BİLİŞİM TOPLUMU ve İNTERNET GÜVENLİĞİ

Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği
Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ
Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi
Fizik Eğitimi A.B.D.
bgunes@gazi.edu.tr
Proje Görevleri
• TÜBİTAK
•
Eğiticilerin Eğitimi Çalıştayı, 2006, TÜSSİDE
•
Proje Danışmanlığı, 2008, YİBO, TÜSSİDE
•
Proje Yürütücüsü/Araştırmacısı
•
Panelist
•
Bu Benim Eserim
•
Ortaöğretim Öğrencileri Arası Proje Yarışmaları
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Proje Görevleri
• Gazi Üniversitesi
•
Yürütülen BAP Projeleri
•
BAP Uzmanlar Grubu
•
TEKMER Yönetim ve Denetim Kurulu
•
KKTC MEB Yapılanması
• Yurt Dışı Kaynaklı Projeler
•
Avrupa Birliği Projeleri: Fen ve Teknoloji Ö. P. ve Kitap Setleri, Yetişkinler Okuma
Yazma Programı ve Ders Kitabı
•
Dünya Bankası Projeleri: Fizik Ö.P. ve Öğretmen Yeterlikleri, Fen Lisleri Ö.P.
•
UNICEF Projesi: Telafi Eğitimi Programı
Diğer:
TİKA, Özel Okullar, Bilim Şenlikleri
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Fizik Yaşamımızın Neresinde?
• ?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Fizik Yaşamımızın Neresinde?
• ?
•
İnsan Vücudu
•
%57’si su (Beynin %85’i, kan’n %80’i, kasların %70’i)
•
206 kemik ( 106’sı el ve ayaklarda)
•
240 kas
•
~10^12 hücre
•
10^27 atom (%99’u H, O ve C:%67 Hidrojen, % 25 Oksijen ve %10
Karbon)
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Nereden Nereye?
• En küçük/büyük;
•
Canlı (mavi balina-150 ton)
•
Ülke ( Vatikan/Çin) (~10^6)
•
Boyut (10^-18 m/10^17m) (~10^35)
•
Sıcaklık (-273/>10^10)
•
Hız (0/c)
•
Teknoloji (?/Nano)
•
Bilgi (Bit/ExaByte)
•
Madde (Kuark/Yıldızsı-Güneş’in kütlesinden 3 milyar kat büyük, yıldızları yutan
süper kütleli karadelik)
•
Yoğunluk (?/10^5 to/mm^3-beyaz cüceler, 10^9 to/mm^3 karadelikler)
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
11. Sınıf :Yıldızlardan Yıldızsılara
12. Sınıf :Atomlardan Kuarklara
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
KESİNLİĞE ELVEDA
• Yazı-Tura
• Foton’ların davranışı (Cam’dan hangisi yansır ~%95, hangisi geçer~%5,
hangisi soğurulur~%0)
• Tüm fotonlar özdeş ise hangi fotonlar yansıyor, hangileri geçiyor?
• Her bir fotonun yansıma/kırılma/soğrulma olasılığı?
• “Tanrı Evrenle Zar Atmaz”, Albert Einstein
• “Tanrı Evrenle Zar atmakla Kalmaz, Bazen Zarları Bizim Göremeyeceğimiz
Yerlere de Ata”, Stephen Hawking
• Atom ve fotonların davranışları öngörülebilir mi?
• En azından öngörülemez olduğu öngörülebilir! Nasıl?
• Schrödinger’in olasılık dalgası
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Küçüklerin Dünyası
• Her şey atomlardan oluşur
•
Atomların büyük bir kısmı boşluktur.
•
Aldığınız her nefeste milyarlarca atom bulunur.
•
Aldığınız her nefes Einstein tarafından verilen nefesten en az bir atom içeriyor.
•
1 mm’de (bir nokta) yan yana dizilmiş 10 milyon atom bulunur.
•
Atom’un boyutu Angstrom (1/10 milyon mm) dur, oysa insan gözü 4000-8000
Angstrom’u görebilir.
•
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Küçüklerin Dünyası
• Her atomun çekirdeği vardır
•
Her atomun elektron dağılımı farklıdır
•
Her atomun yoğunluğu da farklıdır
•
Hidrojen atomunun çekirdek yoğunluğu/altın atomunun çekirdek yoğunluğu
•
~10^5 ton/mm^3 : beyaz cüceler
•
~10^9 ton/mm^3 : kara delikler
•
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Küçüklerin Dünyası
• Atom 100 000 kat küçültülebilir
•
Tüm insan ırkı (6,7 milyar x 70 kg=10^11 kg) 1 cm^3 bir küp şeker boyutuna
kadar
•
Yerküre (6x10^24 kg) 60 m^3
•
Güneş (2x10^30kg) 20 000 km^3
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kuvvet
• Temel Kuvvetler ve Sicim Teorisi
•
Kütleçekim kuvveti
•
Elektromagnetik Kuvvet
•
Zayıf Çekirdek Kuvveti
•
Yeğin Çekirdek Kuvveti
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kuvvet
• Kütleçekim Kuvveti
•
Güneş ve Dünya (8,4 ışık dakikası mesafeli): Güneş kaybolsa Dünya bunu ne
zaman farkeder?
•
Güneş yerinde iken Dünya şu anki yörüngesine yerleştirilirse Güneş ne kadar
sonra Dünya’ya kuvvet uygular?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kuvvet
• Kütleçekim Kuvveti
•
Uzay ve Zaman
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kuvvet
• Kütleçekim Kuvveti
•
Kütleçekim kuvveti yok (mu)?
•
Cisimler Eylemsizlik nedeni ile hareket etmektedir.
•
Kütleçekimi eğik uzay mıdır?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kuvvet
• Kütleçekim Kuvveti
•
Güneş gibi büyük kütleli yıldızlar uzay-zamanı büker
•
Dünya gibi gezegenler kendi eylemsizlikleri altında ve bükülmüş uzay-zaman
içerisinde serbestçe hareket eder.
•
Bükülmüş uzay-zamanda en kısa yol olan ‘eğik rota’ yı izlerler.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Güneş
• Temel Enerji kaynağımız
•
Dünyamıza ortalama 149 milyon km uzaklıkta (8,4 ışık dakikası)
•
Yarıçapı 6,96x10^5 km
•
Kütlesi yaklaşık 2x10^30 kg
•
Yüzay sıcaklığı 6000C, çekirdek sıcaklığı 15 milyon C
•
Yaşı yaklaşık 4,5 milyar yıl
•
Kütlesinin %92’si Hidrojen, %7,8’i Helyum, Karbon ve Okisjen <%0,1
•
Güneş enerjisinin kaynağı Füzyon
•
Nükleer rekatörlerin enerji kaynağı Fisyon
•
Füzyon ve Fisyon: Neden hep enerji açığa çıkıyor?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Işığın Yapısı
• Tanecik mi? Dalga mı?
•
Dalga: Girişim, Kırınım
•
Tanecik: Compton Olayı, Fotoelektrik olay, basınç,..
•
De Broglie Dalgası Elektromagnetik/Mekanik dalga mıdır?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Işık Hızı
• 3x10^8 m/s
•
Dünya’nın çevresini ne kadar sürede kateder?
•
Güneş’ten Dünya’ya ne kadar sürede gelir
•
Işık yılı nedir?
•
En yakın yıldız ne kadar uzaklıkta
•
En yakın Gökada ne kadar uzaklıkta ( 2 milyon ışık yılı)
•
En yakın Yıldızsı ne kadar uzaklıkta (2.5 milyar ışık yılı)
•
Evren’in boyutu?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Işık Hızı Ortama Göre Değişir mi?
•
•
•
•
Boşlukta 3x10^8 m/s
Hava’da
Su’da
Cam’da
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Işık Hızı ve Fizik Yasaları
•
Işık hızı limit hız mıdır?
•
Hız artışı
•
Zamanı
•
Boyu
•
Kütleyi!
Nasıl etkiler?
•
Görelilik Zor mudur? Albert Einstein:”Dünya’da anlaşılması en zor olan şey gelir
vergisidir!”.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• İkizler Paradoksu
•
Güneş’ten sonra en yakın yıldız 4,3 ışık yılı uzaklıktaki alfa Centauri’dir
•
Astronot olan Ali ve Veli olan Veli 21 yaşında ikiz
•
Ali en yakın yıldızı gidip-gelir, uzunluk ışık hızında 10 kat büzülür.
•
Ali döndüğünde kendisini 22 yaşında ikizi Veli’yi ise 30 yaşında bulacaktır
•
Veli ise kendini 22 yaşında Ali’yi ise 30 yaşında sanacaktır
•
Hagisi Doğru? Neden?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Müon’lar
•
(elektrondan 200 kat fazla kütleli ve – yüklü bir lepton)
Kozmik ışınlar (süper hızlı atom çekirdekleri) atmosfere girdiğinde hava
molekülleri ile çarpışarak müon’ları oluşturur.
•
Müon’ların ömürleri 10^-6 (1/1,5 milyon) saniyedir.
•
~Işık hızı ile atmosfere girdiklerinde bu sürede sadece 500 metre yol alması
gerekir.
•
Oysa 12,5 km yol katederek (yani 25 kat daha uzağa) giderek yeryüzüne
ulaşıyor.
•
O halde ışık hızından 25 kat daha hızlı mı hareket ediyorlar?
•
Yoksa zaman kısalıyor da ömürleri mi 25 kat daha uzuyor?
•
Zaman mı kısalıyor? Uzunluk mu büzülüyor? Uzay ve Zaman Arasındaki İlişki
nedir?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Uzay-Zaman
•
Zaman yavaşlaması ve uzayın büzülmesi evrende herkesin ışık hızını aynı ölçmesi
için ödenen diyettir.
•
Herman Minkowski;
•
Einstein’in hocası olan matematik profesörü
•
“Einstein, hayatta hiç bir yere gelemeyecek ‘miskin bir köpek’ tir”.
•
“Şu andan itibaren uzay ve zaman birbirine karışacak ve uzay-zaman adında
bir tür bileşimleri mevcudiyetini sürdürecektir.”
•
Gerçek olan uzay-zaman’dır, Uzay ve zaman gölgelerdir.
•
Uzay’da her doğrultuda, zaman’da ise tek doğrultuda hareket ederbiliriz.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Uzay-Zaman
•
Düşük hızlarda uzay ve zaman ayrı imişi gibi görünse de
•
Işık hızına yakın hızlarda uzay ve zaman birbirinden ayrılamaz
•
Einstein: “Fizikçiler için geçmiş, şimdi ve gelecek arasındaki ayrım yanılsamadan
başka birşey değildir”
•
Siz benim şu andaki halimi göremezsiniz.
•
Şu anda benim saniyenin milyarda biri kadar önceki halimi görüyorsunuz.
•
Ya Güneş’in? Yıldızların? Yıldızsıların?...
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Uzay-Zaman
•
Bana;
•
Siz 10^-9 ışık saniyesi
•
Ay 1,5 ışık saniyesi
•
Mars 5 ışık dakikası
•
Güneş 8,4 ışık dakikası
•
En yakın yıldız (Alfa Centauri) 4,3 ışık yılı
•
En yakın Galaxy (Büyük Köpek Cüce -Canis Major Dwarf) 25 000 ışık yılı
•
En yakın yıldızsı (3C273) 2,5 milyar ışık yılı
•
En yakın !evren! 13,7 milyar ışık yılı!
uzakta(sınız).
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Işık Hızı-Kütle
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel Görelilik
• Işık Hızı-Kütle
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Genel Görelilik
• Güneş gibi kütleler uzay zamanı büker.
• Dünya gibi diğer kütleler eylemsizliği
nedeniyle bu uzay-zamanda eğrisel yol izler.
• Dünya bükülmüş uzayda en kısa yol olan eğik
yörünge izler.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Özel & Genel Görelilik
• Bir cisim kütleçekimini (ivmeyi) hissetmiyorsa
özel görelilik uygulanmalıdır.
• Işık, dört boyutlu uzay-zamanı takip
edeceğinden eğri yol izler.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Evren Sonlu/Sonsuz mu?
• Einstein teorisine göre evren sonlu idi, ancak
kendisi de buna şüphe ile yaklaştı.
• Einstein, kendi teorisine değiştirerek “kozmik
geri itme (cosmic repulsive) kuvvet”
tanımladı. Bu kuvvet birbirine çok uzak
cisimler arasında uygulanıyordu.
• Hubble ilk kez Evren’in genişlediğini keşfetti.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Einstein’ın En Büyük Yanılgısı!
• Hubble evrenin genişlediğini kişfettiğinde,
Einstein “Kozmik geri tepme teorisinin
geçersiz olduğunu açıkladı, bu teorinin
yaşamındaki en büyük yanılgı olduğunu
açıkladı.”
• Ancak Einstein yine de yanılmamıştı.
• Eisntein’ın “En büyük yanılgı” belki de en
büyük başarısı idi.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Evren Genişliyor mu?
• Evrenin yapıtaşları gezegenler grubu olan
Galaksiler (Gökadalar)’dir.
• Hubble Gökadalar’ın birbirinden uzaklaştığını
keşfetti.
• Her bir gökada Mesafesi ile doğru orantılı bir
hızla Samanyolu gökadasından uzaklaşıyordu.
• Yani Samnayolundan iki kat uzakta olan
gökada iki kat daha yüksek hızla, 5 kat
uzakta olan gökada ise 5 kat daha yüksek
hızla uzaklaşıyor.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Evren Genişliyor mu?
• Sadece Samanyolu gökadasında değil uzayın
her bir noktası için bu uzaklaşma
sözkonusudur.
• Her bir gökada uzaklığı ile orantılı
uzaklaştığına göre belli bir geçmişte aynı
noktadan harekete başlamışlardı.
• Evren’in merkezi neresidir?
• Evrende merkez yoktur, her yer merkezdir.
• Big Bang: 13,7 milyar yıl önce
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Kütle-enerji
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Güneş
•
Güneş’in kütlesi 2x10^27 ton ve her saniye 4 milyon ton azalıyor.
•
Bu 4 milyon ton/saniye hızındaki kütle azalması uzaya yayılıyor ve Dünya’ya ışık
olarak ulaşıyor.
•
O zaman Güneş’in kütlesi bir gün bitecek! Bu durumda ne olur?
•
Ama ne zaman?
•
Doğumundan bu yana henüz kütlesinin ancak binde biri kayboldu 
•
Foton-Işık-Işık Hızı-Evrendeki sonsuz hız?
•
Bir maddesel parçacık ışık hızına çıkartılabilir mi? Nasıl?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Çay
•
Bir fincan sıcak çay
•
Çay soğduğunda kütlesi değişir mi?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Atom
•
Isıtılan sıcak çay atomlarının durumu
•
Soğutulan çay atomlarının durumu
•
Fisyon-Füzyon-Bağlanma Enerjisi
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Kömür-Fisyon-Füzyon
•
Kömür yandığında açığa çıkan ürünlerin toplam kütesi azalır. Ama çok az.
•
Fisyon:
•
Füzyon: H+HHe, kütle %0,8 azalır:
•
1 kg H, He’a dönüştüğünde 8 gram kütle enerjiye dönüşür bu 1 kg kömür
yandığında oluşan enerjinin 1 milyon katıdır.
•
Güneş kömür topu olsa idi 5000 yıl ömrü olurdu!
•
Kömür-Fisyon-Fizyon olaylarında en fazla kütlenin %1’ine yakını enerjiye
dönüşüyor.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Kütlenin tamamı enerjiye dönüşebilir mi?
•
1 kg kütle enerjiye tam olarak dönüşebilse bu enerji (~10^17 Joule) tüm dünya
nüfusunu uzaya fırlatmaya yetecektir.
•
Bunun yolu var mıdır?
•
Karadelikler: Işık yayayan yoğun maddelerdir. Karadelik üzerine düşen maddenin
%43’ü enerjiye dönüşebilir.
•
Kütle’nin tamamını enerjiye dönüştürecek bir yol var mıdır?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-enerji
• Kütlenin tamamı enerjiye dönüşebilir mi?
•
Kömür-Fisyon-Füzyon-Karadelik-?
•
%100: Madde-Anti madde
•
Madde+Anti maddeFoton
•
Foton(Yeterli enerjiye sahip)Madde + Anti Madde
•
Sorun: Anti madde madde ile karşılaştığında enerjiye dönüştüğünden biriktirmek
çok zor, sadece 1/1 milyar gram biriktirilebiliyor.
•
Elektron-pozitron, proton-antiproton, nötron-antinötron, kuark-antikuark
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Kütle-Enerji?
•
Aynaya baktığımızda görüntümüz gerçek olabilir mi?
•
Elektron-pozitron, proton-antiproton, nötron-antinötron, kuark-antikuark
•
Evren-Anti Evren (Paralel Evren)?
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
Bilim Dünyasında
Birçok olay Einstein ile başlayıp, Einstein ile bitiyormuş gibi
görünüyor.
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale
FİZİK, YAŞAMIMIZIN KENDİSİDİR.
Fizikçi ise kendisine soru sorma
alışkanlığı kazanmış kişidir?
TEŞEKKÜRLER
Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale