Işık ve Yerçekiminin Dansı

veö, 14 eylül 201512. Fizik Haftası

veo, 14.9.2015

Yerçekiminin klasik tarihçesi

Galileo, Riccioli, serbest düşüş, eylemsizlik, Kopernik…

Brahe: 20 yıl veri topla => Kepler kanunları => Principia

2

Declinat

ion

(dik

açıkl

ık)

≣ g

ökkü

re e

kvat

orun

dan

ne

kada

r ku

zeye

çık

ıldığ

ının a

çısı

veo, 14.9.2015

Ole Rømer Işık Hızını Ölçüyor

3

1675

İo: Galileo tarafından keşfedilen dört uydudan Jüpiter’e en yakın olanı.Fo

toğr

af: Ca

ssin

i, IP

A028

79, 1

.1.2

001

2015

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.

veo, 14.9.2015

Peder John Michell

Kaçış hızı >= ışık hızı: Karanlık yıldız

“Eğer etrafında dolanan başka yıldız varsa keşfedebiliriz belki.”

4

1783

veo, 14.9.2015

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!)

5Bu güzelleri kim uyuttu?

veo, 14.9.2015

Young ve Ünlü Deneyi

6 Foto

graf

: And

rew D

unn

veo, 14.9.2015

Gruyères Şatosu ve François Arago

7

veo, 14.9.2015

Poisson (Arago) Noktası

8

François Arago, Fransa’nın 25. başbakanı

Siméon D. PoissonAu

gust

in-J

ean

Fres

nel

veo, 14.9.2015

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.

9

veo, 14.9.2015

Fizeau’nun Deneyi ve Devamı

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!

10

Cıva üzerinde yüzdürülen granit

blok

veo, 14.9.2015

1907 - Güzel Bir YılEylül 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:”

11

Tarihsel detaylar için: G. Weinstein, Einstein's Pathway to the Equivalence Principle 1905-1907, arXiv:1208.5137

veo, 14.9.2015

Einstein’ın en mutlu düşüncesi“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.

Rather, he has the right to consider his state at rest with respect to gravitation, and his

environment as field-free.”12

Çizg

irom

anın d

iğer

say

faları iç

in: sp

ark.

scie

ncem

ag.org

/gen

eral

relativit

y/

veo, 14.9.2015

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.”

13Lenard bunu kullanacaktır!

veo, 14.9.2015

Hesabın Doğrusu1915, 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.

14

veo, 14.9.2015

Einstein Artısı/Hacı

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…

15www.spacetelescope.org/images/potw1204a/

“Bend it like Einstein”

Pekiyi sadece bükülme mi?

veo, 14.9.2015

Pound-Rebka DeneyiYerçekimi 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…

16 http://physics.aps.org/story/v16/st1

veo, 14.9.2015

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 skaler-tensör kuramlar) üzerinde sıkı deneysel limitler.

17

veo, 14.9.2015

Burada Ne Yapıyorlar?

Devasa bir Michelson girişimölçeri. Kolların boyunun yerçekim dalgaları tarafından oynatılmasını bekliyoruz…

18

http

://la

bcit.

ligo.ca

ltech

.edu

/LIG

O_w

eb/0

209n

ews/

livae

rial

2.jp

g

veo, 14.9.2015

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.

19

veo, 14.9.2015

Hubble Sees a Smiling Lens

Herşey Güllük Gülistanlık

20

veo, 14.9.2015

Pek de öyle değil…

Elimizde bir sürü temel soru var…21

https://www.quantam

agazine.org/20150803-physics-theories-map/

veo, 14.9.2015

Acaba kış mı geliyor?

22

sam

mys

art.w

ordp

ress

.com

/201

3/05

/10/

winte

r-is-

comin

g/

arxiv.org/abs/1304.0445

Çift yıldızlı bir sistemindeyiz. Yani maalesef bir üç-cisim problemiyle karşı karşıyayız.

veo, 14.9.2015

Giovanni Battista RiccioliRiccioli 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 twenty-four 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, ...”

23Proceedings of the American Philosophical Society, Vol. 97, No.

2 (Apr. 30, 1953), pp. 222-237

veo, 14.9.2015

Riccioli’nin Verileri

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

g=9.4±0.2 m/s2

veo, 14.9.2015

Bahtsız Riccioli

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.

25

Işık kaprisli bir kılavuz

veo, 14.9.2015

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?

26

veo, 14.9.2015

Pisagor Fayans KaplamaAynı probleme bambaşka bir bakış…

27

Neyrizi gibi matematikçiler 9. yy.’da Pisagor teoremini bu yöntemle

kanıtlamışlardı.

veo, 14.9.2015

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.

28

veo, 14.9.2015

Öklid Öğeler 1. Kitap

Müsellesin, zaviyetan-ı dahiletan mecmu’ü 180 derecedir (iki amûd zâviye?).

29

Sex Priora Euclidis Elementa,quibus accesserunt undecimum & duodecimum

Geminiano Rondelli, 1719

Öze

r Özt

ürk,

Dav

id P

ierc

e, 2

011-

14

veo, 14.9.2015

İki Dik Açı = Duobus Rectis

30

veo, 14.9.2015

Öklid Optik

Işık/ışın baştan beri “doğru”nun tanımı!

31

H. E

. Bur

ton, 1

945

veo, 14.9.2015

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, Pound-Rebka 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…

32