Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği

Transkript

1 Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği

2 Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi Fizik Eğitimi A.B.D.

3 Proje Görevleri TÜBİTAK Eğiticilerin Eğitimi Çalıştayı, 2006, TÜSSİDE Proje Danışmanlığı, 2008, YİBO, TÜSSİDE Proje Yürütücüsü/Araştırmacısı Panelist Bu Benim Eserim Ortaöğretim Öğrencileri Arası Proje Yarışmaları

4 Proje Görevleri Gazi Üniversitesi Yürütülen BAP Projeleri BAP Uzmanlar Grubu TEKMER Yönetim ve Denetim Kurulu KKTC MEB Yapılanması Yurt Dışı Kaynaklı Projeler Avrupa Birliği Projeleri: Fen ve Teknoloji Ö. P. ve Kitap Setleri, Yetişkinler Okuma Yazma Programı ve Ders Kitabı Dünya Bankası Projeleri: Fizik Ö.P. ve Öğretmen Yeterlikleri, Fen Lisleri Ö.P. UNICEF Projesi: Telafi Eğitimi Programı Diğer: TİKA, Özel Okullar, Bilim Şenlikleri

5 Fizik Yaşamımızın Neresinde??

6 Fizik Yaşamımızın Neresinde?? İnsan Vücudu %57 si su (Beynin %85 i, kan n %80 i, kasların %70 i) 206 kemik ( 106 sı el ve ayaklarda) 240 kas ~10^12 hücre 10^27 atom (%99 u H, O ve C:%67 Hidrojen, % 25 Oksijen ve %10 Karbon)

7 Nereden Nereye? En küçük/büyük; Canlı (mavi balina-150 ton) Ülke ( Vatikan/Çin) (~10^6) Boyut (10^-18 m/10^17m) (~10^35) Sıcaklık (-273/>10^10) Hız (0/c) Teknoloji (?/Nano) Bilgi (Bit/ExaByte) Madde (Kuark/Yıldızsı-Güneş in kütlesinden 3 milyar kat büyük, yıldızları yutan süper kütleli karadelik) Yoğunluk (?/10^5 to/mm^3-beyaz cüceler, 10^9 to/mm^3 karadelikler)

8 11. Sınıf :Yıldızlardan Yıldızsılara 12. Sınıf :Atomlardan Kuarklara

9 KESİNLİĞE ELVEDA Yazı-Tura Foton ların davranışı (Cam dan hangisi yansır ~%95, hangisi geçer~%5, hangisi soğurulur~%0) Tüm fotonlar özdeş ise hangi fotonlar yansıyor, hangileri geçiyor? Her bir fotonun yansıma/kırılma/soğrulma olasılığı? Tanrı Evrenle Zar Atmaz, Albert Einstein Tanrı Evrenle Zar atmakla Kalmaz, Bazen Zarları Bizim Göremeyeceğimiz Yerlere de Ata, Stephen Hawking Atom ve fotonların davranışları öngörülebilir mi? En azından öngörülemez olduğu öngörülebilir! Nasıl? Schrödinger in olasılık dalgası

10 Küçüklerin Dünyası Her şey atomlardan oluşur Atomların büyük bir kısmı boşluktur. Aldığınız her nefeste milyarlarca atom bulunur. Aldığınız her nefes Einstein tarafından verilen nefesten en az bir atom içeriyor. 1 mm de (bir nokta) yan yana dizilmiş 10 milyon atom bulunur. Atom un boyutu Angstrom (1/10 milyon mm) dur, oysa insan gözü Angstrom u görebilir.

11 Küçüklerin Dünyası Her atomun çekirdeği vardır Her atomun elektron dağılımı farklıdır Her atomun yoğunluğu da farklıdır Hidrojen atomunun çekirdek yoğunluğu/altın atomunun çekirdek yoğunluğu ~10^5 ton/mm^3 : beyaz cüceler ~10^9 ton/mm^3 : kara delikler

12 Küçüklerin Dünyası Atom kat küçültülebilir Tüm insan ırkı (6,7 milyar x 70 kg=10^11 kg) 1 cm^3 bir küp şeker boyutuna kadar Yerküre (6x10^24 kg) 60 m^3 Güneş (2x10^30kg) km^3

13 Kuvvet Temel Kuvvetler ve Sicim Teorisi Kütleçekim kuvveti Elektromagnetik Kuvvet Zayıf Çekirdek Kuvveti Yeğin Çekirdek Kuvveti

14 Kuvvet Kütleçekim Kuvveti Güneş ve Dünya (8,4 ışık dakikası mesafeli): Güneş kaybolsa Dünya bunu ne zaman farkeder? Güneş yerinde iken Dünya şu anki yörüngesine yerleştirilirse Güneş ne kadar sonra Dünya ya kuvvet uygular?

15 Kuvvet Kütleçekim Kuvveti Uzay ve Zaman

16 Kuvvet Kütleçekim Kuvveti Kütleçekim kuvveti yok (mu)? Cisimler Eylemsizlik nedeni ile hareket etmektedir. Kütleçekimi eğik uzay mıdır?

17 Kuvvet Kütleçekim Kuvveti Güneş gibi büyük kütleli yıldızlar uzay-zamanı büker Dünya gibi gezegenler kendi eylemsizlikleri altında ve bükülmüş uzay-zaman içerisinde serbestçe hareket eder. Bükülmüş uzay-zamanda en kısa yol olan eğik rota yı izlerler.

18 Güneş Temel Enerji kaynağımız Dünyamıza ortalama 149 milyon km uzaklıkta (8,4 ışık dakikası) Yarıçapı 6,96x10^5 km Kütlesi yaklaşık 2x10^30 kg Yüzay sıcaklığı 6000C, çekirdek sıcaklığı 15 milyon C Yaşı yaklaşık 4,5 milyar yıl Kütlesinin %92 si Hidrojen, %7,8 i Helyum, Karbon ve Okisjen <%0,1 Güneş enerjisinin kaynağı Füzyon Nükleer rekatörlerin enerji kaynağı Fisyon Füzyon ve Fisyon: Neden hep enerji açığa çıkıyor?

19 Işığın Yapısı Tanecik mi? Dalga mı? Dalga: Girişim, Kırınım Tanecik: Compton Olayı, Fotoelektrik olay, basınç,.. De Broglie Dalgası Elektromagnetik/Mekanik dalga mıdır?

20 Işık Hızı 3x10^8 m/s Dünya nın çevresini ne kadar sürede kateder? Güneş ten Dünya ya ne kadar sürede gelir Işık yılı nedir? En yakın yıldız ne kadar uzaklıkta En yakın Gökada ne kadar uzaklıkta ( 2 milyon ışık yılı) En yakın Yıldızsı ne kadar uzaklıkta (2.5 milyar ışık yılı) Evren in boyutu?

21 Işık Hızı Ortama Göre Değişir mi? Boşlukta 3x10^8 m/s Hava da Su da Cam da

22 Özel Görelilik Işık Hızı ve Fizik Yasaları Işık hızı limit hız mıdır? Hız artışı Zamanı Boyu Kütleyi! Nasıl etkiler? Görelilik Zor mudur? Albert Einstein: Dünya da anlaşılması en zor olan şey gelir vergisidir!.

23 Özel Görelilik İkizler Paradoksu Güneş ten sonra en yakın yıldız 4,3 ışık yılı uzaklıktaki alfa Centauri dir Astronot olan Ali ve Veli olan Veli 21 yaşında ikiz Ali en yakın yıldızı gidip-gelir, uzunluk ışık hızında 10 kat büzülür. Ali döndüğünde kendisini 22 yaşında ikizi Veli yi ise 30 yaşında bulacaktır Veli ise kendini 22 yaşında Ali yi ise 30 yaşında sanacaktır Hagisi Doğru? Neden?

24 Özel Görelilik Müon lar (elektrondan 200 kat fazla kütleli ve yüklü bir lepton) Kozmik ışınlar (süper hızlı atom çekirdekleri) atmosfere girdiğinde hava molekülleri ile çarpışarak müon ları oluşturur. Müon ların ömürleri 10^-6 (1/1,5 milyon) saniyedir. ~Işık hızı ile atmosfere girdiklerinde bu sürede sadece 500 metre yol alması gerekir. Oysa 12,5 km yol katederek (yani 25 kat daha uzağa) giderek yeryüzüne ulaşıyor. O halde ışık hızından 25 kat daha hızlı mı hareket ediyorlar? Yoksa zaman kısalıyor da ömürleri mi 25 kat daha uzuyor? Zaman mı kısalıyor? Uzunluk mu büzülüyor? Uzay ve Zaman Arasındaki İlişki nedir?

25 Özel Görelilik Uzay-Zaman Zaman yavaşlaması ve uzayın büzülmesi evrende herkesin ışık hızını aynı ölçmesi için ödenen diyettir. Herman Minkowski; Einstein in hocası olan matematik profesörü Einstein, hayatta hiç bir yere gelemeyecek miskin bir köpek tir. Şu andan itibaren uzay ve zaman birbirine karışacak ve uzay-zaman adında bir tür bileşimleri mevcudiyetini sürdürecektir. Gerçek olan uzay-zaman dır, Uzay ve zaman gölgelerdir. Uzay da her doğrultuda, zaman da ise tek doğrultuda hareket ederbiliriz.

26 Özel Görelilik Uzay-Zaman Düşük hızlarda uzay ve zaman ayrı imişi gibi görünse de Işık hızına yakın hızlarda uzay ve zaman birbirinden ayrılamaz Einstein: Fizikçiler için geçmiş, şimdi ve gelecek arasındaki ayrım yanılsamadan başka birşey değildir Siz benim şu andaki halimi göremezsiniz. Şu anda benim saniyenin milyarda biri kadar önceki halimi görüyorsunuz. Ya Güneş in? Yıldızların? Yıldızsıların?...

27 Özel Görelilik Uzay-Zaman Bana; Siz 10^-9 ışık saniyesi Ay 1,5 ışık saniyesi Mars 5 ışık dakikası Güneş 8,4 ışık dakikası En yakın yıldız (Alfa Centauri) 4,3 ışık yılı En yakın Galaxy (Büyük Köpek Cüce -Canis Major Dwarf) ışık yılı En yakın yıldızsı (3C273) 2,5 milyar ışık yılı En yakın!evren! 13,7 milyar ışık yılı! uzakta(sınız).

28 Özel Görelilik Işık Hızı-Kütle

29 Özel Görelilik Işık Hızı-Kütle

30 Genel Görelilik Güneş gibi kütleler uzay zamanı büker. Dünya gibi diğer kütleler eylemsizliği nedeniyle bu uzay-zamanda eğrisel yol izler. Dünya bükülmüş uzayda en kısa yol olan eğik yörünge izler.

31 Özel & Genel Görelilik Bir cisim kütleçekimini (ivmeyi) hissetmiyorsa özel görelilik uygulanmalıdır. Işık, dört boyutlu uzay-zamanı takip edeceğinden eğri yol izler.

32 Evren Sonlu/Sonsuz mu? Einstein teorisine göre evren sonlu idi, ancak kendisi de buna şüphe ile yaklaştı. Einstein, kendi teorisine değiştirerek kozmik geri itme (cosmic repulsive) kuvvet tanımladı. Bu kuvvet birbirine çok uzak cisimler arasında uygulanıyordu. Hubble ilk kez Evren in genişlediğini keşfetti.

33 Einstein ın En Büyük Yanılgısı! Hubble evrenin genişlediğini kişfettiğinde, Einstein Kozmik geri tepme teorisinin geçersiz olduğunu açıkladı, bu teorinin yaşamındaki en büyük yanılgı olduğunu açıkladı. Ancak Einstein yine de yanılmamıştı. Eisntein ın En büyük yanılgı belki de en büyük başarısı idi.

34 Evren Genişliyor mu? Evrenin yapıtaşları gezegenler grubu olan Galaksiler (Gökadalar) dir. Hubble Gökadalar ın birbirinden uzaklaştığını keşfetti. Her bir gökada Mesafesi ile doğru orantılı bir hızla Samanyolu gökadasından uzaklaşıyordu. Yani Samnayolundan iki kat uzakta olan gökada iki kat daha yüksek hızla, 5 kat uzakta olan gökada ise 5 kat daha yüksek hızla uzaklaşıyor.

35 Evren Genişliyor mu? Sadece Samanyolu gökadasında değil uzayın her bir noktası için bu uzaklaşma sözkonusudur. Her bir gökada uzaklığı ile orantılı uzaklaştığına göre belli bir geçmişte aynı noktadan harekete başlamışlardı. Evren in merkezi neresidir? Evrende merkez yoktur, her yer merkezdir. Big Bang: 13,7 milyar yıl önce

36 Kütle-enerji Kütle-enerji

37 Kütle-enerji Güneş Güneş in kütlesi 2x10^27 ton ve her saniye 4 milyon ton azalıyor. Bu 4 milyon ton/saniye hızındaki kütle azalması uzaya yayılıyor ve Dünya ya ışık olarak ulaşıyor. O zaman Güneş in kütlesi bir gün bitecek! Bu durumda ne olur? Ama ne zaman? Doğumundan bu yana henüz kütlesinin ancak binde biri kayboldu Foton-Işık-Işık Hızı-Evrendeki sonsuz hız? Bir maddesel parçacık ışık hızına çıkartılabilir mi? Nasıl?

38 Kütle-enerji Çay Bir fincan sıcak çay Çay soğduğunda kütlesi değişir mi?

39 Kütle-enerji Atom Isıtılan sıcak çay atomlarının durumu Soğutulan çay atomlarının durumu Fisyon-Füzyon-Bağlanma Enerjisi

40 Kütle-enerji Kömür-Fisyon-Füzyon Kömür yandığında açığa çıkan ürünlerin toplam kütesi azalır. Ama çok az. Fisyon: Füzyon: H+H He, kütle %0,8 azalır: 1 kg H, He a dönüştüğünde 8 gram kütle enerjiye dönüşür bu 1 kg kömür yandığında oluşan enerjinin 1 milyon katıdır. Güneş kömür topu olsa idi 5000 yıl ömrü olurdu! Kömür-Fisyon-Fizyon olaylarında en fazla kütlenin %1 ine yakını enerjiye dönüşüyor.

41 Kütle-enerji Kütlenin tamamı enerjiye dönüşebilir mi? 1 kg kütle enerjiye tam olarak dönüşebilse bu enerji (~10^17 Joule) tüm dünya nüfusunu uzaya fırlatmaya yetecektir. Bunun yolu var mıdır? Karadelikler: Işık yayayan yoğun maddelerdir. Karadelik üzerine düşen maddenin %43 ü enerjiye dönüşebilir. Kütle nin tamamını enerjiye dönüştürecek bir yol var mıdır?

42 Kütle-enerji Kütlenin tamamı enerjiye dönüşebilir mi? Kömür-Fisyon-Füzyon-Karadelik-? %100: Madde-Anti madde Madde+Anti madde Foton Foton(Yeterli enerjiye sahip) Madde + Anti Madde Sorun: Anti madde madde ile karşılaştığında enerjiye dönüştüğünden biriktirmek çok zor, sadece 1/1 milyar gram biriktirilebiliyor. Elektron-pozitron, proton-antiproton, nötron-antinötron, kuark-antikuark

43 Kütle-Enerji? Aynaya baktığımızda görüntümüz gerçek olabilir mi? Elektron-pozitron, proton-antiproton, nötron-antinötron, kuark-antikuark Evren-Anti Evren (Paralel Evren)?

44 Bilim Dünyasında Birçok olay Einstein ile başlayıp, Einstein ile bitiyormuş gibi görünüyor.

45 FİZİK, YAŞAMIMIZIN KENDİSİDİR. Fizikçi ise kendisine soru sorma alışkanlığı kazanmış kişidir? T E Ş E K K Ü R L E R