Gerçekliğe Bilimsel Bir Bakış

                             “Eğer gerçeği açıklamak istiyorsan, zerafeti terziye bırak.”

                                                                                                                                 – Einsteinmmm.jpg

Gerçeklik nedir? Daha doğrusu gerçeklik ne kadar gerçektir? Yoksa bizim gerçekliğimiz Matrix’teki gibi bir üst uygarlığın eseri midir? Hiç düşündünüz mü bunları? İşte bu yazımda bunları konu edineceğim.

Bizim gerçekliğimiz şimdiki zamandadır. Ama neden? Aslında evrenimizin yapısından kaynaklanıyor bu. Başka bir evrende bu gelecek zaman olabilir veya geçmiş zaman. Veya bu evrendeki zaman oku ile oynanabilir mi? Çok gelişmiş bir uygarlık bunu pekala yapabilir. Aslında bunu biz de yapıyoruz ama çok küçük bir oranda. Bilgisayar oyunları ile. Mesela en gelişmişlerinden biri olan SimCity. Bu oyundaki karakterler sanal bir gerçekliğin içindeler, ve orada yaşıyorlar yani bir nevi bir gerçeklikleri var. Peki bir elementer parçacık (evrenin temel yapıtaşları. Örneğin elektron ve nötron ve protonlar oluşturan kuark ve glüonlar.) veya diğer bir değişle sicim gelişmiş bir uygarlık tarafından oluşturulmuş olabilir mi? Bilinmiyor. Ancak çok gelişmiş bir uygarlık bir evren yaratabilir (bu “çok gelişmiş” dediğim uygarlık Kardeshev Cetveli’ne göre beşinci seviye bir uygarlık, diğer bir değişle bizden milyarlarca yıl daha gelişmiş bir uygarlık.). Peki eğer böyleyse Matrix’te olduğumuzu nasıl anlayabiliriz? En kötüsü de bu zaten. Anlaması güç.

Peki zamanın katmanları yani geçmiş, şimdi ve geleceğin içinde dolaşabilseydik? Mesela gerçekliği yani zamanı durdurup gelecekteki bir ana gidebilseydik ne olurdu? Zaman snip_20170218234901algımızla yani gerçeğimizle oynamış olmaz mıydık? Böyle bir gerçeklik bizim gerçekliğimiz midir? Aslında hem evet hem hayır bu sorunun cevabı çünkü gelecekteki siz yine sizsinizdir değil mi? Yoksa değil midir? Bunu bir düşünelim. Mesela bir saat sonraki siz şu anki sizle aynı mıdır? Hayır. Çünkü o bir saat sonraki sizsinizdir! Çünkü psikolojiniz az da olsa değişmiştir ve birkaç hücreniz ölüp yerine yenileri doğmuştur, hatta şu anda bu yazıyı okurken belki de bir saat sonra sevgilinizi düşüneceksiniz veya kalkıp matematik çalışacaksınız yani aynı siz olmayacaksınız kısmen de olsa. Bir de şöyle düşünelim: eğer geçmişe gidip büyükbabanızı öldürürseniz ne olur (bu bir fizik paradoksudur ve adı da büyükbaba paradoksudur.)? Büyükbabanızı öldürürseniz eğer bu sizin gelecekte yani şimdiki zamanda hiç doğmamış olmanız anlamına gelir. Şimdi bu gerçeklik sizin değil mi? Eskiden öyleydi ama şimdi siz hiç doğmamış ve büyükbabanızın katili oldunuz! Aslında büyükbabanızın katili sizsiniz ama daha doğmamıışken büyükbabanızı nasıl öldürebilirsiniz ki! Şimdi burada “bu ne saçmalıyor böyle” dediğinizi duyar gibiyim. Haklısınız da. Bu anlaşılması zor bir paradoks çünkü. Burada şunu belirtmek istiyorum: eğer bizim “gerçeklik” dediğimiz şey bu kadar kolay bozulabiliyorsa aslında gerçeklik gerçek değildir. Gerçeklik sadece bizim zihinlerimizdedir. Şimdi size başka bir örnek vereyim. Her şey zamanı öyle veya şöyle büker bu da biyolojik saat dediğimiz kavramı verir bize. Ama eğer 20 ışık yılı uzaklıktaki Gliese 581g’deki bir canlı Dünya’yı gözetliyorsa Dünya’nın 20 yıl önceki halini görür. Yani onun kendi “gerçekliğindeki” şimdiki zamanda gördüğü Dünya, gerçekte 1997 yılında değil 2017 yılındadır. Ama onun için Dünya’nın 1997’deki hali şimdiki zamandadır, ancak biliyoruz ki Dünya 2017 yılını yaşıyor. Ya da yaşıyor mu? Düşünmeye devam…

Reklamlar

En Yaşlı Galaksi EGS8p7

California Teknoloji Enstitüsü’nün (Caltech) uzun süredir üzerinde çalıştığı yeni galaksileri keşfetme projesi sonunda meyvelerini vermeye başladı.

Caltech’in başını çektiği grup büyük bir başarıya imza atarak Dünya’ya en uzak ve en yaşlı galaksiyi keşfetmeyi başardı.

Evrenin en yaşlı galaksisi; EGS8p7

Azi Zitrin ve Richard Ellis’in öncülük ettiği grup, “Büyük Patlama” olayından yalnızca 600 milyon yıl daha genç olan bir galaksi keşfettiklerini açıkladı.

13.6 milyar yaşında olduğu düşünülen ve EGS8p7 ismi verilen galaksi,Dünya’ya en uzak galaksi olma özelliğini de taşıyor.

Zitrin ve Ellis, hali hazırda EGS8p7’nin milyarlarca yıl önce yok olmuş olabileceğinin de altını çiziyorlar.

15-09/07/egs8p7.jpg

Bilim adamları daha önce yaptıkları açıklamalarda ilk galaksilerin Büyük Patlama’dan 500 milyon ile 1 milyar yıl sonra oluşmaya başladıklarını belirtmişlerdi. Evrenin ilk patlamadan sonra yoğun bir toz bulutuyla kaplı olduğunu belirten bilim adamları, ışığın hareket edebilmesi için en az 380 bin yıllık bir süreye ihtiyaç olduğunu, galaksilerin oluşumunun da bu süreden sonra başladığını tahmin ediyorlar.

Galaksilerin yaşı nasıl tespit ediliyor?

Galaksilerin yaşlarının tespit edilmesi olayı ise tamamen teorik bir bilgi. Yani bu teorinin kesinlikle işe yaradığını söylemek mümkün değil. Fakat bilim adamlarının büyük bir bölümü bu teorinin galaksilerin yaşlarını bulmak için yeterli olduğunu savunuyor.

Galaksilerin yaşlarının tespiti esnasında, bu galaksilerden yayılanradyasyondan faydalanılıyor. Galaksilerin oluşum sürecinde, hidrojen gazı ile yüklü parçacıkların etkileşime girmesi sonucu bir iyonlaşma oluşmuş. Bu iyonlaşma, galaksilerdeki radyasyonun yayılmasını ve böylece galaksilerin yaşlarının da tespit edilmesini mümkün hale getirmiş.

15-09/07/galaksi.jpg

Şu anda evrenin en yaşlı galaksisi ünvanını taşıyan EGS8p7, Dünya’dan milyarlaca ışık yılı uzakta bulunuyor. Zaten Zitrin’in EGS8p7’nin milyarlaca yıl önce yok olmuş olabileceği teorisi de buna dayanıyor. Şöyleki 1 milyarışık yılı uzaklıkta bulunan bir galaksi, yok olmadan 1 milyon yıl önce aşırı radyasyon yaymaya başlarsa, dünyadan da görünmeye başlar. Fakat bu ışığın Dünya’ya ulaşması 1 milyar yıl süreceğinden, gezegen yok olduktan999 milyon yıl sonra bile biz onu hala görebiliriz.

Sonuç olarak evren dipsiz bir kuyu gibi olsa da insanoğlunun gidebileceği yerler çok kısıtlı diyebiliriz. Şu anda keşfedilmiş birçok galaksi olsa da, bilimkurgu oyun ve filmlerinde sıkça rastladığımız “solucan geçidi” diye adlandırılan geçitleri keşfedemedikçe, Samanyolu’ndan dışarı çıkmamız çok zor görünüyor.

Kaynakça

İnsan kalbi uzayda şekil mi değiştiriyor ??

Okur Yazar

blimteknolojikapaki1İnsan kalbi uzayda şekil değiştiriyor

NASA astronotu üzerinde yapılan bir araştırma, insanların uzayda kalbinin şekil değiştirdiğini ortaya çıkardı. Araştırmayı yürüten James Thomas; “Kalp uzayda dünyada olduğu gibi çalışmıyor. Bu da büyük ölçüde kas kaybına neden oluyor” diyerek astronotların uçuş öncesi, uçuştaki ve uçuş sonrası kalp şekillerinin incelendiğini ve uzaydayken kalbin şeklinin daha yuvarlak hale geldiğini söyledi.

Bir diğer haberimiz ise şöyle :

Evrendeki en büyük yıldız bulundu

Avrupa Uzay Ajansı’na (ESO) ait Şili’deki Çok Büyük Teleskop (ÇBT) yardımıyla yapılan çalışma, Dünya’dan 12 bin ışık yılı uzaklıktaki, çapı Güneş’inkinin 1300 katından daha büyük olan HR 5171 A’nın evrende şimdiye kadar gözlenen en büyük yıldız olduğunu ortaya çıkardı.

View original post

Solucan Deliğinde Yolculuk Yapmak Mümkün Mü?

Aslında mümkün değil [şu an bilmediğimiz ileri bir teknoloji (eğer varsa) bulunana kadar]. Şimdi aklınıza “neden?” sorusu gelebilir. Anlatayım:
Bir solucan deliği bizim içine girebileceğimiz kadar uzun açık kalmaz ve çoğu solucan deliği atom boyutundadır. Negatif Enerji adındaki egzotik bir madde bu sorunları çözebilir ama o zaman da karşımıza yeni bir problem çıkar; Geribildirim. Geribildirim, bir sürecin basamaklarındaki bir değişimin önceki bir basamağa etki etmesi ve neden-sonuç ilişkisi içerisinde bir döngü oluşturması olayıdır. Örnek olarak bir rock konserinde hoparlörün patlaması verilebilir. Bildiğiniz gibi rock konserlerinde ses çok fazladır ve bundan dolayı geribildirim çok fazladır. Bundan dolayı da hoparlör patlar. Solucan deliğinde de bu olur ancak solucan deliğinde bu radyasyon geribildirimi şeklinde gerçekleşir.

Big Bang’den Günümüze; Geçmişe Kısa Bir Yolculuk

Siyah Cisim Işıması

303px-PlanckianLocus

The color (chromaticity) of black-body radiation depends on the temperature of the black body; thelocus of such colors, shown here in CIE 1931 x,yspace, is known as the Planckian locus.

Siyah cisim ışıması içinde elektromanyetik ışıma, ya da çevresinde termodinamik dengeyi sağlayan ya da siyah cisim (opak ve fiziksel yansıma gerçekleştirmeyen) tarafından yayılan ve sabit tutulan tekdüze sıcaklıktır. Işıma çok özel bir spektruma ve sadece cismin sıcaklığına bağlı olan bir yoğunluğa sahiptir.Termal ışıma, birçok sıradan obje tarafından kendiliğinden yayılan bir siyah cisim ışıması sayılabilecek türden bir ışımadır. Tamamen yalıtılmış bir termal denge ortamı siyah cisim ışımasını kapsar ve bir boşluk boyunca kendi duvarını yaratarak yayılır, boşluğun etkisi gözardı edilebilecek kadar küçüktür. Siyah cisim oda sıcaklığında siyah görünür, yaydığı enerjinin çoğu kızılötesidir ve insan gözü ile fark edilemez. Daha yüksek sıcaklıklarda, siyah cisimlerin özkütleleri artarken renkleri de soluk kırmızıdan kör edecek şekilde parlaklığı olan mavi-beyaza dönüşür. Gezegenler ve yıldızlar kendi sistemleri ve siyah cisimler ile termal dengede olmamalarına rağmen, yaydıkları enerji siyah cisim ışımasına en yakın olaydır. Kara delikler siyah cisim olarak sayılabilirler, ve kütlelerine bağlı bir sıcaklıkta siyah cisim ışıması yaptıklarına inanılır (Hawking Işıması). Siyah Cisim terimi, ilk olarak Gustav Kirchhoff tarafından 1860 yılında kullanılmıştır.

Spektrum

Siyah cisim ışıması karakteristik ve cismin sadece sıcaklığına bağlı olan tayfsal enerji dağılımı yapan Planck Spektrumu gerçekleştirir. Spektrum kendi karakteristik frekansında zirvededir ve artan sıcaklıkla birlikte daha yüksek frekanslara geçiş yapar ve oda sıcaklığında ışımaların çoğu elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesi gibidir. Sıcaklığın 500 celcius’a yükselmesiyle, önemli miktarda görülebilir ışınlar yayılmaya başlar. Karanlıkta incelenen ilk soluk parıltı gridir. Sıcaklığın artmasıyla, parıltı görülebilir olmaya başlar hatta sistemde arkaplan olduğunda ışık; donuk kırmızı, sarı ve son olarak göz kamaştırıcı mavi-beyaz olur. Cisim beyaz olduğunda, önemli bir bölümü ultraviyole ışınları yayar. 5800K sıcaklığındaki Güneş hemen hemen siyah cisimdir; merkezi spektrumun en fazla olduğu yerdir ve Güneş’in sarı-yeşil kısmı ultraviyole ile birlikte görünen spektrumun olduğu yerdir . Siyah cisim ışıması, oyuk ışıması aşamasında, içsel termodinamik dengeyi sağlar. Eğer denge ışımasının her bir Fourier biçimi yansıtmalı duvarları ve enerji değiştirme becerisi olan boş bir oyukta gerçekleşseydi, klasik fizikteki eşdağılım teoremine gore her biçim için eşit miktarda enerji olurdu. Sonsuz sayıda mod olduğu için, bu durum sonsuz ısı sığası aynı zamanda yayılan ışımanın fiziksel olmayan spektrumu frekanstan bağımsız olarak arttığı anlamına gelir ve buna ultraviyole dönüm noktası denir. Deneysel gözlem ve dönüm noktasının nicel çözümlenimi ile yüksek frekansta spektrumu kesmek kuantum alan kuramını biçimlerinin nicemlenmesinde uzlaşmayı sağlamıştır.Siyah cisim kanunları ve klasik fiziğin siyah cismi tanımlarken yetersiz kalması kuantum mekaniğinin ortaya çıkmasına yardım etmiştir.

Açıklaması

38px-Blackbody-colours-vertical.svg

Tüm maddeler sıcaklıkları 0’ın altında iken elektromanyetik ışımayı yansıtır. Bu ışıma maddenin termal enerjisini elektromanyetik enerjiye dönüştürür bu olay termal ışıma olarak adlandırılır. Bu olay entropinin dağılımının doğal bir sürecidir. Diğer taraftan, tüm maddeler elektromanyetik ışımayı eşit derecede soğururlar.Tüm dalga boyundaki ışımaları tamamı ile soğuran maddelere siyah cisim denir.Siyah cisim, değişmeyen bir sıcaklıktayken, yansıması sadece sıcaklığa bağlı olan karakteristik frekans dağılımına sahiptir. Bu yansımaya siyah cisim ışıması denir. %100 siyah cisimler doğada bulunmasada siyah cismin kavramı idealleştirmedir, İs karası ve grafit 0.95’ten daha büyük bir salım gücüne sahip olmasına rağmen siyah cisme en yakın örneklerdir. Siyah cisim ışıması deneysel olarak, değişmeyen sıcaklıkta tamamen opak ve kısmen yansıtan eninde sonunda kararlı hal denge ışıması yapacak olan katı cisimler olarak belirlenmiştir.Sabit sıcaklıkta küçük bir deliği olan kapalı bir kutudaki grafit duvarları başlangıçtan yayılan siyah cisim ışımasına iyi bir örnek teşkil eder. Siyah cisim ışımasının ışınımsal yoğunluğu termodinamik dengede sürüp gidebilen kendi eşsiz dağılımına sahiptir. Dengede, cisimden yansıyan ve yayılan ışımanın toplam yoğunluğu her bir frekans için denge sıcaklığı ile kararlı hale getirilmiştir, ve şekle, maddenin cinsine ya da yapısına bağlı değildir. Siyah cisim için, yansıyan ışıma yoktur yani spektral parlaklık tamamıyla ışınım sayesinde olur. Buna ek olarak, siyah cisim homojen olarak yayılır. (Yayılımı yönünden bağımsızdır.) Sonuç olarak, siyah cisim ışıması termal dengedeki siyah cismin yayılmasıdır.

250px-Pahoehoe_toe

The temperature of a Pāhoehoe lava flow can be estimated by observing its color. The result agrees well with measured temperatures of lava flows at aboutŞablon:Convert/Dual/LoffAoffDbSoffT .

Fırının içindeki enerji miktarı hacim vs. frekans grafiğindeki siyah cisim eğrileriyle bulunur. Farklı eğimler sıcaklık değiştirilerek elde edilir.Siyah cisim ışıması, yeteri kadar yüksek sıcaklık sağlanırsa görülebilir parlak ışığa dönüşür. Draper noktası tüm katılar için renklerinin soluk kırmızı olduğu sıcaklıktır, 798 K’e eşittir. Cisim bir fırında 1000K’e kadar ısıtıldığında dışardan kırmızı görünür, sıcaklığı 6000K’e çıktığında ise beyaz görünür. Cismin ne olduğunun ya da fırının ne kadar donanımlı olduğunun önemi yoktur, tüm ışık fırının duvarı tarafından emildiğinde cisimlerin hepsi siyah cisim ışımasına oldukça yaklaşık bir örnek teşkil eder. Işığın spektrumu ve rengi boşluğun sıcaklığının bir işlevi olarak ortaya çıkar. Prevost’un takas prensibine göre aynı sıcaklık ve aynı termal dengedeki iki cisimlerden biri T sıcaklığında ışık huzmesi içinde kalırsa ışık huzmesinin soğurduğu kadar ışığı yansıtır, ve bu ışınımsal dengeyi sağlar. Detaylı denge prensibi termodinamik dengede tüm sürecin eşit çalıştığını söyler. Prevost ayrıca şunu da göstermiştir; cismin yaptığı ışıma mantıken iç durumunun kararlılığına bağlıdır. Termodinamik emmenin etkisi termodinamik ışıma ile direkt olarak alakalı değildir, ancak yinede cismin iç durumunu etkiler. Bu şu anlama gelir; termodinamik denge her dalgaboyunun miktarının her yöndeki termal ışımanın T sıcaklığındaki cisim tarafından yansıtılmasıdır, siyah ya da değil, bu durum cismin T sıcaklığında soğurduğu ışıkla da ilişkilidir ve soğurulan ışık ile yansıtılan ışık eşit miktardadır. Cisim siyahken, soğurma barizdir: yüzeye ulaşan tüm ışık soğurulur. Siyah bir cismin dalga boyu çok daha büyüktür, herhangi bir dalga boyunda soğurulan ışık enerjisi tam anlamıyla siyah cismin kıvrımlarıyla orantılıdır. Bu siyah cismin kıvrımlarının yansıtılan ışık enerjisi miktarına eşit olduğu anlamına gelir. Bu Kirchhoff’un termal ışıma kanununun uygulanması için gereken koşuldur: Siyah cisim kıvrımı termal ışığın sadece oyuğun duvarlarının sıcaklığına bağlı olan ve boşluğun duvarlarının tamamen opak ya da ışığı daha az yansıtan bir cisim olmasını engelleyen ve termal dengedeki oyuk (cavity) niteliğidir. Siyah cisim küçükken boyutu ışığın dalga boyu ile karşılaştırılabilir, soğurum değiştirilir çünkü küçük bir obje uzun dalga boylu ışığın çok iyi bir soğurucusu değildir, ancak yansıtma ve soğurmanın sert eşitlik prensibi her zaman termodinamik denge durumunu korur. Labarotuvarda, siyah cisim ışıması küçük bir delikten büyük bir oyuğa doğru yapılabilir, bir kısmı yansıtıcı, tamamı opak cismin sıcaklığı sabit tutulur. (Bu teknik oyuk ışımasının alternatif bir versiyonudur.) Boşluğa giren ışık oyuğun duvarları tarafından oyuktan çıkana kadar yansıtılır, bu süreç ışığın soğurulması için yapılır. Soğurma oyuğa giren ışımanın dalgaboyundan bağımsız gerçekleşir. Delik, kuramsal olarak siyah cisme en yakın objedir ve oyuk ısıtılırsa deliğin ışıma spektrumu devam eder ve sadece duvarın opaklığı ve yansıtıcılığına bağlıdır ancak oyuğun ve deliğin yapıldığı materyale belirgin olarak bağlı değildir. 19. yüzyılın sonlarında kuramsal fizikteki ana sorun siyah cismin kıvrımlarını hesaplamaktı.Bu problem 1901 yılında Max Planck tarafından, Planck’in siyah cisim ışıması kanunu ile çözülmüştür.Planck, Wien’in ışıma kanunda yaptığı termodinamik ve elektromanyetizmaya uygun değişikliklerle deneysel bilgilere uyan matematiksel ifadeler bulmuştur.Planck, oyuktaki osilatörlerin enerjisinin sayısal olarak belirlenmek zorunda olduğunu varsaydı, yani miktarın sayısal olarak belirtilebileceğini düşündü.Einstein, bu düşünceyi temellendirerek elektromanyetik ışımayı sayısal olarak 1905te fotoelektrik olayla açıkladı. Bu kuramsal ilerlemeler sonucunda kuantum elektrodinamiği klasik elektromanyetizmanın yerini almıştır.Foton olarak anılan nicel paketleri ve siyah cisim oyuğu fotonların gazını kapsayan cisimler olarak düşünülmüştür.Buna ek olarak, her bir parçacık, bozon ve fermiyon için uygulanabilen fotoelektrik olay kuantumun dağılım olasılığı; Bose-Einstein istatistiği ve Fermi-Dirac istatistiğinin gelişimine önderlik etmiştir. Işımanın en güçlü olduğu dalga boyu Wien’in yer değiştirme kanunu ile bulunur, yansıtılan toplam güç ise Stefan-Boltzmann kanunu ile bulunur.Böylece, sıcaklık yükseldikçe, parıltının rengi de kırmızıdan sarıya, sarıdan beyaza, beyazdan maviye doğru değişir. Dalga boyu zirvedeyken ultraviyoleye dönüşür, ve yeteri kadar ışıma mavi dalgaboyu olarak yansımaya devam ederse cisim mavi olarak görünür. Cisim asla görünmez olmaz, hatta görünür ışığın ışıması monoton olarak sıcaklıkla birlikte artar. Parlaklık ya da gözlemlenen yoğunluk yönün işlevi değildir. Bu yüzden siyah cisim kusursuz bir Lambertian radyatörüdür. Gerçek cisimler asla tam olarak siyah cisim gibi davranmaz, ve onun yerine verilen frekanstaki en uygun kısmı yansıtırlar. Bir maddenin yayım gücü o maddenin siyah cisimle karşılaştırıldığında ne kadar enerji yansıttığını belirler. Bu yayım gücü dalga boyu, sıcaklık ve ışıma açısı faktörlerine bağlıdır. Ancak, mühendislikte yüzeyin spektral yayım gücü ve emme sığası dalga boyuna bağlı değildir, bu yüzden yayım gücü sabittir. Bu gri cisim varsayımı olarak bilinir. [[File:Ilc 9yr moll4096.png|thumb|300px|9-year WMAP image (2012) of the cosmic microwave background radiation across the universe. Siyah olmayan yüzeylerde, ideal siyah cisim halinden sapma durumu yüzey alanın sertliği ya da taneselliği ve kimyasal bileşenlerine göre kararlaştırılır. Her bir dalgaboyu temelinde, gerçek objeler termodinamik denge durumundayken Kirchhoff’un kanununu takip eder: salım gücü emme sığasına eşittir, bu yüzden bir obje gelen tüm ışığın hepsini soğurmaz ve siyah cismin yansıttığından daha az ışığı yansıtır; düşen ışığın bir kısmı cisimden iletilmiştir ya da cismin yüzeyinden yansıtılmıştır bu yüzden soğurma eksik olarak gerçekleşir. Astronomide, yıldız gibi cisimler genel olarak siyah cisim olarak görülür, ancak bu eksik bir yaklaşımdır. Siyah cisim spektrumunun neredeyse sergilendiği olay kozmik mikrodalga arkaplanı ışımasıdır. Hawking ışıması siyah cisim ışımasının kara delikler tarafından kütleye bağlı bir sıcaklıkta, deliğin dönmesi ve yüklenmesiyle gerçekleştiğini iddaa eden bir varsayımdır. Eğer bu tahmin doğruysa, kara delikler foton ve diğer parçacıkların yaptığı ışıma sonucunda gittikçe küçülecek ve buharlaşacaktır. Siyah cisimler tüm frekanslarda enerji ışıması yaparlar, ancak yüksek frekanslarda yoğunluğu hızlıca sıfıra düşmeye başlar.Örneğin; 300K oda sıcaklığında bir metrekarelik yüzey alanı olan bir siyah cisim, her 41 saniye de görünür aralıklarda (390-750 nm) foton yansıtır, yinede birçok elverişli ortamda siyah cisim görünebilir aralıklarda yansıma yapmaz.

Denklemler

Planck’ın Siyah Cisim Kanunu

Planck’ın kanunu şunu belirtir;

I(\nu,T) =\frac{ 2 h\nu^{3}}{c^2}\frac{1}{ e^{\frac{h\nu}{kT}}-1}.

T sıcaklığındaki siyah cismin; normal yönde birim başında frekansı, birim başında katı açısı olan yansıtan yüzeyde birim alandaki ışıyan birim zamandaki enerjisidir. h Planck sabiti; c Işığın boşluktaki hızı; k Boltzmann sabiti; ν Elektromanyetik ışımanın frekansı; ve T Cismin kesin sıcaklığıdır. Wien’in yerdeğiştirme kanunu Wien’in yerdeğiştirme kanunu, herhangi bir sıcaklıktaki siyah cisim ışımasının spektrumunun herhangi bir sıcaklıktaki spektrum ile bağlantısını gösterir. Eğer bir sıcaklıktaki spektrumun formunu biliyorsak, geri kalan tüm sıcaklıklardaki formunu hesaplayabiliriz.Spektral yoğunluk dalga boyu ya da frekansın işlevi olarak ifade edilebilir. Wien’in yer değiştirme kanunun bir sonucu da ışımanın birim başındaki dalga boyu yoğunluğunun,, sadece sıcaklığa bağlı bir işlev olmasıdır.

\lambda_\max = \frac{b}{T}

b Wien’in yer değiştirme sabitidir ve 2.8977721(26)×10−3 K m. ‘ye eşittir. Yukarıda belirtilen Planck’ın kanunu da frekans işlevidir. Dalga boyunun maksimum yoğunluğu;

\nu_\max = T \times 58.8\ \mathrm{GHz}\ \mathrm{K}^{-1} e eşittir.

Stefan–Boltzmann kanunu Stefan-Boltzmann kanunu siyah cismin yüzeyinde birim alanda yansıtılan güç, cismin kesin sıcaklığının dördüncü kuvveti ile direkt olarak orantılı olduğunu belirtir.

j^{\star} = \sigma T^4,

 j* birim alanda ışıyan toplam güç, T kesin sıcaklık ve,  σ = 5.67×10−8 W m−2 K−4 , Stefan-Boltzmann sabitidir.

İnsan Vücudu Emisyonu

Tüm maddeler gibi, insan vücudu da kendi enerjisinin bir kısmını kızılötesi ışını olarak yayar. Yayılan net güç,yansıyan ve soğurulan gücün farkı ile bulunur:

P_\mathrm{net}=P_\mathrm{emit}-P_\mathrm{absorb}. \,

Stefan-Boltzmann kanunu uygulanınca,

P_{\rm net}=A\sigma \varepsilon \left( T^4 - T_0^4 \right).

Erişkin bir insan vücudunun yüzey alanı 2 m2 ve derinin orta ve uzak yayım gücü ametallerde olduğu kadardır.Vücut sıcaklığı 33 °C civarındadır ortam sıcaklığı 20 °C iken giyinmek vücut yüzeyindeki sıcaklığı 28 °Cye kadar düşürür. Bu yüzden net ışınımsal sıcaklık kaybı;

P_{\rm net} = 100 \ \mathrm{W}. kadardır.

Gün içinde yayılan toplam enerji 9 MJ (megajoule) ya da 2000 kcal kadardır. 40 yaşında bir adam için bazal metabolizma oranı 35 kcal/(m2·h), yüzey alanı 2 m2 sayılırsa her gün için 1700 kcal’ye, eşittir. Ancak, hareketsiz yetişkinlerin ortalama metabolik hızı bazal metabolik hızlarının %50-%70’I kadardır.Isıyayım ve buharlaşmayı da içeren başka enerji kayıpları da vardır.Isı iletimi göz ardı edilebilir düzeydedir, Nusselt sayısı biriminden çok daha büyüktür,. Terleme yoluyla buharlaşma, ısıyayım ve ışıma sıcaklığı sabit tutmada yetersizse (ancak akciğerlerdeki buharlaşma bundan bağımsızdır) gereklidir.Serbest ısıyayımı, her ne kadar daha düşük düzeyde olsa da, ışı yayımı ile benzerdir. Böylece, ışınım soğuktaki termal enerji kaybını açıklar, durgun hava.Belirtilmiş olan birçok varsayımın yaklaşık doğal durumu ancak basit bir tahmin olarak kabul edilebilir. Isıyayımına neden olan ortamın hava hareketi ya da ışımanın göreli önemi termal kayıp mekanizması olarak sayılır. Wien’in kanununun insan vücudu ışımasına uygulandığında zirvedeki dalga boyu bulunur.

\lambda_{\rm peak} = \frac{2.898\times 10^-3 \ \mathrm{K} \cdot \mathrm{nm}}{305 \ \mathrm{K}} = 9.50 \ \mu\mathrm{m}.

Bu nedenle denekler için termal görüntü cihazlarının en hassas olduğu aralık 7-14 mikrondur. Gezegen ve Yıldızının Arasındaki Sıcaklık İlişkisi Siyah cisim kanunu Güneş’in etrafında dönen gezegenlerin sıcaklığını tahmin etmek için kullanılabilir.

Bir gezegenin sıcaklığı bazı faktörlere bağlıdır:

  • Yıldızının yaptığı özel ışıma
  • Gezegenin yansıyan ışıması, (Dünyanın kızılötesi parıltısı)
  • Gezegenden yansıyan ışığın kırılmasına neden olan yansıtabilirlik etkisi
  • Atmosfer ve gezegenler arasındaki sera etkisi
  • Radyoaktivite, tidal ısınması, Kelvin-Helmholtz mekanizmasından dolayı gezegen tarafından üretilen enerji

Bu nicel çözümlenim sadece Güneş sistemindeki, Güneş tarafından ısıtılan gezegenler için geçerlidir. Stefan-Boltzmann kanunu Güneş’in yansıttığı toplam gücü verir;

The Earth only has an absorbing area equal to a two dimensional disk, rather than the surface of a sphere.
P_{\rm S\ emt} = 4 \pi R_{\rm S}^2 \sigma T_{\rm S}^4 \qquad \qquad (1)
\sigma \,Stefan Boltzmann sabiti,
T_{\rm S} \, Güneş’in geçerli sıcaklığı ve,
R_{\rm S} \,Güneş’in yarıçapı.

Güneş bu gücü eşit olarak her yöne yayar.Bu yüzden gezegenlere bu gücün sadece bir kısmı isabet eder.Güneşten gelen gücün gezegene çarpan kısmı;

P_{\rm SE} = P_{\rm S\ emt} \left( \frac{\pi R_{\rm E}^2}{4 \pi D^2} \right) \qquad \qquad (2) ile hesaplanır.
R_{\rm E} \,gezegenin yarıçapı,
D \,astronomik birim, Güneş ve gezegen arasındaki uzaklık.

Yüksek sıcaklığı yüzünden Güneş, yüksek ölçüde görülebilir ve ultraviyole frekans aralığında ışınlar yayar. Bu frekans aralığı, gezegen enerjisinin (\alpha) kadarını yansıtır, (\alpha) UV-Vis aralığında gezegenin reflektansıdır. Başka bir deyişle, gezegen Güneş’in ışığının (1-\alpha) kadarını soğurur, ve geri kalanını yansıtır.Atmosferin ve gezegenin soğurduğu güç;

P_{\rm abs} = (1-\alpha)\,P_{\rm SE} \qquad \qquad (3)

Gezegen sadece dairesel bir alanı soğursa da ,(\pi R^2) silindir olarak her yöne eşit bir ışık yayımı yapar. Eğer gezegen tam anlamıyla bir siyah cisim olsaydı Stefan-Boltzmann kanununa göre yansıtma yapardı:

P_{\rm emt\,bb} = 4 \pi R_{\rm E}^2 \sigma T_{\rm E}^4 \qquad \qquad (4)

(T_{\rm E} ) gezegenin sıcaklığıdır. Bu sıcaklık gezegen siyah cisim olması durumu için hesaplanmıştır (P_{\rm abs} = P_{\rm emt\,bb}), etkili sıcaklık olarak bilinir. Gezegenin gerçek sıcaklığı muhtemelen yüzeyine ve atmosferik özelliklerine göre farklılık gösterir. Sera etkisi ve atmosferi yok sayarsak gezegen, Güneş’ten daha az sıcak olduğu için çoğunlukla spektrumun kızılötesi (IR) kısmını yansıtır. Bu frekans aralığında yansıttığı ışıma,  (\overline{\epsilon}), siyah cismin yansıttığı ortalama yayım oranındaki kızılötesi aralığında olur. Gezegen tarafından yansıtılan güç;

P_{\rm emt} = \overline{\epsilon}\,P_{\rm emt\,bb} \qquad \qquad (5)

Bir cismin ışınımsal çevresiyle olan ışınımsal dengesi, yansıttığı ışınım enerjisinin soğurduğu ile eşit olmasıdır:

P_{\rm abs}=P_{\rm emt} \qquad \qquad (6)

Güneş’in ve gezegenin gücünü yerine 1-6 eşitliğinde yerine koyar , gezegenin muhtemel sıcaklığını basitleştirerek yazar ve sera etkisini yok sayarsak, TP :

T_P = T_S\sqrt{\frac{R_S\sqrt{\frac{1-\alpha}{\overline{\varepsilon}}}}{2D}}

Başka bir deyişle, verilen varsayımlar, gezegenin sıcaklığının sadece Güneş’in yüzey sıcaklığına, Güneş ve gezegenin arasındaki uzaklığa, yansıtabilirliğe ve gezegenin kızılötesi yansıtımına bağlı olduğunu gösterir.

Kozmoloji

Kozmik mikrodalga arkaplan ışıması sıcaklığı 2.7K olan ve şu ana kadar doğada gözlemlenmiş siyah cisim ışımasına en yakın olaydır.Bu olay ilk evrende ışımanın ekuplaj anının enstantanesi gibidir. Bu zamandan önce , evrendeki çoğu madde termal denge ile ışıyan iyonlaşmış plazma halindeydi.

Kondepudi Prigogine’e göre, çok yüksek sıcaklıklarda (1010K’in üstü; evrenin ilk zamanlarında bu sıcaklıklar vardı), termal hareket güçlü nükleer kuvvetler yerine proton ve nötron olarak ayrıldığında pozitif yüklü elektronlar görünüp kaybolmaya başlarlar ve elektromanyetik ışıma termal denge ile gerçekleşir.Bu parçacıklar siyah cisim spektrumunun elektromanyetik ışımasına ek olan formlarıdır. Hareketli siyah cisimdeki Doppler Etkisi Relativistik Doppler Etkisi  ışığın frekansında, f, değişikliğe neden olur, originating from a source that is moving in relation to the observer Relativistik Doppler etkisinde gözlemcinin gördüğü hareketle alakal kaynağın frekansında, f, değişiklik olur, gözlemlenen dalganın frekansı f’:

f' = f \frac{1 - \frac{v}{c} \cos \theta}{\sqrt{1-v^2/c^2}},

 v kaynağın gözlemciye göre hızı, θ hız vektörü ve kaynağa göre gözlemci-kaynak arasındaki ölçülen konum arasındaki açı, c ışık hızıdır.  Bu denklem gözlemciye göre (θ = π) ya da (θ = 0) olan özel durumlarda ışık hızından daha düşük bir hız alınarak basitleştirilebilir. Planck’ın kanununa göre siyah cismin spektrum sıcaklığı ışığın frekansına orantılı olarak bağlıdır ve denklemde sıcaklık (T) frekans yerine geçer.Direkt olarak gözlemciye doğru ya da gözlemciden uzaklaşarak hareket edilen durumlarda, denklem şuna indirgenir;

T' = T \sqrt{\frac{c-v}{c+v}}.

Burada v > 0 kaynaktan uzak bir sonuçtur, ve v < 0 kaynağa yakın bir sonuçtur. Bu astronomide yıldızların ve galaksilerin hızının ışık hızının önemli miktarına ulaşabildiği önemli bir etkidir.Dipol anizotropi sergileyen kozmik mikrodalga arkaplan ışımasında, siyah cisim ışıma alanına göre Dünyanın hareketi bulunan önemli bir örnektir.

Kaynakça

Nedir Bu %96

“Bu %96″dan kastettiğim  karanlık madde ve karanlık enerji. “Ünite 2: Harikalar Diyarına Yolculuk” adlı yazımda bu ikisinin bulunuşunu anlatmıştım (https://sbayraktar1.wordpress.com/astronomi-dersleri/unite-2-harikalar-diyarina-yolculuk/). Şimdi size bu iki “şeyin” bilinen (yani tahmin edilen) özelliklerini anlatacağım:

Karanlık madde evrenin toplam kütlesinin %23’ünü oluşturur. Karanlık maddenin gökadaları bir arada tuttuğu düşünülüyor. Gücü Resim1‘tür. Son olarak “Zayıf Etkileşimli Büyük Kütleli Parçacık (WİMP)”lerden oluşur. gözlemsel kanıtı ve bulunuş tarihi:

Karanlık madde kavramı, ilk olarak 1932’de Jan Hendrik Oort ve 1933 yılında, Kaliforniya Teknik Enstitüsünden İsviçreli astrofizikçi Fritz Zwicky tarafından öne sürülmüştür. Fritz Zwicky’nin gözlemi ve iddiası kırk yıl boyunca hiçbir ortamda ciddiye alınmamıştır. Karanlık maddenin varolduğuna dair en güçlü kanıt olan Sarmal Gök ada eğilimleri, 1970 yılında Washington Carnegie Enstitüsü‘nde Vera Rubin ve arkadaşları tarafından ileri sürülmüştür. Vera Rubin de Fritz Zwicky ile benzer bir kaderi paylaşarak, uzun yıllar ciddiye alınmamış, hiçbir ciddi yayın organı çalışmalarına yer vermemiştir. Master ve doktora tezleri de daha önce reddedilmiş olan Vera Rubin için bu durum pek şaşırtıcı olmamıştır. Onlarca yıl sonra, bugün hemen hemen tüm astrofizikçiler karanlık maddenin varlığını kabul ederler. Ağustos 2006’da yayınlanan, 150 milyon yıl önce gerçekleşmiş olan iki gök ada kümesinin çarpışmasına dair gözlem, karanlık maddelerin varlığına dair daha somut bir kanıt oluşturmuştur. Çarpışma sırasında sıcak gazlar arasında bir etkileşim olmuş ve daha sonra merkeze yaklaşmışlardır. Gök adalar ve karanlık madde etkileşime girmemiş ve merkezden uzak kalmışlardır.

İki şekilde karanlık maddenin ortaya çıktığı sanılmaktadır: Baryonik karanlık madde ve Baryonik olmayan karanlık madde. Evrenin kütlesinin yüzde 23’ünü oluşturduğu varsayılmakla birlikte, karanlık maddenin henüz astronomlar için sırrı çözülmüş değildir. 1970’ler Evren’deki maddenin %96’sının görünmez olduğunun keşfedilmesiyle karanlık madde iddialarının güçlendiği yıllar olmuştur. Karanlık maddenin varolduğu varsayılmakta, ancak ne olduğu konusunda çok az açık bilgi vardır.

Karanlık madde

Karanlık enerji evrenin toplam kütlesinin %73’ünü oluşturur. Kütleçekimin tersine evreni genişletir. Beşinci temel kuvvet olduğu düşünülüyor ve adı da “bukelemun”. Bulunuşu:

Bilinen fizik kurallarına göre, herhangi bir şekilde hareketlendirilen bir cisim ya zamanla hızı azalarak durur ya da hiçbir enerjikaybı yoksa aynı hızla hareketine devam eder. Örneğin Dünya’da fırlatılan bir cismin hızı azalır ve bir süre sonra durur. Bunun nedeni Dünya’da sürtünmeden dolayı enerji kaybına uğramasıdır. Eğer yerçekimsiz ve havasız bir ortamda (uzayda) aynı cismi fırlatırsak karşısına bir engel çıkana kadar hareket eder. Evren ölçeğinde bu engel kitle yerçekimi gücüdür.Evren‘in kendisi ise bahsedilen fizik kuralları aksine Büyük Patlama’dan beri genişlemektedir ve zamanla evrenin genişleme hızı da artmaktadır.

Bilim insanları bunu keşfettiklerinde bu hızı artıran bir enerji olması gerektiğine karar vermişlerdir. Bu varsayılan enerji karanlık enerji olarak adlandırılmıştır. Karanlık enerjiden ilk bahseden bilim insanıAlan Guthevrenin Büyük Patlama’dan sonra ani genişlemesini gizemli bir karanlık enerjinin varlığına dayandırmıştır (1980). Daha sonra “Saul Perlmutter ve Brian Schmidt” adlı iki fizikçi gözlemleri sonucu evrenin genişleme hızının arttığını ve bunun uzayın bir tür içsel gerilimi diyebileceğimiz karanlık enerji olduğundan söz etmişlerdir (1998).

Karanlık enerji

Kaynakça