Bugün çok sıradışı iki fizik olayından bahsedeceğim. Böyle deyince aklınıza ilk kuantum geliyor biliyorum. Ama beni fizikte en çok şaşırtan şey ne Einstein’ın göreliliği, ne kuantum dolanıklığı, ne de karadelikler… Beni en çok şaşırtan şey işte bu.
Ara Eksen Teoremi
Ne oldu burada? Uzay istasyonunda çekilmiş bir görüntü bu. Kelebek somuna şöyle bir vuruyorlar. O da dönerek yuvasından çıkıyor. Normalde dümdüz ilerlemeye devam etmeli. Filmlerde gördüğümüz uzay araçları hep böyle dönerek ilerliyor sonuçta, takla falan atmıyor. Fakat bu somun bir süre sonra takla atmaya başlıyor. Kesin ip var! 🙂
Tekrar oynatalım. İp falan yok tabii. Çok sıradışı değil mi? Bu sıradışılık sadece gerçekleşen fiziğin garipliğinde ve sezgilerimize meydan okumasında değil. Aynı zamanda hepimizin gözünün önünde olmasına rağmen neredeyse 2000’lere kadar pek de kimsenin dikkatini çekmemiş olmasında… Tabii biz uzay istasyonunda değiliz 🙂 Fakat neredeyse eminim çoğumuz bunu en az bir kere gördük ve fark etmedik.
Uzay istasyonu deyince aklımıza hala görevine devam eden ISS yani Uluslararası Uzay İstasyonu geliyor. Fakat ondan önce Salyut-7 vardı. Ruslara ait bu uzay istasyonuna sadece kozmonotlar gidip görev yapardı. Bu görevlerin arasında da istasyon bazen boş kalırdı. 1985 yılında istasyonda hiç kimse yokken yeryüzüyle bağlantısı kesildi. Yörüngede öngörülemeyen hareketler yaparak sürüklenmeye başladı ve tüm sistemleri kapandı. Kontrolsüz bir şekilde yere düşmemesi için bir kurtarma görevi planlandı. İki kozmonot istasyona giderek onu tamir etmeyen çalıştı. Bu epeyce zorlu görev daha sonra uzay tarihinin en etkileyici başarılarından biri olarak kabul edildi. Hatta bu görev hakkında bir film bile yapıldı.
İşte oraya giden kozmonotlardan Vladimir Dzhanibekov, Salyut-7’yi kurtarmak için içeride çalışırken kelebek somunun yaptığı bu sıra dışı durumu fark etmiş. Dönünce üslerine bu durumu raporlamış. Ama kamuoyuna hemen açıklamak istememişler. Tam 10 yıl boyunca bu durumu gizlemişler. Peki neden? Neden keşfettikleri bu hareketi 10 yıl boyunca sır gibi sakladılar? Bunun için önce neler olduğunu anlamamız gerekiyor.
İzleyin şimdi bakın. Tenis raketini böyle, yani şu ekseni etrafında döndüreceğim. Tam sapının ortasından geçen eksen etrafında… Gayet normal bir şekilde dönüyor. Epey de hızlı dönüyor. Çünkü kütle bu eksene oldukça yakın dağılmış bir şekilde bulunuyor. Daha teknik bir açıklamayla, en düşük dönme momentine bu eksen sahip.
Bir de şu eksen var. Bir nevi ortasının etrafından döndürdüğümüz eksen. Havaya böyle atarsam, işte o eksen etrafında yine beklediğim şekilde dönüyor. Fakat bu sefer diğerine göre oldukça yavaş, çünkü kütle, dönme merkezine göre epey uzağa dağılmış durumda. Yani en büyük dönme momentine sahip eksen bu.
Bir de ikisinin arasında bir değerde dönme ekseni var. Normalde tenis raketini havaya fırlatıp yakalamak isteyecek olsam çevireceğim eksen bu. Bakın şimdi ne oluyor… Dikkatli izleyin. Hay aksi… Bir daha deneyelim 🙂 Görebildiniz mi? Tıpkı o kelebek somun gibi bir takla attı. Sadece bir yandan aşağı yukarı gittiği için görmesi zor. Aynısı üç eksende de simetrisi olmayan diğer cisimlerde de geçerli. Telefonu fırlatın, ya da durun onu fırlatmayın 🙂 Kitap gibi bir şeyi fırlatın. Yine aynısı… Fakat küre ya da küp gibi simetrik bir cisimse bu olmuyor. Bu yüzden de tenis raketi teoremi, ara eksen teoremi, Dzhanibekov etkisi adlarıyla anılıyor.
İşte Ruslar da tam olarak bu nedenle durumu bir sır gibi saklıyorlar. Çünkü ya aynı nedenden Dünya da tersine dönerse! Geçmişte gerçekleşen felaketler, acaba Dünya’nın ekseninin takla atması yüzünden mi oldu? İşte bu durumdan çekindikleri ve açığa kavuşturmak istedikleri için uzunca bir süre kimseyle paylaşılmıyor bu bilgi. Fakat komiktir ki, aslında yine bir Rus olan fizikçi Landau bu etkiden bir kitabında yıllar önce bahsetmiş. Üstelik hepimizin gözünün önünde olan bir olay bu. Bakın işte mesela aynısını Dünya’da yavaş çekimde kaydederek denemişler. İzleyin. Somun yine takla atıyor!
Çok garip değil mi? Ve açıklaması da zor. Yani ilk gördüğümde ben bir sihirbazlık gösterisi izliyormuşum gibi bakmıştım sadece 🙂 Hatta vakti zamanında bir öğrenci ünlü fizikçi Feynman’a sormuş bunu. Bu olayı açıklamanın sezgisel bir yolu var mı diye. Feynman da şöyle durmuş ve bir 10-15 saniye düşündükten sonra, “sanırım yok” diyebilmiş. O açıklama daha sonra kimden gelmiş bilin bakalım? Birisinin internette bir forumda sorması üzerine, yaşayan en büyük matematikçilerden sayılan Terry Tao’dan gelmiş. Kısaca özet geçecek olursam, olay hafif bir pertürbasyondan, yani dengeyi hafifçe bozmaktan geliyor. Normalde böyle bir sistemde şu uçlar merkezkaç hissetmezken, böyle dengesiz bir durumda hafif de olsa hissediyorlar ve bu etki zamanla büyüyor, ta ki öbür uçta denge durumuna yaklaşana kadar.
Ve elbette endişe etmemize gerek yok. Dünya bu şekilde takla atmayacak. Tabii kusursuz bir küre değil, bazı yerlerden şeklen bozuk olduğu için aslında bu tür eksenlere sahip. Fakat Dünya gibi cisimler, zaten stabil eksen etrafında dönüyorlar. Yani raketin şu ya da şu hareketi yapması gibi. Bu hareketin gerçekleşmesinin nedeni, en başında stabil bir hareket olmaması. Keza yamuk yumuk olan asteroitler bile böyle bir hareketi bu yüzden yapmıyorlar.
%50 Geçirgen Aynaya Gönderilen Tek Bir Foton
Beni oldukça şaşırtan bir diğer fiziksel olay, kuantumun garip dünyasından geliyor. Tabii böyle bir videoda kuantumdan bahsetmemek olmazdı 🙂 Ne de olsa artık günümüzde hayatımıza bile girmeye başladı. Kuantum bilgisayarlar, kuantum şifreleme filan derken artık hepimizin ondan bir şeyler öğrenmeye başlaması gerekiyor.
Bakın şöyle aynalar var. Bu aynalar ışığın yarısını geçiriyor yarısını ise yansıtıyorlar. Yani %50 yansıtıcı aynalar. Buraya ışık gönderdiğimizde yarısı öbür tarafa geçiyor, yarısı ise yansıyor. Böyle bakınca hiçbir problem yok. 1000 tane ışık atıyorsam 500’ü geçiyor 500’ü yansıyor işte. İşler şu soruyu sorunca tuhaflaşıyor: Tek bir ışık taneciği yani foton gönderecek olsaydım, geçip geçmeyeceğine ne karar verirdi?
Akla en yatkın açıklama bunun rastgele olduğu oluyor. Yazı tura atmaktan hiçbir farkı yok. Yazı tura atarken de ne zaman yazı, ne zaman tura geleceğini kestiremiyorum sonuçta. Fakat yeterince yazı tura atarsam yarısının yazı, yarısının tura geleceğini biliyorum. Gel gelelim aynada durum pek de öyle değil gibi…
Test etmek için bir deney düzeneği kuralım. Ortada aynamız, aşağıda lazerimiz iki uçta da dedektörlerimiz var. Lazeri ateşlediğimizde beklediğimiz gibi iki dedektöre de ışığın yarısı ulaşıyor.
Şimdi bunu çeşitlendirmek için dedektörlerin yerine aynalar koyalım. Bunlar tam yansıtıcı aynalar ve ışığı böyle yansıtarak dedektörlere ulaştırsınlar. Pek bir şeyi değiştirmedik, sadece ışığın yolu birbiriyle kesişiyor. Fakat sonuçta dedektörler yine %50-%50 ölçüyorlar.
Şimdi tam dedektörlerden önce ışığın kesiştiği yere bir yarı geçirgen ayna daha koyalım. Birinci koldan gelen ışığın yarısı yansıyarak birinci dedektöre ulaşacak. Zaten birinci koldan gelen ışık %50 olduğu için, dedektöre %25 yansımadan dolayı gelecek. İkinci koldan gelen ışığın da yarısı yani %25’i de aynadan geçerek birinci dedektörde yine %50 ölçmemize neden olmalı. Yani yine aslında değişen bir şey yok. %50-%50 ölçmeliyiz. Ama ölçüm yaptığımızda… Birinci dedektöre hiç ışık gitmediğini, ışığın tamamının ikinci dedektöre gittiğini görüyoruz. Ama nasıl olur!
Anlamak için bir hinlik yapalım. Birinci kolun önünü keselim. Bu durumda ne oluyor dersiniz? İki dedektör de sezgisel olarak beklediğimiz gibi %25-%25 ölçüyorlar. Çünkü ikinci koldan zaten ışığın yarısı gidiyordu, tekrar yarıya bölündü. İyi de daha fazla ışık gönderdiğimde nasıl birine hiç gitmezken öbürüne tamamı gidebilir?
Daha uyanık davranıp biz en iyisi birinci kola bir dedektör daha koyalım. Bakalım ışık burdan geçiyor mu geçmiyor. Göz ucuyla şöyle bir bakıcaz ki emin olalım. Böyle yaptığımızda ne oluyor dersiniz? %50-50! İlk başta beklediğimiz sezgisel durum. %100’e karşı %0 değil! Nasıl oluyorsa bu kolda gerçekleşenleri gözlemek, olayı değiştirdi.
Tamamiyle sezgilerimiz dışında olan bu olayı yorumlamak pek kolay değil. Kuantum mekaniğinin hala farklı farklı yorumları var. Bu örnekte gerçekleşen durumu da yaygın olarak şöyle açıklıyoruz: Eğer fotonun hangi yoldan gittiğini gözlüyorsak, fotonun bulunacağı yol ihtimali tek birine çöküyor. Ya birinden gidiyor ya da öbüründen. Fakat fotonun nereden gittiğini gözlemiyorsak, ikisinden de aynı anda gidiyor!
İki ayrı etki… İkisi de sürekli etrafımızda gerçekleşiyor. Birisi gözümüzün önünde olmasına rağmen 10 yıl sır gibi saklanmaya çalışılabiliyor. Bakıyoruz, ama bazen görmüyoruz. Değişen dünya da böyle. Artık kuantum çağındayız, yapay zeka çağındayız. Bu bilgileri merak etmemiz, talep etmemiz gerekiyor. Yoksa onu elinde tutanlar, bizden 10 yıl da saklarlar, 100 yıl da…