Doğada matematiksel bir nokta yoktur. Çünkü matematiksel nokta boyutsuzdur, ne elle tutulabilir ne de gözlemlenebilir. Kalemi kağıda dokundurduğumuzda elde ettiğimiz nokta boyutludur, matematiksel nokta gibi boyutsuz değildir. İşte nokta diye gösterebileceğimiz bir nesne yoktur doğada. Doğada matematiksel nokta yoktur, olsa olsa çok küçük benekler vardır. Nokta kavramı insanların uydurmasıdır. Doğada matematiksel anlamda bir doğru da yoktur. Kağıdın üstüne çizdiğimiz düz çizgi hem sonludur, hem düz değildir, hem de birden fazla boyutu vardır. Kalemimiz ne denli ince yazarsa yazsın, çizdiğimiz her düz çizginin belli bir genişliği ve kalınlığı vardır. Oysa matematiksel doğru bir boyutludur, genişliği ve yüksekliği yoktur. Matematiğin en temel kavramları doğada yoktur. Daha soyut kavramları hele hiç yoktur! Öyle değil mi? Bu düşünceler kesinlikle bir kenara atılabilecek düşünceler değiller. Hatta daha bariz bir örnek verelim; Bildiğimiz uzayda iki nokta ele alalım. Bu iki nokta arasındaki uzay parçasının bir uzunluğu vardır. Diyelim 1 metre. Bu 1 metreyi ikiye bölebiliriz. Elde ettiğimiz iki yarım metrenin her birini de ikiye bölebiliriz. Elde ettiğimiz çeyrek metreleri de ikiye bölebiliriz. Kuramsal olarak her sayıyı ikiye bölebileceğimizden, bölme işlemini sonsuza kadar yapabiliriz. Sonsuza kadar olmasa bile dilediğimizce bölme işlemini sürdürebiliriz. Böyle böyle, bir atomun, bir elektronun, bir kuarkın ve birçok atom altı parçacığın boyutlarından daha küçük bir sayı elde ederiz. Oysa fiziksel uzay durmadan ikiye bölünmez. Uzaklığı dilediğimiz kez ikiye bölebiliriz, ama fiziksel uzayı dilediğimiz kez ikiye bölemeyiz. Fiziksel uzayda en küçük zaman aralığı en küçük uzaklık gibi kavramlar vardır. Bir zaman sonra, fizik, uzayı ikiye bölmemizi engeller. Demek ki iki nokta arasındaki fiziksel uzayla bu iki nokta arasındaki matematiksel uzaklık aynı şey değildir. Uzaklığı bölebiliyoruz ama uzayı bölemiyoruz. Dolayısıyla matematikle yaşadığımız fiziksel uzay tam bir uzlaşma içinde değildir . Matematiğin doğada olup olmadığını bir kenara bırakalım şimdi. Matematiksel kavramların doğada olup olmadığına bakalım. Hiç kuşku yok ki matematiksel kavramlar vardır. Matematikçilerin uydurması olarak bile olsa, matematik ve matematiksel kavramlar vardır. Bir kavramı, çember kavramı, pi kavramı vardır. Matematiksel kavramlar vardırlar. Matematikçiler bu kavramları tanımlamışlardır. Bundan kuşkumuz yok . Zaten bu kavramlar olmasaydı matematiksel kavramların doğada olup olmadıkları sorusu sorulmazdı bile. Bu var olan kavramlar yoktan mı var olmuştur? İnsanların Yoktan hiçbir şeyi var edemeyeceğini biliyoruz. En soyut düşünceler bile somuttan kaynaklanır. Matematiksel kavramlar da yoktan var olmamıştır. Saf düşünce ürünü diye bir şey yoktur, olamaz. Her düşünce ürünü bizim dışımızdaki gerçeklerden kaynaklanır. Sanatta olsun, bilimde olsun, felsefede olsun, her soyut düşüncenin, her kavramın ana kaynağı doğadır, bizim dışımızdaki dünyadır. Bunun tersini düşünmek yoktan bir şeyin var olabileceğini düşünmek olur. Her düşünce ürününde olduğu gibi matematiğin kaynağı da dış dünyadır. Matematikçinin kendinden bağımsızdır. Günümüzün ileri teknolojisine matematik sayesinde eriştiğimiz göz önüne alınınca, matematiğin tamamıyla doğadan bağımsız olmadığı da belli oluyor zaten. Matematiğin çok soyut kavramları bile zamanla uygulama alanı bulabiliyor. Bu da, elbette, matematiğin doğayı üç aşağı beş yukarı kavrayabildiğini, tanımlayabildiğini, doğanın yasalarını gerçeğe oldukça sadık kalarak kağıda dökebildiğini gösteriyor. Demek ki matematik, bir ölçüde bile olsa, doğayı anlamamızı sağlıyor. Doğada bir olsun veya olmasın, matematikteki bir kavramıyla uzaya gidiliyor, gökdelenler dikiliyor, uydular aracılığıyla dünyanın bir köşesiyle öbür köşesi arasında ses ve görüntü bağlantısı kuruluyor, benim bu yazıyı buraya yazmam ve sizin de okumanız sağlanıyor... Bu teknolojik gelişmelerin soyut matematikle değil, fizikle, kimyayla, mühendislikle ve uygulamalı matematikle gerçekleştiği ileri sürülebilir. Bu düşünce hem doğrudur hem yanlış. Bir yandan kuramsal ve soyut matematik en beklenmedik anda uygulama alanı bulabilmektedir, öte yandan gelecekte bile nasıl uygulanacağı bilinmeyen matematiksel araştırmalar yapılmaktadır. Aynı ikilem kuramsal fizik için de geçerlidir. Kaldı ki, teknolojiye uygulanan fizik, kimya ve mühendislik de ilk önce kağıt üzerinde yapılıyor, uygulamaya sonra geçiliyor. Doğa yalnızca gördüklerimiz, duyduklarımız, kokladıklarımız, değildir. Doğanın bize sezdirdikleri de vardır. Örneğin, matematiksel doğru doğada fiziksel olarak bulunmayabilir, ama doğru kavramı doğada vardır ve doğa bize doğru kavramı sezdirtir. Upuzun bir ağaç, denizle gökyüzünü ayıran çizgi, güneş ışınları doğru kavramını fısıldarlar. Bal peteğinin hücreleri matematiksel altıgeni, gece gördüğümüz yıldızlar matematiksel noktayı, ay, güneş ve gezegenler matematiksel çemberi ve küreyi fısıldarlar. Gezegenlerin yörüngesi elipsi ve genel olarak eğriyi fısıldar. Geçen günler, mevsimler ve yıllar, bir ormandaki ağaçlar, bir bitkinin yaprakları, 1, 2, 3 gibi sayı kavramlarını fısıldarlar. Bu fısıltı biz insanlardan bağımsız vardır. Doğada işte! diye gösterebileceğimiz bir bir olmayabilir. Ama doğa bize bir kavramını fısıldar. Avustralya ve Afrika'nın yerlileri de, Aztekler de, Inkalar da, Batı kültürüyle tanışmamış olmalarına karşın, 1'i, 2'yi 3'ü bulmuşlardır. Demek ki doğanın bu fısıltısını duymak yalnızca bir uygarlığa özgü değildir, her uygarlık duyabilir. Arı peteğinin her hücresi kusursuz bir altıgen olmayabilir. Ama arı, peteğinin hücresini yaparken hücrenin altıgen olmasına çalışır. Sabun köpüğü mükemmel bir küre olmayabilir, ama sabun köpüğü mükemmel bir küre olmaya çalışır. Sonsuz küçük sayılar fiziksel olarak olsa da olmasa da, bu sayılar doğada düşünce/fısıltı olarak vardırlar, örneğin durmadan küçülen ama hiçbir zaman sıfır olmayan 1/2, 1/3, 1/4, 1/5... dizisi bize sonsuz küçüğü anlatır. Nokta, doğru, çember, pi, 1, 2, 3 gibi kavramların doğada bulunduğuna inanıyor, ancak modern matematiğin doğada bulunduğuna inanmıyor olabilirsin. Ona da şöyle bakalım. Modern matematik, matematik tarihinden soyutlanarak ele alınırsa, modern matematiğin yapay bir bilim olduğu kanısına varılabilir. Günümüzün soyut matematiğinin bir zorunluluk olduğunu anlamak için matematik tarihini incelemeliyiz. Çünkü matematiğin her kavramı daha önce tanımlanmış başka kavramlardan kaynaklanır ve bulunan her yeni kavram başka kavramların bulunmasına neden olur. Matematiğin her kavramının bir temeli, bir geçmişi, var oluşunun bir gerekçesi vardır. Hiçbir matematikçi durup dururken yeni bir kavram üretmez. Matematikçilerin tanımladıkları her kavram bir gereksinim sonucudur. Örneğin, doğru ve çember kavramlarından eğri kavramı, eğri kavramından süreklilik, limit ve türev kavramları, bu kavramlardan sonsuz küçük kavramı, sonsuz küçük kavramından sonsuz büyük kavramı doğar. Sayılar kavramından polinom ve cisim kavramları, bu kavramlardan grup kavramı doğar. Uzaklık kavramından topolojik uzay kavramı doğar.


Bir otobanda olduğunuzu düşünün ve yol kenarındasınız. Yol üzerinde ise oldukça hızlı olan otomobiller ya da diğer taşıtlar yanınızdan geçmektedir. Eğer biraz dikkatli iseniz bir şeyler fark etmişsinizdir. Siz sabit iken size doğru hızla gelen bir aracın sesi tiz bir sesdedir ve o araç sizden uzaklaştığında ise sesi daha kalındır. İşte bu fark ettiğiniz olay bir doppler olayıdır . Doppler olayı ses gibi mekanik dalgalar ile ışık gibi elektromanyetik dalgalarda kaynak-gözlemci arasındaki ilişkiyi açıklamaya çalışan bir fiziksel yasadır. Doppler etkisini 1842 yılında Christian Andreas Doppler tarafından bulunmuştur. Yukarıda verdiğimiz örneği biraz daha irdeleyerek doppler olayını açıklamaya çalışalım. Hızla gelen araç size yaklaştığında oluşturduğu ses dalgaları daha küçük aralıklarla yani daha küçük dalga boyları ile yayılır. O halde siz daha sık frekansta ses dalgalarına maruz kalarak daha tiz bir ses duyacaksınız. Araç sizden uzaklaştığında ise ses dalgalarının arasındaki aralıklar genişleyecek ve siz daha büyük dalga boylu ama küçük frekanslı ses dalgalarına maruz kalarak sesi daha kalın olarak duyacaksınız. İşte doppler olayı fiziksel olarak bu yaşadığımızı böyle yorumlamakta ve bunu matematiksel olarak da ifade etmektedir. Doppler etkisi veya olayı için matematiksel hesaplamalar yaparken mekanik dalgalar için, dalga kaynağı ve gözlemcinin birbirine göre konum, yön ve hızlarının yanında dalganın içinde veya üzerinde hareket ettiği dalganın yapısı dikkate alınmalıdır. Ancak elektromanyetik dalgalar için yapılan hesaplamalarda dalga kaynağının ve gözlemcinin birbirine olan konumlarındaki değişikliklerin göz önüne alınması yeterlidir. Yine doppler olayı ile ilgili hesaplamalarda şu öncelikli olarak bilinmelidir; dalga frekansı tamamıyla sabittir. Yani dalga frekansı değişmiyor ama kaynağına ve gözlemciye göre frekans farklı algılanmaktadır. Bunun sebebi ise dalgaları algılayan gözlemcinin dalga boylarını farklı algılamasından kaynaklanmaktadır. Yani gözlemci dalga boyunu olduğunun dışında algılıyor ve haliyle de dalga boyu frekans ilişkisinden dolayı gerçek frekansı fark edemiyor. Matematiksel formüller için wikipedia'daki Doppler etkisi sayfasını ziyaret edebilirsiniz . Doppler etkisi bir de 1848 yılında Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau tarafından ışık gibi elektromanyetik dalgalar üzerinden denenmiş ve incelenmiş. Ancak Fizeau bu çalışmayı yaparken Doppler'in bulduğu Doppler olayından haberi yoktu. Fizeau ışığın doppler etkisi ile açıklanacak bir özelliğini buldu. Örneğin uzak yıldızların renklerinin kızıla ya da maviye kayması doppler olayı ile açıklanmaktadır. Doppler olayına göre Dünya'dan uzaklaşan bir ışığın rengi kızıla kayacaktır, ışık Dünyaya yaklaştığında ise ışığın rengi maviye yaklaşacaktır. O halde burada Dünya gözlemci durumunda olacak ışık kaynağı ise bir yıldız vs olabilir. Işığın renginin değişmesi demek dalga boyunun değişmesi demektir. O zaman Dünya yani daha doğrusu bizler izlediğimiz ışığın dalga boyunun değiştiğini düşüneceğiz ama biliyoruz ki mekanik dalgalarda dalganın frekansı daima sabit işte o zaman ışığın da dalga boyunun ve frekansının sabit olduğunu göz önünde bulundurup ilgili matematiksel hesaplamalarla ışığın kaynağının Dünya'dan ne kadar uzakta olduğunu öğrenebiliriz. 1960 yılının başlarında Harvard'tan Fizikçilerin yaptığı bir deney ile ışıkta doppler etkisi kanıtlanmış oldu. Yapılan deneyde 20 metrelik bir yükseklikte ışığın rengindeki değişimi saptamaktı ve deney sonucunda ışığın renginde katrilyonda bir oranında da olsa bir değişim gözlenmiş.


Ultrasonik dalgalar , saniyede 20.000'den daha büyük şekilde titreşen ses dalgalarının enerji uygulamasıdır. Başka bir şekilde tanımlarsak insanın duyabilme sınırından öte olan ses dalgaları olarak da bahsedebiliriz. Ses dalgalarında enerji tamamiyle sesi iletmeye dayalı olduğu için şiddeti ve basıncı çok çok fazladır ve bu yüksek şiddetteki ses dalgaları insanları rahatsız eder aslında bir nevi duyarız. Lakin ultrasonik dalgalarda bu biraz daha farklıdır, bu dalgalar insanlar tarafından duyulmazlar, az miktarda hissedilirler yani kulakta yüksek şiddette hiçbir etkiye sahip değiller.


Yanardağlar, yeraltındaki ergimiş kayaçların ve gazların yani magmanın yer kabuğundaki açıklıklardan püskürmesi sonucu dışarıya çıkan maddenin yığılmasıyla ortaya çıkan yükseltilerdir. Dışarıya çıkan maddeler katılaşırlar ve volkanik bir kaya, volkanik bir arazi oluştururlar. Yanardağlar genellikle levha sınırı denilen yerlerde veya çevresinde oluşur. Bu levha sınırları, dünyayı parçalara bölen levhaların birbirleriyle olan sınırlarıdır. Dünyamız bir yap-boz gibi levhalardan oluşmaktadır. Levhalar, çok yavaş ama sürekli bir şekilde birbirlerine ya yaklaşarak ya da uzaklaşarak hareket ederler . Yanardağların oluşumunda magma da etkindir. Magma, ergimiş haldeki mineraller ve bazı mineral kristallerinden oluşan lapa benzeri yoğun bir sıvıdır. Magmayla beraber gazlarda bulunmaktadır. Bilim adamlarına göre magmanın büyük bir kısmı Astenosferde diğer kısmı da alt manto da yer almaktadır. - Yayılma Sırtı: Okyanus tabanında yanardağların oluşumunda rol oynar. - Dalma-batma bölgesi yanardağları : Yanardağlar, iki levhanın çarpışması sonucu birinin diğerinin altına daldığı levha sınırlarına dalma-batma bölgesi denir. Buralarda yanardağ oluşabilmektedir. Eğer okyanusal bir levha üzerinde yanardağ oluşursa bir ada oluşturur. Bunlara volkanik ada denilmektedir. Büyüklükleri farklıdır. Bazen bir kaya parçası kadar küçük olur bazen de Hawaii gibi bir ada büyüklüğünde olur. Magmanın yükselerek yeryüzüne çıkmasına yanardağ püskürmesi denir. İki püskürme arasında günlerce, aylarca, yıllarca hatta asırlarca geçebilir. Yanardağ püskürürken lav, taş, kil ve gaz gibi maddeleri yeryüzüne bırakır. Lavlar yüzeye çıkan akışkan magmadır. Lavlar genellikle Silisyum Oksit (SiO2) içermektedir. SiO2'in oranı lavın yoğunluğunu etkilemektedir. Lavın yoğunluğu yanardağın şeklini de belirler. Yoğun olmayan lav kalkan biçiminde bir yanardağ oluşturabilir. Bunun nedeni ise lavların bal gibi çevreye dağılmasıdır. Yoğunluğu yüksek olan lav koni biçiminde bir yanardağ oluşturabilir. Lavların parça parça çıkmasına bomba denilmektedir. Gazlar çok büyük miktarlarda açığa çıkabilir ve insanlar için olduğu kadar bitki ve hayvanların yaşamlarını oldukça olumsuz etkiler. Bu gazlar zehirli olduğundan dolayı bu gazları solumak hayati tehlike içermektedir. Buharlar her yanardağ patlamasında oluşurlar. Isı yükseldiği zaman buharlarda tehlikeli olur. Küller, patlama sırasında lav parçacıklarından oluşur. Bazı küller patlamanın etkisiyle o kadar yükseğe çıkarlar ki bazen günler sonra gelebilirler. Taşlar, 50 mmgenişliğindeki parçacıklardır ve bunlar da çevreye zarar verebilmektedirler. Bir de püskürmeyle beraber magmanın katılımsı hali olan tüflerde dışarıya bırakılır. Magma, Astenosferden sonra liyosferden yukarı çıkarken bir magma odası oluşturur. Bu oda, sürekli genişleyen bir yapı gösterir. Bunun sebebi magma odasının çevresindeki kayaların lavlar tarafından eritilmesi sonucu büyümektedir. Magma odasına biriken magma baca denilen çatlaklardan yeryüzüne ulaşır. Magmanın yeryüzüyle kesiştiği yerde yani ağızda püskürme başlar. Bazı şiddetli depremler yanardağların püskürmesine neden olabilmektedir. Fakat bu olaya çok az rastlanılmaktadır. Bu püskürme tipi hafif şiddettedir. Bunun nedeni lavın akışkan olup gazın çabuk kurtulmasıdır. Bu tipte en iyi bilinen yanardağ Mauna lao ve Kilauea'dır. Hawai tipi yanardağların krateri çok büyüktür. Bu tip yanardağlar İtalya'nın kıyılarında görülmektedir. Patlamaları çok şiddetli değil fakat ard arda püskürürler. Lavı çok yoğun olmayıp Hawai tipi püskürmelerden daha yoğundur. Bu tipte gazlar daha da sıkışıktır. Lavlar çabuk katılaştığından yanardağ ağzının çevresinde birikirler. Bu tip yanardağların tepe kısımları kesilmiş gibi gözükür. Bu tip yanardağlar ismini bir İtalyan adası olan Volkanu'dan almışlardır. Sicilya'nın kıyısında sıradağlar halinde bulunan yanardağlar bu tiptendir. Patlamaları çok kuvvetli ve gürültülüdür. Çünkü lavları yoğun olduğu için gazları sıkışıktır. Patlamalarda iri kayalar ve volkanik küller de yoğun bir şekilde açığa çıkar. Lavlar çok yükseğe fırlar. Bu tip, Martinik Adasında bulunan Pele yanardağından ismini almıştır. Bu tip yanardağların püskürmesi diğerlerinden çok farklıdır. Lav kratere ulaştığında katılaşır ve krateri kapatır. Basınç kuvvetlendiğinde yanardağ çok büyük bir şiddetle patlar ve kraterin üstü tamamen havaya uçar. Büyük miktarda volkanik kül gökyüzünü kaplar. Dediğimiz gibi yanardağlar levha sınırları ve çevresinde oluşmaktadır. Bu oluşan yanardağların bir kısmı halen etkin,bir kısmı uyuyan bir kısmı sönmüş yanardağlardır. Ülkemizde bulunan yanardağların hepsi sönmüşlerdir. Asırlardır patlamayan, aktif olmayan yanardağlara sönmüş yanardağlar denilmektedir. Bu yanardağlar yeniden aktif olma ihtimali azdır. Fakat, bazı sönmüş diye nitelendirilen yanardağlardan biri Meksika'daki El Chichon yanardağı,1982 yılında aktif hale gelmiştir. Ülkemizdeki başlıca sönmüş yanardağlar Büyük Ağrı, Küçük Ağrı, Tendürek, Süphan, Nemrut, Erciyes, Karacadağ, Melendiz, Hasan ve Karadağ'dır. Uyuyan yanardağlar herhangi bir etkinliği olmayan yalnız yeniden püskürme olasılığı olan yanardağlardır. Etkin yanardağlar halen aktif olan yanardağlardır. Etna, Kilauea, Mauna Lao, St. Helens başlıca etkin yanardağlardandır. - Büyük Okyanus çevresi veya pasifik ateş çemberi, - Atlas Okyanusu'nun orta kesimi ve Atlantik sırtı , - Akdeniz ve çevresinde, - Bazı kıtaların orta kesimlerinde aktif yanardağlar bulunmaktadır.


Jeomanyetik fırtınayı Dünya'nın magnetosferinde gezegenler arası uzay ortamında oluşan şekil değişiminden doğan geçici bozulma olarak tanımlamak mümkün. Bir jeomanyetik fırtına uzay hava durumunun en önemli ögesidir ve uzay hava durumunun diğer başka bileşenleri için birçok bilgiyi sağlar. Jeomanyetik fırtınalar bir manyetik alan bulutu veya bir güneş rüzgarı şok dalgasının Dünya'nın manyetik alanı ile etkileşmeleri sonucunda oluşur. Güneş rüzgarı basıncındaki artış başlangıçta magnetosferi sıkıştırır ve güneş rüzgarının manyetik alanı Dünya'nın manyetik alanı ile etkileşir ve magnetosfer içindeki enerji miktarı artar. Etkileşimler nedeniyle magnetosfere doğru plazma hareketinde bir artış oluşur bu magnetosfer içindeki elektrik alanları artırır ve magnetosfer ve iyonosferdeki elektrik akımı da artar. Jeomanyetik fırtınanın ana fazı sırasında, magnetosferdeki elektrik akımı güneş rüzgarı ve magnetosfer arasındaki sınırı dışarı atan bir manyetik kuvvet oluşturur. Jeomanyetik fırtınayı oluşturan gezegenler arası uzay ortamındaki bozulma güneş tacı kütle atılımları veya Güneş'in yüzeyi üzerindeki zayıf manyetik alan bölgesinden doğan güneş rüzgarının yüksek hızlı akışından kaynaklanabilir. Jeomanyetik fırtınaların sıklığı güneş lekelerinin sayısına göre artar veya azalır. Güneş tacı kütle atılımlarından kaynaklanan jeomanyetik fırtınalar güneş devrinin en sık olduğu sırasında çok yaygındır ve güneş rüzgarının yüksek hızlı akış döneminde süren fırtınalar güneş devrinin en az olduğu sırada çok yaygındır. Jeomanyetik fırtınanın neden olduğu veya onunla ilişkilendirilebilir durumda olan birkaç uzay hava durumu fenomeni vardır. Güneş enerjik parçacık olayları, jeomanyetik indüklü akımlar, radyo ve radar parıldamaya neden olan iyonosferik bozukluklar, manyetik pusulalarda bozulma ve normalden çok daha düşük enlemlerde kutup ışıklarının görülmesi. Jeomanyetik fırtınaların güç seviyelerine göre çeşitli etkileri de olmaktadır. 1989 yılında örneğin, Quebec'te jeomanyetik fırtına kaynaklı enerjik yerküre indüklü akımlar, elektrik güç dağıtım istasyonların bozulmasına sebep oldu aynı zamanda Texas'da kuzey kutbuna oldukça uzakta, kutup ışıklarının oluşmasına da neden oldu. Jeomanyetik fırtınalar Dst indeksindeki değişimlere göre tanımlanıyor. Dst magnetometre istasyonları ile ölçülen bir niceliktir. Bu istasyonlar manyetik ekvator üzerinde Dünya'nın manyetik alanın yatay bileşeninin küresel ortalama değişimini ölçerler. Bu ölçümlere göre bilim insanları bu indeksi tahmin ederler. Dst +20 ve -20 nano Tesla arasında olduğu sakin yani jeomanyetik bir fırtınanın olmadığı söylenebilir. Dst indeksine göre jeomanyetik fırtınaların üç fazı vardır. Ani başlangıç fırtınası olarak da adlandırılan başlangıç fazı Dst indeksinin birkaç on dakika içinde 20 nT'dan 50 nT'a artışının olduğu durumlarda oluşabilir. Ancak tüm jeomanyetik fırtınalar bu başlangıç fazına sahip olmadığı gibi böylesine her ani artışın sonunda böyle bir jeomanyetik fırtına oluşmayabilir. İkinci bir faz ise ana fazdır. Jeomanyetik fırtınanın bu fazında Dst indeksi -50 nT'dan başlayarak azaldığı durumlar için tanımlanır. Dst indeks aralığı, -50 ve -600 nT aralığında iken tipik bir ana fazın süresi 2 ve 8 saat arasındadır. İyileşme fazı da jeomanyetik fırtınaların üçüncü fazıdır. Bu fazda Dst normalleşir ve -20 ve +20 nT aralığına geri döner. Bu iyileşme fazı kısa sürerse eğer 8 saat, uzun sürerse 7 güne kadar sürebilir. Bir jeomanyetik fırtınanın şiddet büyüklüğü kabaca şöyle sınıflandırılabilir: Orta şiddet bir jeomanyetik fırtınanın Dst indeksi -50 nT ile -100 nT aralığında, yoğun şiddette bir jeomanyetik fırtınada bu aralık -100 nT ile -250 nT aralığında olurken Dst indeksi -250 nT'dan -600 nT'ya kadar olan aralık ise süper fırtına olarak sınıflandırılır. Dolayısıyla spaceweather.com gibi uzay hava durumu hakkında bilgi veren internet sitelerinde jeomanyetik fırtınalarla ilgili haberler okunduğunda haberde verilen Dst indeks değerine göre bu sınıflandırmayı kullanarak yaklaşan jeomanyetik fırtınanın şiddet sınıfını belirleyebilirsiniz. 19. Yüzyılın başlarında bilinen ilk jeomanyetik fırtına gözlendi, etkileri 1806 Mayıs'ından 1807 yılının Haziran ayına kadar sürdü. 21 Aralık 1806'da Auroralar görüldü. 1-2 Eylül 1859 tarihinde kaydedilen en büyük jeomanyetik fırtına gerçekleşti. 28 Ağustos'tan 2 Eylül 1859'a kadar çok sayıda güneş lekesi ve güneş parlamaları gözlendi, en büyük güneş patlaması 1 Eylül 1859'da oldu. Bu olay şimdi 1859 süper jeomanyetik fırtına olarak adlandırılıyor. Bu jeomanyetik fırtınanın Dst indeksi -1750 nT olarak tahmin ediliyor. Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'da telegraf telleri elektromanyetik kuvvet ile indüklenerek çeşitli yangınlara neden olmuş. Ayrıca kutuplardan uzak olan Hawaii, Mexico, Küba ve İtalya gibi bölgelerde auroralar yani kutup ışıkları görülmüş. 13 Mart 1989 tarihinde 9 saat boyunca 6 milyon insanın elektriksiz kaldığı birkaç jeomanyetik fırtına yaşandı. Bu fırtına sonucunda Texas'da kutup ışıkları görülmüş. Bu olayın Dst indeksi -589 nT olarak kayıtlara geçmiş. Ayrıca jeomanyetik fırtına Dünya'da etkisini gösterdiğinden dört gün önce güneş tacı kütle atılımları sonucu olarak Güneş üzerinde meydana gelmiş. 2000 ve 2003 yıllarında Dst indeksi -350nT'nın üzerinde jeomanyetik fırtınalar Dünyamız üzerinde etkisini göstermiş. Radyasyon: Yoğun güneş patlamaları çok yüksek enerjili parçacıkları Güneş'in yüzeyinde uzaya salar. Bu tür parçacıklar memelilerde ve insanlarda radyasyon zehirlenmesine yol açabilir. Dünyamızın atmosferi ve magnetosferi yerkürede yaşayan bizleri bu tür zararlı parçacıklardan korurken uzaydaki astronotlar için radyasyonun dozu öldürücü olabilir. Bu yüksek enerjili parçacıkların canlı hücrelerin içine sızması kanser ve diğer sağlık problemlerin kaynağı olabilir. Bu tür parçacıklara yüksek dozda maruz kalmak anında öldürebilir. Biyolojik Sistemler: Uluslararası Radyo Bilimi Birliği'nin yaptığı çalışmalara göre jeomanyetik alandaki değişimler biyolojik sistemleri etkilemektedir. Çalışmalar, jeomanyetik alandaki dalgalanmalara insan gibi biyolojik sistemlerin tepki verdiğini gösteriyor. Posta güvercinlerin jeomanyetik fırtınalar sırasında yön bulma yeteneklerinin azaldığı da bilinenler arasında. Bozulan Elektronik Sistemler ve diğerleri: Kullandığımız haberleşme sistemleri radyo dalgalarının iyonosferde yansıtılmasıyla uzak bölgelere iletilmesini kullanır. Jeomanyetik fırtınalar da iyonosferdeki bu radyo dalgalarını yansıtan iyonlarla kolaylıkla etkileşebilir ve böylece radyo dalgalarının iletimini etkileyebilir. Erken uyarı sistemlerinin yanı sıra bazı askeri tespit etme sistemleri de bu tür güneş aktivitelerinden etkilenebilir. Geçmişte yazımızın başlarında da belirttiğimiz gibi telegraf telleri etkilenirdi, jeomanyetik fırtınalardan. Şimdi telefon telleri aynı şekilde etkilenebilirken yer altındaki fiber optik kablolar bu tür jeomanyetik fırtınalardan etkilenmemekte. Jeomanyetik fırtınalar sonucunda karasal olmayan telefon, televizyon, radyo ve internet bağlantılarını sağlayan haberleşme uyduları zarar görebilir. 2008 yılında Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi 2012-2013 yılları arasında Güneş aktivitelerinin yoğunlaşacağı dönemde mümkün olan bu tür zararlara ilişkin sonuçları hakkında rapor hazırladı. Yön bulma sistemleri de GPS, LORAN gibi sinyal yayılımlarından ötürü jeomanyetik fırtınalardan etkilenmektedirler. Bu tür sistemlerin bilhassa yoğun kullanıldığı uçaklar, gemiler konumlarını belirlerken yön bulma sistemlerine başvuruyorlar. Jeomanyetik fırtınalar sırasında yanlış yönlendirmeler, yanlış konumlamalar gibi karışıklıklar meydana gelebilir. Elektrik güç kaynakları ile dağıtım sistemleri de jeomanyetik fırtınalardan etkilenecek önemli yapılardır.


Aurora başka bir deyişle kutup ışıkları Güneş'ten gelen yüklü parçacıklar ve Dünya'nın en üst atmosferi arasındaki etkileşmeler nedeniyle oluşur. Birçok kez kuzey veya güney ışıkları olarak da adlandırılırlar ve bu şekilde adlandırmaların sebebi ise kutup ışıklarının güney ve kuzey kutupta sık sık görülmeleri ile ilişkilidir. Kuzey veya güney kutuplarda ya da kutuplara yakın yaşayan insanlar genellikle parlak renkli bu görsel şöleni sık sık yaşarlar. Görsel şölen diyorum çünkü kutuplardan binlerce kilometre uzaklıktaki bizler televizyon ya da internet yolu ile bu görsel şölenin videolarını izlediğimizde keyif alıyoruz, tabir-i caizse büyüleniyoruz bazen de. İşte bu görsel şölen kuzey kutbuna yakın yerlerde görüldüğünde aurora borealis veya kuzey ışıkları, güney kutbun yakınlarında ise aurora australis veya güney ışıkları adını alıyor. Aurora-kutup ışıkları yaygın olarak kutuplarda görülmesine karşın nadir durumlarda ekvatora biraz daha yakın bölgelerde de görülebiliyor. Bu konuyla ilgili bir bahsi jeomanyetik fırtınalar isimli yazımda da ele almıştım, bu yazıda da biraz daha detaylı konuşabiliriz. Yüksek hızlı enerjik parçacıklar Dünya yüzeyinden yukarı yaklaşık 50 milden birkaç yüz mil yükseklikteki herhangi bir yerde Dünya atmosferindeki atomlar ile çarpışarak kutup ışıklarına neden olurlar. Böyle yüksek hızlı parçacıklar ki genellikle elektronlar özellikle de güneş rüzgarı olmak üzere uzay kaynaklıdırlar. Uzaydan gelen elektronlar Dünya atmosferindeki bir atom veya molekülü vurduğunda, onlar enerji artışı sağlayarak atomdaki bir elektronu verirler. Bilimsel olarak ifade edersek elektron yüksek bir enerji seviyesine atlar ve atom uyarılmış durumda olur. Bir süre sonra, uyarılmış atomdaki elektron yüksek enerji seviyesine geçmeden önceki orjinal düşük enerji seviyesine geri döner. Auroral ışımaya neden olan ışık olarak bu enerji serbest kalır. Bu süreç emisyon çizgi spektrumunun nedeniyle aynı mekanizmaya sahiptir ve aurora-kutup ışıkları Dünya'nın üst atmosferibdeki atomların emisyon çizgi spektrumu hadisesidir. Emisyon çizgi spektrumunun rengi kimyasal bileşime bağlıdır ve her bir atomun türü kendisine has renk deseni üretir. Bu nedenle, auroral görüntülerde yani kutup ışıklarında renk dağılımları Dünya'nın atmosferindeki farklı elementlerden kaynaklanmaktadır. Oksijen molekülleri yeşil auroraya neden olur ve oksijen atomları ise kırmızı renkli. Mavi auroral görüntüler nitrojen moleküllerinin bir sonucu. Moleküler nitrojen ve oksijen Dünya atmosferinin en yaygın bileşenleridi yani bu renkler de en yaygın auroral renklerdir. Atomik oksijen yüksek irtifalarda oluşur, dolayısıyla aurora genellikle yeşil üzerinde kırmızı renge sahiptir. Bu renklerin karışımları diğer renkleri de oluştururlar bir taraftan. Dünya'nın üst atmosferine elektronlar giriş yaptıkça onlar Dünya yüzeyinden 20 milden 200 mile kadar yukarıdaki irtifalarda oksijen ve nitrojen atomlari ile çarpışırlar. Az önce ifade ettiğim gibi kutup ışıklarının rengi atomun yapısına bağlıdır ve oksijen ile nitrojen atomları ise çoğunlukla farklı yükseltilerde/irtifalarda bulunurlar. - Yeşil renk, oksijen moleküllerine ait ve yerden 150 mile kadar olan irtifada - Kırmızı renk, oksijen atomuna ait ve yerden 150 milden yukarısında olan irtifada - Mavi renk, nitrojen moleküllerine ait ve yerden 60 mile kadar olan irtifada - Mor/morötesi, nitrojen atomuna ait ve yerden 60 milden yukarısında olan irtifada Bu görüşmenin aurora akımlarının kullanılarak iki saat sürdüğü söyleniyor . NetBilim'in 15.sayısında yayınlanacak. Takip etmek için ücretsiz abone olabilirsiniz. Bir manyetik alanda, elektronlar ve diğer yüklü parçacıklar bir düz çizgide hareket etmezler. Bunun yerine manyetik kuvvet manyetik alan çizgileri etrafında bir spiral yolda elektronların hareket etmesine neden olur. Elektronlar böylelikle Dünya'nın atmosferine kuzey ve güney manyetik kutupların yakınında girerler. Bu nedenle aurora, kutup bölgeleri yakınında en çok görünür. Onlar sadece Dünya'ya doğru Güneş'ten gelen elektronlar için Güneş aktivitesinin yüksek seviyelerde olduğu zamanlarda daha düşük enlemlerde görülebilirler. Bu da jeomanyetik fırtınalara ilişkin yazımızda işlediğimiz bir konuydu. Kutup ışıklarını görebilmemiz için hava karanlık olmalı, sonra onlar gecelerin uzun olduğu kış ayları sırasında daha çok görülebilirler. Bu etki yüksek enlemlerde büyüktür. Yaz aylarında, gece karanlığı kutup enlemlerinde yok denecek kadar azdır yani aurorayı yaz aylarında görmek onlar gökyüzünde oluşsa bile oldukça zordur. Aurora ayrıca uzay havası aktivitesi ile ilişkilidir. Güneş daha fazla aktif olduğunda Dünya'ya doğru daha fazla sayıda elektronu fırlatmaktadır. Olağanüstü güneş fırtınaları ya da jeomanyetik fırtınalar genellikle aşırı auroral görüntülere yani kutup ışıklarına neden olur. Bu aşırı kutup ışıklarının daha düşük enlemlerde görülmesine olanak verir. Güneş aktivitesi 11 yıllık bir döngüyü genellikle takip eder, bu nedenle aurora da bu döngünün pik dönemleri sırasında sık görülür ve bu güneş aktivite döngüsünün vadi dönemlerinde nadiren görülmeye başlar. 2008 ve 2009 yılları yeni bir döngünün başlangıcı olurken bu döngünün pik dönemi 2013 yılı içerisinde olacak ve bazı bilim insanlarına göre aşırı güneş aktiviteleri ve bunun sonucunda jeomanyetik fırtınalarının şiddetlenmesi bekleniyor. Şiddeti artan jeomanyetik fırtınalar sonucunda kutup ışıklarının da görülme sıklığı olağanüstü bir şekilde artabilir. Diğer taraftan kutuplardan düşük enlemlerde yani ekvatora doğru kutup ışıklarının görülme olasılığı da artacağa benziyor. Yüksek enlemlerde yaşayan insanlar yılın birçok döneminde bu olaya şahitlik ediyorlar. Diğer taraftan da tatil yapan turistler geceleri bu eşsiz manzara karşısında tatillerinin keyiflerini çıkarıyor olabilirler, kim bilir? Güney ve kuzey ışıkları doğanın en etkileyisi görüntüleri arasında yer alıyor şüphesiz. Başka gezegenlerde de bu olayın yaşandığını da son olarak ifade etmek isterim, ayrıntılar dergide!


Tarih boyunca fizikçiler cisimlerin neden yere düştüğünü en basit ve en genel yolla açıklamaya çalıştılar. Cisimlerin neden düştüğüne dair açıklamalardan dördü için şunları söyleyebiliriz, - Aristo (M.Ö 384-322) cisimlerin doğal olarak dinlendikleri sanki temel bir durummuşçasına kaldıkları yere ulaşmayı denediklerini söylüyor. Katı toprağa bağlı cisimler için bu Dünya'nın merkezi olacaktır yani bu cisimler Dünya'nın merkezine doğru düşerler. - Newton (1642-1727) bütün kütleli cisimlerin birbirleri üzerine çekim kuvveti uyguladıklarını ortaya koymuştu. Dünya yakınında bu kuvvet neredeyse tamamen Dünya'ya doğru bir çekime sahiptir. Böylece eğer bir şey düşüyorsa bu cisim Dünya'nın merkezine doğru düşecektir. - Newton uyumlu alan teorisi ise bütün kütleli cisimlerin kendilerini çevreleyen uzayda bir yerçekim alanı oluşturacağını ifade eder. Bu alan, içindeki herhangi bir kütleli cisim üzerine bir kuvvet uygular. Bu kuvvet alanı oluşturan kütlenin merkezine doğru yönelimlidir. Dünya yakınında bu Dünya'nın merkezine doğrudur. - Einstein (1879-1955) yerçekim alanını uzay ve zamanın geometrisinin gerçekte bir bozukluğu veya biçim değiştirmesi olduğunu buldu. Serbest bir cisim uzay-zaman boyunca en kısa yol boyunca hareket eder. Böyle yollar kütle civarında eğrilir ve onları bir araya getirme eğilimindedir.


1736-1806 yılları arasında yaşayan Charles Coulomb, burulma terazisi adını verdiği aletini kullanarak yüklü cisimler arasındaki elektrik kuvvetinin büyüklüklerine dair ölçümler yaptı. Bu ölçümler sonucunda elektrik kuvvetinin özelliklerini tayin ederken bu özelliklerini yansıtan Coulomb Yasası'nı geliştirmiş oldu. Bu yazımızda bu yasayı ve elektrik kuvveti konusunu ele alacağız. Bunun Newton'un üçüncü hareket yasasına uyduğunu unutmayın çünkü q1'e uygulanan kuvvetle aynı büyüklükte q2 üzerine de bir kuvvet uygulanır. Hatırlarsanız, Newton'un üçüncü hareket yasası etki-tepki yasası olarak da adlandırılıyordu ve doğada yalıtılmış halde bir kuvvetin mevcut olmadığını söylüyordu. Coulomb yasası da bunu doğrular bir biçimde hala işlevselliğini sürdürüyor. Coulomb yasası bir vektör denklemidir ve bir çizgi boyunca olan yüklere kuvvet uygulandığını da içerir. Benzer yükler iter ve farklı yükler çekerler. Coulomb yasası ters kare yasasına uyan sonsuz bir aralıklı bir kuvvet tanımlar ve bu kuvvet tanımı yerçekimi kuvveti ile aynı yapıdadır. Negatif bir kuvvet çekici kuvvet olduğuna işaret eder. Kuvvet bitişik iki yük boyunca yönlenir. Yükler arasındaki elektrik kuvveti Coulomb yasası kullanılarak hesaplanabilir. Normal ev devreleri 120 V'luk AC gerilim altında çalışırlar. Böyle bir devreye bağlanıldığında, P=IV bağıntısı ile elektrik gücünün 120 V'luk bir devrenin 1 Amper'lik elektrik akımı çekebilmesinden hareketle P= 120 Watt olduğunu söyleyebiliriz. Elektrik yükü konusunda ifade ettiğimiz gibi 1 Amper akım iletken boyunca saniye başına 1 Coulomb'luk yükün iletilmesi olarak tanımlamıştık. Yani 1 Coulomb'luk yük bir saniyede bir 120 Watt güce sahip lamba boyunca iletilen yük miktarıdır. Eğer her biri 1 Coulomb yüke sahip iki yük bir metre uzaklıklardaki noktalarda konsantre olursa, onların arasındaki kuvvet Coulomb Yasası ile hesaplanabilir. Böyle bir durum için hesaplama şöyle olur, Böyle muazzam kuvvetler bizim varsayımsal yük düzenlemesinin sonucu gerçek olsaydı, sonra elektriksel kuvvetin daha çarpıcı görüntülerini neden göremiyoruz? Genel cevap bir teldeki verilen bir noktadadır, orada elektriksel nötrallikten asla çok fazla değişim olmaz. Doğa asla bir noktada bir Coulomb yükünü bir arada toplamaz.Bunu bir santimetre küplük bakır küre hacmindeki yük miktarını inceleyerek görebiliriz. Bakır atomunun kapalı kabuklarının dışında bir değerlik elektronu vardır ve bu değerlik elektronu katı bakır malzemesi içinde oldukça serbest bir şekilde hareket eder . Metalik bakırın yoğunluğu yaklaşık 9 gram/cm3 ve bakırın bir molü 63.5 gramdır yani bir santimetre küplük (cm3) bakır yaklaşık bir molün 7'de 1'i nden oluşur veya 8.5x1022 bakır atomu. Atom başına bir hareketli elektron ile 1.6x10-19 Coulomb elektron yükü vardır, bu bir santimetreküplük (1 cm3) bakırda hareketli yüklerin yaklaşık 13.600 Coulomb olduğu anlamına gelir. İki bakır küresinden yeterince elektronu uzaklaştırdığımızı varsayalım, yani iki küre üzerinde yeterince net pozitif yük vardır. Elektron yüklü parçayı nasıl uzaklaştırabiliriz? Bakır kürelerden birini yukarı kaldırmak için gerekli kuvvet 0.088 Newton olurdu.Yük itmesi yüzünden kürelerdeki noktalarda net yüklerin birbirinden en uzakta olduğunu varsayalım, böylece biz bir kürenin ağırlığına eşit itme kuvvetini düşünebiliriz. 1 cm3'lük kürenin yarıçapı 0.62 cm'dir, yani biz aynı yarıçaplı iki küreyi ayıran uzaklığı 2.48 cm olarak buluruz. Coulomb Yasası kullanılarak bunun da 7.8x10-8 Coulomb yük gerektirdiğini görürüz. 13.600 Coulomb'luk toplam yüke kıyasla, bu miktar her bir bakır küreden her 5.7 trilyon değerlik elektrondan sadece birinin uzaklaştırıldığını söyler. Sonuçta üst küreyi yeterince itme kuvveti ile itmek için her bir bakır küreden yaklaşık 6 trilyon serbest elektrondan sadece biri uzaklaştırılır, tüm Dünya'nın yerçekiminin üstesinden gelmek için. Bu da yerçekimi/kütleçekimine göre elektrik kuvvetinin şiddet olarak mertebesinin daha büyük olduğunu gösterir. - Elektrik kuvveti bitişik iki yük boyunca yönelir ve bu iki yük arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. - Elektrik kuvveti yüklerin çarpımıyla orantılıdır. - Yükler zıt işaretli olduğunda elektrik kuvveti çekici olurken aynı işaretli ise elektrik kuvveti iticidir.


Fizik2 yani Elektrik ve Manyetizma derslerinde ya da Elektromanyetik Teori'de genelde es geçilen Dünya'nın manyetik alanı aslında günümüz elektroniği için son derece önemli bir yere sahiptir. Gezegenimizin manyetik alanının Güneş kaynaklı jeomanyetik fırtınalarla olan ilişkisi ya da hala kökenini tam olarak anlayamamış olmamız yüzünden bilim insanlarınca araştırılan günümüzün önemli konularından biridir. Bu yazımızda ise genel anlamda gezegenimizin manyetik alanını mercek altına alıyoruz. Dünya'nın manyetik alanı ile ilgili ilk gözlemler 1840'lı yıllarda başlamış. Bugün ise gözlemevleri, uydular, uçaklar, gemiler ile belli aralıklarla Dünyamızın manyetik alanına ilişkin gözlemler yapılmaktadır. Tüm bu gözlemlerin amacı manyetik alanı üreten çekirdekteki değişim izlerini takip edebilmek. Manyetik alanın yapısını tanımlayan alan çizgileri basit bir çubuk mıknatısınkine benzerdir yandaki şekilde gösterildiği gibi. Manyetik alanın ekseni bilindiği gibi Dünya'nın dönme eksenine uyarak eğimli olarak hareket etmektedir. Böylece, Dünya'nın coğrafik kuzey kutbuyla kuzey manyetik kutbun yönü ile tanımlanan manyetik kuzey kutbu birbiriyle örtüşmemektedir. Aynı şekilde güney kutbu için de söylenebilir. Manyetik alanların temel bir özelliği onların hareket eden elektriksel yüklerin üzerine kuvvet uygulamasıdır. Böylece, bir manyetik alan elektronlar, protonlar gibi yüklü parçacıkları tuzaklayabilir ve bu esnada, bu parçacıklar alan çizgileri boyunca ileri-geri spiral şeklinde hareket etmeye zorlanırlar. Yandaki şekilde betimlendiği gibi, yüklü parçacıklar alan çizgilerinin birbirine yakın olduğu ayna noktalar yansıtılırlar ve spiraller daralarak sıkışır. İlk uzay keşfinin ilk meyvelerinden biri 1950'li yılların sonunda keşfedildi, bu keşfe göre Dünya Van Allen radyasyon kuşakları olarak tanımlanan yüklü parçacıkların özellikle yüksek konsantrasyona sahip olduğu iki bölge tarafından kuşatılmaktadır. İç ve dış Van Allen kuşakları üstteki şekilde gösterilmiştir. Bu kuşaklarda tuzaklanan yüklü parçacıkların birincil kaynağı Güneş'ten yayılan parçacık akışı olan Güneş Rüzgarı'dır. Dünya'nın manyetik alanındaki bu Van Allen kuşaklarında tuzaklanan yüklü parçacıklar aurora olayından kuzey ve güney ışıklarından sorumludur. Aurora veya kutup ışıkları hakkındaki detaylı bilgiye Kutup Işıkları ve Fiziği isimli yazımızdan ulaşabilirsiniz. Manyetik alanlar elektriksel yüklerin hareketiyle oluşurlar. Örneğin, bir çubuk mıknatısın manyetik alanı mıknatıstaki negatif yüklü elektronların hareketi sonucunda oluşur. Dünya'nın manyetik alanının kökeni tamamen anlaşılmış değildir ama nikel ve demirden oluşan sıvı metalik dış çekirdeğin dönmesi ve konvektif etkilerin çiftlenmesi ile oluşan elektrik akımları ile ilgili olduğu düşünülmektedir. Bu mekanizma dinamo etkisi olarak adlandırılmaktadır. Dünya'nın manyetik alanı kendini uyaran dinamo süreci sayesinde sıvı olan dış çekirdeğinde üretilir. Yavaş hareket eden ergimiş demiri takip eden elektrik akımları manyetik alan üretir. Dünya'nın çekirdeğindeki kaynaklara ilave olarak Dünya'nın yüzeyinde gözlenen manyetik alan kabukta, iyonosfer ve manyetosferde kaynaklara sahiptir. Bu jeomanyetik alan yere ve zamana bağlı olarak düşük frekanslardan yüksek frekanslara farklılıklara sahiptir yer üzerinde. Ergimiş durumda oluşmuş kayaçlar bize katılaşma anındaki manyetik alanda hakkında bilgi verir. Böyle manyetik fosiller üzerine yapılan çalışmalar Dünya'nın manyetik alanın her milyonda bir tersine döndüğü yani kuzey kutbun güney kutba, güney kutbun da kuzey kutba şeklinde bir değiş-tokuşun gerçekleştiğini gösteriyor. Bu ise Dünya'nın manyetik alanının anlaşılmadığı detaylardan biridir. Bir kayaç oluştuğunda, ortamın manyetik alanına paralel bir mıknatıslanmayı genellikle kazanır. Dünya üzerindeki çeşitli yerleşimlerden kayaç mıknatıslanmasının şiddetleri ve yönelimlerinin dikkatli analizlerinden eksensel dipol polaritesinin geçmişte birkaç kez değiştiğinin farkına varılmış. Güney kutbun kuzey kutup ile değiş-tokuşu -ya da tam tersi- uzun dönemlik bir peryoda sahip. Örneğin günümüzde yüzyıl başına dipol momentinde %6'lık düşüş görülüyor ama bunun yeni bir kutuplardaki değiş-tokuşun işareti olup olmadığını söylemek zor. Dünya'nın yüzeyine yakın bir bölgede manyetik alan Laplace denklemini karşılayan bir skaler potansiyelin negatif gradyentidir. Küresel koordinatlarda Laplace denkleminin bir çözümü küresel harmonik genleşme olarak adlandırılır ve bu genleşmenin parametreleri Gauss katsayıları olarak adlandırılır. Gauss katsayıları iç ve dış katsayılar olarak Dünya'nın içinde ve dışındaki üretilen manyetik alanın modellenmesinde kullanılırlar. Çekirdek ve kabuk manyetik alanların bir ayrımı mükemmel değildir her ikisi de iç alan olarak varsayılır. İç alan sık sık ana manyetik alan olarak adlandırılır. İşte bu çekirdek ve kabuk manyetik alanları kapsayan ana manyetik alan sabitleri de çekirdekten üretilen alan değişimleri gibi zamanla değişir ve yaygın olarak bu değişimlerde küresel harmonik modeller kullanılır. Saatte 400 km hızla Güneş'ten kopup gelen iyonize olmuş gazların akışına Güneş rüzgarı denir ve Güneş rüzgarının şiddeti Güneş'in aktivitesi ile doğrudan ilişkilidir. Güneş lekeleri, taç atımları gibi Güneş'in yüzeyindeki aktivitelerin miktarı arttıkça bu rüzgarın şiddetinin de arttığı bilinmektedir. Güneş rüzgarı Dünya'nın manyetik alanı ile karşılaştığında şekildeki gibi geri püskürtülür ve bu bir geminin baş tarafının su üzerinde oluşturduğu etkiye benzemektedir. Güneş rüzgarının manyetosferle ilk teması bow shock denen şok dalgaları olarak adlandırılır, tıpkı şekildeki gibi. İşte manyetosfer bu şok dalgalarının arkasındaki Dünya'yı kuşatan uzayın kendisidir. Aslında manyetosfer, Güneş rüzgarının büyük ölçüde Dünya'ya girmesini önleyen ve Dünya'nın manyetik alanın baskın olduğu bir bölgeyi temsil eder. Ancak Güneş rüzgarıyla gelen bazı yüksek enerjili parçacıklar manyetosfere sızar ve bu sızan parçacıklar ise Van Allen radyasyon kuşaklarında tuzaklanan yüklü parçacıkların kaynağıdır. Dünya'nın manyetik alanı denizcilik, taşımacılık ve navigasyon, uyduların işleyişi, jeomanyetik indüklü akımlar, jeofiziğin incelenmesi gibi başlıklar altında incelenebilir. 11. yüzyıldan kalma yazılarda pusulanın kullanımına dair bilgiler var ancak bu yazılardan 100 yıl sonra Avrupa'da pusulanın kullanımına dair ilk kanıtlar ortaya çıkar. Günümüzde Dünya'nın manyetik alanını tıpkı bir araç gibi kullanarak topografya haritaları, modern denizcilik grafikleri ve havacılık grafiklerinin hazırlandığını bilmek Dünya'nın manyetik alanının önemine dair bize ipuçları verebilir. Göçmen kuşların da göçlerini bu manyetik alana bağlı sürdürdükleri bilinenler arasında. Son zamanlarda gerçekleşen ciddi jeomanyetik fırtınalar da Dünya'nın manyetik alanını etkileyen dış bir etkendir. Örneğin 1989 yılının Mart ayında gerçekleşen şiddetli bir jeomanyetik fırtına sonucu Kanada'da 9 saat boyunca güç aktarım sistemleri kapalı kalmak zorunda kaldı. Çünkü bu jeomanyetik fırtınalarla birlikte indüklenen jeomanyetik akımlar insanoğlunun gelişmiş teknolojik sistemleri üzerinde ciddi derecede zararlı etkilere sahiptir. Dünya'nın manyetik alanı bu fırtınalara karşı bir yandan kalkan görevi görürken bu jeomanyetik indüklü akımlar nedeniyle modern teknolojik dünyamız için bir tehlike unsuru sayılabilir. Bir jeomanyetik fırtına Dünyamıza yaklaştığında, atmosferimiz ısınma yüzünden genişler ve bu genişleme, uyduların bulunduğu irtifalara kadar sürer. Uydunun yörüngesi değişeilir ve bazen pahalı manevralar bu atmosfer genişlemesinden kaçmak için yapılmak zorunda kalınır. Uydular üzerine bir diğer etkisi jeomanyetik fırtına içerisindeki radyasyonun uydu içindeki elektronik devrelere vurması ve onları devre dışı bırakması olarak söylenebilir. Bu yüzden yörüngemizde uyduları bulunan gerek özel şirketler gerek devletler manyetik fırtınalara ilişkin tahmin sistemlerine büyük ilgi göstermektedirler. Yine bu noktada Dünya'nın manyetik alanı jeomanyetik fırtınalarla bağı yüzünden önemlidir teknolojik imkanlarla dolu dünyamız için.


Elektrik alan birim yük başına elektrik kuvveti olarak tanımlanır. Alan pozitif bir deneme yükü üzerine etkidiğinde alanın yönü kuvvetin yönü olarak alınır. Elektrik alan radyal olarak pozitif bir yükten dışarı doğrudur ve negatif bir yük için ise yükün kendisine doğrudur. Yüklü bir cisme etkiyen elektrik kuvveti diğer yüklü cisimlerin yarattığı elektrik alanlarından kaynaklanır. SI birimlerinde kuvvetin birimi Newton ve yükün birimi Coulomb olduğuna göre elektrik alanın büyüklüğünün birimi de Newton/Coulomb'dur. Burada q deneme yükü pozitif ya da negatif olabilir. Eğer deneme yükümüz pozitif ise üzerine uygulanan F kuvvetinin yönü ile elektrik alanın yönü aynıdır. Deneme yükümüz negatif ise bu durumda F kuvveti ve E elektrik alanı zıt yönde olacaktırlar. Ancak bu eşitlik sadece nokta deneme yüklü parçacıklar için geçerli olduğunu unutmamak gerekir. Çünkü elektrik alanı farklı noktalarda farklı değerler alabilir, aynı şekilde elektrik kuvveti de! Elektrik alan tüm yönlerde nokta yükten dışarı doğru radyaldır. Yandaki şekilde görülen daireler küresel eşpotansiyel yüzeylerdir. Herhangi bir sayıdaki nokta yüklerden elektrik alan birbirinden ayrı alanların bir vektör toplamından elde edilebilir. Pozitif yük için dışarı doğru giden alan olarak alınır, negatif bir yükün elektrik alanı kendisine doğrudur. Bu elektrik alan ifadesi Gauss yasası uygulanarak da elde edilebilir . Kavram:Elektrik alanı ve elektrik kuvveti, vektöreldir! Fizik'te bazı nicelikler vardır ki onları yön ile detaylı bir şekilde belirtmemiz gerekir. Aynı türden iki niceliği sayısal olarak değerinin yanı sıra doğrultusu, yönü ve uygulama noktası yönünden de sınıflandırabiliriz. Örneğin hız, ivme, kuvvet gibi niceliklerde yön önemlidir. İki araç saatte 50 kilometre hızla ilerliyor olabilir ama hangi yönde? Uygulama noktaları yani başlangıç noktalarını aynı kabul edersek, araçlardan birinin kuzeye diğerinin güneye hareket etmesi ya da aynı yönde hareket etmeleri o araçların gelecekteki konumlarını belirlemede oldukça önemlidir. Eğer yönü katmadan sadece hız büyüklüğünü düşünüp belli bir süre sonraki konumlarını belirlemek istersek aynı konumda olacaklarını söyleriz. Oysa yönü katarsak ve zıt yönlerde hareket ediyorlarsa birbirlerinden giderek uzaklaşacaklarını söyleyebiliriz. Bu bir niceliği daha detaylı incelememizi sağlar. Aynı şekilde elektrik alan ve elektrik kuvveti de vektörel bir niceliktir. Örneğin negatif bir yük ile pozitif bir yükün elektrik alan yönelimlerinin farklı olduğunu söyledik. Demek ki, elektrik alan yükün türüne göre farklı yönelimlere sahip ve bu niceliğin yöne bağımlı olduğunu gösterir. Öyleyse elektrik alan vektöreldir. Elektrik kuvveti de iki yük arasındaki etkileşimden kaynaklanmasından dolayı vektörel bir nicelikti. F=qE bağıntısından da yük vektörel bir nicelik olamayacağından kuvvetin ve elektrik alanın vektörel olmasını bekleriz. Buna göre örneğin elektrik alan için, kartezyen koordinatlarda ele alırsak onun Ex , Ey ve Ez fonksiyonlarına ya da bileşenlerine sahip olduğunu söyleyebiliriz. Basit bir şekilde, tanımı gereği, elektrik alan çizgileri elektrik alan içindeki bir noktada var olan elektrik alan vektörünün yönünü gösterir. Aynı zamanda elektrik alan çizgilerinin sık olmaları ya da birbirinden uzak olmaları elektrik alanın büyüklüğüne dair fikir de verir. Öyle ki, alan çizgileri birbirine yakın olduğu yerlerde elektrik alan şiddetli, birbirlerinden uzak olduğu yerlerde elektrik alan zayıftır. Elektrik alan çizgileri hakkında bilmemiz gereken bir diğer özellik ise elektrik alan içindeki bir noktadan tek bir alan çizgisinin geçmesidir. Böylece alan çizgilerinin hiçbir şekilde birbirlerini kesmeyecekleri anlaşılır. - Bir pozitif yükten çıkıp bir negatif yükte son bulurlar. - Bir pozitif yükten ayrılan veya bir negatif yüke ulaşan alan çizgilerinin sayısı yük miktarıyla orantılıdır. - Asla birbirlerini kesmezler. - http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/elefie.html - http://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Electricfield.html - Raymond A. Serway, Robert J. Beichner, Fizik 2, Çev. Edi. Prof. Dr. Kemal Çolakoğlu, Palme Yayıncılık, 2002. - Hugh D. Young, Roger A. Freedman, University Physics, Addison Wesley, 2009.


Isaac Newton uzayda ve Dünya üzerinde gözlenen hareketleri açıklayan hareketin üç yasasını ve kütleçekimi yasasını keşfetti. Eğer bir şey bir doğru üzerinde tekdüze bir süratle hareket ediyorsa, bu cisim sabit bir hıza sahiptir. Durgun halde, cisim hızı sıfır olan sabit bir hıza sahip olur. Her iki şekilde de, bir dış kuvvet cismin hızını değiştirmek için cisim üzerine uygulanmalıdır. Cisimlerin eğilimi doğrusal hareketi sabit süratle devam ettirmeye yani eylemsizlik şeklindedir. Bu da Newton'un birinci yasası olan eylemsizlik yasasıdır. Başka bir deyişle, Newton'un birinci hareket yasası, bir cisim üzerine etki eden bileşke kuvvet sıfır olduğunda, cisim durgun ise durmaya devam edeceğini, hareketli ise sabit hızla doğrusal hareketine devam edeceğini söyler. Böylelikle açığa çıkan sistem, eylemsizdir ve bu sistem ivmelenmeyen bir sistemdir. Hızdaki herhangi bir değişim, süratın veya yönün değişmesi, bir ivmedir. Newton'un ilk yasası herhangi bir ivmenin bir kuvvet gerektirdiğine vurgu yapar.. Tüm Newton uyumlu fizik ve klasik mekanik üç temel yasaya dayanmaktadır. Bunlardan biri de Newton'un ikinci hareket yasası veya F=ma. Newton'un ikinci yasası, Newton'un ufuklar açan çalışması Philosophi Naturalis Principia Mathematica 'da yayınlandı, cisimlerin hareketinin nasıl çalıştığını matematiksel olarak açıklayarak evrene dair bizim temel anlayışımızı değiştiren üç yasasından ikincisiydi. Bu yasa sık sık basit bir denklemle F=ma olarak ifade edilir. Burada F kuvvettir ve haliyle bir yöne sahip olan bir vektördür, m kütle ve a ise yine bir vektöre sahip olan ivmedir. Başka bir deyişle, bir cisme uygulanan kuvvet cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir. Yani, KUVVET = KÜTLE x İVME . İvmeyi hızdaki değişim olarak hayal etmek daha kolay olabilir. Newton'un bu ikinci hareket yasası herhangi bir fizikçi veya mühendis için oldukça yararlı ve güçlü bir araçtır. Bu yasa bir dizi hız değişiminden oluşan hareketin klasik mekanikte daha fazla veya daha az herhangi bir şeyin hareketini tanımlamada kullanılır. Newton'un ikinci hareket yasası, bir cismin ivmesinin o cismin kütlesi ile ters orantılı, o cisme uygulanan net kuvvetle doğru orantılı olduğunu cebirsel olarak ifade eder. Bir cisme etki eden net kuvvet, kütle ile ivmenin çarpımına eşittir. Yani F=ma'dır. Belirli kuvvetlerin etkisinde kalan herhangi bir cismin ivmesini belirlemek için x ve y bileşenleri de önemlidir. Bu nedenle, eğer cisim durgunsa veya sabit hızla hareket ediyorsa o zaman kuvvetler vektörel olarak birbirlerini yok ederler. Aynı zamanda Newton'un ikinci hareket yasasına göre bir cisme etki eden çekim kuvveti, serbest düşme ivmesi ile kütlenin çarpımıdır. Bir cismin ağırlığı o cisme etki eden çekim kuvvetinin büyüklüğüdür. Newton'un üçüncü hareket yasası oldukça basittir. Her hareket için ona eşit ve zıt yönde bir tepki vardır. Etki ve tepki eylemleri kuvvetler açısından değerlendirilir. Şöyle ki bu yasa, iki cisim etkileşirse, B cisminin A cismine uyguladığı kuvvet, A cisminin B cismine uyguladığı kuvvete eşit ve onunla zıt yönlü olduğunu ifade eder. O halde doğada yalıtılmış bir kuvvet mevcut değildir. Bu yasa bize etki-tepki çiftleri ile ilgili bir anlayış sağlar. Sadece iki cisim bir etki-tepki çiftine sahiptir. Eğer Dünya'nın kütleçekimi sizi çekiyorsa, Newton'un üçüncü hareket yasasına göre siz de Dünya'yı ona göre yukarı çekiyorsunuz demektir. Sizin üzerinize Dünya'nın etkilediği Dünya üzerine sizin etkilediğinizdir. Zemin sizin ağırlığınıza zıt ve eşit bir kuvvet uyguluyor olabilir ama bu Newton'un üçüncü hareket yasasının tepkisi değildir. Burada üç şey söz konusu olur: siz, Dünya ve zemin; yani bu durumda bir etki-tepki çiftinden söz ediyor olamayız. Ancak sadece zemin ve sizi ele alırsak, zemin üzerinde siz ve sizin üzerinizde zeminin bir etki-tepki çifit vardır. Bu yasa diğer taraftan sıklıkla şöyle ifade edilir Eğer sen bir şeyi itiyorsan o her zaman seni geri itecektir.. Kaba bir tabirle, Sana bir çarparım bir de duvar çarpar ifadesi de hepimiz için malumdur. Örneğin, bir yol boyunca itilen oyuncak tren zıt yönde etkiyen bir sürtünme kuvveti tarafından geri itilir ama kuvvetle aynı şiddette. Etki-tepki yasası ya da karşılıklı kuvvetlerin yasası için başka bir örneği ele alalım. Havada düşen bir top gibi herhangi bir şeyi düşünelim. Top Dünya'nın kütleçekimi kuvveti ile aşağıya çekilmektedir. Bu yasa, ancak, Dünya'nın topun kütleçekimsel çekimi tarafından yukarı doğru çekildiği anlamına da gelir. Top dediğimiz tenis topu gibi küçük bir şey, Dünya ise onun kaç katı büyüklüğünde bir gezegen ve bu şekilde Newton'un üçüncü hareket yasası saçma görünüyor olmasına rağmen topun Dünya'yı çektiğini söyler. Top tarafından Dünya'nın yukarı çekilme miktarı ile topun aşağıya çekilme miktarı kıyaslandığındaki fark çok küçüktür ve Dünya'nın hareketine göre fark edilmez bu durum.


Asit yağmurları, endüstriyel etkinlikler başta olmak üzere ısınma amaçlı fosil yakıtların kullanımı ve enerji üretimi için fosil yakıtlara dayalı termik santraller gibi atmosfere kükürtdioksit, azotoksit, hidrokarbon ve zararlı madde salan aktiviteler sonucu bu kirleticilerin doğal su döngüsüne karışmasıyla oluşan bir çevresel sorundur. Bu kirleticiler havada 2 ila 7 gün arasındaki bir süre zarfı boyunca asılı kalabilirler ve bu sırada da su döngüsü içerisinde su buharı ile kimyasal tepkimeye girebilirler. Bu kimyasal tepkime sonucunda sülfürik asit ve nitrit asit damlaları meydana gelir bu kimyasal ürünler yağmur gibi yağışlar ile yeryüzüne inerler. Bu şekildeki yağışa asit yağmurları denir. Bu yağışlar yağmur, kar gibi olabildiği gibi bu kimyasal ürünler havadaki gazlar, tanecikler yoluyla da yeryüzüne ulaşabilirler. Yeryüzüne ulaşan asit yağmurları ise canlıların doğal hayatı için olumsuz sonuçlara sebebiyet vermektedir. Asit yağmurları nedeniyle ormanlar yok olabilir, göllerdeki yaşamı yok edebilir, insan sağlığına önemli derecede zarar verebilir. Canlılar dışında sanatsal ve tarihi yapılara da zararlı etkileri kaçınılmazdır. Asit yağmurlarının oluşmasında iki ana etken önemli rol oynamaktadır bunlar doğal kaynaklar ve insan aktiviteleridir. Atmosfere çeşitli yollarla asit üreten gazları salan okyanuslarda, bataklık ve sulak arazilerdeki biyolojik süreçler ve volkanlardaki birtakım faaliyetler birincil doğal kaynaklardır. Diğer bir önemli doğal kaynak ise yüzlerce yıl önce buzullarda saklı kalan asidik katmanlardır. Buzulların erimesiyle beraber bu asidik katmanlar atmosfere karışarak asit yağmurlarının oluşmasına katkıda bulunabilirler. Asit yağmurlarının oluşmasında insan aktiviteleri, sanayi devrimi ile başlayan fosil yakıtlarının aşırı tüketimine paralel olarak açığa çıkan atmosferdeki su buharıyla tepkimeye girerek asit yağmurlarının oluşmasına neden olan gazların, partiküllerin en temel kaynağıdır. Elektrik enerjisi üretimi için termik santrallerden, fabrikaların bacalarından, kullandığımız otomobillerin egzozlarından atmosfere salınan zararlı gazlar doğal yaşam için tehdit oluşturmaktadır. Bir diğer asit yağmurlarına neden olan insan aktiviteleri ise parfüm ve deodrantların kullanılmasıdır. Aslında tüm bu kaynakların atmosfere saldığı zararlı gazlar hava kirliliğine neden olmaktadır. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre hava kirliliği, canlıların sağlığını olumsuz yönde etkileyen veya maddi zararlar meydana getiren havadaki yabancı maddelerin normalin üzerindeki yoğunluğudur denilmektedir. Buna göre asit yağmurlarının genel olarak nedeni hava kirliliğidir. Asit yağmurlarının döngüsü su döngüsüne karışan zararlı gazlar nedeniyle birbirleriyle ilişkilidir. Doğal kaynaklardan ve insan aktiviteleri sonucu atmosfere karışan zararlı gazlar, partiküller rüzgarın yönü ve şiddetine göre havada ya asılı kalırlar ya da rüzgara bağlı biçimde atmosfer içinde taşınırlar. Bu süreç içerisinde bu emisyonlar veya kirleticiler, su buharı ile kimyasal tepkimelere girerek sülfirik asit, nitrik asit gibi kimyasal ürünler meydana getirirler. Sonraki süreçte ise bu kimyasal ürünler yağmur, kar gibi yağışlarla ya da havadaki gazlar, parçacıklar yoluyla yeryüzüne ulaşırlar. Yeryüzüne ulaşan bu zararlı maddeler, canlılarla etkileşebilir, toprağa ve suya karışabilirler. Toprağa karışan zararlı maddeler yeraltı sularına ulaşarak canlıların içme suyunu etkilerken bitkilere ve diğer canlıların zarar görmesine neden olur. Suya karışan zararlı maddeler göl gibi alanlardaki canlıların yaşamını yok edebilir. Sanayi devriminden sonra Çin, Rusya ve Doğu Avrupa ülkelerinde elektrik ve ısı üretimi için kullanılan kükürt zengini kömürlerden açığa çıkan zararlı gazlar nedeniyle yağışların pH değerlerinin 2.4 civarında okunduğu dönemler yaşandı. Bu dönemlerde birçok Doğu Avrupa bölgesindeki ormanların yok olduğu biliniyor. 1850'li yıllarda ilk kez fark edilen asit yağmurları 1960'lı yıllara kadar bilim insanlarınca yeterli ilgili görememişken 1960'lı yıllardan sonra yaşanan olumsuzlukların ardından asit yağmurları üzerine araştırmalar yoğunlaştı. Asit yağmurlarının zararları canlılara etkisi, insan sağlığına etkisi ve eski mimari yapılara olan etkisi şeklinde üç ayrı başlıkta ele alınabilir. Asit yağmurları ile göl ve akarsulara karışan zararlı maddeler bu ortamların asidik yapısını değiştirerek canlılara zararlı etkiler vermektedirler. Hatta bu değişime uyum sağlayamayan canlıların yok olmalarına bile neden olabilir. Ormanlar ise ağaçların yapraklarının büyüme ve gelişmesinin asit yağmurları sonucunda engellemesi nedeniyle en fazla zarar görenler arasındadır. Canlılar için ormanlar hem barınak hem de yaşam kaynağı olmasından ötürü ormanların yok olması doğadaki tüm dengeye zarar verir. Asit yağmurları sonucunda toprağın asitliliğinin artması sonucu alüminyum, cıva gibi zararlı maddelerin yediğimiz besinler yoluyla insan sağlığını olumsuz etkilemektedir. Havadan soluduğumuz sülfat ise astım, bronşit gibi hastalıklara neden olmaktadır. Asit yağmurları ile eski mimari eserler, otomobiller gibi insan yapıları da zarar görebilmektedir. Asit yağmurları ile ilgili zarar gören tarihi yapılardan biri olarak Hindistan'daki Tac Mahal örnek verilebilir. Ülkemizde ise asit yağmurları termik santrallerin olduğu Muğla ve Samsun'da ormanlarımız üzerinde olumsuz yönde etkilidir.


Fizik bilimi, eski Yunancada doğa bilimi olarak kabul edilirmiş. Terimsel tanımına baktığımızda ise enerjiyi, maddeyi ve maddenin temel özelliklerini inceleyen-irdeleyen en temel bilimdir. Fizik biliminin derinlerine indiğimiz zaman enerji ve maddeyi ayrı ayrı incelemediğini görmekteyiz. Fizik bilimi enerji ile madde ilişkilerini de incelemektedir. Aslında Fizik bilimi en temel bilim olmaktan ziyade doğa bilimlerinin anası sayılır. Çünkü Fizik bilimi, atomu yani maddenin en küçük birimini ve diğer doğa bilimleri ise bu atomlardan oluşan molekülleri, maddeleri veya yapıları incelemektedir. Bu incelenen yapılar kendisini oluşturan en küçük temel birimden farklı olamayacağına göre Fizik bilimi aslında diğer bilimlerinin de temelini oluşturduğunu görebilmekteyiz. Doğa bilimlerinin anası saydığımız bu bilim dalı Klasik Fizik ve Modern Fizik diye iki alt birime ayrılmıştır. Fizik biliminin temelde niye ikiye ayrıldığını en iyi şekilde görebilmek için Fiziğin Tarihçesine bakmak gerekmektedir. Fizik bilimi doğa bilimlerinin anası olduğu gibi en temelde incelenebilinen ve üzerinde çalışılan en eski bilim dallarından biridir. Öyle ki milattan önce diye tabir ettiğimiz antik çağda bile Fizik bilimi adına gerek Yunanlı filozofların gerek de Doğulu alimlerin katkıları olmuştur. 1900'lü yıllardan önceki fizik bilimi çalışmaları Klasik Fizik ile ifade edilmektedir. Bunun en temel sebebi ise 1900'lü yılların başında yapılan bilimsel çalışmaların geçmiş yıllardaki kuralları da kapsadığı dahası yeni bir çığır açtığı görülmektedir. Bunun en açık örneğini ise Klasik Fiziğin en ünlü bilim insanı olan Newton'un evrensel bilime armağan ettiği hareket kanunlarının ışık hızında hareket eden cisimlerde geçerli olmayışıdır. Belki de Einstein'ın rölative teorisi Klasik Fizik ile Modern Fiziği ayıran en ince çizgi olmuştur. Rölative teorisi Newton'un hareket kanunlarını kapsamakla kalmayıp Fizik biliminde yeni dünyaların, yeni ufukların doğmasına vesile olup günümüzde geldiğimiz noktanın temelini oluşturmuştur. Işte rölativite teorisi ile başlayan bu macera kitabımızın da konusunu teşkil etmektedir. - Sıcaklıkla buharlaşabilen maddeler - Çekiçle dövüldüğünde parlaklık kazanan ve ses çıkartabilen maddeler - Çekiçle dövülemeyen ve toz haline getirilemeyen maddeler Platon'un öğrencisi Aristo ise atom düşüncesi yerine nitel bir madde modelini savundu. Bu modeli açtığımızda maddeyi sıcak-soğuk, ıslak-kuru gibi niteliklere bağlayarak değerlendirdiği görülmekte. Empedokles ise tüm bu ön görüler dışında evrenin ateş, su, toprak ve havadan oluştuğunu savunmuştur. Daha sonra Orta Çağ'dan çıkan Avrupa'da bilimsel gelişmeler hızla büyüdü. Madde üzerine artık deneysel verilerle fikirler yürütülebiliyordu. Bu fikirler neticesinde atom modelleri oluşturulmuştu. Her bir atom modeli atomun biraz daha aydınlanmasına olanak tanıyordu. Bu atom modellerini kitabımızın ilerleyen bölümlerinde ayrıntılı olarak inceleyeceğiz. - Eylemsizlik prensibi: Bir cisim üzerine bir kuvvet etki etmiyorsa ya da etkiyen kuvvetlerin bileşkesi sıfırsa o cisim duruyorsa durur eğer başlangıçta bir hareketi varsa o hareketine devam eder. - Newton'un ikinci hareket kanunu: Bu kanun ise bizlere bir cisme bir F kuvveti varsa o cismin mutlaka ivmesi vardır. Bunu da F=ma ünlü formülü ile evrensel fiziğe armağan etmiştir. - Etki tepki prensibi: Bu prensip ise bir cisim diğer bir cisme bir kuvvet etki ediyorsa etkilenen cisim de etkiyen cisme eşit ama zıt yönlü bir kuvvet uygular. Bu yasaya da etki tepki prensibi denir. Newton'dan önce hareket üzerine çalışmalar da vardı. Örneğin Galilei Galileo serbest düşme hareketini tanımlamıştı. Galilei serbest düşme hareketini tanımlayan yasasında, hareket sırasında alınan yolun kütleye bağlı olmadığını geçen sürenin karesiyle orantılı olduğunu açıklamıştır. Gök mekaniği ve kütle çekimi yasası: Bu çalışma alanında yine insanoğlu ilk zamanlarında merakına yenilerek gördüklerini sorguluyordu. Işte bu sorgulamaların birinde dünya, gezegenler ve gökyüzündeki diğer cisimlerin hareketleri insanların hep ilgisini çekmiştir. Ilk zamanlarda ortaya atılan düşünce modeli yaklaşık 1400 yıl boyunca kabul görmüş milattan sonra 2.yüzyıldan başlayarak. Bu dönemde evrenin dünya merkezli olduğunu savunan modelini Yunanlı astronom Claudius Ptolemy geliştirmiştir. 1543 yılında Polonyalı astronom Nicolaus Copernicus Güneş merkezli evren modelini ortaya attı. Dünya'nın ve var olan diğer gezegenlerin Güneş etrafında dairesel bir yörünge ile dolandıkları düşüncesini savundu. Kepler'in hocası Danimarkalı astronom Tycho Brahe, uzun yıllar boyunca gözlemler yaptı, hesaplamalar geliştirdi. Gezegenlerle beraber gözlenebilen 777 yıldızın konumlarını ölçmeye çalışmıştır. Bu çalışmalarını ise pusula ve yükseklikölçer ile yapmıştır. Ancak tüm bu yaptığı hesaplamaları ve gözlemleri yorumlayamadan ölmüştür. - Bütün gezegenler bir odak noktası etrafında eliptik yörüngelerde dolanırlar. - Güneş'ten herhangi bir gezegene çizilen yarıçap vektörü, eşit zaman aralıklarında eşit alanları tarar. - Herhangi bir gezegenin yörünge periyodunun karesi, eliptik yörüngesinin büyük ekseninin yarısının kübüyle orantılıdır. Kepler yasaları bulunduktan sonra Newton'un evrensel çekim yasası gökler mekaniğinin artık bir bilinmeyenden çıkarıyordu. Bu önemli yasa, evrendeki her cisim başka bir cismi, kütlelerinin çarpımıyla doğru orantılı ve aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olan ve bir sabit ile çarpılan bir kuvvetle çeker. Newton'un bu yasası evrendeki her şeyi bir arada tutan bir yapışkanı kütle çekim kuvvetini tanımlıyordu. Bu gökler mekaniğinin önemli şaheseri bundan sonraki yapılacak gözlemlerde hesaplamaların ve yorumların da daha kolay olmasını sağlamıştır. Ses: Ses ile ilgili ilk çalışmalar yine ilk çağlarda yapılmış. Ilk olarak Yunanlı filozof Chrysippus ve Romen mimar ve mühendis Vetruvius ile Romen filozof Boethius sesin dalgalar halinde yayıldığını ve bunun su dalgalarıyla benzer bir durum olduklarını düşünmüşlerdir. Aristo ise sesin havanın içindeki taneciklerin titreşerek yayıldığını savunmuştur. Pisagor'un da bu kuramlar üzerine savunduğu düşüncelerle beraber bir temel oluşmuştu ve bu temel üzerine de Marin Mersenne, Galileo Galilei gibi bilim adamları yaptıkları çalışmalarla sesi ve ses dalgalarını tanımlamaya çalışmışlardır. 1640 yılında Robert Boyle, sesin oluşumu ve aktarımı üzerine deneyler yaptı. Gassendi ise bu çalışmalar üzerine ses hızı ile atomların hızını karşılaştırarak frekans değeri üretmeye çalıştı. Newton ise ses dalgalarının mekaniğini inceledi. Bu çalışmalardan sonra Euler, Lagrange ve d'Alembert gibi bilim adamları ses üzerine uygulanabilir bir teori geliştirdiler. Bu teoride bu çağdaki diğer gelişen fiziksel gelişmeler gibi matematiksel ifadelerle dökülmüş denklemler yer almaktaydı. Işık : Bu alanda Ilk Çağ'da Ibn-ül Heysem'in yaptığı çalışmaları görüyoruz. Optik Hazinesi adı altında bir eseri de mevcut olan Heysem, bu kitabında Yunanlı düşünürlerin savunduğu gözden nesnelere ışınlar yaydığı ön görüsü yerine ışık ışınlarının göze nesneden geldiğini öne sürdü. Bu öne sürdüğü düşüncenin kanıtlarından biri ilgimi epey çekmiştir ve sizlerin de çekeceğini umuyorum. Heysem'e göre Ne zaman yıldızlara baksak onları anında görürüz. Eğer ışınlar gözden çıkmış olsaydı, yıldızları görmemiz için belirli bir zamanın geçmesi gerekirdi. Böyle olmadığına göre demek ki ışınlar gözden çıkmaz. dedi ve böylece ışınların gözden değil, nesneden çıktığını kanıtladı. Aslında burada yıldızlardan gelen ışığın da yıllar öncesinden geldiğini bulmuş oldu veya kanıtladı. Ayrıca Heysem, ışığın kırılması olayına da açıklama getirmiştir. Açıklamasına göre ışığın kırılmasının nedeni; ışığın hava, cam, su gibi farklı ortamlarda farklı hızlarla hareket etmesidir. İbn-ül Heysem'den sonra optiğin gelişmesi 16. ve 17. yüzyıllara denk gelmektedir. Özellikle Kepler, Huygens ve Newton'un çalışmaları optiğin önemli çalışmaları arasında yerini alır. Kepler, mercekler için bir geometri kuramını geliştirmiştir ve ayrıca teleskopların matematiksel incelemesini yaparak optiğin gelişmesinde katkıda bulunmuştur. Huygens ve Newton'un optiğe katkıları daha çok ışık üzerine olmuştur. Huygens'den önce Newton ışığın parçacıklar halinde yayıldığı savını ortaya atmıştı. Elbette ki hayır daha sonraları Maxwell ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu bulduktan sonra de Broglie aslında ışığın hem parçacık şeklinde hem de dalgalar halinde yayıldığını tüm bilim dünyasına açıklıyor. Esirin olmadığı Michelson- Morley deneyi ile kanıtlanıyor. Bundan sonraki ışık ile ilgili tüm gelişmeler kuantum fiziğinde irdeleniyor ve büyük bir çağ başlıyor fizik bilimi ve dünyamız için. Termodinamik: Her ne kadar üzerine yapılan çalışmalar ilk çağlara uzansa da termodinamik üzerine yapılan önemli çalışmalar atomun yapısının modellemeleri yapıldığı sıralarda akıllara gelen maddenin yapısı ve ısı, sıcaklık ilişkileri ile ilgili sorularla başlamıştır.1827 yılında Ingiliz Botanikçi Robert Brown, bir sıvı içerisinde bulunan küçük taneciklerin düzensizce bir şekilde hareket ettiğini bulmuştur.1905 yılında Albert Einstein bu hareketleri termodinamik prensipleri ile açıklayarak bir teori kurmuştur ve bu hareketlere de Brown Hareketleri denilmiştir. Bu bahsedilen prensiplerin temelinde ise 1824 yılında Carnot ve 1850 yılında Clausius ve Thomson tarafından açıklanan Termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları yatmaktadır. 1906 yılında Nernst Termodinamiğin üçüncü yasasını da bulmuştur. Maxwell ve Boltzmann da Nernst'ten önce gazların kinetik kuramını geliştirmişlerdir. Elektrik ve Manyetizma: Bu alanda yapılan çalışmaların bir ucu yine antik döneme ilk çağlara değmektedir. Bu dönemlerde düşünürler maddeyi anlamaya çalışırken magnet isimli maddenin de yapısını çözmeye çalışıyorlardı. Manyetizmanın ilk adımları bu madde üzerine fikirler yürütülürken atılmıştı. Milattan önce 700'lü yıllarda bir kehribar parçasını sürterek elektriklendirilip bir saman parçasının çektiğini buldular.1600'lü yıllarda elektriklenmenin genel olduğu ortaya çıktı.1700'lü yıllarda Benjamin Franklin elektrik yüklerini pozitif ve negatif diye ikiye ayrıldığını gördü. Zıt yükler birbirlerini çekiyorlardı aynı işaretli yükler ise birbirlerini itiyorlardı. Daha sonra Coulomb iki yük arasındaki elektrostatik çekim kuvvetini hesapladı. Buna göre yüklerin çarpımı bölü uzaklığın karesi ve bir de sabit çarpanı ile bu elektrostatik kuvvet hesaplanabiliyordu ve bu elektrostatik kuvvet, kütle çekim kuvvetinin hesaplanması ile büyük bir benzerlik sağlıyordu. Daha sonraları yapılan çalışmalarla elektrik üreteçleri üretildi ve böylece elektrik daha da gelişmeye başladı. Oersted ve Ampere manyetizma ve elektrik arasındaki ilişkiyi kurdular yaptıkları çalışmalar ile ve elektrik ile manyetizma arasındaki duvarları yıktılar böylece. 1831 yılında Faraday elektro magnetik indüksiyonu buldu ve arkasından 1855 yılında Maxwell elektromagnetizma kuramını kurarak fizik bilimi büyük bir hızla ilerlemesini sürdürmüştür. 20.yüzyılın başlarında Fizik Bilimi artık çoğu noktalarda tükeniyordu. Atom bölünemez düşüncesi hakimdi, elektromanyetik teori geliştirilmiş ve Newton'un hareket kanunları ile evren sınırlandırılmıştı. Oysa ki bu çalışmaların üzerine yoğunlaşan ve aslında her şeyin bitmediğini kanıtlayan bir bilim adamı vardı. Evet, o bilim adamı Albert Einstein idi. Atomun parçalanabileceğini gösterdi bunun öncesinde Newton'un hareket kanunlarının üzerine kendi geliştirdiği fikirleri ekleyerek evreni mutlak uzay zaman kavramından kurtardı. Yayınladığı görelilik kuramları ile bizlere yeni dünyanın kapılarını araladı Albert Einstein.


Madde, maddeyi oluşturan atomların enerjileri bakımından 3 halde düşünülüyordu ve bunlar genelde herkesin bildiği katı, sıvı ve gaz halleri idi. Ancak daha yüksek enerjilerde maddenin enerji bakımından 4. bir hale de dönüştüğü ve bunun da plazma olduğu düşünüldü. Plazma, 1808 yılında Sir Humpry Davy ve 1830'lu yıllarda Michael Faraday gibi bilim insanlarının çalışmaları sonucunda keşfe hazır hale gelmiştir. 1879 yılında Sir William Corrkes gazlarda elektriksel deşarj olayı incelenirken iyonlaşmış olan gazın maddenin yeni hali olarak belirtilmiş. Ancak plazma teriminin ilk kez kullanılması 1929 yılında Irving Langmuir tarafından olmuştur. 1926 yılında F.M. Penning'in alçak basınç civa buharında radyo dalgası titreşimleri bulmuş ve Langmuir bu titreşimlerin olduğu bölge için plazma terimini kullanmıştır. Bu çalışması neticesinde Langmuir, 1932 yılında Nobel Kimya ödülünün sahibi olmuştur. Çok yüksek sıcaklıklarda karşılaştığımız plazma, gaz halindeki bir maddenin yüksek sıcaklıkta ısıtılmasıyla atomlarına ayrılması ve bu atomların dış yörünge elektronlarının kopması ile oluşan pozitif iyonların oluşturduğu madde durumudur. Eğer gaz halindeki bir azot, karbon ve hatta su buharı yüksek sıcaklıkta öncelikle atomlarına sonra da iyonlarına dönüşür ve aslında molekül ve atomlarla beraber iyon ve elektronlardan oluşan bir karışım oluşur işte bu karışım bir plazmadır. Plazmayı daha basite tek düze bir şekilde tanımlarsak, az önce de açıklandığı şekli ile pozitif ve negatif yüklü parçacıkların bütünde elektriksel yükü nötr olacak şekilde rastgele doğrultularda ve birbirlerinden bağımsız hareket eden parçacıklar sistemidir diyebiliriz. - Yüksek sıcaklıklarda ya da yüksek basınç altında oluşabilir. - Plazma, yüklü parçacıklardan oluşur ancak sistem bütünüyle yüksüz olarak davranır. - Plazma, içerisindeki parçacıkların birbirleri ile olan sıkı etkileşimleri nedeniyle kollektif bir uyum gösterir. - Plazma iyi bir ısı ve elektrik iletkenidir. Gazlar ise elektriği iletmediklerinden dolayı plazma ile gazlar arasındaki başka bir ayırt edici özelliktir. - Gazlar elektrik ve manyetik alanlarla etkileşmemesine rağmen plazma bu alanlarla etkileşebilir. - Plazma yüksek sıcaklık ve enerji yoğunluğuna sahiptir. - Plazma halinde iken gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar, gaz durumundan daha büyük bir hızla gerçekleşir. Güneş ve yıldızlar: Güneş gibi yıldızlar tam iyonlaşmış plazmalar olarak nitelenirler. Bunun sebebi olarak iyonlaşma oranın %100'e yakın bir oranda bulunmasıdır. Güneş'in yapısını ele aldığımızda termonükleer olayların gerçekleştiği sıcaklıklarda döteryum ve trityum gibi hafif çekirdeklerin helyum çekirdeklerini vererek ısı ve ışık yayması düşünüldüğünde plazmaya olabilecek en iyi örneklerden biridir. Yıldırımlar da plazma halindedir. Florasan lambalar da plazma ve aslında koca evrenimizin %99'u plazma halindedir. Bunların dışında bir de sanayide kullanılan kısmi iyonlaşmış plazmalar vardır. Bu tür plazmalarda iyonlaşma oranı %50 civarında olan plazmalardır. Bu tür plazmalar ferromanganez yüksek fırınlarda elde edilirler. Plazma; biyoloji ve biyomedikalde, kağıt endüstrisinde, uzay sanayisinde, materyal aşındırma veya sertleştirme teknolojisinde, tekstil endüstrisinde, elmas yapımında, yarıiletken teknolojisinde, elektronik çip yapımında, iletişim teknolojisinde, kaplama ve dekorasyon teknolojisinde, sterilizasyon ve su arıtma sistemlerinde, tehlikeli ve zararlı atık arıtmada, güneş enerjisi ve optik sanayisinde, otomobil ve uçak endüstrisinde, yeni teknoloji inşaatlarda, savunma sanayinde, kristal büyütmede, radar ve füzyon araştırmalarında kullanılmaktadır. Gelecekte plazma çok daha geniş alanlarda kullanılacaktır. Uzay araştırmalarında ve günümüzde plazma TV ve ekranlarda uygulanabilirliğini görmekteyiz.


Karbondioksit, metan gibi sera gazlarının atmosferimizde özellikle de insan aktiviteleri sonucunda artmasıyla beraber gezegenimizin ortalama sıcaklığında artış yaşandığı son on yıllardır bilim dünyası tarafından tartışılan Kyoto Protokolü gibi ülkelerin hükümetlerini ilgilendiren bir konu oldu. Özellikle yaz aylarında aşırı sıcaklıklar yüzünden insanların yaşamını yitirdiği ile ilgili haberlerde sıkça duyduğumuz Küresel Isınma kavramı gezegenimiz üzerinde yaşanan küresel iklim değişikliği içerisinde aslında bir süreç. Şüphe yok ki, insan aktiviteleri giderek arttığında, yani karbondioksit gibi sera gazlarının atmosfere salınımını artırdığımız sürece bu küresel ısınma süreci devam edecek. Bu sürecin sonunda ise kutuplarda bulunan buzulların, Alp dağları, Himalayalar gibi yüksek rakımlı bölgelerdeki kıtasal buz örtülerinin erimesinin gerçekleşeceği ortada. Özellikle kutuplardaki buzulların erimesi denizlerdeki tuzluluk oranını değiştireceğinden ve bu değişimin sonunda dünya üzerindeki iklimi dengeleyen okyanus akıntıları etkilemesi sonucu bir buz devrinin yaşanabileceği söylenebilir. Bu yazımızda ise buz devrinin nedenlerine ve yakın zamanda bir mini buzul çağının yaşanıp yaşanmayacağına değineceğiz. Bir buz devri ya da daha sık kullanılan ifadesiyle bir buzul çağı, Dünya'nın yüzey ve atmosfer sıcaklığının uzun süreli düştüğü bir dönemi ifade eder. Sıcaklıkta böyle bir düşüşün sonucunda ise kıtasal buz örtüsü, kutup buz örtüsü ve Alp buzulları genişler. Uzun süreli bir buz devrinde, soğuk iklimin zaman zaman şiddetinin oldukça arttığı zamanlar buzul çağları olarak da ifade edilir ve bu soğuk iklimin şiddetinin azaldığı aralıklı sıcak dönemler ise buzularası olarak adlandırılır. Buzul bilimine göre hala günümüzde dünyamızın kuzey ve güney yarımkürelerinde bulunan geniş buz örtülerinin aslında bizlerin bir buz devri içerisinde yaşadığımızı söyler. Bu tanım ise bize Pleistosen çağının başında başlayan buz devrinin hala sürdüğünü açıkça söyler çünkü Grönland ve Antartika'da hala buz örtüleri vardır. Buz devirlerinin varlığına işaret eden üç tür kanıt vardır. Bunlar jeolojik, kimyasal ve paleontolojik kanıtlardır. Buzul çağları için jeolojik kanıtlar kaya erozyonu ve yüzey kazınması, buzultaş ve toprağı, jeolojide drumlin denilen dar tepeler, vadi kesimi ve buzul tortuları birikintisi ve değişken buzullar gibi çeşitli formlar halindedir. Ardışık buzullaşma jeolojik kanıtları tahrif etme ve silme eğilimindedir ve bu da buzul çağlarını yorumlamayı zorlaştırmaktadır. Ayrıca, bu kanıtlar bugüne kadar tarihlendirilmesi zordu, ilk teoriler buzulların uzun buzularalarına kıyasla kısa olduğunu kabul ediyordu. Dip tortularının ve bu çekirdeklerinin görünmesi gerçek durumu ortaya çıkarıyordu: buz devri uzun, buzularası ise kısa. Bunun anlamı ise Dünya'nın aslında daha çok soğuk iklimin şiddetli olduğu bir dönemden geçtiğine yönelik bir sonuca götürür bizi. Bu güncel teorinin oluşması da biraz zaman aldı. Kimyasal kanıtlar ise ağırlıklı olarak dip tortuları ile tortul kayaçlar ve okyanus tortul çekirdeklerindeki mevcut fosillerin izotop oranlarının değişimlerinden oluşmaktadır. Buz çekirdekleri, hava kabarcıklarını da kapsayan atmosferik numunelerden ve buzlardan gelen fiziksel karakteristikler o zaman ki iklimi tanımlar. Ağır izotoplar içeren suyun buharlaşması, daha yüksek bir ısı gerektirdiğinden, bu oran soğuk koşullar ile azalmaktadır. Bu da sıcaklığın kayıt edilmesini sağlar. Ancak, bu kanıtlar izotop oranları tarafından kaydedilen diğer faktörler nedeniyle karmakarışık hale gelebilir. - Dip tortularının geniş bir enlem aralığında uzun bir dönemi kapsaması, - Değişim olmaksızın birkaç milyon yıldır yaşayan antik organizmaların hangi sıcaklığa uygun olduklarının kolayca teşhis edilmemesi - İlgili fosillerin bulunması gibi hususlar nedeniyle yorumlanması zordur. Dünya'nın geçmişinde en azından beş büyük buz devrinin yaşandığı biliniyor. Yüksek enlemlerde yani kutup bölgelerindeki buzullar böyle devirlerden kalmadır. İlk bilinen buz devri 2.3 milyar yıl önce Proterozoik dönem sırasında oluşmuş . Gezegen yüzeyinin buzla kaplandığı yer bilimciler tarafından düşünülüyor. 850-630 milyon yıl önce Cryogenian döneminde oluştuğu düşünülen bir diğer büyük buz devri buzulların ekvatora kadar ulaştığı bir Kartopu Dünya ürettiği söylenebilir. Muhtemelen yanardağlar tarafından üretilen karbondioksit (CO2) gibi sera gazlarının birikmesi ile sona eriyor. Okyanuslar üzerindeki buzun ve kıtalar üzerindeki buzun varlığı silikat ayrışması ve fotosentezin her ikisini engellemiş olabilir. Bu buz devrinin sonundan Ediacaran ve Kambriyen Patlaması için sorumlu olduğu öne sürülüyor ama bu model henüz yeni ve tartışmalı. 420-460 milyon yıl önce Andean-Saharan isminde diğerleri kadar büyük olmasa da bir buz devri meydana gelmiş. 360-260 milyon yıl önce Güney Afrika'da aralıklarla geniş kutup buzullarının Güney Afrika'nın Karoo bölgesi'nde olduğuna dair açıkça kanıtlar keşfedildi. Bu nedenle bu buz devrine Karoo Buz Devri denilmektedir. Ayrıca antik süper kıta Dongwanaland'ın merkezindeki Arjantin'den de benzer kanıtlar elde edildi. Günümüz buz devri, Pliyosen-Kuvaterner buzulu, Kuzey Yarımküre'de buz örtülerinin yayılmaya başladığı 2.58 milyon yıl önce başlar. O zamandan beri, dünya 40.000 ila 100.000 yıllık bir zamanda buzul dönemleri olarak adlandırılan bir zamanda buz örtülerinin genişlediği ve gerilediği buzul döngülerini gördü. Dünya şu an bir buzularasında ve son buzul dönemi 10.000 yıl önce sona erdi. Kıtasal buz örtülerinin tüm kalanları olarak Grönland ve Antartika buz örtüleri ve Baffin Adası gibi küçük buzullar vardır. Dünya atmosferindeki değişimler: Son 100 1000 yıllık oldukça yakın bir dönemde insan aktivitelerindeki artış, özellikle fosil yakıtların yanması, Güneş ısısını tuzaklayan/tutan atmosferdeki sera gazlarındaki hızlanan artışa ve paralelliğe neden olduğuna dair ciddi kanıtlar vardır. Bilim insanlarının bir çoğunun görüş birliğine vardığı teori ortaya çıkan sera etkisinin aynı dönemde meydana gelen küresel ısınmanın artmasının temel bir nedeni olduğu üzerinedir. Kalan buzulların ve kutup buz örtüsünün hızlanarak erimesinin ana nedenidir. Yazının geri kalan kısmını ücretsiz elektronik dergimiz NetBilim'in 13.sayısında bulabilirsiniz- tıklayınız.


Ücretsiz bilim dergimizin Nisan 2012 sayısında yayınladığımız Mini Buzul Çağı ve Küresel İklim Değişikliği isimli yazımızın son kısmını aşağıdaki gibi yayınlıyoruz. Bir bütün olarak yazımızı incelemek isterseniz yazımızın sonundaki bağlantıya tıklayabilirsiniz. Mini Buzul Çağı, Ortaçağ Isınma Dönemi sonrası meydana gelen soğutma dönemidir. Gerçek bir buz devri olmasa da 1939 yılında François E. Matthes tarafından bilimsel literatüre girmiştir. Geleneksel olarak 16. yüzyıldan 19. yüzyıla uzanan bir dönemi tanımlar. Yerel kayıtlar ile çalışan iklim bilimciler ve tarihçilere rağmen bu dönemin başlangıç ve son tarihleri üzerinde bir uzlaşma yok. NASA ise 1550 ve 1850 yılları arasında soğuk bir dönem belirledi ve bunu özellikle üç döneme ayırdılar: ilki yaklaşık 1650 yılında başlıyor, bir diğeri 1770 yılında ve sonuncusu 1850 yılında, her biri hafif ısınma aralıklarla ayrılıyor. Mini Buzul Çağı'nın başladığı yıllar, 13.yüzyılın başlangıcına kadar uzanabilir, buzullaşma Kuzey Atlantik'ten güneye doğru ilerlemeye başlar bu yüzyılda, Grönland buzullarında olduğu gibi. Neredeyse dünya çapında buzulların genişlediğine dair anekdot kanıt yoktur ama Baffin Adası ve İzlanda üzerindeki buzullar altında toplanan ölü bitkilerden yaklaşık 150 numunenin radyokarbon tarihlemesine göre Miller ve arkadaşlarının çalışmaları 1275 ve 1300 yılları arasında birden bire başlayan buzullarda genişleme ve soğuk bir yazın varlığını gösterdi. Buna ilaveten 1430'dan 1455'e kadar olan yıllar önemli bir yoğunlaşma olayı takip etti. 1315 yılında başlayan üç yıllık sağanak yağmurlar Kuzay Avrupa'da öngörülemeyen bir dönemi başlattı, ki 19.yüzyıla dek Kuzey Avrupa'da daha aşırısı olmamıştı. Buna karşılık, buzul uzunluğuna dayalı bir iklim yapılandırması 1600'den 1850 yılına kadar büyük bir değişimin olmadığını gösteriyor, buna rağmen buzul örtülerinde güçlü bir geri çekilmeyi gösteriyor. Özetle Mini Buzul Çağı'nı adımlar halinde ele alırsak, - 1250'de Atlantik buzulu genişlemeye başlıyor - Buzullaşma yüzünden ölen bitkilerin radyokarbon tarihlemesine göre 1275-1300 yılları arasında Baffin Adası ve Izlanda'da buzullar var - 1300'de Kuzey Avrupa'da sıcak yazlar durmaya başlıyor - 1315-1317 arası Büyük Kıtlık yaşanmış - 1550'de Dünya çapında buzullaşmanın genişlemeye başlaması - İlk iklimsel minumum 1650 yılında yaşanıyor - 19. yüzyıl sonlarında ve 20. yüzyıl başlarında ise Mini Buzul Çağı sona eriyor. Açıkça görülür ki bir mini buzul çağının oluşması yüzyıllar almaktadır. İklim değişikliği hakkındaki bilgilerimize göre Endüstri Devrimi'nden bu yana atmosfere saldığımız sera gazları atmosfer bileşimindeki düzenin dışına çıkarak Güneş'ten gelen ışınları daha fazla atmosfer içinde tutmakta. Bu süreç giderek hızlandığında, atmosferin ısı tutma kapasitesi arttığında gezegenimizin ortalama yüzey sıcaklığı da giderek artacaktır. Artan bu ortalama sıcaklıkla beraber kutuplardaki buzulların erimesi sadece deniz su seviyelerinin yükselmesine sebep olmayacak diğer yandan da denizlerdeki tuzluluk oranlarının değişmesine yol açacak çünkü eriyen buzullar deniz sularının tam tersine tatlı sulardır. Değişen tuzluluk oranları, okyanus akıntılarını etkiler ve bu okyanus akıntılarının değişmesi de dünya üzerindeki bütün iklim sistemlerini etkileyecektir. Dünya iklim sistemlerinin bu şekilde bir değişime maruz kalması biz insanlar gibi tüm canlıları olumsuz yönde etkileyecek bir olgudur. Nihayetinde, canlılar yaşadıkları bölgenin iklimine uyum göstererek hayatta kalmayı başarabilirler. Yaşamımızı doğrudan etkileyen iklimin tüm dünya üzerinde farklılaşması uyum sağladığımız tüm çevreyi değiştirecektir, hayatımızın daha zorlu olacağı anlamına da gelir bu. Küresel ısınma dönemi içerisine girdiğimiz bilinen bir gerçek iken zaman zaman yaşadığımız sert kışların ardından dünyadaki iklimlerin bir değişim içinde olmadığına düşünen insanlar olurken bu hataya asla düşülmemeli. Çünkü iklim değişikliğinin bir sonucu olarak mevsimlerde tutarsızlıkların yaşanacağı, yağışların daha sert olduğu kasırga gibi olayların daha şiddetli, daha fazla olacağı ama kısa süreceği yazların giderek daha kurak ve daha sıcak olacağı, aşırı sıcaklıklardan insanların yaşamını yitireceği bilim insanları tarafından açıklanmaktadır. Sonuç olarak, bugün bir buzul çağı dönemine girip girmediğimizden daha çok değişmekte olan bir dünya iklimine sahip olduğumuzu bilmemiz daha önemli. Evet, iklimimiz değişiyor!


Işığın parçacıklar veya dalgalardan oluşup oluşmadığı hakkında bir tartışmanın ilk yıllarında, dalga-parçacık ikili doğası elektronların karakteristik özelliği kısa süre içinde bulunmuştu. Dalgalar gibi ışığın parçacık özelliğini açıklayabilmek için keşfedilen fotoelektrik olayın yanı sıra, ışığın bir parçacığın doğasına da sahip olduğu fotoelektriğin aydınlatıldığı yüzyılın başında kanıtlandı. Diğer taraftan elektronların parçacık özellikleri, de Broglie hipotezi ve Davisson-Germer deneyi ve daha sonraki deneyler elektron dalga doğasını belirlendiğinde belgelendirilmiştir. - Elektronlar anında yayılacaktır, hiçbir gecikme olmadan! - Işığın yoğunluğunu arttırmak fotoelektronların sayısını artırır, fakat bunların en yüksek kinetik enerjisi de artmıştı! - Kırmızı ışık elektronlarının çıkarılmasına neden olmaz, ışığın yoğunluğu ne olursa olsun! - Zayıf ultraviyole ışık yalnızca birkaç elektron çıkarır, ancak onların maksimum kinetik enerjileri uzun dalga boylu yoğun ışık için olanlardan daha fazladır! Fotoelektrik deneyinden elde edilen veri analizleri çıkarılan elektronların enerjisinin aydınlatıcı ışığın frekansı ile orantılıydı. Bu dışa vuran elektronların enerjisinin ışığın frekansı ile orantılı olduğunu gösterir. Çıkarma enerjisinin ışık parlaklığının toplam enerjisinden bağımsız olduğu kayda değer gerçeği elektronun tüm enerjisini verdiği bir parçacık gibi etkileşmesi gerektiğini gösterir. Siyah cisim ışıması deneyinde ışık enerjisi ile ayrık demetlerin yalnızca mevcut olabileceği Planck hipotezi ile de bu uyum sağlandı. Işık ile en yaygın gözlenen olgular/olaylar dalgalar ile izah edilebilir. Fakat fotoelektrik olayı ışığın parçacık doğasına da sahip olduğunu. Daha sonra elektronların da çift doğaya sahip olduğu bulunmuştur.


Işık uzayda yol alırken dalga gibi, madde ile etkileşimi sırasında tanecik gibi davranır.Işığın dalga gibi yol alması; yarığın belli bir aralıktaki birim yüzeyde belli bir dalgaboyuna sahip ışığın yarıktan geçmesinden sonraki deseni dalga hareketi yapmasına neden olur. Bu durumda ışık sürekli spektruma sahip olması gerekirken foton çarpması meydana gelmiş ve girişim-kırınım olaylarını ortaya çıkarmıştır. Olaya parçacık düşüncesiyle bakarsak taneciklerin tek bir noktada toplanması gerekirdi. Fakat fotonun dalgaboyu çok büyükten çok küçüğe giderken hep dalga özelliği gösterir. Dalga hareketi sadece kırınım-girişim olayı ile açıklanabilen bir olaydır. Bu olayın amacı, ilerleyen fotonun sisteme yansıyışını incelemektir. Sisteme müdahale ettiğimiz anda veriler değişeceği için dalga fonksiyonu da değişecektir, sistem müdahalesi olmadan inceleme yapamayız. Bu ölçüm çok küçük olacaktır (10-34 mertebesine kadar düşer). Bu da belirsizliğe neden olur. Ortaya çıkan belirsizlik belli bir belirsizlik sabiti ile hesaplanır, Huygens ve Hooke teorileri ile açıklanır. Işığın parçacık özelliği ise enerji alışverişinin en önemli ispatlarındandır. Bir engele çarpan ışık çarpışma ile bağlantılı olarak foto elektrik olayı açıklar. Foton modelin en önemli özelliği ışığın soğrulabilmesidir. Foton kütlesiz temel parçacıktır. Bu parçacığı bir enerji topu gibi düşünürsek, bu top bize dokunduğunda bir enerji hissederiz. Bu özellik ile soğurma ve emisyon da tanımlanabilmektedir. Top içindeki enerji, bunun madde dışına yayılmasıyla orantılıdır. Işık bir foton demetidir ve kütlesi tanımlanamamış bir kuantum özelliğe sahiptir. Kuantum özellikli fotonlar bozunma sonucu enerji açığa çıkararak atomik geçişlerde kuantumlanmış bir enerjiye sahip olurlar. Böylece ışığın özellikleri ve etkileri de farklılık gösterir. Işık dalgaboyu, frekans, enerji ve radyasyon tipine göre farklılıklar gösterir. Işığın dalgaboyu 1,0 pm ile 100 km arasında değişir. Her ışık dalgasının belirli aralıklarda bir enerjisi vardır. Dalgaların kuantum enerjileri dalgaboyu ile ters orantılı olarak değişir yani dalgaboyu küçüldükçe dalganın sahip olduğu enerji artar. Örneğin; radyo dalgalarının dalgaboyu 300 mm ile 100 km aralığındadır, bu dalgaboyuna sahip olan bir ışığın kuantum enerjisi 10-11 eV gibi çok küçük bir değerdedir. Farklı enerjiye sahip ışığın madde üzerindeki etkileri de farklıdır. Işık dalgaları sahip olduğu özelliklere göre; Radyo Dalgaları, Mikrodalgalar, Kızılötesi Dalgalar, Görünür Bölge Işınları, Morötesi Işınlar, X-Işınları ve Gama Işınları olarak sınıflandırılır. Yüksek sıcaklıklı ve yüksek hızlı radyasyon sonucu X-ışınları ve Gama ışınları gibi yüksek enerjili dalgalar oluşurken, düşük sıcaklıklarda radyasyon sonucu Görünür Bölge ve Radyo Dalgaları gibi düşük enerjili dalgalar oluşur. Elektromanyetik spektrumda, ışık en düşük enerjiden en yüksek enerjye doğru sıralanmıştır. Radyo Dalgaları: Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun en uzun dalga boyuna sahip dalgalarıdır. Bu dalgalar bir futbol sahasından daha uzun ya da bir futbol topunun çapı kadar kısa olabilir. Radyo dalgaları insanlar tarafından görünmez ve dokunulmaz özelliktedirler. Müziği, konuşmaları, resimleri ve bilgiyi görünmez bir şekilde milyonlarca kilometre uzağa iletebilirler. Bu, havanın iletkenliği sayesinde sağlanır. Radyodan dinlediğimiz müzik, TV ekranındaki görüntüler bir anten yardımı ile elektromanyetik dalgaların sinyaller şeklinde toplanarak mekanizmaya taşınması sonucu ortaya çıkar. Bu tür dalgalar çok büyük dalgaboylu radyo dalgalarıdır. Cep telefonları da bilgi iletimi için radyo dalgalarından faydalanılarak üretilmiştir. Burada kullanılan dalgalar ise çok küçük dalgaboyuna sahip olan radyo dalgalarıdır. Radyo dalgaları, optik dalgalardan daha büyük olduğundan, görünür ışık için kullandığımız teleskoplardan farklı olarak radyo teleskoplar ile görüntülenir. Radyo teleskoplar fiziksel görüntüleri netleştirebilmek için diğerlerinden daha büyük ve yüksek çözünürlüklü olmalıdır. Görüntünün netleştirilebilmesi için birkaç küçük teleskop odağının birleştirilmesi üzerinde çalışılmaktadırlar. Hareket halindeki odaklayıcılar sayesinde tek bir büyük radio teleskop ile eşit alana sahip bir çalışma alanına ulaşılabilmekte ve istenilen sonuca ulaşılabilmektedir. Birçok astronomik nesne radyo dalgaları yayar. Yaklaşık yüz yıllık araştırmaların bir sonucu olarak geliştirilen radyo teleskopları gökyüzü, gezegenler, dev gaz ve toz bulutları, yıldızlar ve galaksilerin incelenmesi için kullanılır. Radyo dalgalarının güneş ışığı, bulut, yağmur gibi etmenlerden etkilenmemesi gözlemler için bir büyük bir avantaj sağlamaktadır. Mikrodalgalar: Mikrodalgalar dalgaboyu cm mertebesindeki elektromanyetik dalgalardır. Dalgaboyu 0,3 30 cm arasında değişmektedir. Bir yerden başka bir yere bilgi aktarımında kullanılırlar. Kısa mikrodalgalar uzaktan algılama için kullanılırken uzun mikrodalgalar ısı dalgaları şeklinde kullanılmaktadırlar. Örneğin, hava tahminlerinde kullanılan Doppler Radar Sistemleri'ndeki elektromanyetik dalgalar kısa mikrodalgalardır. Bir mikrodalga kulesi, telefon ve bilgisayar verilerini bir şehirden diğerine iletebilir. Radar nesneleri algılayarak oluşturduğu yansıtıcı mikrodalga öbekleri ile nesnenin yerini belirlemeyi sağlar. Uzaydan görüntü alabilmek için oldukça iyi bir tercihtir. Mikrodalgalar bilindiği gibi fırınlarda pişirme özelliğine de sahiptirler. Bu tür dalgalar ise uzun dalgaboyuna sahip mikrodalgalardır. Isı dalgaları şeklinde yayılan bu dalgalar yansıma ve odaklanma yöntemleriyle fırın içindeki nesneyi pişirir. Mikrodalgalar sis, yağmur, kar, bulutlar ve duman gibi hava olaylarına nüfuz edebilir. Kızılötesi Dalgalar: Kızılötesi dalgalar elektromanyetik spektrumun görünür bölge ışınları ile mikrodalgalar arasında yer almaktadır. Dalgaboyu m mertebesindedir. Yakın kızılötesi ve uzak kızılötesi olmak üzere iki farklı özellikte kızılötesi dalga vardır. Uzak kızılötesi dalgalar bir toplu iğne başı büyüklüğünde ve termal şekilde yayılan dalgalardır. Ateş, güneş ışığı, radyatör gibi ısı yayılım bölgelerinde karşımıza çıkmaktadır. Derideki ısıya duyarlı sinir uçlarının bu dalgaları algılaması sonucu vücut sıcaklığının iç ve dış deri sıcaklığı arasındaki farkı tespit edebilir. İnsanlar, normal vücut sıcaklığında yaklaşık 10 mikron dalga boyunda infrared dalga yayabilir. Göz bunu algılayamaz, kızılötesi enerji genellikle ısı olarak algılanmaktadır. Sıcaklık farklarını algılayabilmek için özel kamera ve filmler kullanılır. Yakın kızılötesi dalgalar ise mikroskobik boyuttadırlar. Dalgaboyu kısa olan bu dalgalar en yaygın şekli ile TV kumandalarında kullanılmaktadır. Bilindiği gibi birçok nesne kızılötesi ışık yayar. Yakın kızılötesi ışığın yansıması için çok yüksek sıcaklık gereklidir. Kızılötesi ışık parlar ve yüksek sıcaklıklı nesne tarafından yansıtılır veya absorbe edilir, Böylece film nesneyi görür ve kırmızı, mavi yeşil renklerde bir görüntü ile nesnenin belirlenmesini sağlar. Ayrıca uzaydan görüntüleme ve bulut yapısı üzerindeki çalışmalarda da kızılötesi dalgalardan faydalanılır. Sıcaklık farkına dayalı bu yöntem ile kara, deniz ve bulutlar ayırt edilmektedir. Örneğin düşük rakımlarda sıcak bulutları ve çoklu bulut katmanları görebilmekteyiz. Görünür Işık: Sadece görünür ışık dalgaları gözle görebildiğimiz elektromanyetik dalgalardır. Görünen renkler farklı dalgaboylarında ve gökkuşağına benzer bir renk geçişine sahiptir. En uzun dalgaboyuna sahip ışık kırmızı en kısa dalgaboylu ışık mordur. Bütün dalgaların birlikte görüldüğü noktada beyaz renk oluşur. Beyaz ışık bir prizma yardımı ile tayflara ayrılır ve farklı dalgaboylarında renkler oluşturulur. Her renk elektromanyetik spektrumun farklı bir dalga boyuna karşılık gelir. Görünür ışık, elektromanyetik spektrumun gözle görülebilir ksımında olduğundan, farklı dalga boylarında ışık algılayabilir araçların kullanımını kolaylaştırır. Dünya bu araçların etrafında odaklıdır ve bu araçlar evren kökeni ve geleceği ile ilgili çalışmalara çok büyük katkı sağlamaktadırlar. Uzaydaki gezegenlerin incelenmesinde kullanılan Sky Teleskoplar da bu aletler kullanılarak oluşturulmuştur. Ultraviyole Dalgalar: Bu dalgalar görünür ışıktan daha kısa dalgaboyuna sahip olan dalgalardır. Dalgaboyu 0.3 m ile 30 nm arasında değişiklik gösterir. Dalgaboyuna göre yakın, ırak ve aşırı uzak UV dalgalar olarak adlandırılırlar. Üç bölgeye ayrılan bu ışığın enerjisi ve etkileri de farklılık gösterir. Ultraviyole ışık Ultraviyole Teleskoplar tarafından ölçülebilir. Yakın UV dalgalar görünür bölge ışığına benzer özellikteki UV dalgalarıdır. Astronomik çalışamalara yardımcı olmak için geliştirilmiş farklı uydular vardır. Bunların bir çoğu sadece UV ışığını algılayarak yıldız ve galaksilerin gözlenmesinde kullanılmaktadır. Örneğin, Hubble Uzay Teleskobu, yakın ultraviyole ışığı gözlemlerken, NASA'nın Extreme Ultraviolet Explorer uydusu şu anda aşırı ultraviyole evreni araştırmaktadır. Güneş'ten gelen bazı ultraviyole dalgaları Dünya'nın atmosferine nüfuz edebilmesine rağmen, çoğu Ozon gibi çeşitli gazlar tarafından engellenir. Bildiğimiz gibi güneş, farklı dalga boylarında ışık yayar ancak ultraviyole dalgaları canlı hücrelerine en çok zarar veren ışınlardır, farklı derecelerdeki etkileri ile güneş yanıklarına neden olmaktadırlar. X-Işınları: X-ışınları, dalgaboyu 3 nm ile 0,03 nm arasında değişen elektromanyetik dalgalardır. Bunlar ultraviyole dalgalarından daha küçük dalga boylarında olduğu için enerjileri de daha yüksektir. Dalgaboylarının çok küçük olması dalgadan çok parçacık gibi hareket etmesine neden olmaktadır. Dünya atmosferi X-ışınlarını geçirmeyecek kadar kalın olduğu için bu elektromanyetik dalgalar neredeyse yeryüzüne hiç temas edemez. X-ışınlarını gözle görmek mümkün değildir. Fakat bu dalgalar X-ray filmler yardımı ile görüntülenebilmektedirler. X-ışını dedektörleri, X-ray ışığından foton toplayarak odaklanmak için tasarlanmışlardır. Bilimsel olarak röntgen görüntülemelerinde de X ışınlarından faydalanılmaktadır. Cilt ve deri tarafından soğurulan X-ışınları kemik ve dişler üzerine düşerek görüntü almayı sağlamaktadır. X-ışınları ilk kez 1895 yılında bir Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Röntgen tarafından yapılan bir deneyde, vakum tüpleri ile deneme yaparken meydana gelen bir kaza sonucu görülmüş ve belgelenmiştir. Uzaydaki birçok cisim X-ışını yaymaktadır. Bu cisimler milyon dereceden daha yüksek ısı yaydıklarından X-ray teleskopları tarafından kolay algılanabilmektedirler. Bir süpernova kalıntısı altında kompozit görüntü tam bir spektrum gösterir. Fermi Gama ışınları kırmızı ile, Chandra Gözlemevi'nden gelen x-ışınları mavi ve yeşil ile, Hubble uzay teleskopu tarafından çekilen görünür ışık verileri ise sarı ile görüntülenir. Spitzer uzay teleskopu Kızılötesi veriler kırmızı ile, Very Large Array radio verileri turuncu renkte gösterilmiştir. Gama Işınları: Dalgaboyu 0,03 nm ile 0,003 nm aralığındaki elektromanyetik dalgalardır. Elektromanyetik spektrumun en küçük dalgaboyuna ve en yüksek enerjisine sahip dalgalarıdır.Bu dalgalar nükleer patlamalar ve radyoaktif atomlar tarafından üretilir. Gama ışınlarının kaynağı olarak supernova patlamaları, nötron yıldızları, pulsar ve kara delikler gösterilmektedir. Bazı bilim adamları Samanyolu galaksisi dışında birkaç milyon yılda bir kez gama ışını patlamaları gerçekleştiğine inanmaktadır. Evrenin büyüklüğünü düşündüğümüzde ışın patlamaları ve bunların gizeminin çözülmesi konusunda evrenin kökeni hakkında daha fazla bilgi ve çalışmaya ihtiyaç duyulacağı aşikar. Güneş 10 milyar yıl boyunca Gama ışını yaymış ve yaymaya devam edecektir. Bu elektromanyetik dalgalar dünya atmosferi tarafından soğurulduğu için yeryüzüne nüfuz etmesi mümkün değildir. Gama ışınları yüksek enerjili fotonlar sebebiyle Gamma-Ray teleskoplardan yansıması ve enerji kaybı ile bir Compton saçılması sürecinde özel dedektörler kullanılarak ölçülebilmektedir. Bu yazı NetBilim Dergisi'nin Ekim 2011 sayısında yayınlanmıştır. - Kızılötesi İşleme ve Analiz Merkezi, Caltech / JPL - Polar, Pixie, ABD Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi - NASA Science & missionscience.nasa