fiziğin sınırları, sınırların...

Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği

Prof. Dr. Bilal GÜNEŞ Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi

Fizik Eğitimi A.B.D.

Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği

[email protected]

Fiziğin Sınırları, Sınırların Fiziği, 9-17 Temmuz 2011, Çanakkale

• TÜBİTAK

• Eğiticilerin Eğitimi Çalıştayı, 2006, TÜSSİDE

• Proje Danışmanlığı, 2008, YİBO, TÜSSİDE

• Proje Yürütücüsü/Araştırmacısı

• Panelist

• Bu Benim Eserim

• Ortaöğretim Öğrencileri Arası Proje Yarışmaları

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

Proje Görevleri

../Fizik Ogretim Programi/fizik ogretim programi_bilalgunes.ppt


• ?

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)

Fizik Yaşamımızın Neresinde?


• 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)

Nereden Nereye?


11. Sınıf :Yıldızlardan Yıldızsılara

12. Sınıf :Atomlardan Kuarklara


• 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

KESİNLİĞE ELVEDA


• 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.

•

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

•



• 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



• Temel Kuvvetler ve Sicim Teorisi • Kütleçekim kuvveti

• Elektromagnetik Kuvvet

• Zayıf Çekirdek Kuvveti

• Yeğin Çekirdek Kuvveti

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?

Kuvvet


• Kütleçekim Kuvveti • Uzay ve Zaman

Kuvvet


• Kütleçekim Kuvveti • Kütleçekim kuvveti yok (mu)?

• Cisimler Eylemsizlik nedeni ile hareket etmektedir.

• Kütleçekimi eğik uzay mıdır?

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.

Kuvvet


• 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?

Güneş


• Tanecik mi? Dalga mı? • Dalga: Girişim, Kırınım

• Tanecik: Compton Olayı, Fotoelektrik olay, basınç,..

• De Broglie Dalgası Elektromagnetik/Mekanik dalga mıdır?

Işığın Yapısı


• 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?

Işık Hızı


• Boşlukta 3x10^8 m/s

• Hava’da

• Su’da

• Cam’da

Işık Hızı Ortama Göre Değişir mi?


• 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!”.

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?

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?

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.

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?...

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).

Özel Görelilik


• Işık Hızı-Kütle

Özel Görelilik

Özel Görelilik

• Işık Hızı-Kütle


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.


Özel & Genel Görelilik

• Bir cisim kütleçekimini (ivmeyi) hissetmiyorsa özel görelilik uygulanmalıdır.

• Işık, dört boyutlu uzay-zamanı takip edeceğinden eğri yol izler.


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.


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.


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.

• Ancak Einstein yine de yanılmamıştı.


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



• Kütle-enerji

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?

Kütle-enerji


• Çay • Bir fincan sıcak çay

• Çay soğduğunda kütlesi değişir mi?

Kütle-enerji


• Atom • Isıtılan sıcak çay atomlarının durumu

• Soğutulan çay atomlarının durumu

• Fisyon-Füzyon-Bağlanma Enerjisi

Kütle-enerji


• Kömür-Fisyon-Füzyon • Kömür yandığında açığa çıkan ürünlerin toplam kütesi azalır. Ama çok az.

• Fisyon:

• Füzyon: H+HHe, 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.

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?

Kütle-enerji


• Kütlenin tamamı enerjiye dönüşebilir mi? • Kömür-Fisyon-Füzyon-Karadelik-?

• %100: Madde-Anti madde

• Madde+Anti maddeFoton

• 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

Kütle-enerji


• Aynaya baktığımızda görüntümüz gerçek olabilir mi?

• Elektron-pozitron, proton-antiproton, nötron-antinötron, kuark-antikuark

• Evren-Anti Evren (Paralel Evren)?

Kütle-Enerji?


Birçok olay Einstein ile başlayıp, Einstein ile bitiyormuş gibi

görünüyor.

Bilim Dünyasında


T E Ş E K K Ü R L E R

FİZİK, YAŞAMIMIZIN KENDİSİDİR.

Fizikçi ise kendisine soru sorma alışkanlığı kazanmış kişidir?

fiziğin sınırları, sınırların...

Documents