Enerji Kaybolmuyorsa Telefonumuz Neden Sürekli Şarj İstiyor?

Telefonunuzun şarjı yüzde bire düştüğünde evren size küçük bir fizik bilmecesi uzatır: Enerji yok olmuyorsa batarya neden boşalır? İçindeki enerji gizli bir kapıdan mı kaçmıştır? Hayır. Asıl mesele, enerjinin var olmasıyla işimize yarayacak biçimde bulunmasının aynı şey olmamasıdır. Enerjinin korunumu, bu ayrımı anladığınızda ezberlenecek bir cümleden çıkar; dünyayı okumak için güçlü bir araca dönüşür.

Evrenin muhasebesi: Toplam değişmez

Enerjinin korunumu ilkesi, yalıtılmış bir sistemin toplam enerjisinin sabit kaldığını söyler. Enerji farklı biçimler arasında dönüşebilir, sistemin parçaları arasında aktarılabilir; fakat toplam hesapta eksilmez veya çoğalmaz. Buradaki kritik ifade, “yalıtılmış sistem”dir. Çevresiyle enerji alışverişi yapan bir nesnenin enerjisi elbette değişebilir. Kahveniz soğur, piliniz boşalır, güneşte bırakılan taş ısınır. Bunların hiçbiri ilkeyi çiğnemez.

Evrenin Görünmez Trafik Kuralları: Newton Bize Hareket Hakkında Ne Anlattı?

Bir otobüs aniden fren yaptığında neden öne savruluruz? Ağır bir alışveriş arabasını hızlandırmak neden boş olanı hızlandırmaktan daha zordur? Duvarı ittiğimizde, görünürde hiçbir şey yapmayan duvar bizi nasıl geri iter? Bu soruların ortak yanıtı, Isaac Newton’ın yaklaşık üç buçuk yüzyıl önce sistemleştirdiği hareket yasalarında saklıdır. Newton, hareketi yalnızca gözlemlemekle kalmadı; onu hesaplanabilir, öngörülebilir ve problemlere uygulanabilir bir dile çevirdi.

Birinci Yasa: Cisimler Değişimi Pek Sevmez

Newton’ın birinci hareket yasasına göre, üzerine net bir kuvvet etki etmeyen cisim duruyorsa durmayı, hareket ediyorsa sabit hızla ve doğrusal biçimde ilerlemeyi sürdürür. Bu özelliğe eylemsizlik denir. Başka bir ifadeyle doğa, hareket durumundaki değişiklikler için bir neden ister. Duran bir top kendiliğinden yuvarlanmaz; hareket hâlindeki bir uzay aracı da onu yavaşlatacak bir etki yoksa yoluna devam eder.

Zaman Neden Herkes İçin Aynı Hızda Akmıyor?

Bir trenin içinde yürüdüğünüzü düşünün. Siz vagona göre birkaç kilometre hızla ilerlersiniz; fakat dışarıdaki bir gözlemci, hızınıza trenin hızını da ekler. Buraya kadar her şey gündelik sezgilerimize uygundur. Şimdi aynı deneyi bir ışık demetiyle yapalım. Mantıken trenin hareketi ışığın ölçülen hızını değiştirmelidir. Ne var ki doğa, bu noktada sezgilerimize kibarca gülümser: Işığın boşluktaki hızı, kaynağın veya gözlemcinin hareketinden bağımsız olarak aynıdır. Einstein’ın görelilik kuramına açılan kapı tam da bu şaşırtıcı sabitten geçer.

Göreli Olan Nedir?

Görelilik, popüler söylemde bazen “Her şey kişiye göre değişir” düşüncesine indirgenir. Oysa fiziksel anlamı bundan çok daha kesin ve disiplinlidir. Einstein’ın 1905’te ortaya koyduğu özel görelilik, fizik yasalarının sabit hızla hareket eden tüm gözlemciler için aynı olduğunu söyler. Ayrıca ışık hızı herkes için değişmezdir. Bu iki ilke birlikte kabul edildiğinde, değişmek zorunda kalan şeyler zaman, uzunluk ve eşzamanlılık olur.

Gerçekte Yok Denen Sayı Dünyayı Nasıl Çalıştırıyor?

Matematikte bazen kapı açılmaz. Anahtarı çevirirsiniz, denklem direnç gösterir, gerçek sayılarla ilerlersiniz ama bir noktada duvara çarparsınız. Mesela x² + 1 = 0 denklemini ele alalım. Gerçek sayılar evreninde hiçbir sayının karesi -1 değildir. Pozitifin karesi pozitif, negatifin karesi yine pozitiftir. Sıfırın karesi de sıfırdır. O halde bu denklem çözümsüz müdür? Matematikçinin en sevdiği cevap burada sahneye çıkar: Henüz çözümsüz.

İşte i sayısı bu meydan okumadan doğar. Tanımı yalındır: i² = -1. İlk bakışta bu, çocukça bir hile gibi görünebilir. Olmayan bir sayı uydur, sonra da denklemi çözdüğünü söyle. Fakat matematikte büyük devrimlerin çoğu böyle başlar: Önce imkânsız görünen bir fikre isim verilir, sonra o isim bir evren kurar. Sıfır da bir zamanlar tuhaftı. Negatif sayılar borçtan başka bir şey değil sanılıyordu. Kesirler, irrasyoneller, sonsuzluklar… Matematik tarihi, aklın kendi sınırlarını genişletme tarihidir.

Üç Boyuta Mahkûm muyuz, Yoksa Evren Bizden Bir Şey mi Saklıyor?

“Boyut” kelimesini duyduğumuzda aklımıza çoğunlukla başka evrenlere açılan parlak kapılar, solucan delikleri ve duvarların içinden geçen bilimkurgu kahramanları gelir. Oysa bilimsel anlamıyla boyut, bundan daha sade ve daha güçlü bir fikirdir: Bir konumu belirlemek için gereken bağımsız bilgi sayısı. Bir çizgi üzerindeki yerinizi tek sayıyla, düzlemdeki yerinizi iki sayıyla, odadaki konumunuzu ise üç sayıyla tarif edersiniz. Boyut, evrenin adres sistemidir.

Neden üç yön görüyoruz?

Gündelik dünyamızda sağ-sol, ileri-geri ve yukarı-aşağı olmak üzere üç uzamsal yön bulunur. Bunlardan herhangi birini diğer ikisinin birleşimiyle üretemeyiz; bu yüzden bağımsızdırlar. Bir karınca yalnızca ince bir kâğıdın üzerinde yaşayabilseydi, dünyasını iki boyutlu sanabilirdi. Kâğıdı yukarı doğru kaldırdığımızda ise karıncanın algılayamadığı üçüncü yönde hareket etmiş olurduk. Biz de benzer biçimde, daha yüksek bir uzamsal boyutun içinde bulunup onu doğrudan algılayamıyor olabilir miyiz?