Soru & Cevap: Soru Sor, Cevap Al
Bugün
Bugün bölümü hazırlanıyor.
Bugün bölümü hazırlanıyor.
Planck uzunluğu evrenin kesin olarak bölünemez en küçük yapı taşı değil, mevcut fizik yasalarımızla anlamlı bir ölçüm yapabileceğimiz operasyonel alt sınırdır. Bu uzunluk bir tekillik sayılamaz çünkü tekillik sıfır hacim ve sonsuz yoğunluk anlamına gelir, Planck uzunluğu ise sonlu ve sıfırdan farklı bir ölçektir.
Derste kuantum konularına girdiğimizde öğrencilerimden sıkça "Hocam, evren piksellerden mi oluşuyor yani?" sorusu gelir, yazılı kağıtlarında da Planck uzunluğunun hemen bölünemez bir minik kutucuk gibi çizildiğini görürüm :) Oysa durum cetveldeki en küçük çizgiden biraz farklıdır. Yaklaşık 1,6 çarpı 10 üzeri eksi 35 metre olan Planck ölçeğinde daha küçük bir mesafeyi ölçmeye çalıştığınızda, kuantum belirsizlik ilkesi gereği o daracık bölgeye muazzam bir enerji yoğunlaştırmanız gerekir. Bu enerji yoğunluğu uzay ve zaman dokusunu öylesine büker ki anında mikroskobik bir karadelik oluşur ve ölçümü imkansız kılar. Yani bu sınır maddenin veya boşluğun son noktası değil, klasik uzay anlayışımızın geçerliliğini yitirdiği teorik bir eşiktir.
Karadeliklerin merkezindeki tekillik hakkındaki şüphenize gelince, mantığınız kesinlikle yanlış değil, aksine modern fiziğin tam kalbindeki o meşhur çıkmaza parmak basıyorsunuz! Einstein'ın Genel Görelilik kuramı karadelik merkezinde sıfır hacimde ve sonsuz yoğunlukta bir tekillik öngörür. Ancak bir fizik denkleminde sonsuzluk çıkması, genellikle doğanın kendisinden ziyade kullandığımız teorinin artık sınırlarına ulaştığını gösterir. Genel Görelilik ile Kuantum Mekaniğini birleştirmeye çalışan kuramlar, merkeze yaklaştıkça Planck ölçeğindeki kuantum etkilerinin devreye girdiğini ve bu noktasal tekilliği engelleyerek sıfırdan farklı bir çekirdek bırakabileceğini savunur. Dolayısıyla hissettiğiniz o gariplik, iki büyük teorimizin henüz tam olarak uzlaşamadığı sınır hattından kaynaklanıyor.
Denge kesinlikle girenler yönüne, yani sola kayar ve bu sonucu öngörmek için hiçbir sayısal veriye ihtiyaç yoktur. Buradaki kafa karışıklığı, sabit hacimli kapta sıcaklık artışının getirdiği basınç yükselmesi ile hacim değişiminden kaynaklanan gerçek basınç etkisinin birbirine karıştırılmasından doğuyor.
Denge konusunu işlerken tahtaya bu soruyu yazdığım an sınıftan hemen "Hocam gazlar sıkışmıyor mu, basınç arttıysa neden ürünlere kaçmıyoruz?" fısıltıları yükselir, sıralar arasında kısa süreli tatlı bir kafa karışıklığı başlar. Oysa Le Chatelier ilkesinde basınç etkisi dediğimiz kavram, doğrudan kabın hacmi değiştirildiğinde anlam kazanır. Bir pistonu itip hacmi daralttığınızda birim hacme düşen tanecik sayısı artar, yani gazların derişimleri yükselir. Sistem de bu derişim artışını hafifletmek için gaz mol sayısının az olduğu tarafa yönelir.
Sabit hacimli kapalı bir kapta ise sıcaklık yükseldiğinde hacim değişmez, molekül sayısı da ilk anda aynıdır. Hacim sabit kaldığı için hiçbir gazın başlangıçtaki molar derişimi değişmez. Sıcaklık arttığı için gaz moleküllerinin kinetik enerjisi ve çeperlere çarpma sıklığı artar, manometredeki basınç da sırf bu yüzden fırlar. Fakat bu basınç artışı derişim oranını değiştirmediği için dengeyi ileriye doğru itecek bir neden yaratmaz.
Sıcaklık artışının asıl ve tek belirleyici etkisi, denge sabitinin değerini değiştirmesidir. Amonyak sentezi ekzotermik bir tepkime olduğu için ürünler tarafında ısı açığa çıkar. Sisteme dışarıdan fazladan ısı verildiğinde sistem bu etkiyi azaltmak ister ve ısıyı tüketeceği yöne, yani endotermik olan sol tarafa doğru kayar. Bu süreçte denge sabiti küçülür, amonyak molekülleri parçalanır ve yeni denge kurulana kadar girenlerin miktarı artar.
Kısacası ortada basınç ve sıcaklığın birbiriyle çekiştiği bir yarış yoktur. Sabit hacimli bir kapta sıcaklık değiştiğinde söz hakkı yalnızca sıcaklığındır ve sistem tereddütsüz sola, girenler tarafına ilerler.
Işınlanma aslında laboratuvarda uzun süredir gerçekleştirdiğimiz bir olgudur, ancak bilimkurgu filmlerindeki gibi bir insanı yok edip başka bir yerde yeniden var etmiyoruz. İkinci sorunuzun cevabı ise oldukça net, ışınlanmanın bulunması için bir nesnenin ışık hızına erişmesi gerekmez. Zaten kütlesi olan hiçbir cisim ışık hızına ulaşamaz. Üstelik fizik yasalarına göre hiçbir ışınlanma süreci de bilgi aktarımında ışık hızını aşamaz.
Bugün fizikte kuantum ışınlanması dediğimiz süreç, maddenin kendisini bir borudan fırlatır gibi fiziksel olarak bir yerden bir yere göndermek değildir. Burada aktarılan şey madde değil, o maddenin kuantum düzeyindeki bilgisidir. Bunu biraz eski usul faks cihazlarına benzetebiliriz. Karşı tarafa kağıdın kendisini fırlatmazsınız, üzerindeki bilgiyi tarar ve gönderirsiniz, alıcıdaki cihaz da elindeki temiz kağıda bu bilgiyi işler. Kuantum dünyasında da alıcı tarafta hazır bekleyen özdeş bir parçacığa, kaynaktaki parçacığın tam kuantum durumu aktarılır. Ölçüm yapıldığı anda kaynaktaki orijinal kuantum durumu çöktüğü için, bilgi bir nevi yer değiştirmiş olur.
Işık hızının bu konudaki rolü ise bir gereklilik değil, aşılamaz bir üst sınırdır. Kuantum dolanıklık sayesinde iki parçacık birbiriyle anlık bir bağ kurmuş gibi görünse de ışınlanmanın tamamlanabilmesi için yapılan ölçüm sonucunun karşı tarafa klasik yollarla iletilmesi şarttır. Bu klasik iletişim fiber optik kabloyla, radyo dalgasıyla ya da lazerle yapılabilir ve bu sinyaller en fazla ışık hızında ilerleyebilir. Dolayısıyla ışınlanma ışık hızına çıkmayı gerektirmediği gibi, evrenin bu nihai hız sınırını delip ışıktan hızlı bir seyahat de sağlayamaz.
Gelecekte insanların ya da büyük eşyaların ışınlanıp ışınlanamayacağı meselesine gelirsek, pratikte bunun gerçekleşmesi neredeyse imkansızdır. Bir insan vücudunda yaklaşık 10 üzeri 28 adet atom bulunur. Heisenberg'in belirsizlik ilkesi ve kuantumun kopyalanamazlık ilkesi gereği, tüm bu atomların kuantum durumlarını tek tek hatasız okumak ve karşı tarafta yeniden inşa etmek devasa teorik ve teknik engeller barındırır. Bu akıl almaz büyüklükteki veriyi işlemek bile imkansıza yakın bir enerji ve işlem gücü gerektirir. Özetle, fotonları ve atomları kuantum internet ve kuantum bilgisayarlar için ışınlamaya devam edeceğiz, ancak sabah trafiğinden kaçmak için ışınlanma cihazlarına güvenmemiz pek olası görünmüyor.