Hawking, Ceviz Kabuğundaki Evren

1120 | ALFA | BİLİM | 42
STEPHEN HAWKING
-
KEMAL ÇÖMLEKÇİ
© 2009
????????
Stephen Hawking
Önsöz, 7
Bölüm 1 ~ sayfa 11
Bölüm 2 ~ sayfa 37
Bölüm 3 ~ sayfa 75
Bölüm 4 ~ sayfa 109
Bölüm 5 ~ sayfa 139
Bölüm 6 ~ sayfa 163
Bölüm 7 ~ sayfa 181
Stephen Hawking
önsöz
Z
-
-
-
-
7
8
Kuantum mekaniği
M-kuramı
P-zarlar
Genel görelilik
10 boyutlu
membranlar
Süper bağlar
11 boyutlu süper
kütleçekim
Kara delikler
BÖLÜM 1
GÖreL L
Tar
n
KIsa
h
Albert Einstein™
T
H
E
U
N
I
V
E
R
S
E
I N
A
N
A
Ö
4
12
LBE
RT
U
E IN
gen
STE
e ra
IN
l
, T
t
h
H E
e
1
o re
wh
879
i so
D I
e re
SC O
,bu
f
h is
r
e
V E
t the
a
l tv
ve ry
R E
fa the
i
i
ty ,w
fo lo
su cc
r ,H
l
w
a
e
e
s bo
m
n
ca
igy
ss fu
r an
lm
i s
ea r
le e
n ,a
l
tha t
the
189
he d c tr ica l b nd un c
fa
m
4
e
u sn
l , Ja
d
i po
i ess
pa re h is fa th
kob
o
r
.A b
e r s'
ly a
n ts
,
l er
t sch
bu s
dec
no t
tw a
n
i ess
oo l
d
i ed
s
lk
ie
n
see
he
fa ie
m
ld a
its a
shou
fa
m
to b
u tho
nd
iy
d
l
l n
e
t
h
s
i It
r ita r
e fa
tay b
n
ig
m i
ay
a
in m
l .H
eh n
fro
y
lm
is
m
id
e
,
a
and
l te r
the p
t
o
E TH
f
w
n
i
c
o
r
m
e
ish s
,n
ith n
stg
i 1
pe
i o
im
l ted
no -t
i us
900
on th
Fede
h is
end
.
H
sh
edu
ea r
is a rg
ra l P
o ffe
ca to
hm
o ly
um e
i
red h
in
t
e
n
t
o
c
n
m
i Z
h
t
a tv
i th
n ica
an a
the
i en
p ro
e po
cade
l Sch
a
t
u
m
f
e
s ito
oo l
re an
sso r
o
i rp
ic ca
in o
dd
s a
o st
ree r
f ass
t th
is lk
a
i
.
t
T
e
eo
o
wo
jb
istan
the
E TH
tha t
yea
Sw
t ,w h
a
i
r
s
n
i
n
s
s
one
d
o f th
- 1 9 0 5 h pa ten t o al te r ,he ich w as th n
e
e
f
f
e
w
ou
n
f
w
i
i
ce n
nom
l to
o rd
ro te
lm
r
i Be a ly
i n—
l s'
th re
anag
s r
e
l ad
rn .
spac
e
e
e
v
p
d to
n
ig s
ou
Itw a
a
e ,a p
l
e
to
ce
rs th
sw h
nd
i ns
in t
a tb
rea l
ists a
ie
l he
tha t
o th
ity i
n
Tow
d
chan
esta
tse lf
sta r
a rd
they
b
g
.
t
ed
ed w
lishe
the
we
t o
ou r
end
re c
conc
n
i ed
und
o
l se
o
f
ep t
e rst
tha t
- to a com the n
and
spac
Lg
n
i
iht
e
n
i
ew
pe
g o
teen
l te d
rays
as f
th c
f
p re
escr
and
ile
en tu
l
d
ssu r
p
i
b
r
ad o
r
t
y
y
ew
o
i
no
, sc e
a co
i sg
aves
ca re
in t
i na
f the
n tn
u
f lm
i uo
ists b
n
i a
lsw e
un v
u
ir .A
easu
i e rs
e li
s
an t
r
m
e
w
ed u
e
ll tha
ic p
re
aves
me
.
i at
T
i
m
h
n
t
e
w
n
i
ym
n
ts o
Un
i th
ca le
g s
as n
i
ld
f the
v
i e rs
uch
is e th
eede
the
me
ityw
d
e
e
w it
r
"
a
l
e
,u
o
f ra
st ic
the
asu
j st
as b
hd
p rop
re
as so
com
me
u ilt
e lica
pe
n ts
e rte
u
en t
tha t
tem
n
l
d
te th
iso
, th
ire ly
the
agn
i
eo ry
e Je
w i
f the
e t ic
redd
a re
thou
we
ffe rs
me
e
ish b
bu i
t
h
re
t iro
on
asu
er .
lt co
row n
toda
n ta
- b r ick rem en ts . n na ils so Lab a t nI fact ,
y ,a
n
i a
H ow
l rge
Ha
sof
as n
fo
l o rw lthough
wh
rva rd
eve
mo
o t to
Ha - a
ich
r
u
,
ithou
n
t
h
n
i
r
t
h
t
v
e
s
t
e
a
e
p
o
rd i
t iro
rfe re
a
lb a
f iro
a
l nne
s st
nn
n .T
ndm
rs fo
a ilsw
ill no
h
o
e
r
g
st o
t su
ot
ill su
fH a
re ho bu id
ppo
ig
rva rd
wm l n
rt .
i
s
still
uch
we
n
i u
g
iht
se
a lb
i ra r
y
Albert Einstein™
13
a
b
Esirde ilerleyen ışık
(ŞEKİL 1.1, yukarıda)
S AB İ T E S İ R T EOR İ S İ
Eğer ışık, esir adlı elastik bir
malzemedeki bir dalga olsaydı,
ışığın hızı, ona doğru giden bir
uzay gemisindeki (a) bir kişiye
göre daha yüksek ve ışıkla aynı
yönde ilerleyen bir uzay gemisinde (b) ise daha düşük görünecekti.
(ŞEKİL 1.2, karşı sayfada)
Dünya’nın yörüngesi yönündeki
ve onunla dik açılar yapan bir
yöndeki ışık hızı arasında hiçbir
fark bulunamamıştır.
-
-
-
Dünya’nın batıdan
doğuya dönüşü
Dünya’nın Güneş etrafındaki
yörüngesiyle dik açılar yapan ışık
Dünya’nın dönüşünü takip
eden, birbiriyle dik açılar
yapan ışık demetlerinin
hızında da hiçbir
değişiklik görülmez
(ŞEKİL 1.3) I ŞIK H IZININ Ö LÇÜMÜ
Michelson-Morley girişim ölçme cihazında, bir kaynaktan
gelen ışık yarı geçirgen bir aynayla iki demete ayrılır. Bu iki
ışık demeti, birbiriyle dik açılar yaparak ilerler ve sonra
yarı geçirgen aynaya tekrar çarparak, tek bir demet
halinde birleşir. İki yönde ilerleyen ışığın hızındaki bir fark,
bir demetteki dalga tepelerinin diğer demetteki dalga
çukurlarıyla aynı anda varması ve onları etkisiz kılması
anlamına gelebilir.
Sağda: 1887’deki Scientific American dergisinde çıkan
deney diyagramının yeniden oluşturulmuş hali.
a
Batıya uçan uçaktaki
saat, aksi yönde ilerleyen ikizine göre daha
fazla süre kaydeder.
Doğudan batıya uçuş
Süre, doğuya doğru
uçan uçaktaki yolcular
için, batıya doğru uçan
uçaktakiler için olandan
daha kısadır.
Batıdan doğuya uçuş
-
-
(ŞEKİL 1.4)
İkizler paradoksunun bir örneği
(sayfa 18, Şekil 1.5), dünya etrafında, aksi yönlerde, doğru çalışan iki saat uçurularak deneysel
olarak test edildi.
Tekrar buluştuklarında, doğuya
doğru uçurulan saat biraz daha
az bir süre kaydetmişti.
-
-
17
c
a
a2
b
b2
18
(ŞEKİL 1.5, solda)
İ KİZLER P ARADOKSU
a
Görelilik kuramında, her bir
gözlemcinin kendi zaman ölçüsü vardır. Bu ise, ikizler paradoksuna yol açabilir.
İkizlerden biri (a), ışık hızına (c)
yakın bir hızda ilerlediği bir uzay
yolculuğuna çıkarken, ikizi (b)
dünyada kalır.
Zaman, (a)’nın hareketi nedeniyle, dünyada kalan ikizin algıladığından daha yavaş ilerler. Böylece
uzay yolcusu (a2) geri döndüğünde, ikizinin (b2) kendisinden
daha fazla yaşlandığını görecektir.
Her ne kadar genel mantığa
aykırı görünse de, bir dizi deney,
bu senaryoda yolculuğa çıkan
ikizin gerçekte gençleşeceğini
ima ediyor.
(ŞEKİL 1.6, sağda).
Bir uzay gemisi, ışığın beşte
dört hızıyla Dünya’nın sol tarafından sağ yanına geçiyor. Bir
ışık demeti, kabinin bir ucundan
gönderiliyor ve diğer ucunda
yansıtılıyor (a).
Işık, Dünya’daki ve uzay
gemisindeki insanlar tarafından
gözlemleniyor. Uzay gemisinin
hareketi nedeniyle, ışığın geri
yansıtılması sırasında katettiği
mesafe (b) konusunda aynı
düşüncede olmayacaklardır.
Bu nedenle, ayrıca ışığın söz
konusu mesafeyi katetme süresi
konusunda da farklı düşüncelere sahip olmalıdırlar, çünkü ışık
hızı, Einstein’ın kabulüne göre,
serbest hareket eden bütün
gözlemciler için aynıdır.
b
-
-
19
-
2
gelir (
-
EINSTEIN’İN BAŞKAN
ROOSEVELT’E 1939’DA
ÖNGÖRÜLÜ MEKTUBU
“Son dört
gidi at içerisinde
-
meydana getirilmesi
-
-
-
21
(n)
Uranyum (U-236)
Uranyum (U-235)
Gama ışını
(n)
Nötronun (n) çarpışı
(U-235) bileşik
çekirdeği salınım yapar
ve kararsızdır
(ŞEKİL 1.8)
(Ba-144)
bileşik
çekirdeği salınım yapar ve
kararsızdır
-
N ÜKLEER B A Ğ E NERJİSİ
Çekirdekler, yeğin bir kuvvetle
bir arada tutulan proton ve
nötronlardan meydana gelir.
Ancak çekirdeğin kütlesi, onu
oluşturan bağımsız proton ve
nötronların kütlelerinden her
zaman daha azdır. Aradaki fark
ise, çekirdeği bir arada tutan
nükleer bağ enerjisinin bir ölçüsüdür. Söz konusu bağ enerjisi
Einstein’ın ilişkisinden hesaplanabilir: nükleer bağ enerjisi =
∆mc2, (burada ∆m, çekirdeğin kütlesi ile bağımsız kütlelerin toplamı arasındaki farktır.)
22
-
-
Bağlı nötron
(Kr-89) bileşik çekirdeği
salınım yapar ve kararsızdır
Proton
Fizyon ortalama 2.4 nötron ve 215MeV’luk bir
enerji açığa çıkarır
E = mc2
Serbest
nötron
(n) nötronlar bir
reaksiyon zinciri
başlatabilir.
Gama ışını
(n)
Z İNCİRLEME R EAKSİYON
Orijinal U-235 fizyonundan çıkan bir nötron, başka
bir çekirdeğe çarpar. Bu, onun parçalanmasına neden
olur ve çarpışmalardan meydana gelen bir reaksiyon
zinciri başlar.
Eğer reaksiyon kendini sürdürürse ona “kritik” adı
verilir ve U-235 kütlesine de “kritik kütle” denir.
23
c
b
a
(ŞEKİL 1.9)
Bir kutu içerisindeki bir gözlemci Dünya’daki durağan bir asansörde mi olduğunu (a), yoksa
serbest uzayda bir roket tarafından ivme mi kazandırıldığını (b)
ayırt edemez.
Eğer roketin motoru kapatılırsa (c), asansör, asansör boşluğundaki serbest düşüş hissini
verir. (d).
d
-
-
ŞEKİL 1.10
ŞEKİL 1.11
-
Dünya düz olsaydı (Şekil 1.10),
elmanın, Newton’un başına, kütleçekimi nedeniyle veya Newton
ve Dünya yüzeyi yukarı doğru
ivme kazandığı için düştüğü söylenebilirdi. Bu denklem, küre
şeklindeki bir Dünya’da geçerli
değildi (Şekil 1.11), çünkü dünyanın zıt taraflarındaki kişiler birbirlerinden uzaklaşıyor olacaktı.
Einstein, uzay ve zamanı bükerek
bu güçlüğü yendi.
(ŞEKİL 1.12) UZAY-ZAMAN
EĞRİLERİ
İvme ve kütleçekimi sadece,
büyük bir cisim, uzayzamanı
bükerek yakın çevresindeki nesnelerin yollarını eğerse denk
olabilir.
-
-
Albert Einstein™
-
-
27
a
28
b
(ŞEKİL 1.13) I ŞIK E ĞRİLERİ
Güneş yakınından geçen bir yıldızdan gelen ışık, Güneş kütlesinin uzayzamanı bükmesiyle sapar (a). Bu, yıldızın Dünya’dan görülen konumundaki hafif kaymayı ortaya
çıkarır (b). Bu durum, bir güneş tutulması sırasında gözlemlenebilir.
-
-
-
-
29
(ŞEKİL 1.14)
Galaksilerde yapılan gözlemler
evrenin genişlediğini belirtiyor:
Neredeyse her iki galaksi arasındaki mesafe artıyor.
-
-
-
-
-
-
31
(ŞEKİL 1.15)
Büyük bir yıldız, çekirdeğindeki
yakıtını tükettiğinde ısı kaybedecek ve büzülecektir. Uzayzamanın
bükülmesi o kadar artacaktır ki,
ışığın içinden kaçamayacağı bir
kara delik meydana gelecektir.
Kara deliğin içerisinde zaman son
bulacaktır.
-
-
-
-
-
32
3)
Kara delikte
zaman son
bulur.
2)
Yıldız büzüldükçe
bükülme artar.
1)
Uzay-zamanın, çekirdek
yakıtını yakan büyük kütleli bir yıldız etrafında
bükülmesi.
33
kadar kesin olarak belirlenirse, konumu o kadar az kesinlikte
Albert Einstein™
-
-
-
-
-