Paylaşım Yap
Tüm Reklamları Kapat

Fotonların Kırmızıya Kayması Enerji Korunumu Yasasını İhlal Ediyor mu?

Fotonların Kırmızıya Kayması Enerji Korunumu Yasasını İhlal Ediyor mu? NASA
7 dakika
2,249
Evrim Ağacı Akademi: Kozmoloji (Evrenbilim) Yazı Dizisi

Bu yazı, Kozmoloji (Evrenbilim) yazı dizisinin 14. yazısıdır. Bu yazı dizisini okumaya, serinin 1. yazısı olan "Kozmoloji Nedir? Evrenbilim Neleri Araştırır?" başlıklı makalemizden başlamanızı öneririz.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

EA Akademi Hakkında Bilgi Al
Tüm Reklamları Kapat

Oyuncak bir evrenin nihai bir versiyonunu hayal edin: Genişleyen, içi madde dolu ve tüm bunların içinde takip ettiğimiz ve diğer parçacıklarla etkileşimini engellediğimiz tek bir foton (veya bir "ışık tutamı") var. Herhangi bir zamanda bu foton, bir elektromanyetik radyasyon kuantumunun (enerjinin ölçülebilen en küçük birimi) sahip olmasını beklediğiniz tüm özelliklerine sahiptir: Bir yayılma yönü, manyetik ve elektrik alanları için bir polarizasyonu ve ne kadar enerjiye sahip olduğunu belirten bir dalga boyu vardır.

Bir ışık kaynağı belirli bir yöne doğru hareket ettiğinde ışık, hareketin yönüne doğru maviye, harekete ters yönde ise kırmızıya kayar. Bu Doppler kırmızıya kayması çakışık olup, evrenin genişlemesinin yol açtığı herhangi bir kozmolojik kırmızıya kaymadan bağımsızdır. Eğer evren giderek küçülüyor olsaydı, kırmızıya kayma yerine kozmolojik bir maviye kayma meydana gelirdi.
Bir ışık kaynağı belirli bir yöne doğru hareket ettiğinde ışık, hareketin yönüne doğru maviye, harekete ters yönde ise kırmızıya kayar. Bu Doppler kırmızıya kayması çakışık olup, evrenin genişlemesinin yol açtığı herhangi bir kozmolojik kırmızıya kaymadan bağımsızdır. Eğer evren giderek küçülüyor olsaydı, kırmızıya kayma yerine kozmolojik bir maviye kayma meydana gelirdi.

Forbes

Fotonlar, genişleyen bir evrende yol aldıkça, bu genişleme, fotonların dalga boylarını büyütmeye başlar. Daha büyük dalga boyu, enerjinin azaldığına işaret eder; enerjinin azalması ise ya enerjinin korunmadığı ya da enerjinin bir yere gittiği anlamına gelir. İki türlü de bu, devasa bir kozmik muammadır.

Yanma gibi ışık yayan tepkimelerde dahi enerji korunur. Işık ve ısı yanma tepkimesinin bir yan ürünü olarak açığa çıkar, ancak eğer odundaki ve atmosferdeki oksijende bulunan moleküler bağlarda depo edilen enerjiyi de dahil edersek, enerjinin başlangıçta ve tepkime sonunda korunduğunu görürüz.
Yanma gibi ışık yayan tepkimelerde dahi enerji korunur. Işık ve ısı yanma tepkimesinin bir yan ürünü olarak açığa çıkar, ancak eğer odundaki ve atmosferdeki oksijende bulunan moleküler bağlarda depo edilen enerjiyi de dahil edersek, enerjinin başlangıçta ve tepkime sonunda korunduğunu görürüz.
Forbes

Kütle ve Enerjinin Korunumu

Bugüne kadar enerjiyle ilgili öğrendiğimiz tek bir şey varsa, bu da onun yoktan var edilemeyeceği veya vardan yok edilemeyeceğidir. Ateş yakmak için odunu tutuşturduğunuzda enerji yarattığınızı düşünebilirsiniz, ama gerçekte olan şey çok daha inceliklidir:

Tüm Reklamları Kapat

  • Moleküler bağlar daha az kararlı durumdan (odun ve oksijen) daha kararlı bir duruma geçer (kül ve su buharı) ve bu süreç esnasında enerji açığa çıkar.
  • Eğer çıkan enerjiyi ölçüp, Einstein'ın meşhur formülünü kullansaydınız (E=mc2E=mc^2), tepkime sonunda çıkan ürün ve tepkimeye giren moleküller arasında çok küçük bir kütle farkı olduğunu görecektiniz.
  • Gerçekte, kütle de dahil her formunda enerji, tepkimenin her basamağında değişmeden kalır.
Bu kesit Güneş’in yüzeyinin ve içinin, nükleer füzyonun gerçekleştiği çekirdek de olmak üzere çeşitli bölgelerini gösteriyor. Zaman geçtikçe çekirdekteki helyum-içeren bölge genişler ve maksimum sıcaklık da artar. Güneş çekirdeğindeki hidrojen yakıtını bitirince, küçülecek ve helyum füzyonunun gerçekleşmesi için uygun bir sıcaklığa kadar ısınacak.
Bu kesit Güneş’in yüzeyinin ve içinin, nükleer füzyonun gerçekleştiği çekirdek de olmak üzere çeşitli bölgelerini gösteriyor. Zaman geçtikçe çekirdekteki helyum-içeren bölge genişler ve maksimum sıcaklık da artar. Güneş çekirdeğindeki hidrojen yakıtını bitirince, küçülecek ve helyum füzyonunun gerçekleşmesi için uygun bir sıcaklığa kadar ısınacak.
Forbes

Bu kütle farkı, Güneş’in içinde gerçekleşen nükleer reaksiyonlar gibi durumlarda daha da barizdir. Hatta Güneş'in oluştuğu gün ile bu günkü kütlesine bakacak olsaydınız, enerji yaydığı bu 4.5 milyar yıllık süre içinde, yaklaşık Satürn kadarlık bir kütle kaybettiğini görürdünüz.

Bildiğimiz enerjinin korunduğu bütün reaksiyonlar içinde, işin zor kısmı, başlangıçtaki ve sondaki enerji kaynaklarının nerede olduğunu takip etmektir. Bir fizikçiye göre bu sadece bir hesap problemidir; ancak öylesine önemli bir problemdir ki bazı bozunumlarda (beta bozunumları) enerjinin korunmadığı görülünce, enerji korunumunu sağlamak için yeni bir parçacık önerilmiştir: nötrino! Pauli'nin nötrino fikrini önermesiyle bu parçacığın tespit edilmesi arasında 26 yıl geçmiş olsa da bu, enerji korunumunun öngörü gücüne bir kanıt niteliğindedir.

Nötron Beta bozunumunun iki türü (standart nötron beta bozunumu ve radyasyon yayan nötron beta bozunumu). Alfa ve gamma bozunumlarına ters olarak beta bozunumunda eğer nötrino tespiti yapılamazsa enerji korunumu olmaz, ancak her zaman bir nötronun bir protona, elektrona ve anti-elektron nötrinosuna dönüşmesiyle, ayrıca enerjinin diğer enerji-momentum korunumu formlarında (örneğin bir foton yoluyla) yayımlanması olasılığıyla karakterize edilir.
Nötron Beta bozunumunun iki türü (standart nötron beta bozunumu ve radyasyon yayan nötron beta bozunumu). Alfa ve gamma bozunumlarına ters olarak beta bozunumunda eğer nötrino tespiti yapılamazsa enerji korunumu olmaz, ancak her zaman bir nötronun bir protona, elektrona ve anti-elektron nötrinosuna dönüşmesiyle, ayrıca enerjinin diğer enerji-momentum korunumu formlarında (örneğin bir foton yoluyla) yayımlanması olasılığıyla karakterize edilir.
Forbes

Genişleyen Bir Evren'de Kütle ve Enerji Korunur mu?

Ancak bazen, karşılığında hiçbir şey enerji (veya kütle) kazanmıyor olmasına rağmen bir şeylerin kütle ve enerji kaybediyor gibi göründüğü durumlar vardır. Genişleyen Evren'de olan da tam olarak budur.

Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'yle birlikte gelen yeni şeylerden biri de uzayın, her şeyin bulunduğu sabit bir koordinat sistemi olmadığı, daha ziyade değişebilir bir yapıda olduğu gerçeğidir. Evren, içinde bulunan enerji ve maddelerin miktar ve konumlarına göre kıvrılabilir ve kıvrılmak da zorundadır; dolayısıyla Evren'in dokusu, genişleyip daralmaya elverişlidir.

Tüm Reklamları Kapat

İşin can alıcı noktası ise, herhangi bir fotonun (veya ışık parçacığının) tam da dalga boyuyla tanımlanan bir enerjiye sahip olmasıdır. Yani eğer Evren genişlerken Evren'in dokusu geriliyorsa veya Evren daralırken aynı doku büzüşüyorsa, o ışığın dalga boyu, dolayısıyla enerjisi de değişmelidir.

Evrenin dokusu genişlerken, orada bulunan her radyasyonun da dalga boyu genişlemeye uğrar. Bu Evrenin daha az enerjiye sahip olmasına yol açar ve Evrenin başlangıcında kendiliğinden gerçekleşen yüksek-enerjili süreçlerin ilerleyen zamanlarda daha soğuk devirlerde gerçekleşmesini imkansız kılar.
Evrenin dokusu genişlerken, orada bulunan her radyasyonun da dalga boyu genişlemeye uğrar. Bu Evrenin daha az enerjiye sahip olmasına yol açar ve Evrenin başlangıcında kendiliğinden gerçekleşen yüksek-enerjili süreçlerin ilerleyen zamanlarda daha soğuk devirlerde gerçekleşmesini imkansız kılar.
Forbes

Bu durum, sizin de canınızı sıkmalı! Sonuçta Evren'de gerçekleşen tüm fiziksel süreçlerde enerjinin korunması gerekiyor. Genel Görelilik enerji korunumuna aykırı bir durum mu açığa çıkarıyor? Bu sorunun cevabı, korkutucu bir şekilde, evet.

Geniş ölçekte baktığımızda, Evren'de enerjinin korunmaması oldukça olasıdır. Genel Görelilik'in kusursuz ve titizlikle tanımladığı çok sayıda nicelik var; ancak enerji, bunlardan biri değil. Eğer genişleyen bir evren varsa, bu evren zaman içinde değişir ve eğer evreniniz zaman ötelenmelerine karşı değişmez değilse, o halde enerjinin korunumunu zorunlu kılan bir kural da olamaz.

Diğer bir deyişle, Einstein'ın denklemlerinde enerji korunmak zorundadır diye bir kural yok, hatta enerji genişleyen bir evrende tanımlı bile değil!

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Kapalı bir kapta gaz molekülleri, moleküler ağırlıklarına ve gazın sıcaklığı gibi faktörlere bağlı olarak, belirli bir hızda hareket ederler. Bu demek oluyor ki süratler hesaplanabilir ancak tek bir parçacığın sürati kaotik olacaktır.
Forbes

Fakat bu, enerjiye bir tanım bulamayacağımız anlamına gelmiyor; sadece daha dikkatli olmamız gerektiğini söylüyor.

Enerjiyi Nasıl Tanımlarız?

Güzel bir analoji olarak gazdan yola çıkabiliriz. Eğer gaza enerji (ısı) verirseniz ne olur? Gazın içindeki moleküller enerji kazandıkça daha hızlı hareket etmeye başlar, yani süratlerini arttırırlar ve daha hızlı bir şekilde daha geniş alan kaplamak için yayılırlar.

Ama peki ya kapalı bir kabın içindeki gazı ısıtırsanız ne olur?

Kapalı bir kaptaki gazı ısıtmanın etkileri. Dış basınç, içerideki moleküller kabın duvarları üzerine iş yaptığı için hacmin genişlemesine sebep olabilir.
Kapalı bir kaptaki gazı ısıtmanın etkileri. Dış basınç, içerideki moleküller kabın duvarları üzerine iş yaptığı için hacmin genişlemesine sebep olabilir.
Forbes

Evet moleküller ısınır, daha hızlı hareket ederler ve daha çok yayılmaya çalışırlar, ancak bu durumda çoğunlukla kabın duvarlarına çarparak ekstradan pozitif bir basınç oluştururlar. Kabın duvarları dışarıya doğru itilmiş olur, bu da enerjiye mal olur. Bu enerji de, iş yapan moleküllerden gelmelidir.

Bu genişleyen Evren'de olan duruma çok benzer bir olaydır. Fotonların dalga boylarından dolayı sahip oldukları enerjileri vardır ve evren genişledikçe, fotonların dalga boyları da esner. Tabii fotonlar enerji kaybeder, ancak Evren’in üzerinde de, içindeki her şey tarafından ve dışarıya doğru pozitif bir basınç şeklinde iş yapılmış olur!

Tam anlamıyla söylemek gerekirse, daha önce de bahsettiğimiz gibi, Genel Görelilik'te enerji, Evren için tanımlanmamıştır. Ama eğer Evren'in dokusunu alıp, onun büzüşmesini sağlasaydık, içindeki fotonlara ne olurdu? Büzüşen (küçülen) bir Evren, fotonlar üzerinde iş yapardı (tam tersi olması yerine) ve bu da fotonların enerji kazanmasını sağlardı.

Tüm Reklamları Kapat

Peki ne kadar enerji kazanırlardı? Tam olarak Evren'in genişlemesiyle kaybettikleri enerji kadar!

Evrendeki atomlar nötr olduktan sonra, fotonlar, dağılmayı bırakmanın yanı sıra, artık yaptıkları tek şey bulundukları uzay-zaman içinde kırmızıya kaymak, Evren genişledikçe de dalga boyları kırmızıya kaydığı için enerji kaybederek seyrelmek. Enerjiyi koruyabilecek bir tanım uydurabilecek olsak da bu zoraki ve kaba olurdu. Enerji, genişleyen bir Evrende korunmaz.
Evrendeki atomlar nötr olduktan sonra, fotonlar, dağılmayı bırakmanın yanı sıra, artık yaptıkları tek şey bulundukları uzay-zaman içinde kırmızıya kaymak, Evren genişledikçe de dalga boyları kırmızıya kaydığı için enerji kaybederek seyrelmek. Enerjiyi koruyabilecek bir tanım uydurabilecek olsak da bu zoraki ve kaba olurdu. Enerji, genişleyen bir Evrende korunmaz.
Forbes

Sonuç

Yani evet, Evren genişledikçe fotonlar enerji kaybeder. Ancak bu enerjinin korunmadığını göstermez; bu sadece, enerjinin Evren'in genişlemesinde iş formunda kullanıldığını belirtir. Ve eğer Evren genişlemeyi tersine döndürüp daralmaya başlarsa, yapılan iş de tersine dönerek fotonlara gidecektir.

Kuantum Kütleçekimi gibi daha kapsamlı bir teoride enerjinin daha katı bir tanımının ortaya çıkması muhtemel, bu sayede de enerjinin gerçekten korunup korunmadığını anlayabileceğiz. Ama katı bir tanımın yokluğunda yapabileceğimiz tek şey elimizde olan bilgileri ve araçları kullanarak çalışmak. Evet fotonlar enerji kaybeder; ama bu enerji sonsuza dek yok olmaz, enerji kaybı (veya kazancı) tam olarak genişleyen (veya daralan) Evren'inkine karşılık gelir.

Bu Makaleyi Alıntıla
Okundu Olarak İşaretle
Evrim Ağacı Akademi: Kozmoloji (Evrenbilim) Yazı Dizisi

Bu yazı, Kozmoloji (Evrenbilim) yazı dizisinin 14. yazısıdır. Bu yazı dizisini okumaya, serinin 1. yazısı olan "Kozmoloji Nedir? Evrenbilim Neleri Araştırır?" başlıklı makalemizden başlamanızı öneririz.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

EA Akademi Hakkında Bilgi Al
78
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Paylaş
Sonra Oku
Notlarım
Yazdır / PDF Olarak Kaydet
Bize Ulaş
Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 22
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 18
  • Merak Uyandırıcı! 13
  • Bilim Budur! 9
  • İnanılmaz 8
  • Muhteşem! 7
  • Umut Verici! 2
  • Grrr... *@$# 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Forbes | Arşiv Bağlantısı
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 25/04/2024 08:33:23 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/12156

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Keşfet
Akış
İçerikler
Gündem
Kas
Foton
Diş Sorunları
Hormon
Güneş Sistemi
Üreme
Yatay Gen Transferi
Ekonomi
Buz
Haber
Halk Sağlığı
Kalıtım
Yörünge
Önyargı
Cinsel Yönelim
Depresyon
Hekim
Yaşlılık
Hindistan
Fotoğraf
Ufo
Yaşanabilir Gezegen
Egzersiz
Işık Hızı
Obstetrik
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Gündem
Kafana takılan neler var?
Bağlantı
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Bu platformda cevap veya yorum sistemi bulunmamaktadır. Dolayısıyla aklınızdan geçenlerin, tespit edilebilir kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.
Ekle
Soru Sor
Sosyal
Yeniler
Daha Fazla İçerik Göster
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000
Bu Makaleyi Alıntıla
Evrim Ağacı Formatı
APA7
MLA9
Chicago
E. Siegel, et al. Fotonların Kırmızıya Kayması Enerji Korunumu Yasasını İhlal Ediyor mu?. (21 Ağustos 2022). Alındığı Tarih: 25 Nisan 2024. Alındığı Yer: https://evrimagaci.org/s/12156
Siegel, E., Açar, D. N., Bakırcı, Ç. M. (2022, August 21). Fotonların Kırmızıya Kayması Enerji Korunumu Yasasını İhlal Ediyor mu?. Evrim Ağacı. Retrieved April 25, 2024. from https://evrimagaci.org/s/12156
E. Siegel, et al. “Fotonların Kırmızıya Kayması Enerji Korunumu Yasasını İhlal Ediyor mu?.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Translated by Deniz Naz Açar, Evrim Ağacı, 21 Aug. 2022, https://evrimagaci.org/s/12156.
Siegel, Ethan. Açar, Deniz Naz. Bakırcı, Çağrı Mert. “Fotonların Kırmızıya Kayması Enerji Korunumu Yasasını İhlal Ediyor mu?.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Translated by Deniz Naz Açar. Evrim Ağacı, August 21, 2022. https://evrimagaci.org/s/12156.
ve seni takip ediyor

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close