Evren Genişlerken F...
 
Notifications
Clear all

Evren Genişlerken Fotonun Kaybettiği Enerji Nereye Gidiyor?

   RSS

0
Topic starter

Evrenin genişlemesi sırasında yolculuğuna devam eden bir foton enerjisini kaybetmektedir (kozmolojik kırmızıya kayma). Peki böyle bir durumda

1) Fotonun kaybolan enerjisi nereye gitmektedir?

2) Evren genişlemiyor fakat çöküyor olsaydı, kazanılan enerji olacak mıydı?

3) Eğer çökme durumunda enerji kazanılıyorsa bu nereden gelecekti?

Kozmolojinin bu popüler ve sormaktan asla bıkmadığım sorusuyla burada açılışı yapmış olalım 🙂

NASA/APOD - Michigan Tech.

Fotonların ulaşamadığı yerlerde, genişleme oluyor mu?

Evet, genişlemeden sorumlu olan fotonlar olmadığı için böyle diyebiliriz.

3 Answers
0
  1. Her şey termodinamik dengeye gelmek ister. Yani fotonların enerjisi evrenin daha soğuk kısımlarına dağılır.
  2. Evren çöküyor olsaydı enerji bu kez maviye kayarak yayılırdı.
  3. Kazanılan enerji ifadesi ilginç bir tanım. Her koşulda toplam enerji sabit olmalı. Yalnızca karanlık enerjiyi farklı şekilde tanımlardık. Ya da çökme için kütle çekimi açıklaması yeterli olmuşsa karanlık bir enerji tanımlamazdık.

1) Nasıl dağılır? Ne yoluyla ya da nereye aktarılır?
3) Neden toplam enerji sabit olmalı? Karanlık enerji ile bağlantısı tam olarak nedir?

ışıma ile yayılır. yani elektromanyetik dalgalar maddesel bir ortama ihtitaç duymadan termodinamiğin ikinci yasasına uygun bir şekilde sıcaktan soğuğa doğru ısı aktarır. günlük hayattan örnek vereyim; oturduğum evdeki bir odanın çok sıcak diğer odanın çok soğuk olmasını istemem. her iki odanın ortalama sıcaklığını eşitlemek isterim. o halde anlamlı bir uzay hacmi için komşu hacimler ile termodinamik dengede olmak ideal hedeftir. çünkü bütün fiziksel süreçlerde üstü örtülü minimum ilkesi gereği enerji en düşük seviyede olmak ister. başka bir yorumum ise evren sanki ideal bir kara cisme ulaşmak istiyormuş gibi davranır. kozmik mikrodalga ışıması da benzer bir şey söyler. özetle enerji ışıma yoluyla evren içinde dağılır.
toplam enerji sabit olmalı çünkü alınan erke ile verilen erkenin eşit olması gerekir. soğurma ve salma gibi süreçler ilk durum ve son durum arasındaki eşitliği bozmaz. eğer böyle olmasaydı devridaim makineleri gerçek olurdu. yani evrenin bir kısmı enerji kazanmışsa diğer bir kısmı enerji kaybetmiştir.
karanlık enerjiyi evrenin çökmesi ya da genişlemesi durumları için ayrıca değerlendirilebilir. ancak karanlık enerjinin kendisini bilmiyoruz ki evrenin toplam enerjisindeki yerini bilelim. benimkisi yalnızca bir yorumdu.

Sorularla sizi yönlendirmeye çalışıyorum, o nedenle biraz sıkıştırıyorum. Mesela ışıma ile yayılır demişsiniz, söz konusu zaten ışımanın kendisi. Zamanla enerjisi azalıyor. Isı olarak aktarılır demişsiniz ama boşlukta maddesel ortam yok, dolayısıyla ısı aktarımı söz konusu değil. Fotonun ne gibi bir süreçle enerjisini "nereye" aktardığını ya da aktarıp aktarmadığını daha iyi tanımlamak gerek.

Bir de şu durum var: "toplam enerji sabit olmalı çünkü alınan erke ile verilen erkenin eşit olması gerekir." Bu cümle, enerji korunur çünkü enerji korunmalıdır diyor. Sorduğum ise enerji neden korunmalıdır, gerçekten hep korunur mu?

Amacım biraz sorgulamayı artırmak. Bu problem sürekli tartışılabilecek bir problem ve konseptlerle ilgili eksiklerimizi bulmada yardımcı oluyor.

0

Entropi kavramını anlamış olduğum umuduyla akıl yürütecek olursam; enerjisini kaybeden odun ile enerjisini kaybeden fotonun aynı akıbete maruz kalacağını sanıyorum. Bu yüzden duman nereye giderse fotonun harcadığı enerji de oraya gider. 🙂 

Bazen bu tür metaforlar faydalı olabiliyorlar. Lakin metaforun ne olduğunu iyi hatırlamak gerek. Esasında aynı özellikler taşımayan ama benzerlik gösteren şeyleri kıyaslamak için başvuruyoruz. Fizikte de en önemli şeylerden birisi, aynı özelliklerin paylaşılmasıdır. Aksi takdirde sonuçlar bambaşka olabilir. O nedenle bir odun ile bir fotonu kıyaslamak pek verimli bir yol olmayabilir. Bazen tutabilir de! Ama iyi bir kıyaslama yöntemi olmadığından, bozuk saatin bile doğruyu gösterme örneğine bel bağlamamak gerek 🙂

0
Topic starter

Bu sorunun cevabı oldukça uzun bir tartışma konusu. Alışık olunan konseptlerin dışında konunun özlerine hakimiyet gerektiriyor. Yıllar içerisinde alanında uzman birçok kişiye fırsat buldukça bu soruyu sordum. Keza Leonard Susskind gibi isimlerin Youtube'daki derslerinde de bu soruyla ve cevaplarıyla karşılaşmak mümkün. Kısaca Susskind'ın da derste verdiği cevabı, biraz açıklama ekleyerek veriyorum:

Korunum yasaları simetrilerden türüyor (Noether teoremi). Enerjinin korunumu yasası ise "time translation symmetry" olması durumunda ortaya doğal olarak çıkıyor (t->t+dt). Evrende gördüğümüz çoğu şey bu simetriye uyduğu için, enerjinin korunumu yasasından bahsedebiliyoruz. Lakin genişleyen bir evrende zaman geçtikçe durum değiştiği için time translation symmetry yok. Dolayısıyla enerjinin korunumundan söz edilemez.

Bu tür sorular, bize öğretilenlerin neden öyle olduğunu anlamak için önemli. Enerji korunumu gibi oldukça kuvvetli bir yasa söz konusu. Lakin bunun neden böyle olduğunu bilmediğimizde "ezbere" bir bilgi halini alıyor. Bu nedenle bu tür örnekler, olayın ezbere olmaktan çıkıp, nedenlerinin anlaşılmasına ve gerçekten fiziğin anlaşılmasına katkıda bulunuyor.

Enerji konusunda yaklaşımlarını ve çalışmalarını çok beğendiğim, ara sıra danışmanımla da sözünü ettiğimiz Sabine Hossenfelder'ın şu videosunu da izlemekte fayda var:

NASA/APOD - Michigan Tech.

otomatik çeviri altyazısını okudum. anladığım kadarını söylemeye çalışayım. kırmızıya kayma nedeniyle fizikçiler kullanılabilir faydalı enerjinin evrenin her yerinde durduk yere azalmasına neden olduğunu düşünüyor ve bu durum entropi ile ilişkili.
gerçekten enerjinin korunması için zamanla değişmeyen bir sistem olmalı ki bu durum entropiye aykırı olurdu.

1)zaman-çeviri değişmezliği tam olarak nedir? çünkü burada da genişleme yüzünden enerji korunmuyor diyor.

2)faydalı enerji miktarının azalması neden enerjinin korunmadığı sonucunu çıkarır?

3)toplam enerji=faydalı enerji+faydasız enerji şeklinde tanımlanabilir mi?

4) bu tanım fizik bilimi için makul ise toplam enerji korunuyor diyemez miyiz?

5)genel görelilikteki kütle değişimi o ölçüm için enerjinin değiştiğini söyler ama bu değişim yani E=mc^2 formülündeki değişim sadece faydalı enerjiyi mi bağlar?

6)önceki soruyla paralel olarak ışıma ile enerji ve dolayısıyla kütle kaybeden bir madde ortaya çıkardığı faydasız enerji yüzünden evrenin bir bölgesindeki enerjiyi ve dolasıyla kütleyi arttırır mı?

kısacası enerji her ne ise bana hala toplamı sabitmiş gibi geliyor?

Merhaba,

Videoyu enerji kavramına değindiği için attım ve aslında ikinci yarısı bizim sorumuzu ilgilendiriyor. Hossenfelder'ın da bahsettiği üzere genişleyen bir evren time translation invariant değil, dolayısıyla Noether teoremi bize enerjinin korunması gerektiğini böyle bir sistemde söylemiyor. Orada da özetlediği üzere, Dünya üzerinde tecrübe ettiğimiz "genişlemenin etkisini göz ardı edebileceğimiz" durumlarda korunacağını söylüyoruz. Entropi ile ilgili bahsettiği kısım başka bir konuya, enerjinin dönüştürülebilirliğine değiniyor. İkisi oldukça farklı kavramlar.

Burada cevap verebileceğimden fazla soru var, fakat bunların bir çoğunun ne olduğunu bulabilirsiniz. Noether teoremiyle ilgili sayısız kaynak var. Bunları denklemlere uygulayıp neden enerji korunur dediğimizi anlamadan bunları konuşmak anlamsız. Örneğin belirsizlik ilkesindeki konum ve momentum ilişkisi aynı zamanda enerji ve zaman ilişkisidir. Burada enerjiyle zamanın belirsizliği bir tesadüf değil. Bunları irdelemek gerekiyor.

Lakin şuna değinmek gerek, ışımanın ısıyla bir şeylere enerji aktaracağı düşüncesi yanlış. Bir foton, eğer bir maddeye momentumunu aktarırsa, maddenin kinetik enerjisini arttırmak yoluyla sıcaklığını artırabilir (bu bir ısı aktarımı değil). Boş uzayda da bir madde yok, dolayısıyla fotonun enerjisini aktarabileceği bir şey söz konusu değil. Bunu irdelemenin iyi bir yolu, evrenin çökme senaryosunu ele almak. Bu durumda enerji kazanacaktır. Ne değişiyor da aynı hareketi yaparken birinde enerji verip birinde enerji alıyor sorusu bu durumda muğlak kalır.

Bu konular üzerinde çokça zaman ayırmayı gerektiriyor. Kısa süre içerisinde anlaşılan bir mekanik konusu kadar basit değil. O nedenle zaman zaman farklı argümanları buraya eklemeye çalışacağım. Üzerinde düşünenler için yol haritası olacağını umuyorum.

Share:
Back to top button