İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

Evrenin Sınırları -1

Daha doğrusu evrenin “Gözlemlenebilir” sınırları.

Birçok bilim insanı ve düşünür tarafından “Acaba simülasyonda mı yaşıyoruz” sorusu sıklıkla sorulur. Bunu gerçekten anlamanın yolu olmadığını iddia edenler olsa da evrenin aslında çok da özgür bir bahçe olmadığını bilmek bize bu ihtimalin aslında çok güçlü olduğunu gösteriyor.

Bir bilgisayar oyununda yapabileceklerinizin sınırı vardır. Böylelikle oyunu hackleyip (Kodlarını kırıp) oyunun dosyalarına erişmeniz, kodlarını değiştirmeniz engellenir. Evren de benzeri bir yapıya sahiptir. Evrenin limitleri sayesinde evrenin dokusunda bir hasar oluşturmak ve dahi evrenin her yerinde geçerli olan fizik kurallarını manipüle etmek günümüzde imkansızdır.

Bize simülasyonda olduğumuzu ve evrenin aslında çok da sonsuz olmadığını düşündüren şey boyutlarla değil, birimlerle ilgilidir. Erişilebilen en yüksek hızın, en yüksek/en düşük sıcaklığın, en büyük yoğunluğun en düşük hacmin hep bir sınırı vardır.

Bu bize aslında bir bilgisayar simülasyonunda olabileceğimizi hatırlatan en büyük delildir.

Herkes kendi hipnozunda yaşar. Stephen Hawking

1.Sınır : Mümkün Olan Minimum Sıcaklık

Mutlak Sıfırda Gözlemlenebilen Bir Kuark Plazması

0 kelvin

Evet, basitçe 0 kelvin. Ya da bizim yaygın kullandığımız ve halk arasında da bilinen Celcius ( °C ) ölçeğine göre -273.15 derece

Peki, mutlak sıfır noktası olarak adlandırdığımız bu -273 °C sıcaklıkta ne oluyor ? Bir şeylerin çok fazla ısınması sonucu önce maddenin hal değiştirmesi (katı-sıvı-gaz ve plazma hallerine geçişi) ve ardından ise atomun yapısında bozunmalar olduğunu biliyoruz. Örneğin çok yüksek sıcaklıklara atomun çekirdek yapısının bozulması hatta protonların kuarklara parçalanması, elektronların foton saçması gibi durumlar bunlara örnek teşkil ediyor.

Atomların yüksek ısıda parçalanması ve onları oluşturan yapıtaşlarından oluşan (Kuark-Gluon) bir yığına dönüşmesi görülmektedir

Normalde bir atom etrafında elektronlar daima hareket halindedir. Örneğin yüzyıllar önce donmuş bir canlının buzullar altında saklandığını düşünün. Biz insan algısı ile bu canlının tamamen ve somut olarak hareketsiz, donmuş olduğunu düşünüyoruz. Ancak dünyada (normal şartlar altında) elde edilebilecek en düşük sıcaklık dahi mutlak sıfırdan çok çok sıcaktır.

Not: Dünya’da tarihsel olarak saptanan en düşük sıcaklık -89.2°C’dir. Bu, mutlak sıfır noktasından tam 183 °C daha sıcaktır.

Dolayısı ile aslında bu canlıyı oluşturan hücrelerin molekülleri sabit olsa da moleküllerin yapıtaşındaki atomlar daima hareket halindedir. Elektronlar durmak bilmeden sürekli atom çekirdeğinin etrafında dönerek atomun fiziki hal yapısını korumaktadır. Buna binaen, elektronlar atom çekirdeğinin etrafında hızı ve zamanı aynı anda bilinemeyecek kadar hızlı hareket ederek (Bkz: Heisenberg belirsizlik ilkesi) atomun uzayda bir hacime sahip olmasını sağlar.

İki atomun fiziksel olarak birbirine dokunması yalnızca elektronların birbiri ile çarpışması vasıtası ile olabilir. Normal şartlar altında asla iki atom çekirdeği birbirine temas edemez. Bu nükleer bir patlamaya ve önlenemez bir bozunma tepkimesine sebep olabilir.

Mutlak sıfır noktasında atomun kinetik enerjisi sıfır olur. Yani atomun etrafını kuşatan ve ona görünmez bir zırh olarak hacim kazandıran bu elektronlar tamamen durur.

Ancak korkmaya gerek yok. Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması (Henüz varlık sebebi ve nereden geldiği somut olarak bilinmeyen gizemli bir güç, büyük patlama zamanında salgılandığına inanılıyor),durmak üzere olan bu elektronları bir şekilde çok yavaş da olsa hareket ettirir. Böylelikle iki atom çekirdeğinin birbirine dokunması mümkün olan en düşük sıcaklıkta dahi gerçekleşmez.

Neden en düşük sıcaklık -273.15 derecedir ?

Sıcaklık esasen atomların kinetik enerjisidir. Bu enerjinin atom üzerinde yarattığı uyarılma ve bunun neticesinde de atomun ürettiği salınım (titreşim) sayesinde en düşük sıcaklık ölçülebilmektedir. Mutlak sıfır noktasında gelinene kadar atomlar soğutma girişimlerine cevap verir.

Yani, soğutma işlemi uygulandıkça (Atomdan kinetik enerji alındıkça) elektronların kaybettiği kinetik enerji kestirilebilmektedir. Böylelikle kinetik enerjideki düşüş ile sıcaklığının da düştüğü hesaplanılır. Ancak -273 °C sıcaklıkta yani 0 Kelvin’de elektronlar sahip olabileceği en düşük kinetik enerjiye sahip olur. Bu noktadan sonra ne kadar soğutma işlemi uygulansa da sonuç alınamaz zira elektronlar artık ulaşabileceği en düşük kinetik enerji ile sıfıra yakın bir salınımda devam etmektedir.

Elektronlar soğutuldukça sahip oldukları kinetik enerjiyi doğrudan evrenin her tarafında olan gizemli bir enerjiye borçludur (Kozmik mikrodalga arka plan, Fon Radyasyonu veya CMB olarak bilinir)

Not: Bizim için alışılan sıfır algısı soğuk olsa da evren çapında geçerli gerçek sıcaklık Kelvin’dir. Çünkü mutlak sıfır, evrenin her yerinde en düşük sıcaklıktır. Bu da mutlak sıfır noktasını evrenin bir limiti yapmaktadır.

2.Sınır: Mümkün Olan En Küçük Uzunluk

1,61622837 × 10^-35 metre (Planck Uzunluğu)

Atomların kütlesinin çok büyük bir bölümü çekirdeklerinde bulunmaktadır. Ancak tezattır ki bir hacminin çok büyük bir bölümü ise elektronlar tarafından oluşturulur. Bir atomun kütlesinin yaklaşık %99.99’u atomun çekirdeğinde bulunmaktadır.

Nitekim toplam atom kütlesinin %0.01’inden azını oluşturan elektronlar, atom için bir futbol sahası kadar büyük bir alan oluşturur. Tüm bunları hesaplayacak olursak atom çekirdeğinin elektronların yörüngesinden oluşan bu saha içerisindeki büyüklüğü ise ancak bir futbol topu kadar olacaktır. Dolayısı ile elektronların dolandığı yörünge ve atom çekirdeği arasındaki boşluk çok büyüktür.

Bir atomun yalnızca 0.0000000000004%’ünde bir şeyler (proton,nötron,elektron ve bunları oluşturan parçacıklar) vardır .Geri kalanı ise tamamen boşluktan oluşur.

Elektronların, bir atom etrafında kestirilemeyecek kadar yüksek bir hızda dönerek elektrona bir hacim kazandırdığını söylemiştik. Elektronların oluşturduğu hacim, atomun çekirdeğini sanki bir zar gibi sarar. Ancak bu zar, gerçekte mevcut değildir. Siz dokunduğunuzda oradadır.

Heissenberg belirsizlik ilkesi gereği, elektronun hızı ve yeri aynı anda bilinemez. Dolayısı ile elektronların atomun çevresini tamamen kapladığı düşünülür. Zira elektron bir T anında orada olmasa bile T+1 anında dokunma noktasında olacaktır. Kısacası elektronlar, atomun çevresinde aynı anda her yerde ve hiçbir yerdedir. Tek elektronu olan hidrojen atomunun çekirdeğine dahi dokunmak normal şartlar altında mümkün değildir.

Birisiyle tokalaştığınızda aslında kütlelerinizi oluşturan atom çekirdekleri ile dokunmazsınız. Yalnızca elinizi oluşturan atomların elektronları çarpışır ve siz basıncı hissedersiniz.

Peki evrendeki en kısa uzaklık iki kişinin el sıkışması esnasında çarpışan elektronların arasındaki mesafe midir ?

Hayır, evrendeki en kısa uzaklık bundan çok çok daha küçüktür. Zaten el sıkışırken elektronlarınız da asla çarpışmaz. İkisi de eksi yüklü olduğu için birbirlerini iterler ki bu da çok uzaktan gerçekleşir. Dolayısı ile aslında birinin elini tuttuğunuzda somut olarak aranızda çok büyük bir mesafe vardır ve bu mesafe normal imkanlar dahilinde azaltılamaz.

Mümkün olan en küçük uzaklık birimi, bir elektrondan çok daha küçüktür. Öyle ki evrenin en küçük birim uzunluğu olarak bilinen Planck uzunluğu, proton çapının 10−20 katıdır ve bu değer oldukça küçüktür.

Planck uzunluğunun bir elektron ile kıyası. Planck uzunluğunun metre gibi iki boyutlu değil de üç boyutlu bir küre olarak gösterilmesinin sebebi, evrendeki her varlık üç boyutlu olduğundan bu birimin de üç boyutu ifade etmesinden kaynaklanmaktadır.

Atomlar bu ölçek için çok büyüktür. Öyle ki atomu oluşturan parçacıkları ölçmek için dahi planck uzunluğu çok büyük kalmaktadır. Ancak bu atomun bileşenlerinin alt parçacıklarını ölçmek için planck uzunluğu bir ölçek olarak kullanılabilir. Bir Planck uzunluğundan daha kısa yerler arasındaki farkı ölçmek imkânsızdır. Bu nedenle planck uzunluğundan daha kısa bir uzunluk yoktur.

Neden en düşük uzunluk Planck uzunluğudur ?

0’dan büyük en küçük sayı ne olabilir ? 0’dan büyük en küçük tam sayının “1” olduğunu söyleyebiliyoruz. Çünkü tamsayılar küsuratlı değildir. Dolayısı ile tam sayıların birimi “Bir (1)”dir.

Ancak 0’dan büyük ve en küçük sayı ne olabilir ?

0.01

0.00000000001

0.000000000000000000000000000000000000000000000001

Görebileceğiniz üzere 0’dan büyük en küçük sayıya 10-∞ (10 üzeri eksi sonsuz, yani virgülden sonra sonsuz sayıda sıfır) diyebiliriz. Evrende çok küçük nesneleri ölçerken somut bir birime ihtiyaç duyulacağı kuvvetle muhtemeldir. Zira matematiksel olarak daha büyük ölçekleri istediğimiz kadar bölerek yeni ölçekler türetme şansımız olsa da (Örneğin metreden nanometreyi türetmek gibi) bu, atom altı dünyasında hesaplama hatalarına sebep olur.

Bu nedenle fizik bilimi, tabiri caizse atom altı parçacıkları yan yana koyarak ölçebileceği bir birime ihtiyaç duyar. Elbette planck uzunluğundaki bir planck nesnesini atom altı parçacıklarla yan yana koyarak ölçmek de mümkün değildir (veya oldukça zordur) ancak asıl konu, bu uzunluğun ölçeklendirilebilir ve evrensel bir sabit üzerinden birimleştirilmesidir.

Planck uzunluğunun diğer nesnelere kıyasla boyutu

Henüz planck uzunluğundan daha kısa bir varlık yoktur diyemeyiz. Ancak var ise, evrenin yeni uzunluk birimi yeni keşfettiğimiz varlığın uzunluğu olur.

1 planck uzunluğundaki bir varlığı elbette matematiksel olarak 10’a, 100’e bölebiliriz ancak bu durumda elde ettiğimiz alt birimler ile asla gözlem yapamayız. Çünkü gözlemlenebilir evrende planck uzunluğundan daha ufak ölçülere sahip hiçbir şey yoktur. Birimin bölünemezliği bize hesaplamalarda güvence, evrensellik ve evrenin limitini getiriyor. Matematiği soyut yapan şey aslında birimlere sahip olmamasıdır. Gerçek evrenin sonsuz matematiksen soyutlanmış olması, evrende olabilecek en düşük uzunluk limitini belirleyen planck sabitinin aynı zamanda evrenin gerçek uzunluk birimi olmasını sağlamaktadır.

“Herkes, kendi sınırlarını Evren’in sınırları zanneder.”

– Arthur Schopenhauer

İlk yorum yapan siz olun

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.