Kuantum

16 06 2009 • Kuantum Fiziği, Sözlük • Bir yorum yapılmış

Kuantum fiziği ya da kuantum mekaniği atom altı boyutlarda geçerli doğa kanunlarını açıklamaya çalışan bir fizik konusudur. Kuantum kelimesi dilimize nicem diye çok doğru bir şekilde çevrilmiştir. Fakat, kuantum fiziğini bu konuda bilgisi olmayan birine anlatırken nicem mekaniği demek de kesmiyor. Konu zaten kendinden bir anlaşılmazlış taşırken Türkçesinin (aslında İngilizcesinin de) çok garip bir kelime olması bir anlaşılmazlık katmanı daha ekliyor.

Lafı gevelemeden nice yani kuanta ya da quanta kelimelerinden işe başlayalım. Nice kelimesini ben uydurdum aslında. Hemen TDK sözlüğüne bakıyorum…, ve evet yanılmamışım. Nice miktar anlamına geliyor. Nicelik kelimesinin de kökeni diyebiliriz. Miktardan kasıt sayısal bir değer yani “10 tane elma” derken nicelik 10 sayısına denk geliyor. “On elma” öbeğindeki sıfada da bu yüzden nicelik sıfatı diyoruz. Osmanlıcası da kemmiyet. Hatta işi biraz daha geyiğe vurmak için “nicelik değil nitelik önemlidir” denir mesela; yani çokluk değil nasıl olduğu önemlidir. Osmanlıca’da da “kemmiyet değil keyfiyet lazımdır” denebilir. İngilizce’de de “not the quantity, but the quality is the important thing” gibi bir şeyler denebilir. Yani bu kadar açıklamadan sonra “kuantum” kelimesinin “kuanta” ya yani “quantity”nin köküyle aynı şeye denk geldiğini anlamışsızdır umarım. Yani sayılabilir bir şeylerden bahsediyoruz. Bu genellikle “bir, iki, üç” gibi bir sayılma demek. Şimdi niye bu kelime üzerinde bu kadar duruldu ve hatta kuantum mekaniği ile alakası nedir onu açıklamaya geçelim.

Kuantum mekaniği zamanında klasik mekaniğin açıklayamadığı bazı olayları açıklamaya çalışırken çıkmış bir konu. Klasik mekanik de bildiğiniz Newton mekaniği yani lisede başlangıç tadında işlediğimiz mekanik. Tabii kuantum çıkmadan önce de “klasik”miydi bilmiyorum. Bence değildi. O zamanlar bence o mekaniğe sadece “mekanik” ya da “Newton mekaniği” gibi şeyler deniyordu.

Açıklanamayan olarlar neler diye soracak olursanız ilk olarak aklıma ışık görüngeleri geliyor. Hani güneş ışığını prizmadan geçirince çıkıyor ya. Gökkuşağı gibi. İşte o tip bir görüngeyi tüm ışımalara uygulayabiliyorsunuz. Mesela mavi ışığa uyguladınız diyelim. Yüm bir gökkuşağını görmek yerine sadece mavi kısımda birkaç çizgi görüyorsunuz (aslında çizgi görmek için özel bir kaç ekipmana ihtiyacınız var, prizmadan mavi ışığı geçirirseniz muhtemelen gene mavi bir ışık görürsünüz). Bu görünye yöntemi gelen ışığın nasıl bir kaynaktan geldiğini anlamamıza yardımcı oluyor. Floresan lambaları düşünün. O lambaların içinde civa gazı falan var değil mi? İşte o gazı çıkarım diyelim ki Helyum koydunuz. Beyaz filtreyi boyamadığınız zaman helyumun ışıma rengini göreceksiniz. Bunu bir prizmamsı aletten geçirirseniz elinizde Helyumun ışık görüngesi olacaktır. İyi bir düzenekle bu görüngenin aslında ayrık bir kaç noktadan oluştuğunu gözlemlersiniz. Yani helyum sadece bir kaç dalga boyunda ışık saçıyor. Sadece belli dalga boylarında. Bunun çevirisi şudur. Helyumun yörüngelerinde dolaşan elektronlar sadece belli atlamalar yapıyorlar. Bu atlamalarda da belli enerjide ve dolayısıyla belli dalga boylarında ve dolayısıyla belli renklerde ışık saçıyor.

Eee… Bunun neresinde kuantum var? İşte belli…belli…belli diye saydım ya. Saydım yani. Bir, iki, üç… diye. İşte kuantum bu.

Klasik mekaniğe göre ise elektronlar her eşenrjide atlama yapabilmeli! Yani helyumu ışıttığımızda belli bir renkte ışık almak yerine bembeyaz bir ışık almalıyız. Ama olmuyor.

İşte aklıma gelen en basit ve en güzel örnek bu.

Tabii ki bu belki kuantum mekaniği konusunun sadece ufak bir kısmı. Kuantum mekaniği, her türlü enerjiyi belli kuantalara ayırır. Mesela ışık için bu kuanta fotondur. Elektrik için elektron, yerçekimi için graviton (”gravite”den), ses(titreşim) için fonon,… Asıl soru şu. Biz neden bunu tam olarak algılayamıyoruz? Yani elektrik akımını devamlı süregiden bir akım olarak görüyoruz da dıt..dıt..dıt diye atlayan bir şey olarak görmüyoruz? Bunun cevabını yazının başında vermiştim aslında. Kuantum mekaniği atom altı dünyada olup biteni açıklamak için bir kuram. Yani belli bir ölçekte anlamlı oluyor. Ölçek büyüdükçe zaten gözümüzün dibine kadar giren klasik mekanik geçerli oluyor. Bu geçiş nasıl oluyor tam bir bilgim yok. İleride öğrenebilirsem yazarım.

Kuantumla alakalı başka bir çok konu var. Belirsizlik ilkesi, v.s. gibi; ama, bir açıklama niteliğindeki bu yazıya eklemek istemiyorum. Onlar için ayrı ayrı yazılar yazarım.

Resim kaynağı: Wikipedia

Kuantum bilgisayar ya da hesaplama

15 06 2009 • Kuantum Fiziği, Sunum • Bir yorum yapılmış

Finallerin bitmesinden ve tehlikeli durumları atlattıktan sonra yaptığımız ilk grup toplantısında hocamın verdiği bir makaleyi sundum. Makalenin kuantum bilgisayarlar hakkında çok dar sayılabilecek bir konusu vardı ama sunumu renklendirmek adına kuantum bilgisayarlar hakkında temel sayılabilecek bir kaç bilgi de koydum. Sunuma aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz. Sunum nedense İngilizce (!). Bunun daha geni bir Türkçe sürümünü hazırlarım zaman bulunca. Hatta bir iki gün zarfında açıklayıcı bir kaç yazıyla kuantum bilgisayar nedir ne değildir tanıtmaya da çalışırım.

All Optical Quantum Computation (Powerpoint 2007 Sunumu, 329KB)

Aşağıda da çevrimiçi izleyebileceğiniz bir sürümü var

Sunumu ufak bir grup için hazırladığımdan dolayı referansları sallamıştım. Referans kısmı aşağıdadır.

1. Nielsen, Michel A. ve Chuang, Isaac L., Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, Londra (2000).
2. Walther, P. et al., Nature 434, 169-176 (2005) DOI: 10.1038/nature03347
3. Gisin, N. et al., Rev. Mod. Phys. 74(1), 145-195 (2002) DOI: 10.1103/RevModPhys.74.145
4. Politi, A. et al., Science 320, 646-649 (2008) DOI: 10.1126/science.1155441

Asıl anlatmaya çalıştığım makale 4. referans. Kübit resmini de Wikipedia‘dan aldım.

Üstüniletkenlik

15 06 2009 • Sözlük • Yorum yapılmamış

Üstüniletkenlik belli malzemelerde gözlenir ve malzemenin üzerinden geçen akımın neredeyse hiçbir kayıba uğramadan iletilmesi anlamına gelir. İlk defa 1910′lu tarihlerde gözlenen bu özellik, malzemenin belli bir sıcaklığın altına soğtulmasıyla açığa çıkıyor. Bu sıcaklığa terim olarak kritik sıcaklık dense de, kritik sıcaklık ferromanyetizma gibi daha başka özellikler için de kullanılan bir terim.

Üstünilekenlerin içerisinden geçen akıma karşı direnç göstermemesi bu malzemeleri çok verimli ve güçlü manyetik alan üretebilen elektromıknatıslar üretmeye elverişli kılıyor. Şu anda en yaygın uygulamalar da bu alanda. Üretilen elektromıknatıslar hızlı trenlerin havada asılı gitmelerinden parçacık hızlandırıcılara kadar büyük manyetik alan uygulamanın gerekli olduğu her alanda kullanılmakta. Örneğin MRI makinelerinde de bu tip mıknatıslar kullanılmakta.

Üstüniletkenliğin tam olarak sebebi çözülmüş değil. Yani hangi malzemenin üstüniletkenlik gösterebildiği konusunda çok açık bir özellik listesi yok. Şu ana kadar elde edilen malzemeler genellikle deneme yanılma yoluyla elde edilmiş.

Üztün iletkenliğin fiziksel olarak açıklanmasında ise bir kaç kuram mevcut. Bunlardan birisi kritik sıcaklığın altında elektronların çiftler oluşturduğunu öne sürer. Cooper eşleri denen bu çiftler normalde elektronların 1/2 olan spin değerlerini iki elektronun çiftlenmesinden dolayı toplanda 1 spin değerine sahip oluyorlar. Spin değeri tam bir sayı olduğu için bu çiftler bozon parçacıkları gibi davranmaya başlıyorlar ve kritik sıcaklığın altında üstünakışkan bir kipe geçiyorlar. Benzer bir üstün akışkan kipi sıvı helyum için de geçerli.

Fotoğraf kaynak: Wikipedia

Çok ince filmlerde üstün iletkenlik

15 06 2009 • Haberler • Yorum yapılmamış

Canlıküredeki değişim

14 06 2009 • Çeviriler • Yorum yapılmamış

NASA’nın haftalık bülteninden gelen bu sunum 1999′dan 2008′e kadar olan canlıküre fotoğraflarını karşılaştırıyor. 10 sene içerisinde ufak gibi görülen bir kaç değişiklik var. Ama tabii ki unutulmaması gereken şey, bu ufak değişikliklerin çok büyük alanları kapsadığı. Metinde güzel bilgiler olduğu için elimden geldiğince bir çevirisini yapmaya çalıştım. Yazının devamı »

Saydam nanolif kağıt

14 06 2009 • Haberler, Nanoteknoloji • Yorum yapılmamış

Japon bilim adamları bildiğimiz kağıttan kimyasal olarak çok farklı olmayan ama saydam kağıt üretmişler. Ürettikleri kağıt saydamlığını normal kağıttan 5 bin kat daha küçük liflerden oluşmasına borçlu. Normal kağıt üretimi işlemine ek bir aşama daha sokup belli bir kimyasalla lifler ufaltılmış. Fotoğraftan da anlaşıldığı gibi normal kağıt (sağdaki iç fotoğraf) 200 mikrometre gibi bir ölçeğe sahipken yeni malzeme (soldaki iç fotoğraf) 100 nanometre gibi bir ölçeğe sahip. Ortadaki fotoğrafta da iki kağıdın karşılaştırması var.

Yeni malzeme 400nm ila 800nm dalga boylarında yani yaklaşık olarak görünür spektrumda %60 ila %80 arası bir geçirgenliğe sahip. Tüm bunların yanında ise malzeme camın ısıl dayanıklılığına ve normal kağıdın esnekliğine sahip olmasıyla da öne çıkıyor. Yanma ve ıslanma testleri yapılmamış ama elektronik kağıt ve benzeri uygulamalar için senaryolar yazılmış bile. Yeni malzeme şu andaki kağıt üretim fabrikalarında çok bir değişikliğe gitmeden üretilebilme gibi bir avantaja da sahipmiş.

Yazıda geçen makaleler:

1. Advanced Materials 21, 1595–1598 (2009 DOI: 10.1002/adma.200803174
2. Nature Photonics 3, 314 (2009) DOI: 10.1038/nphoton.2009.81

Merhaba

14 06 2009 • Haberler • Yorum yapılmamış

Bilim defteri, ismi biraz dandik olsa da içerik olarak elimden geldiğince tatmin edici malzemelerle doldurmaya çalışacağım bir proje. Blog havasında, özellikle fizik alanında takip ettiğim bilimsel dergilerden alıntılar yapmaya çalışacağım. Bunların yanında karmaşık gelebilecek terimleri de dilimin döndüğünü klavyeye aksettirebildiğim kadarıyla anlatmaya uğraşacağım. Umarım takip edilesi bir site olur.