin lafı uzatmadan kuantum bilgisayarların çalışma prensibini inceleyelim:

Aslında konunun tarihçesi 1980’lere kadar uzanıyor. 1980’de Rus matematikçi Manin tarafından ortaya atılan bir fikir ve hatta 1981’de ünlü fizikçi Feynman tarafından da açıkça destekleniyor.

Öncelikle biliyoruz ki normal bilişim sistemleri ‘bit’ ler üzerine yani 0 ve 1’ler üzerine kurulu… Bit; Binary Digit yani ‘ikilik sistemde basamak’ anlamında.

Kuantum bilgisayarlarda da durum farklı değil aslında, onlar için de ikilik sistem de devam ediyoruz ve yeni terminoloji olarak bit yerine qubit (quantum bit) diyeceğiz…

Klasik bilgisayarlarla kuantum bilgisayarlar arasındaki temel fark, klasik fizik ile kuantum fiziği arasındaki temel fark ile aşağı yukarı aynı:

Klasik bir bilgisayarda bir bit kesilikle ve sadece 1 veya 0 sıfır olabilecekken bir kuantum bilgisayarda qubit, bu 1 ve 0’ların çok farklı kombinasyonlarından (süperpozisyonlarından) oluşabilir… Süperpozisyon kavramını ‘Kuantum Fiziğine Giriş’ yazısında anlatmıştım.

Yani bir kuantum bilgisayar için artık kesin 1 ve 0’lar yok… Belli olasılıkla 1 ve belli olasılıkla 0’dan oluşan qubitler var. Diyeceksiniz ki klasik bilgisayarlarda bit kavramının bir fiziksel karşılığı var; bir klasik bilgisayarın harddiskinde, bilgi yani 1 ve 0’lar bildiğimiz +/- yük şeklinde eşleştirilerek kaydedilip saklanıyor… Kuantum bilgisayarlar için qubit kavramının fiziksel karşılığını nerede bulacağız?!

Cevap; kuantum fiziğini yaşadığımız yer olan atomda… Elektronların ‘spin’ denilen özelliğini kullanarak;

kb1.png

Bir elektronun herhangi bir zamandaki temsili dalga fonksiyonunun bu iki spin olasılığının bir kombinasyonu (süperpozisyonu) olarak temsil edebilmemiz bize Qubit dediğimiz kavram için fiziksel bir dayanak sağlamakta…

kb4

Ve bu temel farklılık o kadar büyük bir rahatlık getiriyor ki… İnceleyelim:

6 qubitlik bir sistem alalım;

Klasik bir bilgisayar, sonuca ulaşmak için olası her rotayı tek tek denemek zorunda kalırken:

kb2

Kuantum bilgisayar, aşama aşama bitirerek ilerler:

kb3.png

Bu şekilde bakıldığında aradaki devasa işlem tasarrufu farkı daha iyi açığa çıkıyor… Tabii bir önemli nokta da şu:

Kuantum bilgisayarın bize verdiği sonuç, olasılıksal bir sonuç… Başta da belirttiğim gibi her aşama bir çok qubitin süperpozisyonu… Yani bilgisayarın verdiği sonuç olasılıksal. Örneğin son resimdeki son qubite bakarsak 1/5 olasılıkla [011101>, 2/5 olasılıkla [001010> çıkacağını söyleyebiliriz. Bu nedenle işlemin belirli sayıda daha tekrar edilmesi bir gereksinim… Ancak bu durum az önceki örnekte olduğu gibi elde edilen işlem kazancından çok bir şey eksiltmiyor.

Hatta daha karmaşık işlemlerde kazanç o kadar büyük ki yüz yıllar seviyesinde zaman alacak bazı problemler günler/saatler seviyesine iniyor.

Haliyle bu işlem gücünün getirdiği bazı önemli sonuçlar mevcut:

Örneğin mevcut internet güvenlik sistemlerinin çoğunun dayandığı şifreleme sistemi şu temel prensip üzerinde işlemekte. p ve q asal sayılarsa ve A bunların çarpımlarından oluşuyorsa yani;

A=p.q ise A’nın küçük olduğu durumlarda p ve q’yu tahmin etmek çok kolay. A=6 ise p=2, q=3 (veya tersi)… Ancak A’nın çok çok büyük olduğu durumlarda onun iki asal çarpandan oluştuğunu bulabilmek (örneğin 300 basamaklı iki asal çarpandan oluştuğunu) imkansıza yakın bir işlem. Bu durum hem asal sayılar hakkındaki yetersiz bilgimizin hem de klasik bilgisayarların işlemci gücünün yetersizliğinden kaynaklanıyor. Dolayısıyla web sitelerinin, internet bankacılığının vb. güvenliği bu ‘yetersizlik’ üzerine kurulu…

Ancak kuantum bilgisayarları sayesinde bu durumun değişeceği kesin. Sebebi de bu asal çarpanların kuantum bilgisayarlar tarafından hızlıca bulunmasını sağlayacak bazı algoritmalar mevcut: Örneğin Shor Algoritması adı verilen yöntemle…

Not: Bir sonraki yazıda bu algoritmadan ve quantum bilgisayarlarının olası kıldığı yeni şifreleme tekniklerinden bahsedeceğim. Özellikle Shor algoritması kendi başına bir yazı konusu çünkü anlatmak için önce biraz matematik anlatmak gerekecek.

…..

Bu noktada bir kaç şeyin farkına varmak lazım:

  • Kuantum bilgisayarlarının üstünlüğü özellikle belirli tarz problemlerde ortaya çıkıyor… Örneğin çok değişkenli optimizasyon problemlerinde.
  • Prensipte günlük yaşam için bir tehlike oluşturduğunu asla düşünmüyorum… Tehlike şundan ortaya çıkıyor; bu teknolojiyi geliştirenler arasında kim önde gidiyorsa bunu kötü amaçlı kullanmak konusunda geride kalanlara yönelik bir avantaj sağlamış olacak. Yoksa prensip olarak kuantum bilgisayarların mevcut şifreleme sistemlerini kolaylıkla kıracağı gibi kırılması imkansıza yakın yeni şifreleme tekniklerinin de önünü açacağı aşikar…

Yani teknolojinin kendisinin getirdiği bir tehlike mevcut değil, bu teknolojiyi geliştirmede önde gidenlerin veya ele geçirenlerin elinde olacak inisiyatiften kaynaklı bir tehlike söz konusu.

  • Şimdi bu işlemci gücünü yapay zeka üzerinde düşünün… Şu an satranç oynayan en  güçlü program saniyede yüz milyonlarca hamle analiz edebiliyorsa, kuantum bilgisayarlarla beraber bu sayı trilyonlarla çarpılacak. Büyük veri analizi ile ilgili hemen her şey yeni bir anlam kazanabilir… Bundan borsa, şu an bile yapay zeka teknolojileri kullanan finans/sigorta şirketleri vs. hepsi dahil.
  • Bu işlemci gücü ayrıca enerji tasarrufuna da imkan veriyor… Dünya da şu an her gün ~2.5 exabyte  yani Türkçesi 5 milyon laptopu dolduracak veri üretiliyor… Her gün!.. Daha iyi veri depolamaya ve daha iyi işlemcilere ihtiyacımız olduğu kesin.

…..

Araştırırken benim dikkatimi çeken bir nokta da şu;

Dikkat ederseniz bilgisayar teknolojisinin ilerleyişi yani bir harddiskin veriyi saklayış biçimi ve işlemci mantığı, fizik biliminin gelişimi ile paralellik gösteriyor. Bitlerin saklanışı +/- yüklere dayalı ve deterministik; Qubitlerin saklanışı, örneğin spin’lere dayalı ve olasılıksal. Biri klasik fiziğin diğeri kuantum fiziğinin araçlarını kullanıyor…

İşte fizikte şu an sadece teori boyutunda çalıştığımız çok boyutlu evren modelleri String Theory, M-Theory gibi kuramların bir önemi de burada yatıyor… Günü gelecek bu çok boyutlu teorilerin sunduğu yeni fiziğin araçlarını kullanıp çok daha farklı ve güçlü bilgisayarlar da yapabileceğiz.

Dünya gerçekten de yeni bir dönemin eşiğinde:

Bir yandan IBM 1-2 yıla piyasaya sunulabilir kuantum bilgisayarlar üreteceğini açıklıyor: https://www.wired.com/2017/03/race-sell-true-quantum-computers-begins-really-exist/

Bir yandan Google 2000 qubitlik yeni kuantum bilgisayarını (sırf araştırma amaçlı) ilan ediyor: https://www.nature.com/news/d-wave-upgrade-how-scientists-are-using-the-world-s-most-controversial-quantum-computer-1.21353 

Bu işlemci gücüne sahip yapay zeka programları belki şimdiden mevcut bile…

Temel bilimlerde ve matematikte kim öndeyse geleceğin onun olduğu daha ne kadar açık olabilir bilemiyorum.

 

 

ABD Enerji İhtiyacının Üçte İkisini Buharla Çözen Türk

Bir kaç yıldır beni oldukça rahatsız eden bir konu var… Medyanın gerçek bilim haberlerine vermek bir yana dursun, yurt içinde ve dışında çok önemli gelişmelere imza atan ve gündem olan bilim insanlarımızı da es geçmesi… Bu çok dramatik bir hale geldi artık. Sıradan bir popüler bilim takipçisinin (New Scientist, Scientific American, Nature vb. dergilerin takipçileri diyelim) dahi hemen fark edebileceği ve Türk bilim insanlarının imza attığı gelişmeler Türkiye’de hiç haber olmuyor… Bunun bir örneğini daha yeni 3-4 ay önce yaşadık:

https://cangurses.wordpress.com/2017/06/27/100-yillik-bir-fizik-problemi-ve-dunyadan-habersizligimiz-uzerine/

…..

Bu son gelişme hakkında ise bir iki haftadır özellikle dikkat edip bekledim… Ülke gündemi hareketli vs. acaba yer bulur mu vs. diye… Zannediyorum bir tane ajans ya geçti ya geçmedi… Ve ana akım ya da alternatif medyanın hiç bir köşesinde haber olmadı…

Üstelik bu gelişme o kadar ihtiyacımız olan bir konuda ki!..

Doç. Dr. Özgür Şahin’in ABD’de Columbia Üniv.’deki ekibiyle birlikte geliştirdiği yeni enerji üretimi metodu aslında bir iki yıldır gündemde… Anlaşılan o ki makalelerin yeni kabul edilmesiyle yeniden gündeme oturmuşlar:

https://www.technologyreview.com/s/608949/evaporation-engines-could-produce-more-power-than-coal-with-a-huge-caveat/

https://www.newscientist.com/article/2148623-energy-from-evaporating-water-could-rival-wind-and-solar/

Özetle; mühendislik, biyoloji ve biraz da fiziği birleştiren çok inovatif bir çalışma…

Buharlaşmadan enerji etme!.. Özellikle barajlarda, göletlerde vs. her saniye yüksek miktarda buharlaşma mevcut… Dr. Şahin ve ekibi bir şeyin daha farkına varıyor; bakteriyel sporlar, nemli havada nemi alıp genişliyor, nem azalınca da eski haline dönüyor… Yani aynı bir kas hareketi gibi, ortamdaki nem miktarı bakteriyel sporların genişleyip büzülmesine sebep oluyor.

Sporların bu özelliğini, buharlaşan su ortamlarında kullanarak, adeta bakterilerden yapılmış bir su buharı motoru yapmışlar!.. Adeta biyolojik bir motor… Hesaplarına göre ABD’deki enerji ihtiyacının 2/3’ünü karşılayabilecek bir inovasyon bu!..

……

Enerji ihtiyacının artık bu kadar gözle görülür olduğu, saatleri bile bu duruma göre adapte etmek zorunda kaldığımız bir ortamda Türkiye’deki bir üniversiten mezun olup ABD’de çalışırken böyle bir ürün geliştirmiş bir bilim insanımız var… Herkes onu konuşuyor ve bizim haberimiz yok ya da görmezlikten geliyoruz.

Bu artık cahillikte kaçıncı seviye bilemeyeceğim ama bizi bir şey bitirecekse bu kafamızı kuma gömüşümüz bitirecek…

Kuantum Fiziği – Temel Kavramlar (1)

Bu seride kuantum fiziği ile ilgili temel kavramları çok da organize olmayan bir biçimde anlatmaya çalışacağım… Öncekilere göre çok uzun bir seri olacağı şimdiden kesin olduğu için herhangi bir zaman planı olmaksızın aklıma geldikçe/yeri geldikçe devam edebileceğim bir yazı zinciri yaratmak istiyorum… Böylelikle hem konuya yabancı olanlar hem de bizzat ilgili olanlar için yarı teknik bir malzeme çıkmış olacaktır zaman geçtikçe.

Kuantum Fiziği dediğimiz; atomun ve atomaltı parçacıkların uyduğu kuralların bütününü oluşturan fizik dalı. Atomaltı terimi de atom ölçeğinin de altında anlamına geliyor. Yani elektron, proton, nötron ve daha da küçük parçacıklar…

Klasik evrende; yani büyük cisimlerin oluşturduğu evrende (salondaki koltuğunuzda oturan sizin için mesela) maddenin davranışında olasılıksal bir yan bulmanın pek imkanı yok… Yani salondaki koltuğunuzda oturuyorsanız, orada olduğunuz kesin… %30 olasılıkla mutfakta, %20 olasılıkla tuvalette ve %50 olasılıkla salonda olmanız ihtimali gibi bir şey söz konusu değil… O yüzden çoğu kez ‘klasik fizik deterministiktir’ ifadesini duyarsınız. Atom ve altındaki ölçeğe inildiğinde ise işler biraz değişmeye başlıyor. “Bir elektronun herhangi bir yerde bulunma olasılığının dağılımı” gibi kavramlar karşınıza çıkıyor…

Bu giriş yazısında şimdilik denklemlerden uzak durup bazı temel konulardan bahsetmeye çalışacağım.

Lafı daha fazla uzatmadan Kuantum Fiziği ile ilgili en önemli konulardan biri ile başlayalım: Parçacık-Dalga İkilemi.

Öncelikle biliyoruz ki ışık hem dalga hem de parçacık (foton) özelliği gösteriyor.

Yani belirli deneylerde ışığın, aynı su dalgaları gibi davrandığını biliyoruz. Örneğin ışığı çok dar aralıklardan geçirip duvara yansıttığınızda, parça parça aralıklarla iz bıraktığını göreceksiniz. Yan yana 2 dar aralıktan geçirildiğinde ise tek tek aralıklardan geçen dalgaların birbiriyle çakışması sonucu oluşan izler çıktığı görülecek…

 

kf1

Parçalı yapıyı yukarıda görmek mümkün;

İki aralıktan geçen dalgalar birleştiğinde kimi zaman birbirini kuvvetlendiriyor (aydınlık yerler) kimi zaman da birbirini yok ediyor (karanlık yerler). Aynı iki su dalgasının yapacağı gibi.

İşin ilginç tarafı bu deneyi ışıkla değil, elektronlarla da yapsanız sonuç aynı oluyor!..

Yani atom seviyesinde parçacıkların aynı anda sahip olduğu bir dalga ve parçacık özellikleri var… Siz neyi ölçerseniz onunla ilgili özellik ön plana çıkıyor. İşte bu durum kuantum fiziği ile ilgili en çarpıcı noktalardan biri:

Yapılan deneyin kendisi, parçacık özelliğinin mi dalga özelliğinin mi ortaya çıkacağını belirliyor.

…….

Bir parçacığın dalga özelliği gösterebilmesinin ise çok temel bazı sonuçları mevcut:

Aynı su dalgalarını temsil eden matematiksel ifadeler olduğu gibi, örneğin elektronun da ‘durumunu’ temsil eden matematiksel bir fonksiyon; dalga fonksiyonu var…

Şimdi şu videoyu izleyin:

kf3.gif

Burada göreceksiniz ki aynı bir gitar telinin belirli modlara (notalara) sahip olmasa ve her sesin bu notaların bir karışımı olması gibi genel olarak dalgaların belirli modları mevcuttur… Her dalga bu belirli modların bir kombinasyonu olarak temsil edilebilir.

İşte dalga fonksiyonu dediğimiz matematiksel ifade; örneğin bir elektronun dalga fonksiyonu da onun farklı olası modlarının olasılıksal dağılım fonksiyonudur. Bir nevi bir ölçüm yapılsa ‘hangi olasılıkla hangi durumda’ bulunacağının bilgisini içeren fonksiyondur. Yani artık bir parçacık için kesin bir bilgiden değil olasılıksal dağılımı temsil eden bir dalga fonksiyonundan bahsediyoruz… Örneğin tek bir elektronun dalga fonksiyonunun çift yarık deneyinde elektronun bulunma olasılığının dağılım simülasyonu:

kf2.gif

Az önce bir dalga fonksiyonunun; temsili bir çok farklı moddaki dalgaların farklı ağırlıktaki kombinasyonlarından oluştuğunu öğrendik… Buna süperpozisyon prensibi diyoruz. Her dalga, temel modlarına ayrıştırılabilir.

Yalnız bir parçacığın bu şekilde temsil edilebilmesinin getirdiği başka enteresan özellikler çıkıyor. Mesela herhangi bir ölçüm yaptığımızda…

Bir elektronun enerjisini, pozisyonu vb. bir takım fiziksel özelliklerini ölçtüğümüzde bir olasılıksal dağılım değil belirli değerler buluyoruz. Yani yaptığımız ölçüm bir anda olasılıksal dağılım veren dalga fonksiyonunu değiştiriyor!.. Ölçüm, bize dağılım yerine tek bir değer veriyor.

“Yaptığımız ölçümün, üzerinde ölçüm yaptığımız parçacığın dalga fonksiyonunu değiştirmesi…” kavramı da yine kuantum fiziğinin en önemli ve felsefik konularından biridir.

……

Çok temel konularından biri de ölçümdeki belirsizlik ilkesi; yani Heisenberg Belirsizlik İlkesi olarak bilinen kural:

Belirsizlik İlkesi aslında çok basit bir fiziksel gerçekten ibaret; cisimleri gözlemlemek için ihtiyaç olunan en önemli şey; ışık. İnsan gece evinde zifir karanlıkta bir şey bulmaya çalışırken doğal olarak yaptığı ilk şey odanın ışığını açmaktır. Işığı açınca aradığımız şeyi daha önce nerede bıraktıysak bıraktığımız o yerde olduğunu görürüz. Ancak bu durum atomaltı parçacıklar için biraz daha farklı gelişmekte; diyelim kaybettiğimiz elektronu (!) bulmak istiyoruz; yapacağımız ilk şey yine ışıkları açmak olacaktır. Yalnız bu sefer önceki durumdan farklı olarak, elektronun ışıklar kapalıyken bulunduğu yer ile ışıklar açıldığındaki yeri aynı değildir. Bunun da sebebi elektron ve genel olarak tüm atomaltı parçacıklar o kadar küçük parçacıklardır ki onları görmek için açtığımız ışıktaki foton tanelerinin bir çarpışı yerlerini azda olsa değiştirmeye yeter. Bu durum tabii ki evdeki koltuk için geçerli değildir. Dolayısıyla atomaltı parçacıklar seviyesinde bir şeyin yerini bulmak için açtığımız ışık aslında o cismin ışıklar açılmadan önceki yerini değiştirir (Gözlemin kendisinin, gözlediğimiz şeyin dalga fonksiyonunu değiştirdiğini az önce de açıklamıştık).

Bu durumda atomaltı seviyedeki her cismin belirli bir andaki yerini “tam olarak” tespit etmemizi engellediğinden belirli bir belirsizlik yaratır ve “Belirsizlik İlkesi” adını alır…

………

Tüm bu;

  • Parçacık-Dalga ikilemi
  • Dalga Fonksiyonu
  • Belirsizlik İlkesi

gibi kavramlar popüler saçmalıklar literatüründe… Özellikle de ‘evrene enerji yollayan/alan’, ‘kuantum düşünce gücü’ vb. literatürlerde kendine yer buluyor.

Akıldan çıkarmamak lazım ki; atomaltı seviyedeki olasılıksal yapı ve onun getirdikleri, klasik kanunları yaşadığımız normal hayatta gözlenemeyecek derecede etkisiz…

Unutmayınız ki;

Her parçacığın bir dalga fonksiyonu olduğundan yola çıkıp salondaki koltuk, sokakta yürüyen adam ve genel olarak içinde yaşadığımız klasik düzen için de kuantum fiziksel sonuçlar çıkarmak ancak modern dolandırıcıların; bunlara inanmaksa, yaşadığı monoton hayatı anlamlı kılacak bir şeyi çaresizce arayan modern aptalların işidir…

…..

Hiç hesapsız kitapsız bir giriş olan bu yazıda umarım temel kavramlara biraz daha açıklık getirebilmişimdir… İlerideki yazılarda çeşitli konuların üzerine (zorunlu olarak) biraz da matematik koyup ilerlemeyi planlıyorum.

Doğanın Geometrisi – Minimal Yüzeyler

Doğanın geometrisi denilince genelde akla ilk gelen matematiksel kavram Altın Oran oluyor. Altın Oran konusunda ilgimi çeken şey, bu yazının konusundan farklı olarak, hangi nedensellikle doğada gördüğümüz konusunda az bir fikrimiz olması. O yüzden gerçek olduğu kadar spekülasyona da oldukça açık bir konu…

Bu yazıda ise doğadaki matematiğin bir başka yüzünü inceleyeceğiz.

Konumuz, Minimal Yüzeyler…

Öncelikle matematiksel olarak minimal yüzey dediğimiz kavramı şöyle tanımlanıyoruz;

Minimal yüzey; bize verilen tanımlı bir boşluğu doldurabileceğimiz ‘en küçük alana sahip’ yüzey…

Basit bir örnek olarak, diyelim 1000 metreküplük bir hacmi kapsayacak bir yapı inşa edeceğiz… Olası sonsuz geometrik cisim arasında yüzey alanı en küçük olan obje Küre çıkacaktır:

ms1.png

İşin ilginç yanı doğadaki yapılara baktığımızda da bu prensibi görüyoruz!..

Minimal yüzeylerin bir kaç şekilde ortaya çıktığını gözlemek mümkün:

  • Hayvanların inşa ettikleri yapılarda
  • Çeşitli bitki ve hayvan anatomilerinde
  • Kendiliğinden oluşan bazı doğa yapılarında

Bu üçüne de örnek vereceğim ancak önce bu kategorilere ayırmak istedim ki doğanın farklı nedenselliklerle aynı sonuca ulaşmadaki çeşitliliğini daha iyi anlayalım.

En çok ilgimi çeken örnekle başlayacağım:

Arıların peteklerinin neden altıgen olduğu konusunda bir fikriniz var mı?

Şöyle ki; iki boyutlu bir yüzeyi geometrik objelere bölmenin sonsuz yöntemi var.

ms2.pngms3

Üstelik arıların iki önemli amacı daha var:

  • Yüzeyi hiç boşluk bırakmadan bölmek; yani aslında çember (aynı yukarıdaki örnekte kürede olduğu gibi) aynı birim alana sahip en düşük alanlı geometrik obje olmasına rağmen, yan yana çemberler konulduğunda boş kalacak alanlar yüzünden verimli bir obje değil.

ms4

  • Arılar ayrıca, daha az iş çıkarmak ve materyal harcamak için çevre uzunluğu/alan oranı en az olan objeyi seçmek isteyeceklerdir.

Ve işin ilginç tarafı, altıgen hem yüzeyi boşluk bırakmadan bölmek için uygun hem de belirli bir alanı çevre/alan oranını en düşükte tutacak şekilde parçalayabilen minimal bir yüzey.

Üstelik bu gerçek, yani olası sonsuz geometrik şekil arasından altıgenin en uygun minimal yüzey olduğu ancak 1999’da tam olarak ispatlanmış!..

Peki arılar bunu nereden biliyor?!

Burada olası iki açıklama var:

  • Arılar çok yüksek ihtimalle petekleri örmeye altıgenlerle başlamadı… En verimli üretim yapan arı grubunun hayatta kaldığı bir evrimsel sürecin yaşanmasının ardından altıgen şekline gelindi. Ve sonunda ulaşılan bu bilgi de genetik olarak nesilden nesile aktarıldı.

 

  • İkinci bir açıklama; doğrudan fiziksel bir sürecin dayatması yüzünden olabileceği… Yazının başında minimal yüzeylerin bazen kendiliğinden oluşan doğal yapılarda da gözlenebileceğini belirtmiştim.

Örneğin hava kabarcıkları, köpükler vb. objeler neden küre şeklinde hiç düşündünüz mü? Çünkü kabarcığın içindeki havanın yüzeyde yarattığı basıncı en iyi dengeleyen; yüzey basıncını minimuma indiren şekil bu da o yüzden. Bir kabarcığın küre şeklinde oluşmasının prensibinde minimal yüzey prensibi var.

Diyeceksiniz ki bunun arıların petekleriyle ne ilgisi var?!

Şunu izleyin:

ms6.gif

Görüyoruz ki, hava kabarcıkları bile yan yana paketlenmeye çalıştıklarında altıgen düzenine geçiyorlar:

Bu sadece yüzey alanını minimize ettiği için değil, fiziksel olarak dayanıklılığı koruyan en güçlü yapı olduğu için!..

Dolayısıyla ikinci yaklaşım; arıların aslında peteklerini daireler şeklinde ördüğü ancak hem ısı sebebiyle erime hem de yüzey kuvvetleri sebebiyle bu dairelerin doğal olarak altıgene dönüşmesi sonucu arılarda bu bilginin genetik olarak kaldığı…

…..

Ve çok yüksek ihtimalle ikinci açıklama doğru.

Doğa bir şekilde fiziksel olarak en verimli yapıyı, en düşük enerjiye sahip yani stabil yapıyı seçiyor ve bu bilgi evrimsel olarak hayvanların genetik kodlarına işlenip sonraki kuşaklara aktarılıyor.

Bu durum hayvanların anatomilerinde dahi mevcut.

Sineklerin panaromik görüşünü sağlayan gözlerindeki yapıya dikkatli bakın… Altıgenleri göreceksiniz:

ms7.png

……..

Kuraklıktan veya fay hatlarından dolayı meydana gelen yüzey çatlamalarında en yüksek enerjiyi dışarıya verip en stabil konuma geçmek için toprağın altıgen şeklinde çatlamasından…

ms8.png

Lav tabakalarının soğuduktan sonra oluşturdukları kayaların en stabil olmak için seçtiği altıgen şekillere kadar…

ms9.png

Doğa, oluşturduğu yapılarda bir şekilde en düşük enerjili ve stabil pozisyona geçmenin yolunu buluyor… ve kimi zaman bu bilgi hayvanların genetik kodlarına aktarılıp sonraki nesillere de geçebiliyor (Çok soğuk havalarda içgüdüsel olarak kıvrılıp yüzey alanımızı küçültmeye çalışmamızı dahi bu argumana dahil edebilirsiniz)…

Kim bilir belki de minimum aksiyonlu/stabil hayat arayışımız aslında evrimseldir!..

Ancak her ne sebeple olursa olsun… Doğanın stabilite arayışını anlamak için elimizdeki tek aracın matematik olduğu da net… Matematik açıkça doğanın bizimle konuşma şekli.

ve Türkiye’de eğitimciler hala matematiğin neden gerekli olduğunu sorguluyor !:)..

……..

Not: Çok daha karmaşık minimal yüzeylerin doğada çok daha ilginç yerlerde; kelebeklerin kanat yapılarında; genel olarak hücrelerin yapılarında vb. çıktığını görmek mümkün. Ancak o yapılarında oluşma şeklinin bağlamı yine bu yazıda anlattığımız argumanlar olduğu için daha da detaya girmek istemedim.

Bu arada Altın Oran ve fraktalcı arkadaşlarımız için ayrı bir yazı düşünüyorum:).. Bahsetseydim bu yazının bağlamına uymaz veya gereksiz uzatırdı.

 

 

 

Kara Delikler Yazı Dizisi

Bu yazı Kara Delikler hakkındaki serideki üç yazının birleştirilmiş halidir…

Aynı görelilik serisinde yapmış olduğum gibi sonradan yapacağım muhtemel eklemeler için total bir yazı olması amacıyla hepsini birleştiriyorum.

……………….

Bir önceki hafta Özel/Genel Görelilik yazı dizisinin:

https://cangurses.wordpress.com/2017/09/11/einstein-ozel-genel-gorelilik-kuramlari-yazi-dizisi/

en doğal devamı muhtemelen kara delikler; o yüzden bu seride kara delikleri ve özelliklerini inceleyeceğiz.

……..

Kara deliklere bir çok açıdan yaklaşmak mümkün:

  • Matematiksel olarak; biliyoruz ki genel görelilik prensipleri bize Einstein Alan Denklemini veriyor. Einstein, Genel Görelilik makalesini yazdıktan sonra bu denklemin farklı metriklerde/geometrilerde çözümleri yıllar içinde çıkmaya başlıyor… Yalnız görülüyor ki Einstein denklemini çözen metrikler, bazı noktalarda tekillikler ihtiva ediyor. Yani belli koordinatlarda, denklem sonsuza gidiyor… Matematiksel olarak kara delik kavramının varlığı ta bu ilk çözümlerden kafaları karıştırmaya başlamış.
  • Astrofizik açısından bakıldığında, ‘bazı yıldızların’ belli bir aşamadan sonra kendi içlerine çökmeye başlayıp süpernova patlamaları yaşayacağı da neredeyse bir asır önce hesaplanmış bir şey.

Ancak gelin biz basit bir düşünce deneyi ile başlayalım:

Okumaya devam et

Nedir bu Kara Delikler? – Holografi

Bu yazı kara delikler üzerine yazdığım giriş seviyesindeki serinin son bölümü olacak…

Önceden izafiyet üzerine yazdığım seri gibi hepsini birleştirip total bir yazı olarak da post edeceğim. Hem sonradan bu yazılara bazı eklemeler yapacağımı bildiğimden hem de bütünsel olması açısından bunu gerekli görüyorum.

Önceki yazıda:

https://cangurses.wordpress.com/2017/09/24/nedir-bu-kara-delikler-enformasyon-paradoksu/

Kara deliklerin, Hawking ışıması ile, prensipte eriyip yok olabileceğinden ve dolayısıyla o zamana dek yuttukları maddenin (enformasyonun) nereye kaybolabileceği (eğer) sorunsalından bahsetmiştim…

Bu mevzu hala açık bir problem bu arada. O yüzden az sonra okuyacaklarınızın çoğu anlamlı ancak kesinliği olmayan öneriler.

Ortada bir gerçek var ki; kara delikler Genel Görelilik ile Kuantum Fiziğinin kesiştiği ender fenomenlerden… Enformasyon paradoksunun açıklaması da bu iki kuramı mantıklı şekilde birleştiren bir teorinin varlığıyla gerçekleşeceğinden, kara delikler fizikçiler için çok önemli bir oyun alanı.

……

Bu paradoksu ortadan kaldırabilecek belli başlı iki önerme mevcut:

  1. Kara deliğe giren 1 birim enerji (ya da bilgi), onun entropisini doğal olarak artıracaktır. Önceki yazıda gördük ki karadeliğin entropisi olay ufkunun yüzey alanı ile doğrudan orantılı. Bu çok önemli bir gözlem. Temel olarak 3 boyutlu bir yapının tüm özelliklerini onu çevreleyen yüzey alanı ile temsil edebilmeye götüren Holografi Prensibine taşıyor bizi..

Şöyle ki… Kara deliğin dışındaki biri enformasyonu kara deliğin yüzeyinde birikmiş ve Hawking radyasyonu ile dışarıya veriliyor olarak; Kara deliğin içindeki biri de enformasyonu kara deliğin tamamen içindeymiş gibi algılıyor olarak kabul edebiliriz. Bu iki gözlemcinin iletişim kurması mümkün olmadığından ortada aslında bir paradoks da yok demektir. Ancak bu az önce bahsettiğim Holografi Prensibinin varlığını kabul etmek anlamına geliyor… Yani 3 boyutlu ve kütle çekimi olan bir ortamı 2 boyutta yani kütle çekiminin bahsinin dahi olmadığı bir yüzeyle temsil edebilmeyi açıklamamız lazım.

Her ne kadar biraz ütopik görünse de bu prensibi destekleyecek önemli teorik çalışmalar mevcut. Örneğin; kütle çekimi ve kuantum kuramını birleştiren Sicim Teorisinin bir alt boyutta ve kütle çekimi içermeyen kuantum teorileriyle temsil edilebildiği 90’ların sonunda keşfedilmiş önemli bir buluş… ( biliyorum burası biraz laf kalabalığı gibi ancak prensipte siz şunu alın; Holografi Prensibi teorik olarak mümkün görünüyor)

kd12.png

2. Diğer bir iddia da; Holografi seçeneğinin kendi içinde bir paradoks taşıdığı üzerine… Eğer kara deliklerin radyasyon yayarak buharlaşması doğru ise bu sürecin ortasında kara deliğin yüzeyinden çıkan bilginin fazlalığı yüzünden; kara deliğin yüzeyinin iç bölgesini temsil edemeyeceği… Ve bu yüzden kara deliğe düşen bir gözlemcinin aslında söz konusu bile olamayacağı (!) yani olay ufkunun aslında asla girilemeyen bir ‘koruma kalkanı’ olduğu yönünde…

Yalnız bu iddia eğer doğruysa kara deliklerin olay ufkundan sonra bir de iç bölgesi olduğuna dair mevcut Genel Görelilik kuramının tamamen değişmesi gerekmekte(!)

kd13.png

Zannediyorum yüzeysel de olsa, kara deliklerin neden Genel Görelilik ile Kuantum Teorisinin kesişim noktasında olduğunu anlatabildim bir miktar…

Bu konu genç fizikçiler için açık bir alan. Bu paradoksu açıklayacak kuramı geliştirecek kişi muhtemelen bilim tarihine adını da altın harflerle yazdıracaktır.

Konuyla ilgili daha az teknik ancak eğlenceli bir video için:

…………

Bu arada bu yılın sonunda çok yüksek ihtimalle ilk defa bir kara deliğin resmini çekmiş olacağı(!).. Yani gerçekten bir olay ufku mevcut mu değil mi; etrafında neler olup bitiyor… İlk defa görsel bir kanıt elimizde olacak. Ve projenin odak noktalarından biri de dünyaca ünlü astrofizikçimiz Feryal Özel.

Detayını twitin devamında öğrenebilirsiniz: