GÖKYÜZÜNDEKİ DELİKLER: YILDIZLAR

Tekrardan merhaba 💙💙. Bu sefer eğlenceli bir konuyla buradayım. Başlıktan da anladığınız üzere yıldızlardan bahsedeceğiz. Gökteki o parlak minik noktalar aslında hiçte o kadar minik değiller. Yıldızlar hakkında eğlenceli bilgi selimiz başlasın. Keyifli okumalar😇

Not: Bu yazı için kaynak olarak kullandığım kitap yine bu blogda ilk yazım olan ‘Astronomiye ilk adım’ başlıklı yazıda bahsettiğim kitaptır.

YILDIZ NEDİR?

Yıldız, ağırlıklı olarak hidrojen ve helyumdan oluşan, yoğun ve karanlık uzayda ışık saçan gökyüzünde bir nokta olarak görünen plazma küresidir. Bir araya toplanan yıldızların oluşturduğu gökadalar gözlemlenebilir evrenin hâkimidir.

Bir yıldızın doğuşunu, yaşamını ve ölümünü öğrendiğiniz de onlara her zaman ki gibi bakmayacaksınız. Evrenimiz de entropinin var ettiği bir durum vardır. Her şey zamanla düzenden düzensizliğe akar. Siz ve ben yaşlanırız ölürüz tüm canlılar için bu süreç aynıdır. Ölümü var eden yaşamdır. Yaşayan her şey de muhakkak ölür. İşte bu yüzden yıldızlar da ölür. Ama bu sizin benim yaşadığımız gibi bir ölüm değildir. Yıldızlar yeni bir aşamaya geçerler ve böyle devam ederler. Beyaz cüce, nötron yıldızı ve kara delik gibi aşamalar böyle aşamalardır.

Şimdi bizim Güneş’imiz ile aynı kütlede ki sıradan bir yıldızın genel yaşam öyküsüne bakalım. Sonra bunu detaylandırırız J

• Soğuk bir bulutsuda ki gaz ve toz yoğunlaşarak genç yıldızımsı cismi oluşturur.
• Genç yıldızımsı cisim giderek çökerek doğduğu buluttan ayrılır ve hidrojen ateşi tutuşur. ( başka bir deyişle nükleer reaksiyon başlar)
•  Hidrojen kararlı bir şekilde yanmaya devam ettikçe, yıldız anakola katılır.
• Yıldızın çekirdeğinde ki tüm hidrojen tükendiğinde (yandığında), çekirdeğin üzerinde bulunan kabuktaki hidrojen tutuşmaya başlar.
•  Kabuktaki hidrojenin yanmaya başlaması yıldızı daha parlak yapar ve genişletir. Yıldız genişledikçe yüzey alanı artar, soğur ve daha kırmızı görünmeye başlar. Yani yıldız bir kırmızı dev haline gelir.
•  Yıldızın dış katmanlarını uzaya genişlemesine neden olan yıldız rüzgarları, sıcak yıldız çekirdeğinin çevresinde bir gezegenimsi bulutsu oluşturur.
•   Bulutsu giderek genişleyerek uzaya yayılır ve geriye yalnızca sıcak merkez kalır.
•   Merkezdeki cisim artık bir beyaz cücedir, zamanla soğur ve sönükleşir.

RESİM 1

Bu aşamalar kütlesi Güneş’imiz kadar olan yıldızlar içindi. Peki ya daha küçük ya da daha büyük kütleli yıldızlara ne olur?

Güneş’ten daha küçük kütleli yıldızlar için bu aşamalar daha belirsizdir. Hayatlarına genç yıldızımsı cisimler olarak başlarlar sonra anakola ulaşırlar ve sonsuza dek kırmızı cüce olarak kalırlar.

Güneş’ten daha büyük kütleli yıldızlar ise daha farklı bir yaşam döngüsüne sahiptir.  Gezegenimsi bulutsu oluşturup beyaz cüce olarak ölmek yerine süpernova olarak patlarlar ve geride nötron yıldızları veya kara delik bırakırlar. Kütleli yıldızın yaşamı daha hızlı ilerler. İhtişamla başlayıp ihtişamla sona erer.

İki farklı durumun yaşanmasında elbette açıklayıcı bir sebep var. Kütle ne kadar fazla ise nükleer reaksiyonlar daha şiddetli ve daha hızlı meydana gelir, kütle ne kadar küçük ise nükleer reaksiyonlar daha az şiddetli olur ve daha uzun sürer.

Şimdi yukarıda bahsettiğimiz aşamaları biraz daha detaylı inceleyelim.

I. GENÇ YILDIZIMSI CİSİMLER

                                                           

RESİM 2

Genç yıldızımsı cisimler (YSO) yeni doğmuş yıldızlardır ve doğdukları bulutun uzantıları ile sarmalanmış haldedirler.  Bu yıldız doğduğu buluttaki yoğun toz tarafından görülemeyebilir. Genç yıldızımsı cisimler yıldızların doğum evi olarak da adlandırılan HII bölgelerinde oluşurlar. Yukarıda ki resimde gördüğünüz Orion bulutsusu son 1 veya 2 milyon yılda yüzlerce yıldızın doğum evi olmuştur.

Genç yıldızımsı cisimler yıldızımsı disk denilen yassılaşmış bir gaz ve tos diskinin merkezinde yer alırlar. Böylece bu disk tarafından yeni doğmakta olan yıldıza madde aktarımı yapılır.

II. ANAKOL YILDIZLARI

RESİM 3

Güneş’imizin de dahil olduğu anakol yıldızları doğdukları bulutu dağıtmış ve çekirdeklerinde ki nükleer reaksiyonların hidrojeni helyuma dönüştürmesi sayesinde ışımaktadırlar. Kütlesi ele alınınca Güneş’in bu evreye gelmesi 50 milyon yıl sürmüştür. Kütlesi daha düşük yıldızların bu aşamaya gelmesi daha uzun sürerken kütlesi daha fazla olan yıldızların bu aşamaya gelmesi daha kısa bir zaman almaktadır.

Astronom veya bilim insanları yıldız dediklerinde genelde anakol yıldızlarını kast ederler. En küçük anakol yıldızları, Güneşten çok daha küçük, donuk kırmızı renkte görünen kırmızı cücelerdir. Kırmızı cücelerin kütleleri çok düşüktür ama bu şekilde çok fazla sayıda kırmızı cüce vardır. Anakol yıldızlarının çok büyük bir çoğunluğu kırmızı cücedir. Gözle görülmesi son derece zordur çünkü sönüktürler. Bize en yakın kırmızı cüce olan Proxima Centauri teleskopsuz görünmeyecek kadar sönüktür. Bu yıldız kendi güneşimizden sonra bize en yakın olan yıldızdır.

Kırmızı cüceler anakol yıldızlara göre daha küçük daha az kütleli olabilirler bu yüzden size fazla önemsiz gelebilir ama Güneş ile kıyaslama yaptığımız da bizim Güneş’imiz elbet bir gün ölecekken kırmızı cüceler neredeyse sonsuza kadar yaşarlar. Yani son gülen o minik kırmızı cüceler oluyor.

III. KIRMIZI DEVLER

RESİM 4

Kırmızı devler biraz daha komplike yıldızlarıdır. Güneş’ten çok daha büyüktür ama ileride güneş de kırmızı dev olacak. Ekvatorunun genişliği Venüs ve hatta belki Yer’in yörüngesi kadar olabilir.

Bu devler güneş’ten daha az veya daha fazla kütlesi olan anakol yıldızlarının bir sonraki aşamasını temsil etmektedir. Boğa takımyıldızındaki Aldebaran ve Arabacı takımyıldızındaki Arcturus yıldızları birer kırmızı devdir.

Ortalama bir kırmızı dev çekirdeğinde hidrojen yakma olayını artık bitirmiştir. Çünkü var olan hidrojeni yakarak helyuma dönüştürmüşlerdir.  Daha ziyade çekirdeği saran kabuk kısmında hidrojen yakar. 

Güneş’ten çok daha büyük kütleli yıldızlar kırmızı dev olamazlar. Onlar süperdevler olarak adlandırılırlar. Ortalama bir süperdev güneşten 1000 veya 2000 kat büyük olabilir. Bunu kavrayabilmeniz için şöyle bir örnek vereyim; eğer Güneş’in bulunduğu yerde ortalama bir süperdev olsaydı ekvatorunun genişliği Jüpiter ya da Satürn’ün bulunduğu yörüngede olurdu.  Avcı takımyıldızındaki Betelgeuse ve Akrep takımyıldızındaki Anteras birer süperdevdir.

IV.  GEZEGENİMSİ BULUTSULARIN MERKEZİNDEKİ YILDIZLAR

RESİM 5

    

      Gezegenimsi bulutsuların merkezindeki yıldızlar belirli bir tür küçük yıldızlarıdır. Aslında bu bulutsuların gezegenle bir ilişkileri yoktur. Teleskopların basit düzeyde olduğu dönemlerde görünümlerinden dolayı Uranüs’e benzetildikleri için bu adı almışlardır.

Bunların merkezindeki yıldızlar aslında beyaz cüce gibidirler. Nihayetinde beyaz cüce adayıdırlar ya da beyaz cücedirler. Yani  bu yıldızlar güneş benzeri yıldızların kalıntılarıdır. Yıldızın on binlerce yıl boyunca boşluğa püskürttüğü gazlar yıldızın etrafında bir bulutsu oluşturur ve zamanla sönükleşerek kaybolur. Geriye ise hiçbir şeyin merkezi olmayan ıssızlıkta bir beyaz cüce kalır.

V.  BEYAZ CÜCE

RESİM 6

İsmi gibi beyaz olmak zorunda olmayan beyaz, sarı hatta kırmızı bile olabilen yıldız cesetleridirler. Bu renk durumları onların ne kadar sıcak oldukları ile alakalıdır. Beyaz cüceler, Güneş benzeri yıldızlardan geriye kalan cisimlerdir ve hiç ölmezler. Yalnızca giderek sönükleşirler.

Bir beyaz cüce artık yanmaya enerji üretmeye devam etmez. Eskiden kalan enerjinin verdiği sıcaklık vardır sadece. Kırmızı cücelerden sonra en çok karşılaşılan yıldız türüdür. Ancak en yakın olanları bile o kadar sönüktür ki teleskopsuz görünmezler.

Ortalama bir beyaz cüce Güneş kadar bir kütleye sahip olabilir ama Yer kadar bir hacme sahiptir. Çok küçük bir hacme sıkıştırılan bu fazla kütle durumu yıldızın aşırı derecede ağır olmasına neden olur. Yıldızdan alınacak bir çay kaşığı madde bir ton ağırlığında olacaktır.

VI.  SÜPERNOVALAR

RESİM 7

Bir yıldızın tamamen parçalandığı muazzam şiddetli patlamalardır. Farklı süpernova türleri var ama ben bu yazıda sadece en önemli iki tanesinden kısaca bahsedeceğim.

• İlk olarak Tip II süpernovalarına bakalım. Bu süpernovalar bizim Güneş’imizden çok daha büyük çok daha parlak ve elbette çok daha fazla kütleli yıldızların şiddetli patlamalarıdır. Bu patlamalardan önce yıldız bir kırmızı süpredev ya da çok sıcaksa mavi süperdev durumundadır. Renginden bağımsız olarak bir süperdev süpernova olarak patladığında geriye kalan kalıntı için iki seçenek vardır. Ya çok küçük bir cisim olan nötron yıldızı ya da yıldızın kendi merkezine doğru çökmesidir ki bu da kara delik demektir.
• İkinci olarak Tip Ia süpernovaları ise daha şiddetli ve daha parlaktırlar. Tip Ia süpernovalarının parlaklıkları ve ışınım güçleri daima aynıdır ve dolayısıyla onların görünen parlaklıklarının kullanarak astronomlar ne kadar uzakta olduklarını hesaplayabilirler. Günümüzde astronomlar bu tip süpernovaları kullanarak evrendeki cisimlerin uzaklıklarını ve evrenin genişlemesini ölçüyorlar. Tip Ia süpernovaları Tip II süpernovalarının aksine geriye bir kara delik veya nötron yıldızı bırakmazlar. Geriye uzaya yayılan gaz bulutu kalır.

VII.  NÖTRON YILDIZLAR

RESİM 8

Bu yıldızlar o kadar küçüktür ki beyaz cüceler yanlarında dev gibi kalır. Ama beyaz cücelerden çok daha fazla ağırdırlar. Aslında daha doğrusu daha fazla kütlelidirler çünkü ağırlık gezegen veya benzeri bir cismin çekim etkisi altında kütleye uygulanan kuvvettir.

Ortalama bir nötron yıldızı 10-20 km çapındadır ama kütlesi Güneş’in iki katı kadar olabilir. Bazı nötron yıldızları pulsar olarak da bilinir. Pulsarlar çok yüksek manyetik alana sahip, hızlı dönen nötron yıldızlarıdırlar. Bu pulsarlar radyo dalgaları, X- ışınları, gama ışınları veya görünür ışık üretirler. Bu ışınımlar Yer’e geldikçe bize kısa süreli atım gibi görünürler. Bu atımların hızı bize pulsarların ne kadar hızlı döndüğünü gösterir. Saniyede 700 kere veya saniyede bir kerede dönebilirler.

VIII. KARA DELİKLER

 

RESİM 9

Kara delikler son derece yoğun ve kompakt cisimdirler. O kadar fazla madde o kadar küçük bir alana sıkışmıştır ki bu durumun yarattığı çekim etkisinden ışık bile kurtulamaz. İşte bu yüzden ışık yaymadıkları yansıtmadıkları içinde isimleri kara delik olmuştur. Bazı fizikçiler kara deliğin içindeki maddelerin bizim evrenimizden ayrıldığını düşünmektedirler. Yani kara deliğe düşersek bu evrene hoşçakal dememiz gerekir.

Kara delikten ışık bile kaçamıyorsa bilim adamları onları nasıl görüp biliyorlar diyebilirsiniz. Cevabı elbette var. Kara deliğin yakınına gelen madde ısınır ve kaotik bir hareket haline geçer. Bu hareket hiçbir zaman düzenli değildir. Çekim etkisine kapılıp etrafında dolanan bu madde çoğu zaman kara deliğin güçlü çekim etkisine kapılır ve içine düşer.

Ama bazen ışık hızına yakın ( vakumda saniyede 300,000) hızlardan oluşan jetler kara delikten uzaklaşabilir.

Bilim adamları kara delikleri üç sınıfa ayırırlar. Yazıyı fazla uzatmadan kısaca bunlara da değinip bitireceğim.

     

1. Yıldız kütleli kara delikler; tahmin edebileceğiniz gibi, yukarıda bahsettiğim yıldız ölümü sonucu ortaya çıkan kara deliklerdir. 3 ile 100 güneş kütlesi ağırlığında olabilirler. Boyutları genelde aşağı yukarı nötron yıldızları kadardır.
2. Süper kütleli kara delikler; bu devasa deliklerin kütlesi 100,000 güneş ile 20 milyar güneş arasındadır. Genellikle galaksilerin merkezinde bulunurlar. Nasıl oluştukları biraz muamma. Ya galaksiler bunların etrafında oluşuyor ya da bunlar galaksilerin merkezinde oluşuyorlar. Bizim galaksimizin merkezinde Sagittarius A* olarak adlandırılan bir süper kütleli kara delik vardır.
3. Orta kütleli kara delikler; henüz bir örneğine rastlanmamış ve gizemini koruyan ama fizikçiler tarafından varlığı ön görülen bir kara deliktir.

Biliyorum biraz uzun oldu. Ama keyifli bir konu için sıkılmadan bu vakti ayırırsınız diye düşünüyorum. Bilimle ve sevgiyle kalın. Hoşçakalın💗

TANRI PARÇACIĞI MI HİGGS BOZONU MU?

Yeni bir haftadan ve yeni bir yazıdan merhabalarrr. Yine kendimce en sevdiğim konulardan bir tanesi ile buradayım. 2012 yılında keşfedilen o güzel parçacık hakkında yazılan bu yazıdan keyif almanız dileğiyle 😇

HİGGS BOZONU

Resim 1

Kuantum fiziğinin Standart modelinde yer alan Higgs bozonu temel parçacıklardan biridir. Evrenimizin başlangıcı kabul edilen büyük patlamanın, (Big Bang) saniyenin milyonda biri kadar ertesinde ilk parçacıklar da etrafa saçıldı. Bu andaki fizik kurallarını bulmaya çalışan bilim insanlarına göre ilk çıkan parçacıklar kütlesiz ve saf enerjiliydi. Fakat bilinen başka bir gerçeğe göre de evrende var olan her şeyin bir kütlesi vardır. Adına ‘Tanrı parçacığı’ denilen, İsviçre’nin CERN laboratuvarında yapılan deneylerle varlığı kanıtlanan Higgs bozonu, kütleleri olmayan atomlara kütle kazandıran Higgs alanının temel parçacığıdır, yani hiçliğe kütle vermektedir. İlk olarak 1960’larda varlığı öne sürülen bu parçacığın kesin olarak varlığı 2012 yılında CERN’de kanıtlandı. Standart model ile Higgs parçacığı arasında ne gibi bir bağlantı olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Bağlantı şuradan geliyor;

Resim 2

Doğada ki dört temel kuvvetten üçünü (elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet, yeğin kuvvet) bir başlık altında toplayıp birleştiren modele Standart model denir. Her ne kadar eksiklikleri olduğu düşünülse de standart model bugün pek çok fiziksel olguyu başarıyla açıklıyor. Ama kuram ilk yıllarında pek çok zorlukla karşı karşıya kalmıştır. Özellikle elektromanyetik etkileşim ve zayıf etkileşimi bir araya getirme çabaları hep aynı noktada tıkanıyordu. Elektro-zayıf kuramın arzu edilen simetrilere sahip olabilmesi için ya kütleli olduğu bilinen pek çok parçacığın kütlesiz olması ya da var olmayan kuvvetlerin ve kütlesiz parçacıkların kurama eklenmesi gerekiyordu. Bu önemli sorundan kurtulmak için Nobel ödüllü bilim insanı Yoichiro Nambu’nun simetri kırılması üzerine yaptığı çalışmalar kullanıldı.  Araştırmacılara göre bugün Higgs alanı olarak anılan bir alan tüm uzayı kaplıyor ve çeşitli temel parçacıkların kütle kazanmasına sebep oluyordu. Bu olayı takip eden yıllarda kuram üzerine çalışıldı ve geliştirildi. Deneysel olarak ispatlanması günümüz teknolojisiyle imkânsız olsa da  fiziksel olguları tahmin etme konusundaki başarısı kuramın doğru olduğunu düşündürüyordu.

Nitekim Higgs alanının varlığını ispatlamanın başka bir yolu vardı. Bu alanda kaynaklanan ve bu alanın temel parçacığı olan Higgs bozonunun bulunması idi. Ancak zorluklar burada da bitmiyordu. Spini ve elektrik yükü olmayan bu bozonun çok çabuk bozunmasından dolayı detektörlerce algılanamıyordu. Ve ayrıca Higgs bozonunun kütlesi standart model tarafından hangi aralıkta olduğu belirtilmediği için hangi enerji aralıklarına bakarak tahmin yürütülmesi gerektiği de bilinmiyordu. Tüm bu zorluklar sebebiyle Higgs bozonunun varlığının doğrulanması ancak yıllar süren çalışmalar sonucunda mümkün oldu. Araştırmacılar 2012 yılında kütlesi yaklaşık 125 GeV/c² olan bir parçacık gözlemlediklerini ve detaylı analizlerin bu parçacığın bir Higgs bozonu olduğunu gösterdiğini açıkladı. İşte o aranılan parçacık bulunmuş oldu.

Resim 3

NEDEN TANRI PARÇACIĞI İSMİ KULLANILDI?

Popüler kültürde yerini almadan önce, bir türlü bulunamadığı için bilim adamları tarafından "Lanet Olası Parçacık" (God Damn Particle) olarak isimlendirilen; fakat daha sonra argo içerikli olmasından dolayı ve “Tanrı parçacığı” tanımı mistik anlamda daha fazla merak uyandırdığı için, gazetelerde ve televizyonlarda bu isimle anılmaya başlandı. Fakat bu, bilim adamlarının en sevmediği ve yanlış bulduğu bir tanım. Yani aslında ona tanrı parçacığı diyenler gazeteciler. Bulunan bu bozona bilim adamları Higgs bozonu diyorlar.

HİGGS ALANI TAM OLARAK NEDİR?

Big bang’den hemen sonra Higgs alanı sıfırdı, ancak evren soğuyup  ve sıcaklık kritik değerin altına düştüğünde bu alan aniden ortaya çıkarak  bu alanla etkilesen parçacıkların bir kütleye sahip olmasını gerektirdi.  Bu alanla daha fazla etkileşen parçacıklar daha büyük bir kütleye sahiptirler. Foton gibi bu alanla hiç etkileşmeyen parçacıklar ise kütlesizdirler. Bütün temel alanlar gibi Higgs alanı da, kendisi ile ilişkili bir parçacığa sahiptir. Bu parçacık Higgs bozonudur. Burada ki asıl soru büyük patlamanın ilk anından çok kısa süre sonra Higgs alanı neden bir anda ortaya çıktı ve parçacıklara kütle kazandırmaya başladı? İşte henüz bunun için kesin bir cevap yok. Nedensellik açısından baktığımızda evrenimiz de makro ölçekte sebepsiz hiçbir şey olagelmezken mikro ölçekte parçacıklar bir nedene her zaman ihtiyaç duymuyorlar.

Higgs alanını insanlara daha kolay anlatmak için kullanılan bir analoji vardır. En bilindik olan açıklama yöntemi budur. 

Resim 4

"Higgs alanı dediğimiz şey, bütün evrenin sahip olduğu tüm alanı ifade ediyor. Bu analojide de bir odayı dolduran tüm insanlar Higgs alanı olarak tarif edilebilir.

"Yine analojiye göre odaya ünlü bir kişi giriyor ve odadaki insanlar bu ünlü kişinin etrafını sarıyorlar. Bu ünlü kişinin odaya girdiği andan itibaren insanların etrafını sarmasından ötürü yürümesi zorlaşıyor ve sarf ettiği enerji de artıyor. Ünlü kişinin bu odada yürüyebilmesi etrafını saran insanlarla birlikte geliştiği için ünlü kişinin çok fazla enerji harcaması gerekiyor. Fakat tam o sırada odaya yeni giren bir kişinin bu oda içerisinde yürümesi daha kolay oluyor."

"Fakat bazen insanlar arasında yayılan bir dedikodu bile tüm insanları küçük bir alanda toplayarak o alanın etrafında bir kümelenme oluşturabiliyor. Yani odaya ünlü biri girmese dahi buna dair yayılacak bir dedikodu ünlü bir kişinin odada olmasıyla eş değer etkiyi yaratabiliyor."

"İşte Higgs Bozonu da evrendeki bu alan içerisinde ortaya çıkan uyarılmalar sonucunda bazı parçacıkların tek bir yerde kümelenmiş halini ifade ediyor. Tıpkı bir oda içerisindeki insanlar arasında yayılan dedikodu sonucunda tüm insanların küçük bir alanda toplanması ve diğer alanların boş bir hale gelmesi gibi."

HİGGS BOZONUNUN ÖNEMİ NEDİR?

Resim 5

Evrenin başlangıcında bozonlar olmasa ya da farklı bir şekilde ortaya çıksalardı, belki de yıldızlar, gezegenler, galaksiler ve dolayısıyla yaşam oluşmayacaktı. Çünkü bozonlar dört temel kuvvetin taşıyıcıları olmak gibi çok kıymetli bir görevi üstleniyorlar.  Atom ve parçacıklara kütle kazandırması haricinde Higgs bozonunun asıl önemi, evrenin oluşumunda rolü olan atom altı parçacığının açıklandığı standart modelin anlaşılmasında büyük önem taşıyor olmasıdır. Higgs bozonu bulunmadan, maddenin neden kütleye sahip olduğunu anlamak mümkün olmayacaktı.

Evrenin başlangıç koşullarında bir 'süper simetri' olduğuna inanılıyor. Bu simetri bir biçimde ve Higgs'in de katkısıyla bozuldu, bu sayede evren ve bizler var olabildik. Higgs bozonu olmasaydı, o zaman bizim evrendeki varlığımızı açıklayacak, parçacıkların neden ve nasıl kütle sahibi olduğuna herkesi ikna edip kanıtlanabilecek yeni bir teoriye ihtiyacımız olacaktı.

SONUÇ

Birçok  bilim insani Higgs bozonun Standart Model’in açıklayamadığı  konuları   anlamamıza yardımcı olacağını ümit etmektedir. Standart Model bilinen atom altı parçacıkların özelliklerini ortaya koyabilmesine rağmen, yer çekimi, evrenin genişlemesi ve evrendeki karşı-madde varlığının madde varlığından çok daha  az olması gibi konuları açıklayamamaktadır. Fizikçiler Higgs bozonunu kullanarak bu konulara açıklık getirmeyi ümit etmektedirler.  Bilim insanları özellikle, Higgs bozonun kara madde ile etkileşebileceğini ümit etmektedirler.

Bilimde her şey çok hızlı değişip yenilenebiliyor. Bu yüzden takipte kalmak kadar takip ettiklerimize saplantılı derecede bağlı kalmamakta önemli. Sevgiyle ve bilimle kalın.

Hoşçakalın💙

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI

ENTROPİ

Fazla uzun bir aradan sonra tekrar merhaba herkese. 😇Bu yazım biraz geç oldu biliyorum. Telafi etmek adına en kafa karıştırıcı ama bir o kadar da önemli olan bir konuyla dönüş yaptım. Entropi. Evrenimiz de belki de her sorunun cevabında yer alan bir kavram. Peki nedir bu entropi?

Resim 1

 Genelde termodinamiğin ikinci yasası olarak bilinir çünkü özünde iş ve mekanik alanında bir terimdir. Ama anlamının genişletilebilir olmasıyla iş ve mekanikten çıkıp fiziğe, evrene kadar ulaşabilmiştir. Bilimin tamamında ve bu nedenle de evreni anlayışımızda ikinci yasanın merkezi bir önemi vardır çünkü bize herhangi bir değişimin neden meydana geldiğini anlamada bir temel oluşturur. Bu nedenle, yalnızca makinelerin neden çalıştığı ve kimyasal reaksiyonların neden meydana geldiğini anlamak için bir dayanak değil, aynı zamanda kimyasal reaksiyonların en hassas sonuçlarını, kültürümüzü geliştiren edebi, sanatsal ve müzik yaratıcılığı eylemlerini anlamak için de bir temeldir.

İkinci yasa her ne kadar ağır bir dökme-demir buhar makinesi gerçekliği üzerine gözlemlerle belirlenmiş olsa da soyut terimlerle ifade edildiğinde bütün değişimleri ilgilendirir. Başka bir deyişle, değişimin somut kavranışı her ne olursa olsun, bir buhar makinesi değişimin doğasını kısa ve öz biçimde açıklar. Tüm eylemlerimizin özü sindirimden tutun da sanatsal yaratıcılığa kadar esasında bir buhar makinesinin işleyişiyle anlaşılır.  Kozmosta ısı ve enerji düzeyinde gerçekleşmiş olan ve olacak olan her şey bu yasaların kontrolü altında işler.

18. yüzyılda fizik alanında yapılan deneyler, ısı ile mekanik iş arasında bir ilişki olduğunu göstermekteydi. Fransız fizikçi Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), buhar makinesinin çalışma prensiplerini ilk olarak dikkatle ele alan kişi olmasının yanı sıra ısı ve işin birbirine dönüşebileceğini söyleyerek bu konu üzerinde çalışmalar yapan da ilk kişiydi. Bu nedenle Fransız bilim insanı termodinamiğin kurucusu olarak kabul edilir.

Adı pek bilinmeyen bu bilim adamı öldükten yaklaşık kırk yıl sonra el yazması çalışmaları ortaya çıktı ve çok daha etkileyici, farklı konulara değindiği anlaşıldı. Carnot kısaca şöyle diyordu;

“(...) Isı, şekil değiştirmiş olan “Hareket Ettirici Güç”ten (ya da daha doğrusu) “Hareketin Kendisinden Başka Bir Şey Değildir”. (Bu hareket, cismin partiküllerinde “ufacık taneciklerinde” meydana gelen harekettir). “Hareket Ettirici Güç”ün, tükenip yok olduğu her yerde, bu “Güç”ün miktarı ile orantılı bir nicelikte “Isı” meydana gelir. Bunun karşılığı olarak da, “Isı”nın tükenip yok olduğu her yerde de “Hareket Ettirici Güç” ortaya çıkar. Şu duruma göre “Doğa”da bulunan “Hareket Ettirici Güç” miktarının “Değişmediği” ve genel olarak bu “GÜÇ”ün hiçbir zaman tükenip yok olmayacağı gibi, “Meydana da Getirilmediği”, genel bir tez olarak kabul edilebilir. Gerçekte bu “Güç” şekil değiştirir. Yani, şu ya da bu çeşit bir “Hareket meydana getirir. Fakat hiçbir zaman “Yok” olmaz…”

Peki bu ne demekti? Ne anlama geldiği 1841 yılında alman bir fizikçi sayesinde net bir şekilde anlaşıldı. J. Robert Mayer, yaptığı bir deneyde, havanın sıkıştırılması ile sıcaklığın meydana geldiğini gösterdi. Bu deney, kinetik enerjinin ısıya, ısının da kinetik enerjiye çevrilebileceğini açıkça ifade etmekteydi.

Tüm bu ön bilgilerden sonra entropiye geçebiliriz diye düşünüyorum.

ENTROPİ NEDİR?

Bu terimi bilmeden önce sistem denilince ne kast edildiği anlaşılmalı. Sistem, üzerinde incelemeler yapılan belli sınırdaki evren parçasıdır. Açık , kapalı ve izole olmak üzere üç kısımda incelenir. Detaylara girmeyeceğim.

Evren'de olduğu gibi, ele alınan belli bir sistemde de enerjinin işe dönüşebilmesi için o enerjinin yoğunluğunda belirli bir düzenin söz konusu olması şarttır. Şöyle ki: Bir sistemde var olan enerji, yoğunluğu yüksek olan noktadan, yoğunluğun daha düşük olduğu noktaya doğru bir yönelme gerçekleştirir; ta ki o iki sistem arasındaki enerjiler denkleşinceye kadar bu enerji alışverişi sürer. Sistemde bu hareketlenmeyi sağlayan enerjiden kolaylıkla iş elde edebilirsiniz. 

Buraya kadar sistemimizde iş elde etmek için ne yapılması gerektiğini kısaca öğrenmiş olduk. Şimdi gelelim bunun entropi ile olan bağlantısına.

Kelimenin kökeni Yunancadır. En ve tropos'dan oluşur. En eki de\da anlamı verir. Tropos ise (yol kelimesinin çoğulu olan tropoi'den –tropi- türemiştir) yollar demektir.

Bir sistemdeki düzensizliktir. “S” ile gösterilir. Sürekli olarak artan bozunma ve kaosun derecesini gösteren entropi, evrendeki değişimlerin giderek daha fazla düzensizliğe yol açtığını öngören termodinamiğin ikinci yasasıyla kontrol edilir.

Eğer bir sistem tamamı ile düzenli ise entropisi sıfır olabilir. Entropi, enerji gibi korunan bir özellik değildir. Örnek olarak yoğun bir efor harcayarak spor yaptıktan sonra belli bir noktada yorulur ve devam edemeyecek hale gelirsiniz. Bu eforu sarf ederken harcanmış ve bir daha kazanılamayacak olan enerjiye entropi denir.

Yani entropi diyor ki;

 Sisteme dışarıdan enerji verilmediği sürece düzenin düzensizliğe, düzensizliğin de kaosa dönüşeceğini anlatır. Kırık bir bardağın durup dururken veya kırarken harcanan enerjiden daha azı kullanılarak eski haline döndürülemeyeceği örneği verilir klasik olarak. Yine aynı şekilde devrilen bir kitabı düzeltmek için devirirken harcanan enerjiden fazlasını kullanmak gerekir, potansiyel enerjinin bir kısmı ısıya dönüşmüştür ve geri getirilemez. Aynı zamanda Evren’deki düzensizlik eğilimini de anlatır bu.

Resim 2 

İkinci yasa bize evrenin, her sistemin bir sonu olmak zorunda olduğunu söyler. Bu görüş din ve felsefe konularında çok fazla ilgi çekmiş üzerine konuşulmuş tartışılmıştır. Dine göre bu görüşte sorun yoktur. Her din kitabına göre evrenin kıyametle sonu yaşanacaktır ama felsefede özellikle materyalist filozoflar tarafından bir hayli eleştirilen gündeme getirilen bir konudur. Bizler evrenimizin nasıl sona ereceğini ya da sona erip ermeyeceğini bilmiyoruz. Ama termodinamiğin ikinci yasasının bu konuda cevabı  net. Sonsuz evren görüşüne ciddi bir gölge düşürmüştür.

 

Resim 3 

Entropi bazı konularda net fikirlerin oluşmasına sebep olmuştur. İlk olarak, eğer nesneler yaşlanıyorsa zamanla düzensizliğe gidiyorsa bir gün ölmeleri yok olmaları kaçınılmazdır. Evrenimizde de entropi maksimuma eriştiğinde her yerde ısı aynı olduğunda evrenimiz de ölecektir. Bu sonun nasıl yaşanacağını bilim adamları araştırmaya devam ediyorlar.

İkinci bir konu ise zaman ve zamanın yönüdür. Yukarıda bardağın kırılmasını gösteren fotoğrafta kırık bardağın geri bütünleşmeyeceğini herkes bilir. En azından bizim fiziksel evrenimizde bu mümkün değildir. Peki  neden mümkün değildir? Cevap entropi. Entropi zamanın tek yönde ilerlemesine olanak verir. Sistemde ki düzenin düzensizliğe olan akışını geri çevirmek olanaksız değildir. Bu matematiksel olarak mümkündür. Ama öylesine küçük bir olanak vardır ki bunun için, bu olanağı görmezden gelmemek elde değildir. Bizim içinde bulunduğumuz evren zaman okunun tek yönde akmasının olanaklı olduğu evrendir. Belki o çok küçük ihtimalin bulunduğu evrende de yaşayan canlılar varsa da onlar entropi kavramı yoktur diyebilir. Ama bizim evrenimiz zamanın entropinin izin verdiği şekilde tek yönde ilerleyebileceği bir evrendir. Evrim, gelişim ve her şey sürekli olarak geçmişte kalan entropi durumundan gelecekte olan entropi durumuna doğru ilerler.

Üçüncü konu ise hemen hemen ilk konu ile alakalıdır. Eğer evren dahil her şey düzenli durumdan düzensiz duruma gidiyorsa yani yaşlanıp ölüyorsa o halde bu yaşlılığın bir de genç hali, bu ölümün bir de doğum hali olmalıdır. Bu evrenimizin doğumunda entropinin minimum olduğu bir anın olması gerektiği anlamına gelir. Belki de büyük patlamadan önce entropinin o minimum hali yaşanıyordu. Bunu bozan büyük patlama oldu. Lakin şöyle de bir karışıklık var. Bilim adamlarına göre evrenimizin başlangıcı olan büyük patlama sırasında entropi maksimumdu. Evrenin ilk anında yani sıfır anında (veya ilk Planck anında) evrenin entropisi en düşük değil, olabileceği en yüksek düzeydeydi. Bu da zaten olasılık dışı bir duruma değil, tam tersine en olası duruma işaret ediyor.

Kafanızda bir çelişki oluştuğunun farkındayım ama bununda bir açıklaması elbette var. Entropi sürekli artıyorsa başlangıçta en düşük durumda (sıfırda veya sıfıra çok yakın bir durumda) olması gerektiğini biliyoruz ama, bir sistemin entropisinin en yüksek değerinin sistemin büyüklüğü ile orantılı olduğunu unutmayalım.

Evren genişledikçe entropisi artar ama entropi tavanı yani olası en yüksek entropi değeri daha büyük bir hızla artar. Böylelikle maksimum entropi ile başlayan evren, genişledikçe, maksimum entropi durumundan giderek daha hızla uzaklaşır. Bu da, evrenin başlangıcının olasılık dışı bir durum olmadığını gösterir.

Evren karmaşık ilkelerle yasalarla dolu olabilir. Anlaşılması kavranması zor görünebilir. Ama unutmayalım ki aslında evren son derece basit ve olması gerektiği gibidir. Onu zorlaştıran kavranmasını güçleştiren biz insanlarız. Doğa, evren her zaman en basit ve kolay yolu seçer. Onu kolayca anlayabilmemiz dileğiyle…

Hoşçakalın💚