veö, 14 eylül 2015 12. Fizik Haftası
Transkript
veö, 14 eylül 2015 12. Fizik Haftası
Işık ve Yerçekiminin Dansı veö, 14 eylül 2015 12. Fizik Haftası Declination (dik açıklık) ≣ gökküre ekvatorundan ne kadar kuzeye çıkıldığının açısı Yerçekiminin klasik tarihçesi Galileo, Riccioli, serbest düşüş, eylemsizlik, Kopernik… Brahe: 20 yıl veri topla => Kepler kanunları => Principia veo, 14.9.2015 2 Fotoğraf: Cassini, IPA02879, 1.1.2001 Galileo Jüpiter’in uydularının tutulmalarının saatlerini kullanarak enlem ölçümü yapmayı öneriyor. Cassini bu iş için tablolar hazırlıyor. Rømer hesaplarla gözlemler arasındaki farktan yola çıkarak ışığın hızını (Dünya-Güneş arası mesafe bölü zaman cinsinden) ölçüyor. İo: Galileo tarafından keşfedilen dört uydudan Jüpiter’e en yakın olanı. 2015 veo, 14.9.2015 Ole Rømer Işık Hızını Ölçüyor 3 1675 Peder John Michell 1783 Kaçış hızı >= ışık hızı: Karanlık yıldız “Eğer etrafında dolanan başka yıldız varsa keşfedebiliriz belki.” veo, 14.9.2015 4 Uyuyan Güzeller Google Scholar’ın Eylül 2015 sonuçlarına göre Michell’in makalesine ilk referans 1978’deki Jaki makalesi. Şimdiyse 200’ün üstünde atıf görünüyor. Jaki ise Soldner’in bir makalesinden söz ediyor: Işığın yerçekimi tarafından bükülme miktarının ilk basılmış hesabı. (Cavendish de aslında aynı hesabı Soldner’den 20 yıl önce yapmış!) veo, 14.9.2015 Bu güzelleri kim uyuttu? 5 veo, 14.9.2015 6 Fotograf: Andrew Dunn Young ve Ünlü Deneyi Gruyères Şatosu ve François Arago veo, 14.9.2015 7 Augustin-Jean Fresnel Siméon D. Poisson veo, 14.9.2015 8 François Arago, Fransa’nın 25. başbakanı Poisson (Arago) Noktası Işığın Hızı Yeniden Ölçmemiz lazım: Işığın dalga-parçacık hikayesine karar vermek için. [Newton’un tanecikleri; acaba yerçekiminin anlaşılması için de önemli miydiler?] Ölçmemiz lazım: Astronomik birimi belirleyebilmek için. Arago’nun çağrısına iki kişi cevap verir: Foucault ve Fizeau. Suda daha yavaş çıkar ışığın hızı. veo, 14.9.2015 9 Fizeau’nun Deneyi ve Devamı Cıva üzerinde yüzdürülen granit blok Fizeau girişimölçeri -> Kısmi esir sürüklenmesi -> Michelson ve Morley deneyi tekrarlar -> PHYS202 vize sınavı sorusu -> Michelson girişimölçeri -> Michelson-Morley deneyi -> Dalga var ama esir yok -> Özel görelilik ve zamanın geometriye eklenmesi! veo, 14.9.2015 10 1907 - Güzel Bir Yıl Eylül 1907’de Radyoaktivite ve Elektronik Yıllığı dergisinin editörü Johannes Stark görelilik üzerine bir derleme makalesi ister. Bu uzun makalenin son 9 sayfasını Einstein görelilik+yerçekimine ve tabi ışığın yerçekimden etkilenmesine ayırır. Çünkü üzerinde çalışırken aklına yeni bir şeyler gelmiştir: “When I was busy with a comprehensive summary of my work on the special theory relativity for the ‘Jahrbuch für Radioaktivität und Elektronik’, I also had to try to modify Newton's theory of gravitation in such a way that its laws fitted into the theory. Attempts in this direction showed the feasibility of this enterprise, but did not satisfy me, because they had to be based upon unfounded physical hypotheses. Then there came to me the happiest thought of my life in the following form:” veo, 14.9.2015 11 Tarihsel detaylar için: G. Weinstein, Einstein's Pathway to the Equivalence Principle 1905-1907, arXiv:1208.5137 Einstein’ın en mutlu düşüncesi Çizgiromanın diğer sayfaları için: spark.sciencemag.org/generalrelativity/ “The extremely strange experimental law that all bodies fall in the same gravitational field with the same acceleration, immediately receives through this idea a deep physical meaning. If there were just one single thing that fell differently in a gravitational field from the others, the observer could recognize with its help that he was in a gravitational field and that he was falling in the latter. But if such a thing does not exist – as experience has shown with great precision – then there is no objective reason for the observer to regard himself as falling in a gravitational field. veo, 14.9.2015 12 Rather, he has the right to consider his state at rest with respect to gravitation, and his environment as field-free.” Işığın Bükülmesi 1911’de Einstein yerçekiminin ışığın üzerindeki etkisini detaylandırır. Eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin eşitliğine tekrar parmak basar. Döndük dolaştık 100 küsür yıl sonra kaç bulduk? “A light-ray going past the Sun would accordingly undergo deflection by the amount of 0.83 seconds of arc.” Lenard bunu kullanacaktır! veo, 14.9.2015 13 Hesabın Doğrusu 1915, Einstein “görelilik kuramının en uç halini” (genel görelilik) kullanarak gözden geçirilmiş hesabını açıklar. Cevap iki katına çıkmıştır. Ölçüm 29 Mayıs 1919’da gelir: Güneş tutulması sırasında Einstein’ın hesabı başarıyla kontrol edilmiştir. veo, 14.9.2015 14 Einstein Artısı/Hacı “Bend it like Einstein” Pegasus takımyıldızına doğru bakınca 8 milyar yıl önceki bir kuazarın dört ayrı resmini görüyoruz; bizden 400 milyon ışık yılı uzaktaki bir galaksinin ışığı bükmesi sayesinde… www.spacetelescope.org/images/potw1204a/ veo, 14.9.2015 15 Pekiyi sadece bükülme mi? Pound-Rebka Deneyi Yerçekimi sebebiyle kızıla ve mora kaymanın gözlemlenmesi. Einstein’ın 1916’da önerdiği üç klasik genel görelilik testinden sonuncusu. 1911 makalesinde tarif edilen düşünce deneyinin uygulanması. Mössbauer etkisinin keşfi sayesinde hassas ölçümler mümkün… veo, 14.9.2015 16 http://physics.aps.org/story/v16/st1 Lazer, Ay ve Yerçekimi Testleri Güçlü özdeşlik ilkesinin testleri. Soru: Acaba Dünya ve Ay Güneş’e doğru aynı miktarda mı düşüyorlar? Lazerle Ay menzilini bulma (lunar laser ranging) ölçümleri Ay ile Dünya arasındaki gravitasyonel eylemsizlik kütleleri oranı farkını 10^{−13} ölçeğinde sınırlıyor. (mG/mI)E - (mG/mI)M Genel göreliliğin alternatifleri (örneğin skalertensör kuramlar) üzerinde sıkı deneysel limitler. veo, 14.9.2015 17 http://labcit.ligo.caltech.edu/LIGO_web/0209news/livaerial2.jpg Burada Ne Yapıyorlar? veo, 14.9.2015 Devasa bir Michelson girişimölçeri. Kolların boyunun yerçekim dalgaları tarafından oynatılmasını bekliyoruz… 18 Yerçekimi Dalgaları? Advanced LIGO veri almaya başlamak üzere. Advanced Virgo ise 2016-17’i hedefliyor. Tasarlanmış hassasiyetine ulaşmaları 2019’u bulacak. Kaynaşmakta olan iki yıldız (nötron yıldızı veya karadelik), kütleleri de tipik karadelik kütleleri civarında ise yüzlerce megaparsek uzaklıkta dahi olsalar gözlenebilecekler. Astronomide yepyeni bir sayfa. CMB polarizasyonunda yerçekimi dalgalarının izlerini arayan, pulsarların hassas zamanlamasında kaymalar bakan başka deneyler de var. veo, 14.9.2015 19 Herşey Güllük Gülistanlık Hubble Sees a Smiling Lens veo, 14.9.2015 20 Pek de öyle değil… https://www.quantamagazine.org/20150803-physics-theories-map/ Elimizde bir sürü temel soru var… veo, 14.9.2015 21 sammysart.wordpress.com/2013/05/10/winter-is-coming/ Acaba kış mı geliyor? Çift yıldızlı bir sistemindeyiz. Yani maalesef bir üç-cisim problemiyle karşı karşıyayız. arxiv.org/abs/1304.0445 veo, 14.9.2015 22 Giovanni Battista Riccioli Riccioli sistematik bir şekilde farklı farklı sarkaçlar yapıp, onları sabırla kalibre etmiş. Alexandre Koyré’nin bir makalesinden: “For six consecutive hours, from nine o’clock in the morning to three o’clock in the afternoon, he counts .... The result is disastrous: 21,706 oscillations instead of 21,660. Moreover, ... sundial itself lacks the wanted precision. Another pendulum is prepared and “with the aid of nine Jesuit fathers,” he starts counting anew; this time, the second of April 1642, for twentyfour consecutive hours, from noon to noon: the result is 87,998 oscillations whereas the solar day contains only 86,640 seconds. ... decides to make a fourth trial, ... three nights, three days, ...” veo, 14.9.2015 23 Proceedings of the American Philosophical Society, Vol. 97, No. 2 (Apr. 30, 1953), pp. 222-237 Riccioli’nin Verileri g=9.4±0.2 m/s2 veo, 14.9.2015 24 Anatomy of a fall: Giovanni Battista Riccioli and the story of g, by Christopher M. Graney, Phys. Today 65(9), 36 (2012); doi: 10.1063/PT.3.1716 Bahtsız Riccioli Işık kaprisli bir kılavuz Ah şu Young, Fresnel, Airy, vs. iki yüzyıl önce yaşasalardı. Brahe ve Riccioli gibi iyi bilimciler de o zaman dünyamerkezci olmazlardı. Bazen zamanında önce gelen fikirler olduğu gibi, bazen de geç kalan fikirler oluyor. veo, 14.9.2015 25 Bazen yanıt yüzyıllardır bize bakıyor… Fizik 101 - Birim Analizi Bir üçgeni özgün bir şekilde tanımlamak için en az kaç tane sayı gerekir? 3 kenar 2 kenar + 1 açı 1 kenar + 2 açı Neden 3 açı olmuyor? veo, 14.9.2015 26 Pisagor Fayans Kaplama Aynı probleme bambaşka bir bakış… veo, 14.9.2015 27 Neyrizi gibi matematikçiler 9. yy.’da Pisagor teoremini bu yöntemle kanıtlamışlardı. Gauss, Pisagor Üçgeni ve Dünyadışı Zeka Evet, geodesiyle ilgilenmiş; evet, dağların tepesinde üçgenler ölçmüş; evet Öklid dışı geometrilerle ingilenmiş; evet, Gauss-Bonnet teoremi düşünmüş. Ama hayır, dünya yüzeyinin yuvarlaklığından öte evrenin Öklid dışı olup olmadığını test ettiğini zannetmiyoruz. Onun yerine uzaylılar bağlantı kurmaya karar vermiş. veo, 14.9.2015 28 Öklid Öğeler 1. Kitap Özer Öztürk, David Pierce, 2011-14 Geminiano Rondelli, 1719 Müsellesin, zaviyetan-ı dahiletan mecmu’ü 180 derecedir (iki amûd zâviye?). veo, 14.9.2015 29 Sex Priora Euclidis Elementa, quibus accesserunt undecimum & duodecimum İki Dik Açı = Duobus Rectis veo, 14.9.2015 30 H. E. Burton, 1945 Öklid Optik Işık/ışın baştan beri “doğru”nun tanımı! veo, 14.9.2015 31 Son söz: Pekiyi bize ne lazım? Acaba gözümüzün önünden kaçırdığımız birşeyler mi var? Markapoulou: “Boolean mantık kurallarından vaz geçelim.” Fikirlerin çarpıştığı temel düşünce deneylerini kurcalayalım. Karadelik bilgi paradoksu. Ateş duvarı. ER=EPR? Yeni ölçümler gerekli. Yerçekimini hep pasif kullandık. Biraz daha aktif olarak kullanacak deneyler tasarlayabilir miyiz? Örneğin Güneş’in yerçekimini karanlık madde parçacıklarının önünde bir lens gibi kullanabilir miyiz? Yerçekimi dalgalarını astrofizikte, kozmolojide kullabilir miyiz? LISA vs. gibi deneylerle astronomik boyutlarda üçgenler çizip kenarlarını ölçebilir miyiz? Bilimin tüm alanlarıyla etkileşmeliyiz. Mössbauer etkisini keşfetmemiş olsaydık, PoundRebka deneyi hayal olurdu. Ancak tüm bunlar için önce sakin kafayla oturup, küçük çocuklar gibi öğrenmeliyiz. Temel bilgileri kendimize göre yorumlamalıyız. Başkalarının ne dediğinden, ne not verdiğinden, nasıl öğrendiğinden bağımsız! Genel göreliliğin yüzüncü yılında, keyfini çıkara çıkara öğrenmeye bakın… veo, 14.9.2015 32