Enerji-frekans ilişkisi-3

06 Eylül 2011

1.5- Peki Planck ne bulmuştu?

Planck zamanına kadar, enerji denilen şeyin, istenildiği kadar küçük parçaya bölünebilen, yani sıfır (0) değerine bile indirgenebilen, belli bir kimliği-kişiselliği, çevresini algılama ve ona göre davranma yeteneği olmayan, cansız bir değer sistemi olduğu varsayılıyordu. Doğa veya tanrı denilen harici bir ekstra varlığın bu enerjiyi kendi görüşüne göre kullanıp, doğadaki olayları oluşturup-yönlendirdiği görüşü egemendi. Planck, enerji denilen faktörün, istenildiği kadar küçük parçaya bölünebilen bir şey değil, belli bir sabit değere sahip olması gereken bir faktör olduğunu ortaya koymuştu. Ve bu sabit değerin de Planck sabiti (h) denilen

h=6.62606896×10−27erg·s

gibi belli değerde olduğu hesaplanmıştı. “En küçük enerji değeri ne kadar” sorusundaki “ne kadar?” anlamına gelen quantum (kuantum) terimi de bu manada üretilmiş ve kuantum fiziği denilen fizik dalının ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Kuantum kavramının ortaya çıkışından sonra fizikçiler arasında bu konuda yoğun bir araştırma başlatılmıştır. Özellikle foton, elektron, nötron gibi kuantsal öğelerde gerçekleştirilen bu araştırmalarda:

►Doğadaki tüm maddeleri oluşturan temel element dediğimiz atomların proton, nötron, elektron gibi atom altı öğelerden oluştukları ve birbirleriyle foton denilen enerji paketçikleriyle haberleşip, karşılıklı enerji alış-verişlerinde bulundukları;

►Enerjinin,

i- öğelerin frekans denilen bir saniyede yaptıkları titreşim sayısı ile (E=hν, E=enerji, h=Planck sabiti, ν=frekans)

ii- ve kütleleriyle orantılı (E=m0c2, m0=hareketsiz haldeki kütle, c=ışık hızı) olarak artış gösterdiği;

► “Atom altı parçacıkları” denilen bu temel öğelerin, spin denilen ve biri 360 derecelik (tam spinli), diğeri 720 derecelik (yarım spinli) iki farklı döngü sistemine sahip oldukları anlaşılmıştır.

Şekil 8: Tam spinli atom-altı-öğeleri üst-üste çakışıp, güç veya enerjilerini birleştirebilirler.

►Tam spinli olanlara (örn. foton)  boson denilmiş ve kuvvet (enerji, bilgi) taşıyıcı oldukları saptanmış, yarım spinli olanlara (proton, nötron, elektron) fermiyon denilmiş ve madde oluşturucu oldukları saptanmıştır. Şöyle ki: Kuvvet taşıyıcılar, öreğin fotonlar, aynı anda aynı yerde olabilirler ve bu şekilde enerjileri üst-üste çakışarak gittikçe artan kuvvet sistemleri oluştururlar. Proton, nötron, elektron denilen fermiyonlar ise, aynı anda aynı yerde olamazlar ve bu nedenle farklı konumlara yerleşerek madde dediğimiz varlıkları oluştururlar.

Şekil 9: Yarım spinli atom-altı-öğeleri aynı anda aynı yerde bulunamazlar, yani güç ve enerjileri üst-üste çakışmaz.

Şekilde üç adet elektronun bir arada bulunabilme durumu gösterilmiştir. Fermiyonlar aynı anda aynı yerde bulunamayacaklarından, atom çekirdeği çevresinde farklı yörüngelere yerleşirler. Bu şekilde doğadaki yaklaşık yüz kadar kimyasal element ortaya çıkar. Kuantlar dünyasındaki bu olay, insanlar arasındaki toplumsal ilişkilere benzer. İnsanlar da aynı anda, aynı konumu işgal edemezler, ama insanların düşünceleri birbirleriyle üst üste çakışarak, güçlerin birleştirilmesi ve büyük işler yapılmasına yol açar.

►Tüm atomlar çevreleriyle sürekli bir etkileşim (yani enerji alış-verişi) içindedirler. Bu enerji alış-verişleri fotonlarla olur. Bir atom çevresinden foton(lar) alırsa, elektronlarından birinin enerji düzeyi artmaya başlar. Bu artış söz konusu yörüngedeki elektronun normal enerjisinin yaklaşık 1/137sini bulduğunda (fine structure constant denilen gizemli bir sabit; öylesine yaygın ki,  birinci yörüngedeki bir elektronun hızının, ışık hızına oranı da aynı!), elektron bir üst yörüngeye zıplar. Tersi durumda, yani atomdan çevresine foton verildiğinde ve bu sabit orana ulaşıldığında da, elektron bir iç yörüngeye geçer.

Şekil 10: Doğadaki tüm enerji aktarımları, belli bir değere ulaşıldığında gerçekleşir. Bu nedenle doğal sistemde (evrimsel olaylarda, vs.) tedrici geçiş diye bir şey oluşmaz. Her şey, bir elektron, bir proton, bir molekül, bir hücre, vs gibi belli bir büyüklükte olacak şekilde tasarımlanır ve gerçekleştirilir. Yarım hücre, yarım molekül olmaz.

►Doğada hiçbir foton kaybolmaz, her bir foton, bir elektrondan gönderilip, bir başka elektronca alınır;

►Bu atom-altı-öğeleri, çevrelerini algılayıp, ne kadar faktör varsa hepsini dikkate alıp bir olasılık hesabı yaparlar ve çıkan sonuca göre davranırlar. Yani “contextualism” denilen çevreye bağımlılık ve çevreden etkilenerek davranış belirleme söz konusudur.

► “Entanglement”  denilen karşılıklı bir bağımlılık ilişkisine sahiptirler ve ışık hızıyla bir birlerinden uzaklaşsalar bile, anında birbirleriyle haberleşiyormuşçasına koordinasyon içinde davranırlar. Bu şekilde evrensel boyutta bir karşılıklı etkileme ve etkilenme ortaya çıkmış olur. Bu özelliklerine kuantum bilgeliği (quantum knowing) de denir.

►Süperpozisyon denilen bir özellikleri vardır. Yandaki kayakçı resmi üzerinde bu özelliği açıklamak gerekirse: Kayakçı kuantsal bir öğe olsaydı, önündeki bir ağaç engelinin hem sağından hem solundan aynı anda geçmiş gibi davranırdı. Buna iki farklı davranışın üst-üste çakışık olması anlamında süperpozisyon durumu denir. Sürekli bir değişim-dönüşüm içindedirler; örneğin hem pozitif (yapıcı), hem negatif (yıkıcı) olabilirler ve serbest olduklarında bu iki özelliğe aynı anda sahipmiş gibi davranırlar. Ama bir varlıkla ilişkiye geçtiklerinde (varlığın isteğine göre) yapıcı veya yıkıcı olarak davranırlar ki buna “decoherence” denir.

Şekil 11: Kuantsal öğeler tüm olasılıkları değerlendirecek şekilde davranırlar. (Ağacın her iki tarafından da geçebilmiş gibi davranırlar.)

Örneğin kayakçının ağacın sağından mı solundan mı geçtiğini saptamak için ağacın bir tarafına bir detektör konulacak olsa, o zaman detektörün olduğu taraftan geçer ve bu şekilde üst-üste çakışma durumu ortadan kalkar ve ağacın bir tarafını tercih etmiş olur, ki buna “decoherence” denir. Yani kendileri ile ilişki kurmak isteyen varlıkları algılarlar ve onların istedikleri yönde davranırlar. Bu durum Tümleşik Sistemler Teorisi (=Theory of Integrated Levels) ilkeleriyle tam bir uyumluluk göstermektedir ki öyle olması söz konusu teorinin bir gereğidir: Şöyle ki:

i-Her sistemde, üst düzey alt düzeye bağımlıdır;  üst düzey alt düzeye yön (hedef) gösterir.

ii-Herhangi bir düzeyin oluşumunda, oluşturma erki alt düzeydedir; üst düzey hedef göstermekle yükümlüdür.

►Bu ilkelere uygun olarak, kuantsal öğeler, çevrelerinde kendilerine gösterilen hedeflere varacak şekilde davranırlar. Ancak: kuantsal öğelerin bir başka özellikleri daha vardır ki, o da hep en ekonomik sistemlere akma özelliğidir. Bu özellikleri sayesinde ekonomik olmayan yapısallaşmalardan ayrılıp, daha ekonomik sistemlere göçerler ki bu durumda ekonomik olmayan sistemler dağılmak zorunda kalırlar. Bu özellik tünelleme etkisi olarak bilinir.

Şekil 12: Kuantsal öğeler çevrelerindeki en ekonomik yapısallaşmaları algılayıp, o yapısallaşmalara göçerler.

►Kuantum düzeyindeki atom altı öğelerin saniyede yaptıkları titreşim sayısı çok fazladır bu nedenle çok enerji tüketirler. Atom, molekül gibi üst-sistemler içinde birleştiklerinde, daha az enerji harcayan sistemler ortaya çıkar. Bu nedenledir ki,

-bir protonun kütlesi 1.00728 atomik kütle birimi (akb),

-bir nötronun kütlesi ise, 1.00866 akb kadardır.

Bir C (karbon) atomu, 6 proton ve 6 nötrondan oluşur ve kütlesi ise tam 12 akb’dir. Halbuki 6 proton + 6 nötron’un toplam kütleleri 12.0956 akb’dir.

Yani proton ve nötron ayrı olduklarında daha ağırlar, çünkü çok daha fazla dönüyorlar. Birleşip bir element oluşturduklarında daha hafif bir kütleye ulaşılıyor, çünkü devir sayıları azalıyor.

İşte bu nedenle atom altı-öğeleri yaklaşık 14 milyar yıl önce, bir araya gelmeye başlayarak, information & self-organisation olarak özetlenen doğa yasaları çerçevesinde birleşmeye ve atom > molekül > hücre > mineral > kayaç > beden, vs gibi üst sistemler içinde bir arada toplanmaya başlamışlardır. Temel amaç ise daha rahat bir duruma geçmektir. Ve bu işlemlerine devam etmektedirler.

► Doğadaki tüm varlıklar kuant dediğimiz bu enerji kümeciklerinden oluşurlar. Ancak bu enerji kümeciklerinin nasıl bir araya gelecekleri, nerede çok yoğunlaşıp, nerede az yığışacakları, ne kadar büyük veya küçük sistemler oluşturacakları gibi konular, enerji dediğimiz bu kuantsal öğelerin denetimindedir.  Şöyle ki:

Doğada yapıcı veya yıkıcı olabilen temel enerji sahipleri (kuantsal öğeler) bu enerjilerini nereye ne kadar oranda yatıracaklarını, varlıkların yapısal durumlarını dikkate alarak gerçekleştirirler.  Bunu şu deneyden anlıyoruz.

Feynman (1985)’ten alınan aşağıdaki deney sonuçları şunu göstermektedir (refleksiyon-refraksiyon olayları):

Şekil 13: Doğadaki enerjinin nerede çok nerede az olacağına kuantsal öğeler karar verirler.

Bir kaynaktan gönderilen 100 fotondan yaklaşık %4ü kalın bir cam blokunun yüzeyinden yansıtılırken %96sı camın içine girer (I). Ama camın kalınlığı azaltıldığında durum değişir. Camın kalınlığı azaltıldığında, yansıyan foton miktarı camın kalınlığının fotonların dalga boylarına göre ölçülmelerine göre 0 (sıfır) ile %16 arasında değiştiği gözlemlenmektedir (II). Değişim rastgele değil, fotonun dalga boyu ve camın kalınlığına bağlı olmaktadır. Şekilde (II) görüldüğü üzere, fotonlar dalga boylarıyla camın kalınlığını ölçmekte ve olasılık hesabı yaparak camın içine mi girecekleri, yoksa camın yüzeyinden mi yansıyacaklarına karar vermektedirler. Bu olasılık hesabı varlığın büyümesi aşamasında, yani camın kalınlığı azken yapılmaktadır. Varlık büyüdüğünde (cam belli kalınlığa ulaştığında), varlığın yapısına ve dokusuna göre belirlenen bir değer sabitleştirilmekte (düzen-ölçütü ve solidifikasyon oluşumu) ve o değerde bir enerji varlığa aktarılmaktadır. (Bu konuda daha ayrıntılı bilgiler için Gedik 2008e bakınız)

Bir hatırlatma: Büyümenin ilk evrelerinde varlıkların yapısal durumlarının çevreden alınan verilere göre ayarlanması ve olgunlaşma evresinde sabitleştirilmesi olayı doğadaki tüm gelişmelerde görülür. İnsanların yetiştirilmesi dahil! Bu nedenle “Ağaç yaşken eğilir” ve “Ne ekersen onu biçersin” atasözleri ortaya çıkmıştır.

Atom-altı öğelerin davranışlarının olasılık hesaplarıyla nasıl gerçekleştirildiğinin anlaşılması için bir başka fizik deneyi sonuçlarını verelim:

Çift-yarık deneyi ve detektöre gelen foton sayısının, fotonların geçeceği güzergahların uzunluk farkına göre ayarlanmaları.

Şekilde gösterildiği üzere, (S) noktasına bir ışık kaynağı ve (D) noktasına da bir detektör yerleştirilir. Aralarındaki perde üzerinde de (A) noktasına, bir delik açılır. Deliğin boyutu, (S)deki kaynaktan 100 foton gönderildiğinde, delikten sadece bir foton geçebilecek şekilde ayarlanır. Aynı boyutta bir ikinci delik (B), biraz daha yukarıdaki bir noktan açılır. (A) deliği kapatıldığında, (B) deliğinden de, gönderilen 100 fotondan sadece bir tanesi geçmektedir.

Her iki delik birlikte açık tutulduğunda ise, normal bir mantığa göre, gönderilen 100 fotondan 2 tanesinin geçmesi ve detektörden 2 kayıt işareti alınması beklenir. Ama gerçekte durum hiç de böyle olmamaktadır. A ve B delikleri arasındaki mesafeye bağımlı olarak, deliklerden geçen foton sayısı, sıfır ile dört arasında değişmektedir. Bu değişimin hangi kurala göre olduğu araştırıldığında ise, fotonların şöyle bir olasılık hesabı yaparak davranışlarını belirledikleri ortaya çıkmaktadır.

Küçük varlıklar âlemindeki öğeler sürekli titreşim halinde olan ve bu titreşimleriyle de doğa ve dünyayı sürekli algılayıp onlarla etkileşim içinde olan canlı özellikli öğelerdirler. Davranışlarını çevreleriyle olan ilişkilerine göre belirlemektedirler. Yani birileri onları gözlemliyorsa, bir parçacık gibi (madde) davranıyorlar ve kendilerinden istenileni yapıyorlar. Gözlemlenmediklerinde ise, dalga boylarıyla çevrelerini ölçüp-biçiyorlar ve bir olasılık hesabı yaparak, çıkan sonuca göre davranıyorlar. Yani varlıkların en küçük öğeleri, kendilerinin başkalarınca gözlenip-gözlemlenmediklerini bilmekte ve davranışlarını buna göre ayarlamaktadırlar. Gözlemleniyorlarsa, madde (parçacık) olarak davranıyorlar; gözlemlenmiyorlarsa, dalga şeklinde davranıyorlar.

Tüm dalgalar şekil 4.2’de gösterilen türde bir sinüs eğrisi şeklinde davranırlar. Yani sıfır değerinde bir başlangıç noktasıyla ölçmeye koyulurlar. Dalga boylarının ¼ ne ulaştıklarında maksimum güçlerini, ½ ine ulaştıklarında yine sıfır değerini, ¾ dalga boyuna ulaştıklarında minimum güçlerini, 4/4  dalga boyuna ulaştıklarında yine sıfır başlangıç değerini gösterirler.

Şekil 14: Fotonların dalga boylarına göre olasılık hesabı yapma yöntemi. (Feynman 1985’den)

(D)ye ulaşmak isteyen bir fotonun önünde iki seçenek vardır. Ya (A) deliğinden geçecektir, ya da (B). Foton her iki seçeneği de teker teker değerlendirir: Örn. (A) yolunu dalga boyuna göre hesaplamaya başlar; 1 dalga boyu, 2 dalga boyu, 3,4,5,6,.. vs. ve (D) hedefine vardığında dalga boyunun hangi değerde bulunduğuna bakar. Diyelim maksimum (+1) değeriyle son buldu. Şimdi diğer (B) yolunu aynı şekilde hesaplamaya başlar; diyelim minimum (-1) değeriyle son buldu. Foton bu iki değeri toplar: +1-1=0. Sıfırın karesini alır: yine sıfır. Ve foton kararını verir: Bu durumda hedefe varmanın hiçbir yararı yok; (S)den gönderilen 100 fotondan hiçbiri delikten geçemez ve (D) detektörüne hiçbir foton ulaşmaz.

Başka bir ölçüm sonucu şöyle olsun: (SAD) yolu sonunda ulaşılan değer (+1), (SBD) yolu sonunda ulaşılan değer de ( +1) ise, +1 +1 = 2. İkinin karesi alınır: 4 eder. Bu durumda (S)den gönderilen 100 fotondan 4 tanesi deliklerden geçer ve (D) detektörü 4 foton kayıt eder. Delikler normalde birer foton geçirecek kadar büyüklükte olmalarına rağmen, normalde 2 fotonun geçebileceği deliklerden 4 tane foton geçer!

Olasılık hesaplı işlemlerin ilginç yönü bu noktadadır. Normal değer 1 = bir olarak kabul edildiğinde, hesaplama sonucu 1’den büyük olan değerlerin karesi alındığında, sonuç çok büyük oranda artarken, 1’den küçük sonuç değerlerinin kareleri gittikçe küçülürler. Örneğin 1.5’in karesi 2.25 gibi büyüyen bir değer verirken, 0.5’in karesi, 0.25 gibi küçülen bir sonuç verir. Doğadaki tüm olaylar ve işlemler de böyle bir olasılık hesabı sonucuna göre yapılmaktadır.

İsmetGedik_Hücre Yapısı

-devam edecek-

2 Yorum

  • Hülya 17 Temmuz 2012, 13:54

    Gerçekten müthiş! Ne kadar yalın ve anlaşılabilir
    anlatmış… şimdi nasıl düşünmem -benim atom altı
    parçacıklarım hangi olasılık hesabı ile hasta olmama karar verdiler -diye…

  • Sibel 06 Eylül 2011, 13:05

    Mükemmel bir açıklama, gayet net ve anlaşılabilir bir lisan kullanılmış. Birkaç kez okumak insanın ufkunu açabilir.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir