Son yüzyıldaki teknolojik gelişmeleri göz önüne aldığımızda, üretim alanında gittikçe ilerlemenin ve mükemmelin hedeflendiğini görmekteyiz. Özellikle uzay-uçak ve otomotiv endüstrisinde kalite beklentileri çok yüksek olmakla beraber, bir ürünün kalitesini belirleyen kriterler de oldukça fazladır. Yüzey pürüzlülük ise bu kalite kriterlerinden sadece birisidir. Yüzey pürüzlülük, makine bileşenlerinin işlevsellik kabiliyetlerini etkileyen bir parametredir . Yüzey pürüzlülüğü, bir ürünün kalitesini gösteren ve iki parçanın birleşim yüzeyinde etkili olan hassas bir kalite kriteridir. Yüzey pürüzlülüğünün uygun değerler arasında sağlanması ile malzemenin yorulma kırılma dayanımı, korozyon dayanımı arttığı gibi estetik olarak da güzel görünmeyi sağlar . Özellikle talaşlı imalat yöntemi ile işlenmiş parçalarda yüzey pürüzlülüğü önemli bir süreç çıktısıdır. Talaşlı imalattan çıkan parçanın yüzey kalitesi, kullanılacağı yerdeki fonksiyonel özelliklere bağlıdır . Örnekleme Uzunluğu, l: Dalgalanma ile pürüzlülüğü ayırmada kullanılan nominal dalga boyudur. Kesme uzunluğu olarak da bilinir. Değerlendirme Uzunluğu, L: Yüzey parametrelerinin değerlendirildiği uzunluktur. Değerlendirme uzunluğunun beş örnekleme uzunluğunda olması önerilir. Ortalama Çizgi, M: Hangi yüzey sapmalarının ölçüleceğini belirten referans çizgidir. Profil Piki, profilin bir kısmında, ortalama çizginin üzerinde, maksimum yüksekliktir. Profil Vadisi, profilin bir kısmında, ortalama çizginin altında, maksimum deriliktir. Profil Düzensizliği, profil piki ve bitişiğindeki profil vadisidir . Ra Yüzey Pürüzlülğü : Malzemenin merkezinden yukarı doğru oluşan profil dalgalanmalarının mutlak aritmetik ortalaması Ra yüzey pürüzlülüğüdür. En çok kullanılan yüzey pürüzlülük ölçme parameteresidir. Ra yüzey pürüzlülüğünde, ortalama yüzey pürüzlülüğünü ölçmüş olsak da pik ve vadiler arasındaki farkı ölçemeyiz. Birbirinden çok farklı profiller, aynı Ra değerine sahip olabilir (şekil 2) . Ra, malzemenin profili hakkında gerçek bir değer vermeyebilir. Pikli bir profil ve vadili bir profil ölçüldüğünde aynı Ra değerini bulabiliriz. Fakat bu iki yüzeyin aynı Ra değerine sahip olması, aynı yüzey özelliklerine sahip olduğu anlamına gelmemektedir. Aşağıdaki Şekil 3'te aynı Ra'ya sahip pikli ve vadili profili görebilirsiniz. Bu iki profil birbirinden çok farlı özellikler gösterebilir. RMS Yüzey Pürüzlülüğü, Rq, değerlendirme uzunluğu boyunca profil düzensizliklerinin geometrik ortalamasıdır. Rq, piklere ve vadilere karşı daha duyarlı bir yüzey pürüzlülük ölçüm parametresidir. Bu da Rq parametresini Ra'ya karşı daha etkin bir parametre olarak kılmaktadır. Ana fark olarak, Rq parametresi ile ölçümde ara sıra yüksek ve düşük okumalar artarken Ra sadece bunların ortalamasıdır. Dolayısıyla bir profili ölçerken çıkan Rq değeri, Ra değerinden biraz daha (yaklaşık %11) fazla olacaktır . Maksimum Profil Yüksekliği, Rt; değerlendirme uzunluğundaki profilin en yüksek ve en düşük noktaları arasındaki dikey mesafedir. Örnekleme Uzunluğundaki Maksimum Yükseklik, Rti, örnekleme uzunluğundaki profilin en yüksek ve en düşük noktaları arasındaki dikey mesafedir. Ortalama Maksimum Yükseklik, Rz; değerlendirme uzunluğu boyunca hesaplanan ardışık Rti değerlerinin ortalamasıdır. Değerlendirme uzunluğu, beş örnekleme uzunluğunda olduğunda Rz değeri Rz değeri ile eşdeğerdir. Maksimum Pürüzlülük Değeri, Rmax, değerlendirme uzunluğu boyunca ardışık olarak ölçülmüş Rti değerlerinin en büyüğüdür. On Düzensiz Noktanın Uzunluğu, Rz , değerlendirme uzunluğundaki beş en yüksek profil pikinin gerçek yüksekliği ve beş en derin vadinin gerçek derinliğinin ortalamasıdır. 3.Maksimum Pik-Vadi Uzunluğu, R3Z, değerlendirme uzunluğundaki 3. en yüksek pik-vadi uzunluğunun ortalamasıdır. Maksimum Profil Pik Yüksekliği, Rp, değerlendirme uzunluğundaki en yüksek nokta ile ortalama uzunluk arasındaki yüksekliktir. Ortalama Maksimum Profil Pik Yüksekliği, Rpm, ardışık olarak ölçülmüş Rp değerlerinin ortalamasıdır. Maksimum Profil Vadi Derinliği, Rv, değerlendirme uzunluğundaki en derin vadi ile ortalama uzunluk arasındaki yüksekliktir. - Karşılaştırma metoduyla ölçüm - Cihaz ile doğrudan ölçüm Karşılaştırma metoduyla yüzey pürüzlülüğü ölçümünde, aynı talaşlı işlemden geçmiş ve yüzey pürüzlülük değeri bilinen bir numune ile karşılaştırma yapılır. Seri bir ölçüm yöntemi olsa da, çok güvenilir sonuçlar vermemektedir. Bu yöntem, çıplak göz kontrolü ile sağlanır. Büyük bir yüzey incelendiğinde yanlış ölçüm yapılması kuvvetli ihtimaldir. Bu nedenle kısıtlı bir muayene yöntemidir ve çok pürüzlü yüzeylerde etkili olabilir. Bu yöntem, hangi yüzeyin daha pürüzlü olduğunu basitçe değerlendirebilir fakat pürüzlülüğün derecesini vermez. Bu yöntemde, parmak ucu saniyede 25mm ilerleyerek kontrol yapılır. 0,0125 mm'ye kadar küçük düzensizlikler algılanabilir. Bu yöntemde, kurşun, plastik gibi daha yumuşak bir malzeme, ölçüm yapılacak yüzeye ovulur. Oluşan çizik izlenimine göre yüzey pürüzlülüğü ölçülür. Karşılaştırmalı ölçüm yöntemleri arasında en güvenilir diyebileceğimiz yöntem, mikroskop ile muayenedir. Fakat bu yöntem ile küçük alanlar ölçülebilir ve ortalama değer bulabilmek için birkaç okuma yapılması gerekebilir. Bu yöntemde, yüzey pürüzlülüğü uygun olan bir numune ve ölçülecek numune mikroskop altına koyularak ölçüm yapılabilir. Bu yöntemde, yüzeyin büyütülmüş fotoğrafları, yüzeydeki düzensizlikleri ortaya çıkarmak için çekilir. Farklı açılardan aydınlatarak fotoğraflar alınabilir. Örneğin, dikey aydınlatma ile fotoğraf çektiğimizde çizikler vb. yüzey düzensizlikleri koyu renk çıkarken, yüzeyin düz kısımları aydınlık olarak yansır. Eğik aydınlatma söz konusu olduğunda ise durum tam tersidir. Bu yöntemde, optik bir düzlem incelenecek olan yüzeyin üzerine yerleştirilir ve monokromatik ışık kaynağı ile aydınlatılır. Aydınlatma sonucu yüzeydeki düzensizlikler tespit edilir. Bir çeşit sürtünme ölçerdir. Test ayakkabılarının bir yatak yüzeyine sönümlediği ve önceden belirlenmiş bir yay basıncının uygulandığı bir sarkaçtan oluşur. Sarkaç, başlangıçtaki konumuna kaldırılır ve test edilecek yüzey üzerinde salınmasına izin verilir. Yüzey pürüzsüzse, daha uzun süreler için daha az sürtünme ve sarkaç salınımları olacaktır. Böylece, salınım zamanı yüzey dokusunun doğrudan bir ölçüsü olarak değerlendirilir. Bu yöntemde bilinen miktardaki ışık demeti ölçülecek olan yüzeye yansıtılır. Bu yansıtma farklı yönlerde yapılır. Farklı yönlerdeki ışık yoğunluğu değişimi ise bir fotosel ile ölçülür. Cihaz ile doğrudan ölçüm yöntemi kantitatif analiz yöntemidir. Bu yöntemde kalem bir uç kullanılır ve yüzey pürüzlülüğü nümerik olarak belirlenir. Kalem, parçanın yüzeyinde ilerler ve çıktılar gösterge olarak cihazda okunur. İnce uçlu prob ya da kalem, bitmiş parçanın yüzeyinde ilerler. Yüzeydeki düzensizlikler nedeniyle kalemin dikey hareketleri pürüzlülüğü değerlendirmek için kullanılır. Kalemin ucu elmas ya da benzeri sert bir malzemeden yapılır. Kalemin hareketi sonucunda elektrik sinyalleri üretilir ve bu elektrik sinyalleri çıktı olarak kullanılır. Bu tür araçların en büyük avantajı, elektrik sinyallerini istenilen yüzey pürüzlülük parametresini elde etmek için kullanmasıdır. Bu nedenle bu aletler kırılgan, karmaşık, maliyeti yüksek ve ölçüm için yetenekli operatörler gerektirse de oldukça yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Profilometre ile mikron cinsinden yüzey pürüzlülüğünü ölçebiliriz. Kalıcı bir mıknatıs alanına yerleştirilmiş indüksiyon bobini bulunmaktadır. Prob, test edilecek numune üzerinde gezerek yüzey düzensizlikleri nedeniyle aşağı yukarı doğru hareket eder ve bu hareketler, indüksiyon bobininin mıknatıs alanında hareket etmesine ve bir voltaj oluşumuna neden olur. İndüklenen gerilim yükseltilip kaydedilir. Bu yöntem, derin delikli yüzeylerin yüzey pürüzlülüğünün ölçülmesinde en uygun yöntemdir. Tomlinson yüzeymetre ile yüzey pürüzlülük ölçümü, diğerlerine kıyasla daha ucuz ve güvenilir bir yöntemdir. Dr. Tomlinson tarafından tasarlanmıştır. Algılama elemanı, yüzey pürüzlülüğü ölçülecek parçanın üzerinde aşağı yukarı doğru hareket eder. Yaylar nedeniyle hareketi yalnızca dikey yöndedir. Yüzey pürüzlülüğünün ölçülmesi için cihaz gövdesi motor ile yüzey boyunca hareket ettirilir. Probun hareketleri sayesinde silindir de hareketlenir. Dişli cam üzerindeki elmasın hareketi de kolun hareketi ile sağlanmış olur. Bükücünün yatay hareketi ile cam plaka üzerinde bir iz oluşur . Kalem, E şekilli bir parçanın ortasında dönen armatüre eklenir. Bobinlere ise önceden belirlenmiş bir akım verilir. Referans bir nokta belirlendikten sonra, elektrikli bir motor ile doğrusal bir şekilde ölçüm yapılan parça üzerinde hareket edilir. Yüzeydeki düzensizlikler nedeniyle kalem aşağı yukarı hareket ederken armatür bu hareketlerden etkilenir. Armatürün hareketleri ile hava boşlukları oluşur ve alternatif akımda genliğe neden olur. Akımdaki bu değişiklikler ile yüzey pürüzlülüğü ölçülür . Yüzey pürüzlülüğü ölçümü özellikle doğrudan işlenmiş parçalarda önemli bir proses çıktısıdır. Yüzey pürüzlülüğü sürtünme, aşınma, görsellik gibi birçok parametreye etki etmektedir.Parçaların birbirine temas ederek çalıştığı karmaşık sistemlerde pürüzlülük sürtünmeyi ve parça ömrünü etkilediği için önemlidir. Bu nedenle üretilen parçaların yüzey pürüzlülükleri değeri önemlidir ve bir parçanın kalitesini belirlemede kullanılan kriterlerdendir bu nedenle ölçümü önemlidir.


Son yıllarda geniş ölçekli bir evrensel kuantum bilgisayarının geliştirilmesine yönelik yoğun çalışmalar gerçekleştiriliyor. Ancak, böyle bir kuantum bilgisayarın inşa edilmesinin önünde kuantum bilginin uzun süreli depolanabilmesi gibi hala çözülmeyi bekleyen problemler var. Şimdi bu problemin aşılmasında yol katetmemizi sağlayabilecek bir malzeme ABD'deki Bolton College ve Harvard Üniversitesi araştırmacıları tarafından keşfedildi. Bu tür bir depolamadaki zorluk birbirinden ayrı atomların kuantum durumunun korunmasıdır. Journal of American Chemical Society dergisinin son sayısında yayınlanan yeni bir çalışmaya göre bakır, iridyum ve oksijenden oluşan bakır iridat (Cu2IrO3) bu rolü yerine getirmek için gerekli atomik geometriye sahip olabilir. Bakır iridatın doğada bulunan bal peteği gibi atomlardan oluşan bir balpeteği örgüsüne sahip olmasından dolayı elektronların spinleri asla donmaz. Böyle bir geometriye sahip malzemede elektronların spinleri sıradan bir malzemede olduğu gibi bir mıknatıs oluşumuna ve düşük sıcaklıklardaki donmaya uğramaz, bunun yerine elektronlar sıralı bir düzende olmadıkları için kendi etraflarında hafifçe sallanmaya devam ederler . Bu olguya son zamanlarda manyetik hüsran adı verilmektedir. Böylesi malzemeler de boşa çıkmış mıknatıslar olarak sınıflandırılır . Bakır iridat malzemesinde sahip olduğu bal peteği geometrisinden dolayı elektronların sıralı düzende olmaması ile oluşan madde hali kuantum spin sıvı olarak bilinmektedir . Bu bildiğimiz şekilde tanıdık gelen bir sıvı değildir, bunun yerine, bu malzemenin manyetizması sıradan bir mıknatısdan daha az düzenlidir. Mıknatıslardaki elektronların spinleri tamamen aynı yönde donarken spin sıvılarda ise sıcaklıkları mutlak sıfıra bile ulaşsa asla donmazlar. Bu durum ise bazı olağandışı özelliklere olanak tanır. Örneğin, bu özelliklerden biri uzun erimli dolanıklık. Bir parçacığın kuantum durumunun başka bir dolaşık parçacıkla çiftlenmesi kuantum dolanıklık olarak adlandırılmaktadır ve birisinin kuantum durumu bilindiğinde diğerinin kuantum durumunun ne olduğu aradaki mesafeye bakılmaksızın bilinebilir. Malzemeler bir spin sıvı gibi davranabilmek için ya bakır iridat gibi bal peteği geometrisine ya da üçgen şeklinde bir atomik yapıya gerek duyar. Bu düzenleme doğada daha önce 2012 yılında keşfedilen Herbertsmithite minerali ile gözlenmiştir. Bunun dışında 2015 yılında Çinli fizikçiler tarafından bulunan ytterbiyum kristalinin 2016 yılında bu kristalin kuantum spin sıvı haline sahip olduğu gösterilmişti. Dolayısıyla bakır iridat kuantum bilgisayarlar için veri depolamada kullanılmaya uygun keşfedilen ilk malzeme değil. Ancak bakır iridatın kuantum spin sıvı hali içerdiğini göseren bu çalışmanın en önemli yanı elde edilen bulguların kuantum bilgisayarlar için daha fazla uygun malzemenin bulunmasına yöntelik bir yöntem sunmasıdır . Aynı süreç kullanılarak, yeni kuantum spin sıvıların her şekilde keşfedilmesi mümkün olabilir. Bunlardan bazıları şimdiye kadar bulunanlarda daha iyi sonuçlar verebilir. Çalışmaları ile ilgili araştırmacı Fazel Tafti şunları söyledi , Son olarak bu çalışmaya katkı veren araştırmacılar arasında yer alan Harvard Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Çiğdem Özsoy Keskinbora'yı tebrik ederiz.


Gazi Üniversitesi Fizik Topluluğu tarafından popüler bilim ve fizik alanında bir dizi etkinlik organize edilmek üzere. Bu etkinliklerden ilki kuantum fiziği seminer serisi ilgi çekici bir konuşma ile başlıyor. Gazi Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü'nde öğretim üyesi Prof. Dr. Hakan Çiftçi bu serinin ilk konuşması olan Kuantum Felsefesi seminerini 1 Aralık 2017'de Gazi Üniversitesi Fen Fakültesi 75. Yıl Konferans Salonu'nda gerçekleştirecektir. Gazi Üniversitesi Fizik Topluluğu'nun organize ettiği bu etkinliğe fizik ve popüler bilime ilgi duyan herkes davetlidir. Etkinlik sırasında çay, kahve gibi ikram servisi de yapılacak olup etkinlik ücretsiz olacaktır. Etkinlik gününe kadar kayıt olabilirsiniz. Dışardan gelen katılımcıların etkinlik gününde Gazi üniversitesi'nin C kapısından giriş yaparken isimlerini söylemeleri yeterli olacaktır. A kapısından gelmek isteyenler ise Fen Fakültesi 75. Yıl Konferans Salonu'ndaki etkinliğe geldiklerini belirtmeleri gerekmektedir.


ABD başkanı bu seremonide NASA'yı Mars ve ötesine olan keşif programlarının ilk adımı olarak Ay'a ABD'li astronotları göndermek için ticari ve uluslararası ortaklarla çalışmaya yönlendiren Beyaz Saray Uzay Politika Direktifi 1'e imzasını attı. Bu imza Amerikan uzay politikasında oluşan kaymaya işaret ediyor. Bu imza ile 1960'lı yıllarda Apollo programının elde ettiği başarıların tekrarlanması isteniyor. Bundan önceki başkanlarda bu uzay politikası biraz daha farklıydı, Barack Obama'nın hedefinde Mars'a gerçekleştirilecek görevler vardı. Aslında, gelen her yeni yönetim NASA'nın insanlı uzay uçuşu çabalarını yeniden yönlendirmiş ve şekillendirmişti. NASA'nın 2019 Mali Yılı Bütçesine dair talebini etkileyecek bu yeni direktif ile NASA yönetiminin Güneş Sistemi boyunca insanlığın ilerleyişini olanaklı kılmak ve Dünya'ya yeni bilgi ve fırsatların getirilmesini sağlamak için ticari ve uluslararası ortaklarla inovatif ve sürdürülebilir bir keşif programına öncülük etmesi isteniyor. Bu direktifin imzalanması sırasında 45 yıl önce bu hafta Ay'daki Apollo 17 görevine katılan ve Ay üzerinde yürüyen son iki insandan biri olan Apollo 17 astronotu Harrison Schmitt yer alıyordu. O zamandan bu yana, hiç kimse düşük-Dünya yörüngesinin ötesine geçemedi. Artık NASA kendi uzay aracına sahip değil, 2011 yılında uzay mekiklerini emekli etmişti. Günümüzdeki Uluslararası Uzay İstasyonu görevlerine ise Rusya'nın kapsülleri ile gidip geliyorlar. Yakında özel şirketler bu işin sorumluluğunu alacak. SpaceX ise ilk akla gelenlerden, kaldı ki hali hazırda NASA ile bir kontrata da sahip. Bunun dışında, SpaceX 2018 yılında bir özel şirket tarafından gerçekleştirilecek ilk Ay görevini yapmayı planlıyor, bunun için büyük bir roket inşa ediliyor. SpaceX'e göre böyle bir görevde, Ay gezisine çıkan müşterileri Ay'ın yüzeyine iniş yapmayacak ama bir kapsül ile Ay'ın etrafını dolaşıp geri dönecekler. Trump'ın bu direktifi ile ABD uzay keşif çalışmalarında kendine kabul edilebir bir hedef seçmiş gibi görünüyor. Ancak Ay üzerinde istasyon kurulması, yeniden Ay'a odaklanılması NASA'nın Mars planlarını ne kadar etkileyecek tam olarak öngörülebilir değil. Yazının sonunda Donald Trump'ın yaptığı konuşmadan bir kesiti ekliyorum,


Bir hafta önce yapay zekanın kimyasal reaksiyonların sonuçlarını öngörmek için kullanıldığını ve araştırmacılara sağlayacağı kolaylıklardan bahsetmiştik. Aynı çalışmada kullanılan sinir ağı adı verilen makine öğrenme tekniği bu kez galaksimizde yer alan iki yeni ötegezegenin varlığını saptadı. Keşif 15 Aralık 2017'de NASA tarafından gerçekleştirilen bir basın konferansı ile duyuruldu. Yapılan duyuruda yer alan NASA bilim insanları ve bir Google yazılım mühendisinin dahil olduğu araştırmacılar yapay zekanın gücü sayesinde iki yeni gezegenin farkına varıldığını bildirdiler. İçinde yaşadığımız Samanyolu Galaksisi bulunmayı bekleyen yüzmilyarlarca gezegen ile doludur. 2014 yılında gezegen avcısı olarak bilinen Kepler Uzay Teleskobu'ndan gelen verileri kullanan bilim insanları bizden 2545 ışık yılı uzaklığındaki Güneş benzeri bir yıldız olan Kepler-90 yıldızının yörüngesinde yedi gezegen olduğunu keşfetmişlerdi. Şimdi ise sekizinci bir gezegenin bu gezegen sisteminde var olduğu keşfedildi. Bu ise bildiğimiz kadarıyla Güneş Sistemi dışında başka bir sistemin de bizim kadar kalabalık olduğunu göstermektedir. Kepler-90 gezegen sistemi tıpkı Güneş Sistemimiz gibi sekiz gezegene sahip ve bunun başka bir örneği yok. Açıkça söylemek gerekirse bu bizim için şaşırtıcı olmalı. Güneş Sistemi dışındaki gezegenlere ötegezegenler adını veriyoruz ve bu tür gezegenler genellikle Kepler Uzay Teleskobu ile keşfediliyor, yani bizim Güneşimiz dışındaki başka yıldızların etrafında irili ufaklı dönen başka başka gezegenlerin sayısı şu an için 2525'dir. Kaldı ki bu onaylanmış olanların sayısı, bu sayıdan çok daha fazla aday ötegezegenin olduğunu söyleyebiliriz. İşte onaylanmış gezegenler arasında hiçbiri şimdiye kadar bir yıldızın yörüngesini yedi gezegen ile paylaşmıyordu. Kepler-90 sistemi halihazırda yine bilinen en kalabalık gezegen sistemlerinden biriydi hatırlayın bu yılın başında keşdi duyurulan TRAPPIST-1 sistemi de 7 gezegene sahipti ama yapay zeka sayesinde keşfedilen sekizinci gezegen ise sayı açısından bu sistemin Güneş Sistemi gibi kalabalık bir gezegen topluluğuna sahip olduğunu bize gösterdi. Dolayısıyla Kepler-90, Güneş Sistemi dışında şu ana kadar keşfedilen en çok gezegenli sistem oldu. Bu yeni keşfedilen sekizinci gezegen şimdilik Kepler-90i olarak adlandırıldı. Kepler-90i oldukça sıcak, kayalık bir gezegendir ve içinde bulunduğu sistemdeki sekiz gezegen arasında en küçük olanıdır. Yıldızına çok yakın olması ile yörüngesinden dolayı bir yılı sadece 14 gün sürüyor. Yüzey sıcaklığının ise 427 santigrat derece civarında olduğu tahmin ediliyor. Dolayısıyla bildiğimiz kadarıyla yaşam için pek iç açıcı bir yer değil. Buna rağmen sekizinci gezegenin keşfi Kepler-90 sisteminin Güneş Sistemimizin bir mini versiyonu görünümü almasıyla sonuçlandı. Evrende yalnız mıyız diye kendimize sorarken karşımıza gezegen sistemi olarak bir benzerimiz çıktı! NASA'nın hazırladığı yukarıdaki görsele bir göz atın. Her iki sistemde de yıldızına yakın olan gezegenler daha küçük ve büyük gezegenler ise yıldızından oldukça uzakta. Bu düzen Kepler-90 sistemindeki dışta yer alan ve yaklaşık Satürn ve Jüpiter büyüklüğünde olan gaz gezegenlerin bizde olduğu gibi benzer bir oluşum aşamasından geçtiğinin kanıtını oluşturmaktadır. Yapay zekanın keşfettiği bu küçük gezegeni ve sistemini tanıdık. Peki, nasıl oluyor da bir yapay zeka, üstelik bir dilden başka bir dile tercüme işi yapan bir yazılım bir gezegen keşfi yapabiliyor. Şunu da belirtmek isterim, aynı türden bir yazılım da kimyasal reaksiyonların sonuçlarını öngörüyordu. Neyse, hakkında daha fazla şüphe uyandırmadan kendisini tanıyalım. 2545 ışık yılı uzaklıktaki o sistemin sekizinci gezegenin keşfinin mimarı sinir ağları veriden öğrenebilen bir yazılımdır. Bu yazılım daha aşina olduğumuz yazılımlardan farkı o yazılımların programlanmış kurallara sahip olması bu keşfi yapan yazılımın ise veri üzerinden öğrenebiliyor olması. Bu tür bir yazılım Facebook'ta dil çeviri işini, yeni iPhone X telefonunuzda yüz tanıma için FaceID sistemini ve Google Fotoğraflar uygulamasında görüntü tanımasını çalıştıran şeydi. Bir sinir ağı kedi ve köpeklerle dolu fotoğraflarda kendisine kedilerle etiketlenmiş görüntüler verildiği takdirde, sonraki bütün fotoğraflar arasında kedilerin olduğu fotoğrafları tanıyıp size sunabilir. Çünkü daha önce eğitilmişti kedilerin etiketlendiği bir fotoğrafla. Bu bir sinir ağı yazılımının öğrenme şeklidir. Google AI'de uzman bir yazılım mühendisi olan Christopher Shallue bir sinir ağı yazılımının bir uzay keşfinin bir parçası olması hakkında basın toplantısı sırasında şunları belirtti, Gökbilimciler ötegezegen arayışında teleskoplar gibi araçlara ihtiyaç duyarlar ve görünen o ki yapay zeka onların kullanacakları yeni bir araç. Kepler-90i'nin keşfinden önce Google mühendisi Shallue bu sinir ağı yazılımını tıpkı etiketlenmiş kedi fotoğraflarında olduğu gibi 15 bin etiketlenmiş sinyal ile eğitti. Işık eğrileri olarak adlandırılan bu sinyaller geçiş yöntemi kullanılarak yapılan bir ötegezegen arayışı sırasında olası bir gezegenin yıldızı ile Kepler teleskobu arasında geçtiği sırada yıldızdan gelen ışıktaki düşüşü gösteren sinyallerdir. Mevcut 15 bin sinyal bu teknik ile elde edilmiş gerçek sinyallerdir. Ancak bunlardan yaklaşık 3500'ü bir gezegenin geçişi sırasında oluşan ışık eğrileri iken kalanı bir gezegenden değil de yıldız lekesi gibi bazı şeylerden kaynaklanan ışık eğrilerinin olduğu sinyallerdir. Sonuç olarak bu 15 bin sinyal sayesinde bir sinir ağı yazılımı geçiş yapan yıldızlardan kaynaklanan ışık eğrileri ile diğer şeyler sonucu gelen sinyaller arasındaki farkı öğrenebilir ve buna göre Kepler Uzay Teleskobu'ndan gelen verileri kolaylıkla ayıklayabilirdi. Sonunda, 670 yıldızdan gelen verilerden daha önce keşfedilmemiş bir gezegeni temsil edebilecek zayıf sinyaller üzerine odaklandı ve bunlardan ikisi yeni dünyalardı. Yapay zekanın keşfettiği ikinci gezegen ise bizden 1000 ışık yılı uzaklıktaki Kepler-80 isimli bir başka yıldızın çevresinde dönen ve Dünya ile benzer bir büyüklüğe sahip Kepler-80g. O da kendi sisteminin altıncı gezegeni ve dört gezegenle sıkı sıkıya bağlı kararlı bir yörüngeye sahip gibi görünüyor. Araştırmacıların bu çalışması The Astronomical Journal dergisinde yayınlanmak üzere kabul edildi ve bu makalede, sonraki adım olarak 150 bin yıldızdan daha gelen sinyalleri yapay zeka ile incelenmesi görünüyor. Bu gezegen avcılığının yeni bir yolunun sadece başlangıcıydı. Yapay zeka ile desteklenmiş teleskoplarla uzayın derinliklerinde gezegen arayışı sürecek.


Google Çeviri gibi yapay zeka yazılımlarını göz önüne aldığımızda bu programlar bir dilden bir diğerine tercüme yaptıklarında önce harfleri sonra da kelimeleri tanırlar. Böylelikle bir cümlenin herhangi bir dildeki karşılığını bize sunmaktadırlar. Benzer şekilde, atomları harfler ve molekülleri de kelimeler olarak düşünerek bize kimyasal reaksiyonların nasıl sonuçlanacağı konusunda yardımcı olabilirler mi? Zürih'te yer alan IBM Research'ten araştırmacılar yapay zekanın organik bileşiklerin işin içine girdiği kimyasal reaksiyonların sonuçlarını, ürünlerini öngörmede yetenekli olabileceğini yeni gerçekleşen bir konferansta gösterdiler. Böyle bir yapay zeka programı ilaçların geliştirilmesini hızlandıracak bir atılım sağlayabilir. Bilim insanları bilgisayarlar organik kimyasal reaksiyonların sonuçlarını öngörmeye yardımcı olabilsin diye geçen 50 yılda bilgisayarlara kimyanın nasıl çalıştığını öğretmeyi denediler . Ancak, organik kimyasallar olağandışı karmaşık olabilir ve onların davranışını çözen simülasyonlar zaman alıcı ve hatalı olabilir. Örneğin, bilgiye dayalı bir yapay zeka programı olan Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden Bartosz Grzybowski'nin araştırma grubunun geliştirdiği 20 bin kimyasal kuralı barındıran Chematica retrosentez programı 15 yıllık bir çabanın ürünü . Bunun yerine, IBM'deki araştırmacılar farklı diller arası tercümeler için kullanılan bir tür yapay zeka programını ele aldılar ve onu organik kimyaya uygun hale nasıl getirebileceklerini düşündüler. Görünürde bir problem yoktu. IBM Research'te çalışan Teodoro Laino'ya göre, Bu programda, kimyasal yapılar ilk olarak bir dizi harf ve sayılara dönüştürülür. Sonra program reaksiyonu dil işleme için geliştirilen dayanıklı algoritmaları kullanarak bir tercüme problemi gibi ele alır. Araştırmacılar, bu şekilde kimyagerlere organik bileşikler için yeni sentez rotalarının tasarlanmasında yardımcı olmayı amaçlıyorlar. Çünkü ilaçların hazırlanması için kullanılan ya da başka amaçlar için kullanılan karmaşık yapıdaki organik bileşenlerin sentezlenmesi genellikle zordur. Laino'ya göre, böyle bir sentezin gerçekleşmesi 30 veya 40 adımda mümkün olur. Bu adımlardan bazılarını es geçmek, yani verimi artırıp harcanan süreyi azaltmak için kısayollar bulmak amacıyla endüstriyel anlamda yapılan önemli bir arayış var. Bu yeni yapay zeka programı bir yapay sinir ağından ibarettir. Gerçek sinir ağındaki nöronların yerine kullanılan bileşenler bir problemi çözmek için çalışırlar tıpkı bir cümlenin tercüme edilmesi gibi. Bu sinir ağı sonra hızlıca nöronları yani bileşenleri arasındaki bağlantıları tekrar ve tekrar ayarlar ve bu bağlantıların yeni düzenlerinin problemin çözülmesinde daha iyi olup olmadığını görür. Zamanla, sinir ağı insan beynindeki öğrenme sürecini taklit ederek hesaplama çözümlerinde en iyi olan düzenleri keşfeder. Tıpkı bir dili konuşarak büyüyen bir çocuk gibi kuralların nasıl olduğunu bilmeden söyler, ad çekimleri ve fiil çekimleri çalışır ama hala sadece nasıl konuşacağını bilir, bu yeni yapay zeka yazılımı organik kimyanın nasıl işlediğine dair kuralları asla öğrenemez ama kimyasal reaksiyonların sonuçları ile ilgili öngörülerde bulunabilir. Yapay zekanın bir kimyasal reaksiyonun birden fazla sonuca sahip olabileceğini düşündüğü durumlarda ise olasılığa göre sıralanan birden fazla çözüm sağlayacaktır. IBM Research'ten aynı çalışmaın bir diğer yazarı Philippe Schwaller'a göre bu yapay zeka programı yüzde 80 doğrulukla kimyasal reaksiyonların sonuçlarını öngörebilir. Şimdiye kadar yapay zeka programının göz önüne aldığı en büyük moleküllerin yaklaşık 150 atomu vardı. Görünen o ki, daha çok sayıda atoma sahip molekülleri de kapsamına alabilir. Bu program ile ilgili IBM'in gelecek planları arasında bir bulut servisi aracılığıyla yapay zeka programının öngörülerinden herkesin yararlanması yer alıyor. Ayrıca doğruluk oranının yüzde 90 hatta daha üzeri olması hedefleniyor. Daha ilerisi için yapay zekanın kimyasal reaksiyonlara sıcaklık, çözücüler ve pH gibi faktörleri katabilmesi sağlanabilir. Araştırmacıların yapay zeka programı üzerinden elde ettikleri bulguları 4 Aralık 2017'de ABD'nin California eyaletinde gerçekleştirilen Neural Information Processing Systems konferasında sundular.


İlk çalıştayın Türkiye Uzay Madenciliği Çalışma Grubu tarafından 15 Aralık 2016 tarihinde İstanbul Teknik Üniversitesi'nde düzenlenmesinden sonra bu yıl 2. Asteroit Madenciliği ve Meteor Bilimi Çalıştayı İzmir'de 15-16 Şubat 2018 tarihlerinde Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Konferans Salonu'nda gerçekleştirilecektir. NASA Johnson Uzay Merkezi'nden Dr. Michael E. Zolensky, NASA Jet İtki Laboratuvarı'ndan Dr. Umut Yıldız'ın davetli konuşmacı olarak yer aldığı çalıştayın programının bir özeti aşağıdaki gibidir.


Bizim dünyamıza benzemeyen kuantum dünyasıyla ilgileniyorsanız, zaman ve uzay kavramının bambaşka hal aldığı bu dünyayı merak ediyorsanız Gazi üniversitesi Fizik Bilim ve Teknoloji Topluluğu sizi Kuantum serilerine davet ediyor. Prof. Dr. Hakan Çiftçi'nin yapacağı ilgi çekici bu konuşma için topluluk sizi heyecanla bekliyor. Fizik ve popüler bilime ilgi duyan herkes davetlidir. Konuşma ilk konuşmanın devam niteliğinde olacaktır. Katılım ücretsizdir. Bu etkinliğe katılmak için aşağıdaki linkte yer alan formu doldurmanız yeterlidir. Dışardan gelen katılımcılarımızın Gazi üniversitesinin C kapisindan girip isimlerini söylemeleri yeterli olacaktir. A kapısından gelmek isteyenlerde 75.yıl konferans salonundaki sunuma geldiklerini söylemeleri yeterli olacaktır.


Çin'in ilk uzay istasyonu olan Tiangong-1'in 31 Mart ve 1 Nisan tarihleri arasında Dünya'ya düşmesi bekleniyor. 10.4 metre uzunluğundaki istasyon Dünya atmosferi boyunca yerküreye doğru hareket ettikçe yanacak. Ancak, Avrupa Uzay Ajansı Uzay Çöplüğü Ofisi'ne göre bazı parçalarının yanmayıp yere ulaşması bekleniyor. Buna rağmen kimse bu parçaların ne zaman ve nereyi vuracağından emin değil. Uzay istasyonunun atmosfere ulaştığı saatlerde bile, bu parçaların düşeceği yerle ilgili son tahminler binlerce kilometreyi kapsıyor. Avrupa Uzay Ajansı ülkemizin de içinde bulunduğu 42.8 Kuzey ve 42.8 Güney enlemleri arasında herhangi bir yere bu parçaların düşme ihtimali olduğunu öngörüyor. Görünen o ki, uzay istasyonun yörüngesinin geometrisinden dolayı bu enlemler arasındaki bölgede ekvatordan ziyade kenarlar istasyona ait parçaların olası düşeceği yer olabilir. Bu alanın çoğu okyanusla ve insanların yaşamadığı bölgelerden oluşmaktadır. Buradan yola çıkarak Avrupa Uzay Ajansı'nın yaptığı hesaba göre, Tiangong-1'e ait enkazdan bir parça tarafından bir kişinin vurulma olasılığı, o kişiye yıldırım çarpması olasılığından 10 milyon kat daha az. Büyüklüğü göz önüne alındığında, uzay istasyonunun sadece yüzde 10'u kadar kısmı atmosfere girişten sonra sağlam kalabilir. Bu kısım ise çoğunlukla motorlar gibi ağır bileşenler olacaktır. Cennet Sarayı anlamına gelen Tiangong-1 uzay istasyonu 2011 yılında uzaya fırlatılmıştı ve Çinli astronotlar tarafından 2012 ve 2013 yıllarında sadece iki kez ziyaret edilmişti. Bu ikinci ziyaretten sonra Çin bu uzay istasyonunun Dünya'ya geri dönme hazırlıklarını sağlamak için uyku moduna almıştı. Fakat 2016 yılının Mart ayında, Çin Uzay Ajansı uzay istasyonu ile bağlantıyı kaybettiklerini ve 2017 yılında istasyonun atmosfere tekrar girmesini beklediklerini açıklamışlardı. Tiangong-1 Çinli bilim insanları tarafından Tiangong-2 ve geleceğin kalıcı Çin uzay istasyonu gibi daha büyük projeler için deneysel bir platform olarak kullanılmıştı. Bu deneylerden elde edilen bulgular kullanılarak 2016 Eylül'ünde Tiangong-2 yörüngeye fırlatılmıştı. Tiangong-1 iki modüle sahipti. Bunlardan biri güneş panelleri ve motorlar için ayrılırken diğeri astronotların yaşayacağı yer ve deneyler için kullanılmıştı. Gelişen Çin uzay programlarının ilk örneklerinden biriydi. Ocak ayında iken 300 km olan irtifadan 200 km'ye düştüğü belirlenen bu uzay istasyonunun yeniden atmosfere girmesinin tehlikeli olmasının düşük ihtimalli olduğu düşünülüyor. Diğer taraftan, parçalanan uzay istasyonu bir ateş topu gibi gökyüzünden önümüzdeki iki gün içerisinde geçecek. Uzay istasyonunun düşeceği nokta, bölge ile ilgili olarak Avrupa Uzay Ajansı ve Çin Uzay Ajansı'nın günlük güncellemeleri var. Bu güncellemeler üzerinden ülkemiz üzerinden geçip geçmeyeceği ya da hangi bölgeye düşeceği ile ilgili gelişmeleri takip edebilirsiniz. Umarım sorunsuz bir hafta sonu geçiririz.


Albert Einstein onun hakkında matematik tarihinin en önemli kadını olduğunu söylüyordu: Amalie Emmy Noether. Amalie Emmy Noether evrensel korunum yasaları ve doğadaki simetriyi bir araya getiren bir teorem ortaya koydu. Noether teoremi olarak bilinen bu teorem simetri ve korunum yasaları arasındaki bağlantıyı açıklıyordu ve Albert Einstein'ın görelilik teorisi kadar önemliydi. Çünkü bu teorem Higgs bozonu keşfinin önünün açılması dahil olmak üzere günümüz fiziğin öncü araştırmalarının çoğunu kapsamaktadır. Noether teoremini geliştirmeden önceki hayat yolculuğundan biraz bahsetmek istiyorum. Alman matematikçi ve teorik fizikçi Emmy Noether 23 Mart 1882'de Almanya'nın Erlangen şehrinde doğdu. Erlangen'de kolejlere hazırlık okullarına kızların alınmadığı bir dönemde binlerce erkeğin arasında iki kadından biri olarak derslere dışarıdan izleyici olarak katıldı . Erlangen Üniversitesi'nde 1907 yılında matematik bölümünde Paul Gordan'ın danışmanlığında doktorasını aldı. Bunun öncesinde 1900 yılında İngilizce ve Fransızca öğretme sertifikasına sahipti. Noether 1908'den 1915 yılına kadar herhangi bir ödeme veya fakülte üyeliği almaksızın Erlangen Matematik Enstitüsü'nde çalıştı . 1915 yılında dönemin dünyaca en bilinen matematik araştırma merkezi olan Göttingen Üniversitesi'nin matematik bölümüne David Hilbert ve Felix Klein tarafından davet edildi. David Hilbert'in adı altında dört yıl boyunca okutman olarak çalıştıktan sonra David Hilbert ve Albert Einstein'ın çabalarıyla akademik bir derece olan privatdozent derecesini sonunda aldı. 1922 yılında ise doçent doktor ünvanını aldı. Noether, 1933 yılına kadar Göttingen Üniversitesi matematik bölümünün önden gelen bir üyesi olarak çalıştı. Bu yıllarda onun öğrencilerine bazen Noether'in çocukları deniliyordu. 1908-1915 yılları arasında genel ve teorik cebir üzerine çalışırken, 1915'ten sonraki dönemde ise David Hilbert ve Felix Klein hatta Hermann Minkowski ile birlikte Einstein'ın genel görelilik ilkesi üzerine çalıştı. 1915 yılında Albert Einstein genel görelilik teorisini yayınlandığında Göttingen Üniversitesi'nin matematik bölümü büyük bir ilgiyle bu teoriye odaklanmıştı. Noether de kendi cebir invaryans çalışmasını Einstein'ın teorisinin bazı kısımlarına uygulamaya başlamıştı. Şimdi Noether teoremi olarak anılan teorem bu şekilde ortaya çıkmaya başlamıştı. Bu teoreme göre her sürekli simetriye karşılık gelen bir korunum yasası vardır veya tam tersi. Noether'in teoremi eğer bir fiziksel sistem için Lagranjyan fonksiyonu onu tanımlamak için kullanılan koordinat sistemindeki sürekli bir değişim tarafından etkilenmiyorsa ona karşılık bir korunum yasası olduğunu söyler. Örneğin, Lagranjyan konumdan bağımsızsa sistem doğrusal momentumunu koruyacaktır, eğer zamandan bağımsız ise enerji korunacaktır . Albert Einstein 1918 yılında Noether'in çalışması üzerine David Hilbert'e şunları yazar , Noether hanımefendinin invaryanslar üzerine olan oldukça ilgi çekici çalışmasını dün okudum. Böyle şeylerin böyle genel bir yolla anlaşılabileceğinin gösterilmesinden etkilendim. Göttingen'deki eski bekçiler Noether hanımefendiden bazı dersler almalı! Görünen o ki Noether işini biliyor. Matematiksel fiziğin en güzel sonucu olarak değerlendirilen Noether teoremi, doğada bir çeşit simetri, biraz öngörülebilirlik veya homojenlik bulursanız, buna karşılık gelen arkaplanda gizemli bir korunumun olduğunu bulacaksınız der. Eğer bir bisiklet tekerleği radyal olarak simetrik ise, siz onu kendi ekseni etrafında döndürdüğünüzde tüm yönlerde aynıymış gibi görünür. İşte bu simetrik dönüştürüm karşılık gelen bir korunum sağlamalıdır. Noether'in teoreminde somutlaşan ilkeler ve hesaplamaları uygulayarak, açısal momentumun, Newtonyen itmenin biskletçileri dik ve hareket halinde tuttuğunu göreceksiniz. Teoremden çıkan şaşırtıcı sonuçlar arasında en ilgi çekici ilişki zaman ve enerji arasında olanıdır. Noether teoremi bir zaman simetrisinin enerjinin korunmasıyla doğrudan ilgili olduğunu göstermiştir. Enerjinin korunumuna göre enerji ne yoktan var olabilir ne de yok edilebilir, ancak sadece biçim değiştirir. 1920'lerdeki çalışmaları temel olarak soyut cebir üzerine olsa da grup teorisi, halka teorisi, grup temsilleri ve sayı teorisi üzerine de dikkat çekici çalışmaları olmuştu. Noether'in matematiği fizikçiler ve kristalograflar için çok yararlı oldu. Noether'in cebire kavramsal yaklaşımı cebiri, geometriyi, lineer cebiri, topoloji ve mantığı birleştiren bir ilkeler dizisine yol açtı . 1928-1929 yıllarında Moskova Üniversitesi'nde misafir profesör olarak görev yaptı, 1930 yılında Frankfurtta ders vermeye devam etti. 1932 yılında Zürih'te gerçekleşen Uluslararası Matematik Kongresi'nde ana konuşmacı olarak ders verdi ve aynı yıl matematik alanında prestijli bir ödül olan Ackermann-Teubner Anma Ödülü ile ödüllendirildi. 1933 yılının Nisan ayında bir Yahudi ailesinden gelmesinden dolayı Nazi hükümeti tarafından ders vermesi yasaklandı ve hatta Almanya'da kalması tehlikeli hale geldi. Aynı yılın Eylül ayında, Albert Einstein'ın da önerisiyle ABD'deki Byrn Mawr College'de misafir profesörlük görevini kabul etti. Daha sonra Princeton'da İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde ders vermeye devam etti. 1935 yılında bir tümör tedavisi için ameliyat oldu ve bu ameliyattan sonra oluşan komplikasyonlar nedeniyle 14 Nisan 1935 tarihinde hayatını kaybetti. Babası Max Noether Erlangen Üniversitesi'nde bir matematik profesörüydü. Ailesinden üç erkek kardeşinden ikisi Emmy Noether gibi bilim insanı olmuştu ama O hepsini geçmişti. Sonunda Max Noether, Emmy Noether'in babası olarak biliniyordu .


Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve Harvard Üniversitesi'nden bilim insanları tarafından gözlenen yeni optik hal fotonlarla kuantum hesaplamaya olanak tanıyabilir. Yani, fotonların bir kütlesinin olmasından söz ediyoruz. Bu kütleli fotonların hızı azalacaktı ve maddedeki atomlarla birbirlerini çekerek ve iterek etkileşeceklerdi. Peki, biz bunu daha önce nerede görmüştük? Hatırlayın, Yıldız Savaşları'nda ışın kılıçları ile eski zamanlara ait kılıç savaşları modern bir sahnede sergileniyordu. Bu göz kamaştırıcı sahnelerde, ışık demetleri birbirlerini çekebiliyor ve itebiliyor. Bu kadar abartıya gerek olmadığını düşünüyorsanız, basitleştirelim, karanlık bir odada birbirine yönelmiş iki el fenerinden çıkan ışık demeti bir araya gelebilir ve tek, parlak bir ışık akımı olarak birleşebilirdi. Bu tür optik davranışların fizik kurallarını zorlaması gerekir gibi görünüyor olabilir ama MIT ve Harvard Üniversitesi'nden bilim insanları Science dergisinde birkaç hafta kadar önce yayınladıkları bir çalışmada fotonların gerçekten de birbirleri ile etkileşime sokulabileceklerini gösterdiler. Bu çalışmada, üç foton grubunun etkileşime girdiği ve bunun sonucunda, tamamen yeni bir fotonik madde oluşturmak için birbirlerine yapıştıkları gözlendi. Kontrollü deneylerde, araştırmacılar ultrasoğuk rubidyum atomlarından oluşan yoğun bir bulut boyunca çok zayıf bir laser demetini geçirdiklerinde buluttan tek, rastgele aralıklı fotonların çıkması yerine üçlü veya ikili gruplar halinde birbirine bağlı fotonların çıktığı bulundu. Bu ise, onların kendi aralarında bir etkileşime uğradığını gösteriyor. Bir araya gelerek gruplar halinde etkileşmeleri, etkileşmenin türünün çekme olduğuna işaret ediyor. Vuletic'in bu sorusuna cevap bulabilmek için araştırmacılar aynı deneysel yaklaşımı iki foton etkileşmesini gözlemlemek için kullandılar. Bu süreç rubidyum atomlarından oluşan bir bulutun mutlak sıcaklığın üzerindeki bir derecenin sadece milyonda biri kadar olan ultrasoğuk sıcaklıklara soğutulmasıyla başlar. Soğutulan atomlar yavaşlar ve durma noktasına kadar gelirler. Araştırmacılar bu durağan atom bulutu boyunca oldukça zayıf bir laser demeti geçirir. Laser demet gücünün zayıf olması, bu bulut içindeki sadece bir avuç foton boyunca laser demetinin geçişini sağlamak içindir. Sonrasında ise araştırmacılar atom bulutunun diğer tarafından gelen fotonları onlar geldikçe ölçerler. Bilindiği üzere kütlesiz fotonlar normalde saniyede 300 bin kilometre hızla hareket ederler. Bu çalışmada, görünen o ki, birbirine bağlı bu fotonlar elektronun kütlesinin bir parçası kadar bir kütleye sahip gibiler. Bu yeni hafif kütleli ışık parçacıkları normal etkileşmeyen fotonlardan 100 bin kat daha yavaş hareket ediyorlar. Araştırmacılar deney sonuçlarında gözlemlerini açıklamak için bir hipotez geliştirdiler. Bu hipotezde, tek bir foton rubidyum atomlarından oluşan bu atom bulutu boyunca ilerledikçe, çiçekler arasına giren bir arı gibi bir diğer atoma geçmeden önce yakındaki bir atom üzerine kısa süreliğine konar ve bu diğer uca varana kadar devam eder. Eğer başka bir foton eşzamanlı olarak bu atom bulutu boyunca ilerlerse, bir rubidyum atomu üzerinde biraz zaman harcayarak bir polariton oluşturabilir. Polaritonlar bir parçası foton bir parçası atom olan hibrit bir kuasiparçacıktır. Sonra iki polariton da birbiri ile etkileşebilir. Bulutun sonunda ise, atomlar olduğu yerde kalırken fotonlar birbirine bağlı olarak çıkarlar. Araştırmacıların bu modelinden iki foton arasındaki etkileşmelerden daha kuvvetli bir bağın oluşmasıyla üç foton için de aynı sürecin işlediği çıkarımı yapılabilir. Atom bulutundaki tüm etkileşme bir saniyenin milyonda biri kadar bir sürede oluşuyor. Ayrıca, bu etkileşim fotonlar buluttan ayrılmış olsa bile onları birbirine bağlamaya zorlayan bir etkileşim olarak aktif kalmaya devam ediyor. Vuletic, elde ettikleri sonuçların fotonların gerçekten birbirini çekebildiğini veya birbiriyle dolanık olabildiğini gösterdiğini söylüyor. Eğer onlar başka yollarla da etkileşime girebiliyorsa, fotonlar son derece hızlı ve inanılmaz derecede karmaşık kuantum hesaplamalarını gerçekleştirmek için kullanılabilir. Vuletic'in deyimiyle birbirinden ayrı fotonların etkileşmesi onlarca yıldır süren bir hayal olmuştu ve bu çalışmanın sonuçları bu hayalin gerçeğe dönüştüğünü gösteriyor. Bu çalışmanın bulgularını olası uygulama alanlarını göz önüne alarak düşündüğümüzde araştırmanın günlük hayatımızı ne kadar değiştireceği daha iyi anlaşılıyor. Optik fiberler ışık hızında çok uzak yerlere bilgiyi taşırlar, benzer yolla kuantum bilgiyi de dünya üzerinde dağıtmak mümkün. Eğer fotonlar bir diğerini etkileyebilirse ve sonra bu fotonları dolanık hale getirebilirsek, o zamanda kullanışlı bir şekilde kuantum bilgiyi bir yerden bir yere iletmek için bu fotonları kullanabilirsiniz. Sürekli olarak fotonların birbirini çekerek birleştiğini, ikili veya üçlü olarak ışığın yeni bir formunu oluşturduklarından bahsettik. Ya tersi olsaydı? Fotonlar bilardo masası üzerindeki bilardo topları gibi birbirlerini rastgele dağıtabilseydiler yani itme gibi diğer etkileşmeler içinde olsaydılar ne olurdu? Vuletic bu konuda şunları söylüyor, Işık kristalini biraz daha açmak gerekebilir. Katıhal fiziğinde, atomların belirli bir örgü sabiti kadar uzaklıkla bir araya gelip tüm yönlerde genişeyen bir kristal örgü oluşturduğu yüksek düzene sahip bir yapıdır. Bir ışık kristali için atomlar yerine fotonları koyalım ve buradan şunu söyleyebiliriz; fotonlardan inşa edilmiş yeni maddeler oluşturmak mümkün olabilir.


Google, IBM ve Intel arasında kuantum hesaplama yarışı kıyasıya sürüyor. Google'ın geliştirdiği Bristlecone kuantum bilgisayar çipi 72 kuantum biti ile bu alanda yeni bir rekor kırdı. Görünen o ki, bu gelişme ilk defa bir kuantum bilgisayarın bir klasik süperbilgisayardan daha iyi performans gösterebileceğinin işareti oldu. Bunun sonucunda, kuantum bilgisayarları eşzamanlı işlemleri yani aynı anda bu durumların tümünü işlemede çok başarılıdır, klasik bilgisayarları düşündüğümüzde her biri için ayrı olarak işlemeleri gerekiyor. Bunun anlamı, teorik olarak 49 kubite sahip bir çipden yapılan bir kuantum bilgisayarı teoride belirli tip işlemlerde mevcut en iyi süperbilgisayarlardan daha yüksek performans gösterebilir. Google'ın bu son çip prototipi olan Bristlecone 72 kubite kadar işlem yeteneği artırılmıştır. Bu kubitler kare bir dizide düzenlenmiş ve onların kuantum doğası süperiletkenlik yoluyla elde edilmiştir. Süperiletkenlik bir kerede iki yönde akımın iletilmesiyle çok sayıda durumun temsil edilmesine olanak tanır. Burada her ne kadar öne çıkarılan kubitlerin sayısının daha fazla olması olsa da, kubitlerin sayısını artırmak tek başına önemli değildir. Kubitler son derece kırılgandır ve dış dalgalanmalar tüm hesaplamayı bozan hafıza hatalarını ortaya çıkarabilir. Bunları tespit etmek ise zordur, tıpkı Schrödinger'in kedisi düşünce deneyinde olduğu gibi kutunun içinde hangi dalga fonksiyonun çöktüğünü çözmeye çalışırken bilgiyi karıştırırsınız. Bu elbette sizi bir hacklemeye çalıştığında uyarı işlevi gören bir kuantum şifreleme sistemi için harika olabilir ama bir kuantum bilgisayarının çıktısını okumak istediğinizde sizin için bu çok da yardımcı olmaz. Bu problemi çözmek için birkaç yıl kadar önce Google Kuantum YapayZeka Laboraturvarı bir kuantum hata düzeltme tekniği geliştirdi ve dokuz kubitli bir sistemde çalıştığını gösterdi. Bu düzeltme tekniği veri ve ölçüm kubitlerinin kombinasyonlarını kontrol ederek çalışmaktadır. 9-kubitli bir sistem üzerinde bu yöntem yüzde 1 kadar düşük bir hata oranına ulaşmayı başardı. Şimdi ise Google'ın araştırmacı ekibi buna benzer düşük hata oranına Bristlecone işlemcisinin 72 kubiti üzerinde ulaşmayı başarmayı amaçlamaktadır. Google'ın geliştirdiği Bristlecone kuantum işlemcisi 5 Mart 2018'de Amerikan Fizik Derneği'nin Los Angeles'ta düzenlenen yıllık toplantısında sunuldu. Bu toplantıda, bu geçit-temelli süperiletken sistemin amacının kuantum simülasyon, optimizasyon ve makine öğrenimindeki uygulamaların yanı sıra Google'ın kubit teknolojisinin ölçeklenebilirliği ve sistem hata oranlarına yönelik araştırma amaçlı bir deneme istasyonu sağlamak olduğu belirtildi. Ayrıca, Google araştırma ekibi kuantum bilgisayarların üstünlüğünün Bristlecone ile başarılabileceğine inandıklarını açıkladılar. Şüphesiz bu tür çalışmalar daha büyük ölçekli kuantum bilgisayarların inşasında önemli bir mihenk taşı olacaktır.


Eminim birçoğumuz Zamanın Kısa Tarihi'ni, Ceviz Kabuğundaki Evreni okumuştur. O'nu, Stephen Hawking'i bilim dünyası yaptığı çalışmalar ve makaleler ile daha iyi tanısa da bilime ilgi duyan öğrenciler, öğretmenler, mühendisler ve diğer kesimlerden insanlar yazdığı popüler bilim kitaplarıyla onunla tanışmıştı. Çünkü Stephen Hawking bilimin yaygınlaşmasında en çok çaba harcayan bilim insanlarından biriydi ve gösterdiği yaşama azmi dışında bu çabalar onu dünyanın en ünlü bilim insanlarından biri haline getirdi. 21 yaşında motor-nöron hastalığı teşhisi konulduğunda doktorasını tamamlamasında bile zorlanacağı düşünülürken beklentilerin aksine bilime yaptığı sayısız katkıyla 55 yıl daha yaşadı. Bugün, 14 Mart 2018'de, Dünya Pi Günü'nde, Albert Einstein'ın doğumgününde Stephen Hawking 76 yaşında hayatını kaybetti. 1942 yılında Birleşik Krallık'ın Oxford şehrinde doğan Hawking, bir tıp araştırmacısı babanın ve felsefe bölümü mezunu bir annenin oğluydu. ST. Albans Okulu'ndan sonra Oxford Üniversitesi'nde Fizik Bölümü'nden derecesini alan Hawking 1962 yılında araştırma kariyerine Cambridge Üniversitesi'nde modern kozmolojinin babalarından biri olarak kabul edilen ve Paul Dirac'ın eski öğrencisi olan Dennis Sciama'nın grubunda başladı. Karadelikler üzerindeki çığır açıcı çalışmaları öncesinde Birkbeck College'de Roger Penrose Albert Einstein'ın Genel Görelilik İlkesi'nde uygulanabilir yeni matematiksel teknikler ortaya atmıştı. Bu teknikler genel çekimsel çöküşün tekilliklere yol açacağını göstermişti ve bu da yeni fiziğe dair fitilin ateşlendiğinin işaretiydi. Bunun üzerine Hawking evrenin ilk zamanlarındaki kütleçekiminin ışığın dahi kaçamayacağı kadar çok güçlü olduğu uzay bölgeleri olan karadeliklerin ve tekilliklerin olması gereken koşulları belirlemek için Einstein'ın Genel Görelilik İlkesi'ni kullandı. Hawking matematiksel olarak karmaşık olan bu problemler için yeni bir geometrik yaklaşım kullanarak tekilliklerin sadece matematiksel bir maksat değil aynı zamanda genel göreliliğin genel bir özelliği olduğunu gösterdi. 1970'lerin ilk yıllarında ise Hawking'in bir başka büyük keşfi bir karadeliğin olay ufku alanının yani bir karadeliğe düşen maddenin geri dönemeyeceği noktanın basit bir denklemle kendi entropisine bağlı olabileceğini göstermesi oldu. Yani olay ufku alanı asla azalamazdı. Diğer taraftan, 1974 yılında Hawking karadeliklerin klasik genel göreliliğin işaret ettiği gibi aslında tamamen siyah olmadığını ve onların radyasyon yaydığını yani ışıma yaptığını gösterdi. Bu ise kütleçekimi ve termodinamik arasındaki derin bağlantının su yüzüne çıkmasını sağladı. Hawking'in çalışmasıyla kuantum mekaniğine göre tüm karadeliklerin ışıma yapması gerekiyor. Bu ise karadeliklerin yakn çevresindeki ışık dahil tüm madde ve enerjiyi yurttuğu düşüncesinin çok da doğru olmadığını gösterdi. Çünkü bir karadeliğin olay ufku civarındaki kuantum dalgalanmalar Hawking Işımasına yol açıyordu. Bu dalgalanmalar kısa ömürlü sanal parçacık çiftleri tarafından üretiliyor. Bu parçacıklardan biri kütleçekimin etkisiyle karadeliğe çekilirken diğeri kaçmayı başarabiliyor. Hawking çok sayıda yayınladığı makale ile kuantum mekaniği ve genel göreliliği birleştirmeye yönelik en önemli çabayı harcayanlardan biri oldu. 1974 yılında, 32 yaşında iken elde ettiği bulgular Londra'da Kraliyet Bilimler Akademisi üyeliği kazanmasını sağladı. Bu süreçte ise hem hareket kabiliyeti zayıflamış hem de konuşması oldukça zorlaşmıştı. 1987 yılında Fizik Enstitüsü'nün Dirac ödül madalyasını almıştı, 2006 yılında Kraliyet Bilimler Akademisi'nin en eski ve en prestijli ödülü olan Copley madalyasını almıştı. Hawking ayrıca ABD Başkanlık Özgürlük Madalyası'nı alan Edward Teller, John Bardeen ve John von Neumann'dan sonra dört fizikçiden biri olmuştu. 2009 yılında bu ödülü Beyaz Saray'da düzenlenen bir seremonide Barack Obama'dan almıştır. 2009 yılında emekli olmasından sonra bile aktif bir bilim insanı olarak çalışmaya devam etti. Cambridge Üniversitesi'nde Teorik Kozmoloji Araştırma Merkezi'nde araştırma direktörü olarak çalışmaya devam etti, ayrıca Kanada'da Teorik Fizik Perimeter Enstitüsü'nde misafir profesör olarak çalıştı ve 2011'den sonra burada Stephen Hawking Araştırma Merkezi açıldı. Ödüller ise devam ediyordu, 2012 yılında Rus fizikçi ve girişimci Yuri Milner'in kurduğu Temel Fizik Ödül Vakfı tarafından 3 milyon dolar değerinde özel temel fizik ödülü verildi. 1985 yılında, Stephen Hawking zaten sınırlı olan konuşma gücünü geçirdiği bir trakeotomi ile kaybetmişti. Bir ekran üzerinde bir imleci kontrol ederek cümleler kurmaya başladı ilk olarak eliyle daha sonraları sadece bir yanak kasıyla... Onun kelimelerini işleyen bir konuşma sentezleyicisi üretildi. Bu sayede, en çok satan ve onu tüm dünyaya tanıtan kitabı 1988 yılında Zamanın Kısa Tarihi'ni tamamlayabildi. Ceviz Kabuğunda Evren ve Zamanın Daha Kısa Tarihi gibi çok sayıda popüler bilim kitabı yazdı ve insanlara fiziğin ilgi çekici yanlarını sundu. Ayrıca çok sayıda TV yapımına ünlü bir bilim insanı olarak katıldı. Biz onu kimi zaman The Big Bang Theory'de kimi zaman da Star Trek veya The Simpsons'da gördük. Ayrıca hayatını konu alan Theory of Everything sinema filmi 2014 yılında beyazperdeye girmişti. Zorlu yaşamına karşı, kararlı durdu. Dünya'nın karşılaşabileceği potansiyel felaketler karşısında insanları uyarmaya çalıştı. 2013 yılında İsrail Cumhurbaşkanı Şimon Peres tarafından düzenlenen bir konferansa davet edilen Stephen Hawking, Filistin sorunu üzerine İsrail hükümetinin politikalarına karşı birçok bilim insanı tarafından protesto etmelerine ve boykotlarına katılarak bu konferansa katılmayı reddettiğini açıklamıştı. Stephen Hawking olağanüstü başarılarıyla bilime adanmış bir ömrü geride bıraktı. İnsanlığa olan tüm katkıların için teşekkürler.


Her atom altı parçacığın eşit kütleye sahip ama zıt yüklü bir tamamlayıcı parçacığı yani karşılık gelen bir antiparçacığı vardır. Elektronlar ile pozitronlar, protonlar ile antiprotonlar ve nötronlar ile antinötronlar gibi. Bunların hepsi kütle olarak aynı ama taşıdıkları yük olarak birbirlerinden zıt özellikler gösterirler. Bu her bir çift parçacıktan biri sıradan veya bildiğimiz madde olarak kabul edilir ve diğerinin ise antimadde olduğu söylenir. Bu tanıma bir tek Majorana fermiyonları uymaz, fotonlar gibi yüksüz parçacıklar kendi antiparçacıkları olarak davranırlar. Astrofizik bize Büyük Patlama'nın eşit miktarlarda madde ve antimadde üretmesi gerektiğini söyler ama açıkça görülür ki durum böyle değildir. Bu dengesizliğin nedeni hala gizemini korumaktadır. Fakat, neredeyse kütlesiz bir atom altı parçacık olan ve tıpkı foton gibi kendi antiparçacığı olarak da davranabilen nötrinoların doğası bu gizemin çözülmesinde bize yardımcı olabilir. Eğer nötrinolar gerçekten Majorana fermiyonları gibiyse, onlar evrenin ilk zamanlarında asimetrik olarak bozunmuş olabilir ve bugün gördüğümüz antimaddeye karşı maddenin üstünlüğüne yol açmış olabilirler. 2018'in Ocak ayında, İtalya ve ABD'den 150 bilim insanının bir araya gelerek oluşturduğu bir araştırma grubu CUORE nötrino deneyini başlattı. Bu deney nötrinoların kendi antiparçacıkları olup olmadığını ortaya çıkarmayı amaçlayan 5 yıllık bir deney olarak planlanmış görünüyor. CUORE nötrino deneyi nötrinosuz çift beta bozunması olarak bilinen oldukça nadir görülen bir olayı algılamayı amaçlamaktadır. Zamanla, iki nötrino doğal olarak iki protona, iki elektrona ve iki antinötrinoya bozunur. Ancak, eğer nötrinolar kendi antiparçacığı ise, o zaman oluşan bu iki antinötrino çok nadir de olsa birbirlerini yok edecek ve nötrinosuz bir bozunma oluşacaktır. Nötrino fiziğindeki en önemli cevabı beklenen sorulardan biri nötrionların Majorana veya Dirac parçacıkları olup olmadıklarıdır. Antiparçacıkları kendisinden farklı olan parçacıklar Dirac parçacıkları olarak adlandırılırken, yukarıda belirttiğim gibi antiparçacığı da kendisi de yüksüz oluşundan dolayı aynı özellikler gösteren parçacıklar Majorana parçacıkları olarak tanımlanır. Çoğu teorik çalışan fizikçi nötrinoların Majorana parçacığı olduğu düşüncesini destekler. Çünkü Majorana kütlesi teorisi nötrinoların kütlesinin çok küçük oluşunu açıklayan bir mekanizmayı doğal olarak kabul eder. Deneysel olarak, bir Majorana kütlesinin en ilgi çekici yanı bir Majorana parçacığının kendisinin bir antiparçacığı olarak davranabilmesidir. Majorana parçacıkları ve antiparçacıkları onların helisiteleri yani bir atom altı parçacığın doğrusal hareketi ve spin kombinasyonu sadece farklılaştığı için bu şekilde helisiteleri yönlendirmek bir referans çerçevesindeki bir parçacığın bir başkasında bir antiparçacık olmasına izin vermektedir. Eğer nötrinosuz çift beta bozunması gözlemlenirse, nötrinoların Majorana parçacıkları olduğu kanıtlanacak ve nötrino kütlesinin ölçülmesi için de bir yol sağlayacaktır. Nötrino bozunması tellür gibi malzemelerde gözlenebilir ama bir nötrinosuz bozunma oldukça nadir gerçekleşen bir olaydır ve bu olayın tellürde oluşması birkaç septilyon yıl yani trilyon kere trilyon yılda bir olur. Üstelik, bozunmanın izini tespit etmek 2.5 MeV kadar küçük bir enerji piki verdiğinden dolayı oldukça zordur. Bu nedenle CUORE nötrino deneyi tüm girişimlerden mümkün olduğunca uzak bir yerde 1.6 kilometrelik bir kayanın altında bulunan bir laboratuvarda gerçekleştiriliyor. Bunun yanı sıra deneyin yapıldığı cihaz bilim insanlarının evrendeki en soğuk metreküp olarak hesapladığı buzdolabı benzeri bir cihazdır ve bu cihazın iç yapısının sıcaklığı mutlak sıfıra oldukça yakın, yaklaşık 6 miliKelvin. Soğutulmuş alan içerisinde, toplamda yaklaşık 100 septilyon tellür atomu içeren 988 tellür dioksit kristaline eklenen elektronik ve sıcaklık sensörleri bir nötrinosuz bozunmanın işareti olarak ufak bir sıcaklık artışını bulmak için çok dikkatli bir şekilde takipte. Deneyin kalbindeki dedektör bu 988 kristalden 52'şerli olarak küp biçimli tellür dioksit kristalini içeren 19 kuleden oluşmaktadır. Bu dedektörün toplam ağırlığı ise 742 kilograma ulaşıyor. Deneyin ilk iki ayının sonunda, bilim insanları böyle bir olayı henüz tespit edemediklerini Physical Review Letters dergisinin bu haftaki sayısında bilim dünyası ile paylaştılar. Ancak çalışmalarının sonucunda bir nötrinosuz bozunmanın tek bir tellür atomunda 10 septilyon yılda bir doğal olarak meydana geldiği sonucuna vardılar. Buradan yola çıkarak, araştırmacılar CUORE nötrino deneyi ile gelecek beş yıl içinde en azından beş nötrinosuz bozunma olayını gözlemleyebileceklerini tahmin ediyorlar. Bu gözlemler sadece nötrinoların kendi antiparçacıkları olduğunu onaylamayacak aynı zamanda Standart Model'in lepton sayısı korunumu yasasını ihlal ettiği onaylanacak. CUORE nötrino deneyinin bir üyesi olan Lindley Winslow bir nötrinosuz çift beta bozunmasının gözlenmesinin zorluğu hakkında şunları dile getirdi, Majorana nötrinolarının henüz gerçekte var olup olmadığını anlamamız için beklememiz gerekiyor. Bu alanda yoğunlaşan çalışmalar ve olası bir nötrinosuz çift beta bozunmasının keşfi evrenin mevcut dinamikleri ve parçacık fiziğinin bize sunduğu atom altı parçacık dünyasına ilişkin anlayışımızı oldukça değiştirecek gibi.


ABD'den Harvard Üniversitesi bilim insanları dünyanın en hassas kontrol edilen kimyasal reaksiyonunu normalde bir araya gelip bir molekül oluşturmayan elementler arasından sadece iki atom üzerinden gerçekleştirdiler. Bu iki elementten biri sodyum ve diğeri sezyumdan ilgi çekici bir alaşım benzeri molekül elde edildi. Bu şekilde iki atomun reaksiyona sokulması gelecekte ihtiyacını duyacağımız türdeki malzemelerin yapılması için yeni bir yol olabilir. Sodyum ve sezyum atomlarının tek bir molekül oluşturmasında bu iki alkali metali birbirine yaklaştırmak amacıyla onları manipüle etmek için optik cımbız adı verilen bir aygıt kullanıldı. Böyle bir aygıt ile laser demeti çok küçük ölçekteki cisimleri bir yerden bir yere hareket ettirmek, yönlendirmek için kullanılabilir. Sodyum ve sezyum periyodik cetvelin aynı grubunda yer alırlar ve bu nedenle de benzer reaktif özelliklere sahiptirler. Birbirleriyle de bir molekül oluşturmak için bağ kurma eğilimleri yoktur. Ancak eğer bu iki elementin atomları birbirleriyle bir şekilde bağ kurabilmiş olsalardı, kuantum bitlerin depolanmasında işe yarayabilirlerdi. Çünkü bir NaCs molekülünün polarize elektriksel özellikleri bunu sağlayabilir. NaCs molekülü belki doğal olarak oluşamaz ama bu elementlerden iki atom doğru enerjiyle yeterince birbirlerine yakın olduğunda aralarında bir bağlantı oluşması beklenebilir. Bu mükemmel enerji ve zamanlama gerektiren iş için araştırmacılar bir vakum odasındaki örtüşen manyeto-optik tuzaklarda tuttukları tek atomları mutlak sıfırın üzerinin biraz üzerine kadar soğutmak için onların üzerine ultrasoğuk bir laser aracı ile fotonları gönderdiler. Bu teknik laser soğutma olarak bilinen ve yaygın kullanılan bir tekniktir. Bu deneyde, bir laser çifti kullanıldı. Bu laserler atomları hareket ettirecek bir elektriksel etkiyi oluşturuyor ve böylece, her bir atom her bir laserin odak noktasına doğru yönlendiriliyor. Zamanla, iki atom kolayca çarpışacak yakınlığa geliyor. Ancak bu hala iki atomun bir molekül oluşturacağının garantisini vermez, doğru momentum ve enerji seviyelerinin korunması gerekiyor. Bunun için de araştırmacılar doğru laser sinyallerini kullanmalı. Optik cımbızlardan biri 700 nm ve diğeri 976 nm dalgaboyundadır. Sodyum ve sezyumun farklı kutuplanabilirlikleri bu iki farklı dalgaboyunun kullanılmasını gerektiriyor. İki atom böylece iki optik cımbızın odak noktasında ufak bir vakum odasının içinde ayrı ayrı manipüle edilebilir. Sonra, bu yolla iki atom bir dipol tuzağına birlikte getirilir. Bu dipol tuzağında bir fotobirleşme reaksiyonu ile iki atom bir moleküle dönüşür. Kimyasal reaksiyonu izlemek ve oluşan ürünün kimyasal karakteristiklerini belirlemek için tek-molekül spektroskopisi kullanıldı. Fotobirleşme spektrumu bir sodyum atomu ve bir sezyum atomunu içeren tek bir molekülün açık kanıtını sağladı. Sonuçta, son derece ince bir seviyede neler olduğunun detaylarını Science dergisinde yayınlanan makalede paylaşan bilim insanlarına göre aynı kuantum durumunda iki atom arasında kısa süreli bir bağ oluştu. Araştırmacılara göre bir sonraki adım uyarılmış durumdaki atomlar yerine taban durumunda olan atomları bir araya getirerek daha uzun süreli moleküller oluşturmak. Daha karmaşık moleküller ile yapılacak ufak kuantum aygıt bileşenleri ise gelecekte yeni nesil kuantum bilgisayarları için kullanılabilir.


Güney Kore'de Yonhap haber ajansının geçtiği bir habere göre, bu pazartesi günü Güney Kore Bilim Bakanlığı tarafından ülke sanayisinin rekabet gücünü artırmak için çekirdek nanoteknolojinin geliştirilmesi amacıyla bu yıl 626 milyon ABD doları harcanacağı açıklandı. 2017 yılında Güney Kore nanoteknoloji için yaklaşık 500 milyon ABD doları kadar bir bütçe ayırırken bu yıl yaklaşık 5'te 1'i oranında nanoteknolojiye harcanan para artmış olacak. Bu şekilde çeşitli sanayi alanlarında uygulanabilecek temel ve anahtar teknolojilerin geliştirilmesi amaçlanıyor. Bir metrenin milyarda biri nanometre olarak adlandırılır. Nanoteknoloji ise 1 ila 100 nm arasındaki nanoölçekte malzemelerin ve aygıtların geliştirilmesi, bunların yeni ve daha iyi özelliklere sahip olan daha kararlı ve daha hassas ürünlere dönüştürülmesini amaçlayan bir bilim ve teknoloji alanı olarak tanımlanabilir. Bilim Bakanlığı'ndan yapılan açıklamaya göre, bu bütçenin önemli bir kısmı (528 milyon ABD doları) yerli teknolojilerin geliştirilmesi ve yerel şirketlerin küresel pazar payını artırmak için geliştirilmiş olan teknolojilerin ticarileştirilmesi ve piyasaya sürülmesi için ayrılacak. Diğer bakanlıklarla beraber ortak bir kalkınma planı kapsamında, nanoteknoloji alanında vasıflı çalışanların yetiştirilmesi için 42 milyon ABD doları harcanması planlanıyor. Bu kalkınma planı son açıklanan işsizlik oranları nedeniyle bir hayli önemli. Çünkü uzun bir süre sonra, ülkede ilk defa bu yıl işsizlik sayısında artış görüldü. İşsizliği azaltmak amacıyla, yapılan bu kalkınma planının yanı sıra 2022 yılına kadar sağlık sektöründe yeni 100 bin iş istihdamını sağlayacak bir adım daha Güney Kore hükümeti tarafından atıldığını da söylemek isterim. Son olarak, 49 milyon ABD doları kadar bütçeden bir kısım herhangi bir nanoteknoloji ürününün performansını kontrol etmek için kullanılacak yeni bir değerlendirme sistemini de içerecek bir altyapı geliştirme konusunda harcanmaya ayrıldı. Güney Kore her yıl nanoteknoloji alanında önemli miktarlarda parayı üniversitelerde araştırmacılara ve sanayide girişimcilere aktarıyor. Ancak bu yatırım sadece hükümetin bütçeden ayırdığı parayla sınırlı kalmıyor, Samsung, LG ya da SK gibi özel sektörden üniversitelere önemli fonlar akıyor. Güney Kore'de çalıştığım araştırma grubunun projeleri hem devlet kurumları hem de Samsung gibi özel sektör tarafından destekleniyordu. Ülkemizde TÜBİTAK'ın 1001, 1003 gibi programları dışında bilimsel araştırma yapmak isteyenlerin başvuracağı programların sayısı sınırlı. Avrupa Birliği'nin sağladığı programlar ve Devlet Planlama Teşkilatı'nın sunduğu sınırlı bilimsel altyapı destekleri dışında pek bir olanak yok gibi. Özel sektörümüzün üniversitelere ve araştırmacılara yaptığı destek ya da Ar-Ge için ayırdığı bütçe ise bir muamma. Güney Kore'de ise özel sektörün üniversitelerin laboratuvar ve diğer altyapı oluşumlarına katkıları bile var. Ülkemizde ne yazık ki bunların örneklerini görebilmek oldukça nadir. Şu yukarılarda konuşulan rakamlar ile üniversitelerimizde temel teknolojiler geliştirmek isteyen araştırmacılara proje başına ayrılan rakamların toplamının kıyaslanması bile yersiz. Üniversitelerimizde üretilen bilginin teknolojiye dönüşmesi değil daha o bilginin üretilmesi konusunda temel sıkıntılarımız var. Bugün başka bir haber daha gördüm, Avrupa Birliği yapay zeka alanındaki araştırma-geliştirme programlarına yani bu alanda yapılacak proje ve yatırım fonlamalarına 2020 yılına kadar 1,5 milyar avro yatırım yapılacağını açıkladı. 26 AB üyesi ülkenin oluşturduğu bu bütçeden yıl başına 750 milyon avro gibi bir ödenek yapay zekaya ayrılıyor, yarıiletken teknolojileri ve nanoteknoloji üzerine ekonomisini güçlendiren Güney Kore tek başına nanoteknoloji için AB üyelerinin bir araya gelerek oluşturduğu bütçe kadar bir kaynak ayırabiliyor. Dolayısıyla, kıyaslama yapmaktan ziyade bir ülke nasıl olur da bu noktaya gelmiş ve hangi yolları izlemiş, bunlara bakmak lazım ve belki de izlenecek, uygulanacak bir yol haritası yapmak için bazı dersler çıkarmak gerekir. Üzüldüğüm nokta şu, tam olarak aynı konuya, 2014 yılında Yıldız Teknik Üniversitesi'nde düzenlenen III. Ulusal Nanoteknoloji Kongresi'nde Türkiye'de Nanoteknoloji Trendi paneli sırasında yaptığım konuşmada değinmiş olmam. Yine rakamlarla, nanoteknoloji üzerine Türkiye'nin ve Güney Kore'nin yaptığı bilimsel yayınlar ve patentleri karşılaştırmıştım ama diğer taraftan savaştan çıkmış Güney Kore 1965 yılında ülkemizden ekonomik olarak 3.5 kat daha gerideydi ve bu farkı 1985 yılında kapatarak bugün Dünya'nın ilk 10 ekonomisinde yer almayı başardı. Biz ise belki biraz daha iyi bir konumdayız, geçmişe göre. Araştırma yapma olanaklarımızın görece arttığı söylenebilir, aynı şey araştırma laboratuvarların ve altyapıların sayısı için de. Bilimsel yayınların sayısı da belki her geçen yıl artış eğiliminde. Ancak bunlar rekabetçi mi? Yayınlar kaliteli mi? Bazı sorunlarımız var. Açıkça görmek gerekir ki, ilk 500 üniversite sıralamasında neredeyse bir üniversitemiz bile yok. Ekonomideki yükselmemiz, refahımızın artması ve hayat standartlarımızın yükselmesi bilim ve teknikte yapacağımız atılımlara elbette bağlı. Ancak bu sadece ekonomik yatırımların üniversitelere veya Ar-Ge'ye ayrılmasına da bağlı değildir.


Karadelikler onların üzerine düşen tüm enerjiyi emerler. Bir karadelikten gelen kesinlikle bir kızılötesi ışıma yoktur, gama ışıması ya da radyo dalgaları da yayılmaz. Bildiğimiz kadarıyla hiçbir şey dışarı çıkmaz. Karadeliklerin sıcaklığı Hawking Işıması olarak bilinen bir kavrama tümüyle bağlıdır. Hawking Işımasına göre çok geniş bir zaman aralığında karadelikler olay ufku kenarında sanal parçacıklar üretir. Bu parçacıkların en yaygın olanı fotonlardır. Bu sanal parçacıklar ortaya çıktıkları kadar hızlı bir sürede yeniden birleşip yok olabilirler. Fakat, olay ufku kenarında bu sanal parçacıklardan bir çifti ortaya çıktığında, bu çiftin biri karadeliğe düşerken diğeri evren içine kaçmakta özgürdür. İşte bu özgür parçacıkları görebilir, ölçebilir ya da tespit edebilirseniz bir karadeliğin sıcaklığını da belirleme imkanına sahipsiniz demektir. Stephen Hawking'in öne sürdüğü bu olay kuantum mekaniğine dayanır. Kuantum mekaniğinin temellerinden biri olan Heisenberg Belirsizlik İlkesi'ne göre bir sistemin enerjisini keyfi doğrulukla ölçmek mümkün değildir. Çok kısa süreliğine var olan Higgs bozonu gibi parçacıkların kütlesinde bir belirsizlik vardır, bu belirsizlikten dolayı böyle bir sistemin enerjisi veya kütlesini anında ölçemeyiz. Az önce kaçmakta özgür olduğunu ya da karadeliğin içine sıkışıp kaldığını söylediğimiz parçacık çiftleri de çok kısa süreliğine meydana gelirler. Onlar da Heisenberg Belirsizlik İlkesi'ne uymak zorundadırlar. Olay ufku içinde, herhangi bir madde, herhangi bir parçacık-antiparçacık çifti veya herhangi bir ışık sıkışmış bir şekilde orada kalır ve kaçamaz. Olay ufkunun dışında ise bunların içeriye düşme ya da dışarıda kalma olasılıkları vardır. Dışarıda oluşan bir parçacık-anti parçacık çifti varsa, çoğu zaman dışarıda doğal olarak bu çift birbirini yok eder ama çok nadir de olsa bu çiftten biri içeri girebilir ve diğeri ise dışarıda kalır. Şimdi bir parçacık-antiparçacık çiftini ele alalım. Bazı durumlarda, parçacık karadeliğin içine düşer ve antiparçacık olanı dışarıda kalır, yahut tam tersi şekilde, antiparçacık karadelik içine düşerken parçacık olanı dışarıda kalabilir. Bizim Hawking Işımasını görebilmemiz için bunun doğru şartlara uygun bir şekilde olması gerekir. Bunun için iki tane parçacık-antiparçacık çiftini düşünelim. Bu çiftlerden biri için, antiparçacık düşerken parçacık kaçabilmiş olsun, diğer çift için ise parçacık düşerken antiparçacık olay ufkunun dışında kalsın. Bu çiftlerden birinden kaçan parçacık ve diğerinden kaçan antiparçacık etkileşerek iki foton üretir. Bu fizikte çift yok olması olarak bilinen bir olaydır ve işte bu etkileşim bizim karadeliklerin sıcaklığı hakkında konuşabilmemize olanak tanıyan yegane şeydir. Bu etkileşim ve beraberinde karadeliklerin sıcaklığı temelde iki şeye bağlıdır. Karadeliğin sıcaklığı kütlesine ve olay ufkunun büyüklüğü ile ters orantılıdır. Karadeliğin olay ufkunun bükülmüş yüzeyini ele alalım, böyle bir yüzeyde bir fotonun kaçabileceği çok sayıda yol vardır ve bu yolların çoğunluğu aynı zamanda karadeliğin kütleçekimi yüzünden onları karadeliğe doğru geri götüren yollardır. Ancak azınlıkta kalan diğer yollar yani fotonun olay ufkuna mutlak bir şekilde dik olarak hareket ettiği yollarda fotonun kaçış için bir şansı vardır. Bu nedenle daha büyük olay ufku, bir fotonun kaçabileceği yolların daha az olması demektir. Enerji bir karadeliğin olay ufkunda evrene serbest bırakıldığı için ve enerji ne yok edilebilir ne de var edilebilir olduğundan karadeliğin kendisi bu fotonları serbest bırakmak için enerjiyi sağlayan kütlesinden vazgeçer. Yani karadelik buharlaşır. Evrendeki en büyük kütleye sahip karadelikler, süperkütleli karadelikler Güneş'ten milyonlarca kez daha fazla kütleye sahipler ve sahip oldukları sıcaklık ise 1.4x10-14 Kelvin'dir. Bu çok düşüktür, neredeyse mutlak sıfır. Bu formül göz önüne alınarak bir karadeliğin sıcaklığını belirlemek için bir karadeliğin kütlesini bilmemiz yeterli. Ancak bir karadeliğin sıcaklığını belirlemek için 10'dan fazla formülün olduğunu ve henüz karadelik üzerine çalışan bilim insanları tarafından hangisinin kullanılması gerektiği konusunda bir fikir birliği yok. Hawking ışıması ise tipik bir karadeliğin sıcaklığının çok düşük olmasından dolayı hiçbir zaman tespit edilememiştir. Kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının sıcaklığı ise 2.7 K civarındadır ve bu evrenin arkaplan sıcaklığı olarak da adlandırılmaktadır. Buna göre, evrenin arkaplan sıcaklığı güneş kütleli bir karadeliğin sıcaklığından çok yüksektir. Mevcut var olan tüm karadelikler buharlaştıklarından daha hızlı bir şekilde kozmik mikrodalga arkaplan ışımasından enerji soğururlar. Bu zamanla dengelenemeyen bir miktara ulaşır. Evrenin arkaplan sıcaklığı bu karadeliklerin sıcaklığının altına inene kadar, buharlaşmaya bile başlamazlar. Dünya'nın kütlesi kadar bir kütleye sahip bir karadeliği göz önüne alsak bile onun sıcaklığı hala oldukça düşüktür. Güneş kütleli bir karadeliğin buharlaşması 10 üzeri 67 yılı alabilir! Sadece uydumuz Ay'ın kütlesine sahip bir karadelik evrenden soğurduğu enerjiden daha hızlı buharlaşması için yeterince sıcaktır. Bu tür karadelikler kütlelerinden kaybettikçe giderek daha fazla sıcak olurlar. Ceres asteroidinin kütlesi kadar bir kütleye sahip karadelik ise ancak 122 Kelvin sıcaklığa sahip olabilir. Ama bu hala dondurucu bir sıcaklıktır. Kütle ile karadeliğin sıcaklığı arasındaki ilişkiyi daha iyi göstermek adına daha küçük bir kütleye sahip olan Vesta asteroidinin kütlesinin yarısı kadar kütleli bir karadeliğin sıcaklığının 1200 K'den fazla olabileceğini belirtmek isterim. Daha az kütle, daha yüksek sıcaklık. Karadelikler kütlelerinin çoğunu kaybettikleri zaman teleskoplarımız tarafından görülebilen muazzam bir enerji patlamasıyla içinde barındırdıkları son malzemeyi serbest bırakırlar. Bazı gökbilimciler, Büyük Patlama'dan kısa süre sonra oluşan karadeliklere ait olası patlamalar için gökyüzünü aktif olarak araştırıyorlar. Çünkü o dönem evren karadeliklerin oluşması için yeterince sıcak ve yoğundu. Ancak şimdiye kadar bu ilkel karadeliklere ait herhangi bir patlamaya rastlanmadı.


Physics World editörlerinden Hamish Johnston'ın ABD'de düzenlenen Amerika Fizik Derneği'nin Nisan Toplantısı ile ilgili izlenimlerini paylaştığı yazıyı aşağıdaki gibi Türkçeye aktardım. Amerika Fizik Derneği'nin bu yılki Nisan Toplantısı'nın teması Feynman Yüzyılı'dır. Çünkü, Nobel Fizik Ödüllü fizikçi olan Feynman 100 yıl önce 1918'de doğmuştu. Bu sabah, Feynman'a adanan özel oturumda, Maryland Üniversitesi'nden kuantum hesaplama ve bilgisayar uzmanı Christopher Monroe Feynman'ın 1988 yılındaki zamansız ölümünden önce onun tarafından yapılan kuantum hesaplamaya dair ilk katkılar hakkında konuştu. Bu tema konferansın öğleden sonraki oturumunda da devam etti ve bu oturumda, nükleer ve parçacık fizikçileri kuantum bilgisayaları kendi çalışmalarına nasıl uygulanabileceğini tartıştılar. Kuarkların fiziğini çalışan bu fizikçiler için en büyük zorluk görece basit sistemlerin özelliklerini bile hesaplamak için çok fazla hesaplama gücünün gerekmesidir. En azından teoride, kuantum bilgisayarları belirli problemleri geleneksel bilgisayarların sunabileceğinden daha verimli bir şekilde çözebilir. Bu yılın başlarında, kuantum bilgisayarlar kullanılarak yapılan şimdiye kadar ki ilk nükleer fizik hesaplaması bilim dünyasına bildirilmişti. ABD'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan Thomas Papenbrock IBM ve Rigetti'den ticari bulut kuantum hesaplama servislerinin bu hesaplamayı nasıl mümkün yaptığını açıkladı ve bu sırada kuantum hesaplamaya giriş için bariyerin bu servisler sayesinde çok düşük olduğunu vurguladı. Papenbrock'tan sonra Washington Üniversitesi'nden Martin Savage konuşmaya devam etti. Uzman olduğu alan ise akıllara durgun verecek miktarlarda bilgisayar gücü kullanımını gerektiren örgü kuantum renk dinamiğidir. Savage kuantum renk dinamiği ile ilgilenen bilim insanlarının halihazırda hem fizikçiler hem de bilgisayar uzmanları tarafından oluşturulan ve devam ettirilen oldukça büyük hesaplama altyapılarına bağlı olduğunu vurguladı. Benzer bir teknolojik ve insan altyapısının da örgü kuantum renk dinamiği ile ilgili kuantum hesaplamalar için de oluşturulması gerektiğine inanıyor. Kuantum bilgisayarlar, parçacıkların sayısı arttıkça hesaplamaları yapmanın zorluğunun arttığı örgü kuantum renk dinamiğindeki işaret probleminin çözülmesinde önemli roller oynayabilir. Bu bilgisayarlar, örneğin, bir çarpıştırıcıdaki parçacık etkileşimlerini grafikleyerek bir sistemin dinamik evrimini hesaplamak için kullanılabilirler.


Kuantum optiği ışığın kuantası yani fotonların atomlar ve moleküller ile dolayısıyla madde ile nasıl etkileştiğini inceleyen kuantum fiziği ile ilgili bir bilim dalıdır. Aynı zamanda birbirinden ayrı her bir fotonun bu şekilde incelenmesi elektromanyetik dalgaların davranışının anlaşılması için de kritik bir öneme sahiptir. Bu incelemeler dolanıklık ve ışınlanma gibi kuantum mekaniğinin klasik fizikten ileri gelen sezgilerimize zıt olan öngörülerinin test edilmesi için kullanılmıştır. Bunun dışında, fotonlar kuantum bilgi işleme için de yararlı bir kaynaktır. Kuantum optiği olarak bilinen yeni fizik disiplinin doğuşu laserin icat edilişi ve fotodedektörlerin fabrikasyonunda gerçekleştirilen iyileştirmelerle gelmiştir. Zamanla ışık ve fotonları merkezine alan deneyler ışığın spesifik kuantum özelliklerini ortaya çıkarmıştır. Bugün en yaygın yapılan deneylerin başında dolanık durumlarda üretilen foton çiftleri vardır. Kuantum herhangi başka bir nicelik ile etkileşebilen bir fiziksel niceliğin en küçük miktarını belirtir. Optik ise ışığın özellikleri ve davranışı üzerine yapılan çalışmaları tanımlar. Fotonlar ışığın en küçük parçacıkları olarak hem kuantum fiziğinin hem de optiğin başlıca çalışma alanlarından birini oluşturur. Bilindiği üzere, kuantum fiziğinin getirdiği yaklaşımlar, fotonların hem parçacık hem de dalga olarak davranabildiğini göstermiştir. Hatta bu dalga-parçacık ikiliği üzerine yayınlanan ilk çalışmalar üzerine kuantum optiği inşa edilmiştir. Işık kuantası daha sonraları bilim insanları tarafından fotonlar olarak adlandırılırken bunların bir parçacıktan veya bir dalgadan meydana gelip gelmediği tartışmalıydı. Çünkü ışık bir taraftan girişim ve kırınım gibi optik olaylarda dalga gibi davranırken diğer taraftan da kara cisim ışıması, fotoelektrik olayda parçacık özelliklerine sahipti. Sonunda bu tartışma, Louis de Broglie'nin 1923 yılında tamamladığı doktora tezi ile bir nihayete eriyor ve madde ışık arasındaki ilişki gün yüzüne çıkıyordu. Işığın bir parçacık gibi momentuma ve bir dalga gibi dalgaboyuna sahip olduğu lambda=h/p bağıntısı ile gösterilmiş ve sonra Davisson-Germen deneyi bunu doğrulamıştı. Kuantum optiği elektromanyetik ışımanın aynı anda hem dalga hem de parçacık formunda hareket ettiğini salık veren bu dalga-parçacık ikiliği olgusu ile sıkı bir ilişki içindedir. Bu ilişkide en çok kullanılan şey belirli bir zamanda belirli bir yerde parçacıkların bulunma olasılığını belirleyen kuantum dalga fonksiyonudur. Bununla ilgili detaylı açıklamaları Kuantum Dalga Fonksiyonu ve Fiziksel Yorumu başlıklı yazımızda bulabilirsiniz. Kuantum fiziği fotonların ve maddenin nasıl etkileştiği ve nasıl bir ilişkiye sahip olduklarına dair anlayışımızın gelişmesiyle birlikte giderek evrildi. Bu uğraşların sonucunda 1953 yılında atomların dışarıdan uyarılmasıyla mikrodalga dalgaboyunda ışık yayan bir aygıt olarak maser icat edildi ve 1960 yılında tüm fotonların aynı frekans ve fazda olduğu bir ışık demeti oluşturan ve yayan aygıt olan laser geliştirildi. Bu aygıtlarda ışığın kullanımı daha önemli hale geldikçe, kuantum optiği özel bir çalışma alanı, bir fizik disiplini olarak daha yaygın bir şekilde kullanılan bir terim olmaya başladı. Kuantum elektrodinamiğinden gelen bulguları göz önüne alarak, kuantum optiğini alan operatörleri tarafından tanımlanan fotonların yaratılması ve yok oluşu formunda yorumlamak da mümkündür. Bu yaklaşım ışığın davranışını analiz etmede yararlı olan belirli istatiksel yaklaşımların kullanılmasına izin verir. Laserler ve maserler kuantum optiğin en belirgin uygulamasıdır. Bu aygıtlardan yayılan ışık eşevreli durumdadır ve böylece ışık, klasik bir sinüzoidal dalgayı andırır. Bu eşevreli durumda, kuantum dalga fonksiyonu eşit olarak dağıtılır. Bu nedenle, bir laserden yayılan ışık yüksek oranda düzenli ve genel olarak aynı enerji durumundadır, dolayısıyla aynı frekans ve dalgaboyuna sahiptir. Işık kuantum optik sayesinde günümüzde yeni teknolojilerin gelişmesinde merkezi bir rol oynamaktadır. Bu teknolojiler sadece fotonik temelli değil aynı zamanda kuantum bilgiye dayalı teknolojileri de içermektedir. Güvenli haberleşme, kuantum algılama , kuantum simülasyon ve kuantum hesaplamaları içeren bu teknolojiler ışığın doğasına dair anlayışımızın kuantum optik ile geliştirilmesine bağlı olarak kuantum mekaniğin ilkelerine dayanmaktadır. Işığın bu teknolojilerde merkezi bir role sahip olması kuantum bilginin iletimi için ideal bir ortam olmasından ileri gelmektedir. Hatta teoride tümüyle bir fotonik kuantum bilgisayarın gerçekleştirilmesi mümkündür. Oxford Üniversitesi'nden fizikçi Ian Walmsley'in Science dergisinde yayınladığı Quantum optics: Science and technology in a new light başlıklı makalede, bu yeni kuantum teknolojileri arasında en basit örnekleri arasında kauntum rastgele sayı üreteci geliyor. Bu üreteç kuantum mekaniği yasalarının belirli koşulları ile faranti edilen rastgele bir dizi rakam sağlar. Bu üretecin en basit örneği tek bir fotonun sadece tek bir dedektörde gözlenmesi üzerine kurulu olanıdır. Foton bir beamsplitter denilen demet dağıtıcıya geldiğinde, bu dağıtıcıya bakan iki dedektörden sadece biri çalışır. Bu tamamen rastgele gerçekleşecektir. Çünkü kuantum fiziği fotonun hangi dedektöre gideceğini tahmin etmemize izin vermez. Bu ilke de ticari aygıtların kalbinde yer almaktadır. PIN numaralarının üretilmesinde, Monte Carlo simülasyonlarında ve piyangolarda uygulama alanlarına sahiptir. Kuantum optiğin bir başka uygulama alanı ise kuantum haberleşmedir. Kuantum haberleşme kuantum bilgi işleme ve kuantum ışınlanma ile doğrudan ilişkili olan uygulamalı bir kuantum fiziği alanıdır. Kuantum haberleşmenin en ilgi çekici uygulaması ise iki haberleşme kanalı arasındaki bilgi alışverişinin kuantum kriptografi ile dinlenmeye, çalınmaya karşı korunmasıdır. En yaygın bilinen kuantum kriptografi uygulaması kuantum anahtar dağılımıdır. Bu dağılım protokolü iki uzak taraf arasında paylaşılan gizli bir anahtar oluşturmak için kullanılan araçtır ve bu taraflar arasındaki kuantum nicelikleri kullanarak iletişim kurma beceresine dayanmaktadır. Bu nedenle de ışık tıpkı optik fiber ve uzay haberleşme bağlantılarında olduğu gibi anahtar bir rol oynar. İki taraf arasında oluşan bu güvenli haberleşme tek bir kuantum parçacığının bilinmeyen durumunu belirleyememekten ve bu parçacığın bir kopyasını yapamamaktan kaynaklanmaktadır. Böyle bir haberleşmede, tek bir fotonun bilinmeyen polarizasyonu herhangi bir ölçüm prosedürüyle açıklayamaz ya da aynı polarizasyon durumuyla tam olarak uyuşan ikinci bir foton üretemezsiniz. Bu da iki taraf arasında tam olarak aynı rastgele sayı kümesinin sahip olabildiği ve başka hiç kimsenin sahip olamayacağı bir güvenli haberleşmeyi mümkün kılar. Kuantum algılama ile ilgili gelişmelerden ise zaman ve frekans standartları, ışık temelli kalibrasyon, kütleçekim ölçümü, manyetometre, ivmeölçüm ve mikroskop gibi görüntüleme teknolojilerinin faydalanması bekleniyor. Yazının özellikle son kısımlarından anlaşılacağı üzere kuantum optik öyle ele avuca sığmayan, belirli bir kavramla sınırlanmayan ve tanımlaması kolay olmayan bir bilim dalı. Yüzeysel de olsa kuantum optikten bahsedildiğinde hakkında bazı çıkarımlar yapmanızı sağlayabilecek bilgiler verdiğimi düşünüyorum. İleri okumalar için aşağıda verilen referansları incelemenizi tavsiye ederim. Bu konuda daha fazla zaman ayırmak isteyenler için son referansta değerli Mustafa Gündoğan'ın paylaştığı bazı ders notları var, onları inceleyebilirler. Bu yazı Türkçe internette Kuantum Optiği'ni konu alan ilk popüler bilim yazısı olmuştur.


ABD'li Wylie Overstreet 2017'nin Şubat ayında Ay'ı gözlemlemek için teleskobunu Los Angeles'taki evinin civarındaki sokağa çıkardı. Birkaç saat içinde 20'den fazla insanın teleskobuyla bakmaya geliyor, hatta bazıları bunun en inanılmaz deneyimlerinden biri olduğunu söylüyor. Bu yaşadığı şey Overstreet için de ilginç bir deneyime dönüşüyor ve teleskobunu tekrar ve tekrar dışarıya çıkarmaya karar veriyor. İnsanların teleskobu ile Ay'a bakarken verdikleri tepkiyi kayda alıyor ve aşağıdaki gibi bir kısa filme dönüştürüyor. A New View of the Moon başlıklı bu video YouTube üzerinde 250 binden fazla görüntüleme almış. İnsanların verdiği tepkiler izlemeye gerçekten değer. Overstreet The Verge ile yaptığı söyleşide, insanların kim olduğuna veya nereden geldiğine ya da onların nasıl göründüğüne veya zengin olup olmadıklarına bakmaksızın herkesin evrene aynı tepkiyi verdiğini insanlara göstermek istediğini belirtiyor. Evreni hiç görmediğiniz bir şekilde gördüğünüzde bunun bir şekilde insanlara derinden dokunduğunu düşündüğünü söylerken bu video ile birlikte insanlara, Dünya'da bizi ilgilendiren şeylerden daha büyük bir şeylerin olduğunu göstermek istediğini sözlerine ekledi. Oldukça anlamlı ve etkileyici bulduğum bu çalışmayı sizlerle paylaşmak istedim. Göğe bakmayı unutmayın!


Şimdi Kuzey yarımkürede bahar zamanı. Ağaçların ve çalıların dallarında ve gövdelerinde sabırla bekleyen sayısız tomurcuk şimdi hayata dönüyor. Bu mevsimin kozmik eşdeğeri ise Büyük Patlama'dan birkaç yüz milyon ila bir milyar yıl arasındaki zamana karşılık geliyor. Bu ise karanlık evrene ışık saçan ilk yıldızlar ve galaksilerin ateşlendiği dönemdir. Bu dönem bir taslağını çizmekte çaresiz olduğumuz evrenin tarihindeki bir kısımdır. Çünkü henüz anlamadığımız kozmolojik hikayenin bir parçasına bakıyoruz o döneme baktığımızda. Şimdi gökbilimciler daha önce hiç olmadığı kadar uzakta bir galakside oksijen buldular ve bu galaksi Büyük Patlama'dan sadece 500 milyon yıl sonra var olmuştu. Nature dergisinde yayınlanan makalede paylaşılan sonuçlar ilk yıldızların ne zaman ortaya çıktığı ile ilgili yeni bilgiler sağladığı için son derece önemlidir. Kozmik şafak olarak adlandırabileceğimiz bu dönem sadece ilk galaksilerin doğduğu döneme karşılık geldiği için değil aynı zamanda hayati bir kozmik geçişin de gerçekleştiği bir zaman aralığı olması sebebiyle önemlidir. Bu süreçte, elektriksel olarak nötr galaksiler arası ortamdaki atomlar ilk galaksilerden kaçan ultraviyole radyasyon ile bombardımana tutulmuştu. Bu atomlardan elektronları ayırmıştı ve gazı yüklü veya iyonize hale getirmişti. Reiyonizasyon Devri olarak adlandırılan bu dönem hala gizemlidir. Bu sürecin başladığı zamanı bilmek hatta daha iyisi görmek isteriz. Bu arayışın bir kısmı da en uzak galaksileri bulmayı içermektedir. Evrene baktığımızda, biz diğer yıldız ve galaksilerden bizi ayıran körfezden geçmek için kayda değer bir zaman kaybeden ışığı tespit ediyoruz. Bunu okuduğunuz ekranın ışığı gözünüze ulaşmadan önce yolda nanosaniyenin üçte birini kaybetmiştir veya o sürede yol almıştır. Güneşimizin ötesinde en yakın yıldızdan gelen ışığın bize ulaşması dört yılı bulmaktadır. Şaşırtıcı bir şekilde, son çalışmada araştırmacıların ele aldığı MACS1149-JD1 isimli galaksiden gelen ışığın Dünya'ya ulaşması 13 milyar yılı bulmuştur. Bu şu anlama geliyor, biz MACS1149-JD1'in 13 milyar yıl önceki halini görüyoruz ve bu ise Büyük Patlama'dan sonraki 500 milyon yıla denk geliyor. Atacama Büyük Milimetre/alt-milimetre Dizisi adı verilen bir teleskop kullanarak bilim insanları uzak bir galakside güçlü bir sinyal tespit ettiler. Bir prizmanın gün ışığını gökkuşağı spektrumuna dağıtması gibi, biz uzak galaksilerin ışını da dağıtabiliriz. Bu spektroskopi olarak adlandırılmaktadır. Emisyon çizgileri her biri çok spesifik enerjide ışık salabilen farklı elementlerden meydana gelen galaksilerin spektrumundaki parlak keskin ve sivri uçlardır. Bu özel emisyon çizgisinin iyonize olmuş oksijen gazından geldiği bulundu. Bu bize galaksinin 13 milyar yıl önceki zamanında yıldızlar oluşturduğunu bize söyler. Çünkü oksijen gazını iyonize etmek için gerekli olan enerji kütleli, sıcak ve genç yıldızlardan gelmiş olmalıdır. Eğer aynı türde bir gazı Dünya'da ölçseydik, dalgaboyunu 0,088 milimetre olarak algılardık. Ama diğer galaksiler kozmik genişleme nedeniyle bizden uzaklaşıyorlar ve bu onların yaydığı ışığın bize ulaşması için gereken süre boyunca fotonların dalgaboyunun artmasına neden oluyor. Daha uzak bir galaksi dalgaboyundaki artışın daha fazla olması demektir. Bu kızıla kayma olarak bilinir ve ışığın ilk yayıldığındaki evrenin büyüklüğü ve günümüzdeki evrenin büyüklüğü arasındaki oranı bize söyler. MACS1149-JD1'de gözlemlenen oksijen emisyon çizgisi 0,88 milimetrede tespit edildi ve dalgaboyunun 10 kat arttığı görülüyor. Bu, ışık yayıldığı zamanda evrenin günümüzdeki evrenden 10 kat daha küçük olduğunu gösteriyor. Böylelikle, uzak galaksilerdeki emisyon çizgilerini tespit etme kabiliyeti bize onları kozmik tarihin hangi aşamasında olduklarını görmemizi sağlıyor. Elbette, en uzak galaksiler en belli belirsiz olanlarıdır. Onları görmek için, daha fazla geriye bakmak için daha güçlü teleskoplara ihtiyacımız var. Birlikte çalışan 66 farklı teleskoptan oluşan ALMA inanılmaz derecede güçlü bir teleskoptur ve evrenin erken zamanlarına olan bakış açımızda devrime neden olmaktadır. Sadece hassasiyet sağlamakla kalmaz, aynı zamanda geniş bir emisyon çizgisi aralığına erişim sağlayan elektromanyetik spektrumun önemli bir bölümünde çalışabilmektedir. ALMA gibi büyük bir teleskop dizisinin yanı sıra araştırmacılar doğal bir teleskoptan da yararlandılar: kütleli bir galaksi kümesi! MACS1149-JD1'den gelen ışık ALMA'ya doğru olan yolculuğunu bu araya giren galaksi kümesinin içinden geçerek yapmak zorunda kaldı. Bu galaksi kümesi o kadar büyük ki, uzay-zamanı önemli ölçüde büker ve bu da ışığın kütleçekimsel merceklenme adı verilen bir süreçte büküldüğü anlamına gelir. Ancak kütleçekimsel merceklenme MACS1149-JD1'in parlaklığını artırarak onu görmeyi biraz daha kolaylaştırır. MACS1149-JD1 kaydedilen en uzak galaksi değildir ama bu yeni çalışmanın bizim anlayışımıza kattığı şey galaksi oluşum tarihine dair derin bir sezgidir. Hubble Uzay Teleskobu, Avrupa Güney Gözlemevi'nin Çok Büyük Teleskobu ve Spitzer Uzay Teleskobu'ndan gelen verilerin birleştirilmesi ile, gökbilimciler MACS1149-JD1 içinde yıldız popülasyonuna dair bir model yaptılar. Bu onlara elektromanyetik spektrumun belirli bandlarında gözlemlenen galaksiden çıkan emisyonu veren yıldızların karışımını tahmin etmelerine olanak tanıdı. Bu model geçmişteki yıldızların üretim oranını tanımlayarak galaksinin yıldız oluşum tarihini tahmin etmeyi içermektedir. Bu modelleme gözlemlenen emisyonu üretebilmek için yıldızların oluşmaya Büyük Patlama'dan 250 milyon yıl sonra başlamalarını önermektedir. Başka bir deyişle, MACS1149-JD1 evrenin yaşının sadece yüzde 2'lik bir dönemde bile oldukça iyi kurulmuş bir galaksiydi. Bu Büyük Patlama'dan 250 milyon yıl sonra var olan galaksileri gözlemlemenin imkansız olmasından dolayı çok büyük bir bilimsel başarıdır. Ancak, 2020 yılında fırlatılması beklenen yeni James Webb Uzay Teleskobu bunu yapabilir. Ancak o zamana kadari bu yeni çalışma sayesinde, MACS1149-JD1 gibi antik galaksilerde yıldızların oluştuğu zamanı dolaylı olarak incelemenin ve çalışmanın bir yolu artık var. Aslında, çiçeği gözlemleyerek, gökbilimciler ilk tomurcuğun açıldığı zamanı tahmin etmiş oldular. Bu makale, The Conversation'da yayınlanan ve Hertfordshire Üniversitesi'nden James Geach tarafından hazırlanan When did the lights first come on in the universe? A galaxy close to the dawn of time gives a clue başlıklı yazı baz alınarak hazırlanmıştır.


Gelecek için tamamen güvenli bir haberleşmenin ancak kuantum internet ile geleceği söylenir. Ancak, kuantum bitlerin kullanılarak bilginin taşınması radikal bir donanım parçasını yani kuantum belleği olmazsa olmaz kılmaktadır. Atomik ölçekteki kuantum bellek aygıtının görevi kuantum bilgiyi depolamak ve bir ağ boyunca kuantum bilginin iletilmesi için onu ışığa dönüştürmektir. Bu görevi gerçekleştirmesini zor kılan ise kubitlerin dış çevreye aşırı duyarlı olmasıdır. Hatta öyle ki, yakınlarındaki atomların titreşimleri bile kubitlerin hatırlama becerilerini bozabilir. Şimdiye kadar, araştırmacılar bu titreşimleri sessize almak için aşırı düşük sıcaklıklara güveniyorlardı. Çünkü bu sıcaklıklarda atomların titreşim hareketleri oldukça azalmaktadır. Ancak bu sıcaklıkların elde edilmesi, özellikle de büyük ölçekli kuantum ağları için bu işi sürdürülemez kılacak kadar pahalıdır. Nature Communications dergisinde Controlling the coherence of a diamond spin qubit through its strain environment başlığı ile yayımlanan yeni bir çalışmada, kubitleri daha az etkileyecek bir ortam sunan bir kuantum bellek geliştirildi. Birleşik Krallık'ta Cambridge Üniversitesi'nden Profesör Mete Atatüre ve doktora sonrası araştırmacı Dr. Mustafa Gündoğan'ın da dahil olduğu Cambridge Üniversitesi ve Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler'den araştırmacılar kubit ortamını sessiz kılacak şekilde gerilebilen elmas sicimlerinin aynı zamanda belleği on nanosaniyeden birkaç yüz nanosaniyeye kadar iyileştirdiğini gösterdiler. Bu birkaç yüz nanosaniye ise bir kuantum çip üzerinde çok sayıda işlem yapmak için yeterli bir zamana karşılık geliyor. Elmastaki safsızlıklar güçlü kubitlerdir ve silisyum boşluğu renk merkezleri olarak bilinirler. Bu merkezde tuzaklanan bir elektron bir bellek biti olarak davranır ve tek bir kırmızı ışık fotonu yayabilir. Bu foton kuantum internetin uzun erimli bilgi taşıyıcısı olarak hareket eder. Elmas kristalindeki yakın atomların rastgele titreşmesi ile merkezde tuzaklanmış elektron hatırlanması istenen herhangi bir kuantum bilgisini hızlıca unutuverir. Bu gürültülü ortamdaki belleği iyileştirmek için, araştırmacılar bu renk merkezine ev sahipliği yapan elmas kristali içine oyarak bir saç telinden yüz kat ince genişlikte (yaklaşık 1 mikrometre) ince bir sicim yerleştirdiler ve her iki tarafa da elektrot eklediler. Bir voltaj uygulanması ile elmas sicim elektronun duyarlı olduğu titreşimlerin frekansını artırır ve uzatır. Bu tıpkı, gitar telinin sıkıştırılmasında olduğu gibi telin frekansını veya aralığını artırır. Elektronun duyarlı olduğu titreşimlerin frekansının artırılması elektronların sadece çok yüksek enerjili titreşimleri hissedebileceği anlamına gelmektedir. Bu şekilde kristal içindeki atomların titreşimleri tuzaklanmış elektronlar için daha az gürültülü gibi gelerek onlar daha uzun süre rahatsız edilmeden kuantum bilgiyi tutabilirler. Görünüşe göre bu uzun zaman şimdilik birkaç yüz nanosaniye kadar. Ancak bu kuantum ölçek için hiç de azımsanacak bir süre değildir. Cambridge Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı Mustafa Gündoğan ise elmas sicimlerini gererek safsızlıkların elektronik seviyelerinin nasıl değiştirildiğini şu şekilde açıkladı, Elmas sicimlerin iki tarafında fabrikasyonu yapılmış iki elektrota voltaj uygulandığında bu sicimler elektrostatik kuvvet yüzünden bükülür ve bu bükülme sonrasında da atomik orbitaller sıkışıp, deforme olduğundan dolayı safsızlıkların elektronik enerji seviyeleri değişmektedir. Bu şekilde kubit ortamındaki gürültüye olan hassasiyet azaltılmaktadır. Araştırmacılar, gelecekte kubitlerin belleğini milisaniye mertebelerine kadar çıkarmayı umut ediyorlar. Böylece bir kuantum çip üzerinde birkaç işlem değil, yüzbinlerce işlem yapmak mümkün olacak ve elbette daha uzun erimli kuantum haberleşme sağlanmış olacak.


1994 yılında derin uzaydaki gama ışını patlamalarını tespit etmek için tasarlanan yörüngedeki uydular beklenmedik bir şekilde Dünya'dan gelen sinyallerin olduğunu fark ettiler. Bu sinyallerin Dünya'dan gelmesi ise şaşırtıcıydı, çünkü gama ışınları çok büyük kütleli bir yıldızın ömrünü tamamlamasıyla ortaya çıkan oldukça yüksek enerjili fotonlardan oluşmaktadır. Böyle yüksek enerjili fotonlara yeryüzünde nükleer silah denemeleri dışında rastlanılması beklenmiyordu. Sonradan, binlerce gözlemin ardından keşfedilen bu karasal gama ışını parlamalarının fırtınalar sırasında yıldırım çakmalarının normal bir parçası olduğu anlaşıldı. Diğer taraftan nükleer denemelerden gama ışınlarının oluşmasına benzer olarak nükleer reaktörlerin anti madde parçacıkları ürettiği biliniyor, hatta hem yer kabuğundan hem de reaktörlerden üretilen antinötrinoların dünya haritası bile çıkarılmıştı (1 ve 2). Yani gezegenimiz doğal veya yapay yollardan gama ışını, antimadde gibi evrenin derinliklerinde aradığımız şeylerin bir kaynağı konumunda. Görünen o ki, gezegenimizde bunların üretiminde en faal doğal olaylardan biri fırtınalar. ABD'nin Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi şimdiye kadar kaydedilen en güçlü fırtınalardan biri olan Patricia Kasırgası'nı onun üzerinden uçan bilimsel bir uçak ile inceledi. 2015'in Ekim ayında Meksika'nın batı kıyısını vuran bu fırtınanın içinde bilim insanları karasal gama ışını ve X-ışını parlamalarının ortaya çıkışı sırasında ilk kez yere doğru akan pozitron ışın demeti gözlemlediler. Karasal gama ışını parlamaları yıldırımlı fırtınalar sırasında günde yaklaşık bin kez oluşmaktadır ancak sadece milisaniyeler içinde 20 milyon elektronvolt'luk enerji salarken onları yakalaması kolay değildir. Ancak NOAA'nın Kasırga Avcısı adlı uçağı ve cesur pilotları sayesinde Patricia Kasırgası'nda bu doğrudan gözlemlenebildi. Bu tür ışın parlamaları ve antimadde yayılımının ardındaki mekanizmalar hala tam olarak açıklanmış değil ama bilim insanları gök gürültülü fırtınalardaki güçlü elektrik alanların elektronların neredeyse ışık hızında hızlanmalarına neden olduğunu düşünüyorlar. Bu yüksek enerjili elektronlar havadaki diğer atomlarla karşılaşıp çarpıştıkça, enerjilerini diğer elektronlara aktararak onların da hızlanmasına neden oluyorlar. Bu ise relativistik elektronlar olarak bilinen bir çığın hızlıca oluşmasını sağlıyor. Tüm bu çarpışmalar gama ışınlarını yayıyor ve bu çarpışmalar bir kere de yeterince oluştuğunda, oldukça parlak karasal gama ışınları meydana gelmektedir. Bu olay bir yan etkisi olarak antimadde oluşumu ile sonuçlanıyor. Çünkü gama ışınları havadaki atomların çekirdiği ile çarpıştığında, bu çarpışma bir elektron ve bir pozitron üretir. Bunlar da birbirlerinden zıt yönlerde dağılırlar. Geçmişte de antimaddenin izlerine fırtınalarda rastlanılmıştı ama karasal gama ışını parlamalarına dair yapılan modeller ile öngörülen antimadde parçacıklarının aşağı doğru yol alması yani ters pozitron demeti olgusu ilk defa bu çalışma sırasında gözlendi. Journal of Geophysical Research: Atmospheres dergisinde bu çalışmayla ilgili yayınlanan makalenin yazarlarından fizikçi David Smith bu gözlem karasal gama ışını parlamalarının atmosferi yüksek enerjili radyasyonla yukarıdan aşağıya doğru deldiğini gösterdiğini söylüyor. Patricia Kasırgası'nın en şiddetli olduğu bölgenin üzerinde uçan uçağın üzerinde X-ışınlarını ve gama ışınlarını ölçmek için tasarlanan Enerjik Yıldırım Emisyonları Havada Algılama ismi verilen bir aygıt kullanıldı. Araştırmacıların belirttiğine göre, elde ettikleri bulgular karasal gama ışını parlamalarını gelecekte tespit etmeyi kolaylaştırdığı için artık fırtınaların üzerinde uçan uçaklara gerek olmayabilir. Yeryüzünün yüksek rakımlı bölgelerinde kurulacak yer tabanlı gözlemevleri bu iş için yeterli olabilir.


Plüton daha önce gezegen sınıfından cüce gezegene düşürülmüştü. Plüton'un başına gelenler bununla sınırlı kalmayacak gibi. Yeni yapılan bir araştırma Plüton'un nasıl oluştuğuna ve diğer gezegenlerden neden farklı olduğuna odaklanıyor. Icarus dergisinde yayınlanan makalenin yazarlarına göre Plüton bir çeşit dev bir kuyrukluyıldız olabilir! Bilim insanları Plüton'un bir gezegenin oluşumunda olduğu gibi, Güneş Sistemi'nin ilk zamanlarında bir gaz ve toz ortamında oluşan bir kayalık çekirdeğin etrafına kütleçekimi ile daha fazla malzeme toplamasıyla oluştuğunu düşünüyorlardı. Ancak Plüton'u şimdiye kadar en yakından inceleyen Yeni Ufuklar uzay aracı ve 67P/Churyumov-Gerasimenko kuyrukluyıldızını inceleyen Rosetta uzay aracından gelen veriler Plüton ve 67P kuyrukluyıldızı arasındaki benzerlikleri ortaya çıkarmıştı. Plüton'un Sputnik Planitia adı verilen bölgesindeki azot bakımından oldukça zengin olan buzun bu araştırma açısından oldukça ilgi çekici oldu. Araştırmacılar Yeni Ufuklar'dan gelen verileri kullanarak Plüton'un üzerinde ne kadar azot olduğunu ve atmosferinden ne kadar azotun kaçtığını tahmin ettiler. Bunun yanı sıra, 67P kuyrukluyıldızı için Rosetta'dan gelen azot verisini göz önüne alıp bunu Plüton'un kütlesine göre ölçeklendirdiler. Buradan elde ettikleri bulgular Plüton'un 67P gibi milyarlarca kuyrukluyıldızın birleşmesiyle oluşabileceğini öngören modeller ile uyumlu oldu. Southwest Araştırma Enstitüsü'nden Christopher Glein çalışmaları ile ilgili şunları söylüyor, Bu kuyrukluyıldız modeline ilave olarak, araştırmacılar Plüton'un Güneş'inkine benzer olan kimyasal bileşimlerle çok soğuk buzlardan oluşmasını ele alan bir modeli de ele aldılar. Bu modelin incelenmesiyle, Plüton'un sızan atmosferini daha iyi anlayabilmeyi uman araştırmacılar ne kadar azotun Plüton'un dışına, uzaya kaçtığını çözmeye çalıştılar. Bu sırada, Plüton'un atmosferindeki karbon monoksit miktarını da bağdaştırmaları gerekiyordu ama her iki model de bu miktarın ne kadar az olduğunu açıklayamadı. Bunun için de, kayıp karbon monoksitin Plüton'un yüzeyi altında donmuş ve tuzaklanmış olduğunun muhtemel olduğunu göz önüne aldılar. Belki de Plüton'un yüzeyi altında bir yer altı okyanusu var! Bu çalışma ile ilgili yaptıkları açıklamada, araştırmacılar kimyayı bir dedektif aracı gibi kullanarak Plüton'un günümüzden geçmişe olan belirli özelliklerini izleyebileceğimizi vurguluyorlar.