Foucault Sarkacı (Foucault's Pendulum)
 

Foucault Sarkacı

Foucault Sarkacı

(Foucault's Pendulum)

"Foucault Sarkacı", adını Fransız fizikçi Léon Foucault'tan alan, ilk defa deneysel olarak Dünya'nın kendi ekseni çevresinde döndüğünü kanıtlayan sarkaç düzeneğidir.

Bir sarkacın asılma noktası değiştiği halde salınımı değişmediğini gözleyen Foucault, yeterince büyük bir sarkaç harekete geçirildiğinde, bunun salınım düzeninin değişmeyeceğini, fakat yerin, yani Dünya'nın hareket edeceği kuramını geliştirmiştir. Eğer Dünya dönüyorsa, Dünya ile birlikte sarkacı izleyen gözlemciler de dönecekler, buna karşın sarkacın salınım düzlemi hareketsiz kalacaktı. Bu nedenle sarkacın salınım düzlemi gözlemcilere göre yavaşça hareket ediyor gibi görünecekti. Gerçekte ise, gözlemcilerin dolaysız bir yolla izlemiş oldukları olay, Dünya'nın kendi etrafında dönmesinin bir sonucuydu.

Foucault SarkacıDüşünceleri ile toplumda büyük bir ilgi uyandıran Foucault'a imparator III. Napolyon, deneyini Paris'teki büyük kubbeli Panthéon binasında yapmasına izin vermiştir. Foucault, kubbenin ortasına 67 metrelik çelik telle 28 kg ağırlığında bir demir top asmıştır. Topun alt tarafına sivri bir uç takılarak, yere serili ince kum tabakasında, bu ucun bıraktığı izlerden yararlanarak, sarkacın salınım düzlemindeki değişimin gözlemciler tarafından izlenebilmesi sağlanmıştır.

Bu tarihi deneyi izlemek için Pantheon'a büyük bir kalabalık toplanmıştır. Foucault'un sarkacı hareket ettirmesinden bir saat önce, titreşim ve hava akımlarına engel olmak üzere, gözlemcilerin hareketsiz ve sessiz olmaları temin edilmiştir. Sessizce salınımına başlayan sarkacın salınım düzleminde, bir süre her hangi bir değişim gözlenmemiştir. Bu sessiz bekleyişin ardından gözlemciler, kumun üzerindeki izlerin yavaşça değiştiğini görmüşlerdir. Sarkacın salınım düzlemi gözle görünür biçimde dönmektedir. Bu topluluk, tarihte ilk kez Dünya'nın kendi ekseni etrafında döndüğüne tanık olmuştur. Foucault'un 1851'de, bu deney sırasında Pantheon'a yerleştirdiği bu sarkaç hala aynı yerde asılı durmaktadır.

Kuzey Kutbu ya da Güney Kutbu'nda, bir sarkacın salınım düzlemi, altındaki Dünya dönmeye devam ederken, yıldızlara göre değişmeden sabit kalacaktır. Tam turunu tamamlaması bir gün sürecektir.

Foucault sarkacına benzeyen bir düzenekle benzeri bir deney, Foucault'dan iki yüzyıl önce 1661'de Vincenzo Viviani tarafından gerçekleştirilmiştir.

Dünya'daki pek çok kurum, müze ve laboratuarlarda, Foucault sarkacına benzeyen sarkaçlar bulunmaktadır. Hatta Güney Kutbu'nda da bir Foucault sarkacı bulunur. Türkiye'de Bilkent Üniversitesi Fen Fakültesi binasında ve Ege Üniversitesi Rasathanesi'nde bulunmaktadır.[1]

Foucault sarkacı, 1851 yılında Fransız gökbilimci Jean Bernard Leon Foucault tarafından geliştirilen ve yıldızları gözlemeye gerek duymaksızın Dünya'nın döndüğünü kanıtlayan ilk araç. Uzun bir iple tavana tutturulmuş sarkacın salınım düzlemi değişmez. Fakat altındaki zemin Dünyanın dönüşüyle döndüğü için sarkacın üzerinde gidip geldiği iz dönüyor gibi görünür. Bu dönüş turunu kutuplarda tam 24 saatte tamamlarken, bu süre ekvatora yaklaşırken uzuyor (örneğin, Paris'te 32 saat) [2]

Coriolis kuvvetinin etkisini gözlemenin başka bir yolu da Foucault sarkacını kullanmaktır.[3] Bu sarkaç kısaca, her doğrultuda salınan basit bir sarkaçtır, ve mükemmel simetrik olacak şekilde düzenlenir, böylece salınım periyodu bütün doğrultularda kesinlikle eşit olur. Foucault sarkacının hareketi küçük genlikler yaklaşımında çözüldüğünde (bu durumda önemli olan bileşenler yatay bileşenlerdir) [4]

Bu sarkaç, salınım periyodu bütün doğrultularda eşit, her doğrultuda serbestçe salınabilen bir basit sarkaçtır. Bunu sağlamanın yolu sarkacı oldukça uzun ve ağır tutmaktır. Sarkacın hareketi küçük genlikler için iki boyutlu alınabilir ve Coriolis kuvvetinin düşey bileşeni ihmal edilebilir. Bu durumda hareket denklemleri;

x = -

 g
‾‾‾  x+ 2 wy.cosθ, y =
 l
 g
‾‾‾  y - 2 wx.cosθ
 l

olarak yazılabilir. Z = x + iy kompleks değişken tanımlayıp, denklemleri birleştirirsek, ż + 2iΏż + w²0z = 0 denklemi elde ederiz. Burada Ώ = w.cosθ dır. Buradan da, w1² = w0² + Ώ² ve a keyfi sabit (genlik) olmak üzere, x = a.cosΏt.cosw1t, y = -a.sinΏt.cosw1t bulunur. Bu sarkacın periyodu r =2π / (w.cosθ) dır.[3] Periyot ekvatorda (ki orada w tam olarak yataydır) sonsuz iken [4] 45° enlemlerinde yaklaşık 34 saattir.[3][4]

Tarihçe

1850'lerde Foucault Paris'teki Pantheon'un kubbesine 67 m uzunluğunda bir sarkaç astı. Sarkaç topu her salınımda yaklaşık 1 cm presesyon yaptı. Bu, Dünyanın gerçekten döndüğüne dair doğrudan ilk delildi.

Sarkaç her yöne salınacak şekilde asılmıştı. İleri geri salındıkça hareket düzlemi de düşey bir eksen etrafında yavaş yavaş salınıyordu. Orta enlemlerde yaklaşık 1,5 günde bir tam dönme gerçekleşiyordu. Bu presesyon Yerin dönmesi sebebiyleydi. Hareket düzlemi bir eylemsizlik sistemine göre sabitti, ancak altındaki Yerküre dönüyordu.

Foucault Sarkacı Dünyanın döndüğünü dramatik bir şekilde göstermekle birlikte derin bir sır da taşır. Bu sarkacı Kuzey Kutbu'na götürdüğümüzü düşünelim. Presesyon aşikar bir yanılgıdır. Altındaki Dünya dönerken hareket düzlemi sabit kalır. Neye göre? Sarkaç düzlemi sabit yıldızlara, mesela Kutup Yıldızı'na, göre sabit kalır. Bu nasıl olabilir? Sarkaç sabit yıldızlara göre durgun bir düzlemde dönmesi gerektiğini nereden "biliyor" da düzgün bir oranda dönen düzleme göre dönmüyor?

Bu soru Newton'un da başını ağrıtmıştı. O bunu başka bir deneyle gösterdi: Durmakta olan bir kovanın içindeki suyun yüzeyi düzdür. Kova sabit bir oranla ekseni etrafında döndürülürse, bir süre sonra su yüzeyi dönme parabolü şeklini alır. Kova birden durdurulsa bile suyun yüzeyi bir süre daha şeklini korur. Açıkça görülüyor ki sıvı yüzeyinin şeklini belirlemede kovaya göre hareket önemli değildir. Su döndükçe yüzeyin biçimi değişir. Newton buradan şu sonuca vardı: Su yüzeyini gözleyerek başka hiç bir harici nesneye bakmaksızın dönme hareketini tespit edebildiğimize göre, dönme hareketi mutlaktır.

Bir taraftan dönme hareketinin mutlak oluşunda gerçekte hiç bir paradoks yoktur. Galileo dönüşümleri lokal olarak sabit hızla hareket eden sistemleri ayırt edemeyeceğimizi söyler. Fakat bu, ivmeli sistemleri ayırt edemeyeceğimiz anlamına gelmez. Suyun dönme hareketi yaptığını hiç bir yere bakmadan anlamamız Galileo invaryansına ters düşmez.

Ancak diğer taraftan ortada bir muamma var. Hem Foucault Sarkacı hem de dönen kova hareketlerini sabit yıldızlara ayarlamaktadır. Sabit yıldızlar nasıl olur da bir eylemsizlik sistemi belirleyebilir? Sarkaç düzlemini sabit yıldızlara göre de dönmekten alıkoyan nedir? Ya da kovadaki su yüzeyi kova sabit yıldızlara göre durgunken niçin düz kalmaktadır?

1883 yılında Newton fiziği hakkında ilk ciddi kritiği yazan Ernst Mach problemi şöyle ele aldı: Kovayı sabit tutarak bütün yıldızları döndürmeye başladığımızı farz edelim. Fiziksel olarak bunun önceki durumdan farkı yoktur, bir tek farkla ki su yüzeyi yine parabolik biçim alır. Görünüşe bakılırsa kovadaki suyun hareketi evrenin çok uzaklarındaki maddenin hareketiyle bağlantılıdır. Daha da müthişi şudur: Evrendeki bütün yıldızları, sadece kovamız kalacak şekilde teker teker evren dışına çıkardığımızı farz edelim. Bu sırada kova dönüyorsa ne olur? Kovadaki suyun nasıl davranacağını kestirmenin hiç bir yolu yoktur. Uzayın eylemsizlik özellikleri tamamen değişmiş olabilir.

Bu çok acayip bir durumdur: Uzayın lokal özellikleri çok uzaklardaki maddeye bağlı, yine de kovayı döndürdüğümüzde su yüzeyi derhal biçim değiştirmeye başlıyor, üstelik uzak yıldızlara sinyal gönderip cevap alacak kadar bile zaman geçmeden. Kovadaki su evrenin geri kalanının ne yapmakta olduğunu nereden "biliyor"?

Uzayın eylemsizlik özelliklerinin çok uzaklardaki maddenin varlığına bağlı olduğu prensibi Mach prensibi olarak bilinir. Bu prensip bazı fizikçiler tarafından kabul edilir, ancak garip sonuçlara götürebilir. Mesela, evrendeki maddenin Dünya etrafında düzgün olarak dağıldığına inanmak için bir sebebimiz yok. Güneş sistemi galaksimiz diskinin dışlarına yakın bir yerdedir ve galaksi diski de ince bir düzlem oluşturur. Eylemsizlik uzaktaki maddenin varlığına bağlıysa onun farklı yönlerde farklı olmasını ve kütlenin ivmenin yönüne bağlı olmasını beklerdik. Böyle bir olay şimdiye kadar hiç gözlenmedi.

Eylemsizlik hala bir sır olarak duruyor.[5]

Güneş Tutulması ve Yerçekimi

Güneş tutulması ile Dünya'nın kütleçekimi arasında ne gibi bir ilişki olabilir? Bu sorunun tarihçesi, aynı zamanda amatör bir gökbilimci olan 1988 Nobel Ekonomi Ödüllü Maurice Allais'in bir savına dayanıyor. Allais, 1954 ve 1959 yıllarındaki tam tutulmalar sırasında laboratuarındaki Foucault sarkacının hareketinde "dikkat çekici gariplikler" saptadığını öne sürmüş. Bir tutulma sırasında sarkacın altındaki düzlemin, olması gerekenden 0.15 derece daha fazla hareket ettiğini, bunun da sarkacın sallanma hızında küçük bir artış anlamına geldiğini söylemiş. Buysa yerçekiminde çok küçük (1g'nin üç milyonda biri) bir artışa işaret ediyor.

Amatör gökbilimcinin yayımladığı "Kütleçekimi Yasalarının Yeniden Gözden Geçirilmesi mi Gerekiyor?" adlı makale kimsenin dikkatini çekmemiş; ta ki yerçekimi konusunda İnternet'te tarama yapan bir NASA araştırmacısınca tarafından fark edilinceye değin.

NASA'nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nden David Noever, şimdi meslektaşı Ron Koczor ile birlikte gelişkin bir kütleçekim detektörü kullanarak, 11 Ağustos'taki Güneş tutulması sırasında Allais'in savının gerçek olup olmadığını saptamaya çalışacak. NASA ekibi, elde ettiği sonucu Edcon Inc. adlı kütleçekim sayacı (gravitometre) üreten bir şirketçe yürütülecek benzer bir deneyin sonuçlarıyla karşılaştıracak. Sonuçlar ayrıca, Avrupa'da tutulma hattı üzerinde yer alan Foucault sarkaçlarıyla yapılacak gözlemlerle de karşılaştırılacak.

NASA ikilisi, tutulmanın kütleçekim değerinde bir değişiklik yapacağına inanmamakla birlikte Noever, "Belli olmaz; belki de Allais önemli bir şey yakalamış olabilir" diyor. Olası değişikliğin nedenleriyle ilgili açıklamalarsa bir hayli spekülatif: Adaylar arasında uzay boşluğundaki kuantum dalgalanmalarıyla, Güneş ışığının perdelenmesinin radyasyon basıncında yol açabileceği değişimler bulunuyor.[2]

Umberto Eco, Faucault Sarkacı

Popüler Kültürde Faucault Sarkacı

Foucoult Sarkacı (Il pendolo di Foucault), ayrıca Umberto Eco'nun bir romanına isim de olmuştur. Umberto Eco'nun eseri "Foucault Sarkacı"nda inanıyormuş gibi yapmakla, gerçekten inanmak arasındaki ince çizgiye vurgu yapılır. [Casuslar] düşmanın gizli servislerine sızarlar, onun gibi düşünmeye alışırlar; sağ kalırlarsa bunu başardıkları içindir. Bir süre sonra karşı tarafa geçerler; artık onlardan olmuşlardır çünkü”.[6] Kitaptan bir alıntı: [7]

Plan'ı ellerimizle biçimlendiriyorduk; yumuşak kil gibi başparmaklarımıza, kurmaca isteğimize boyun eğiyordu.
...
Plan'ın oluşturulması günlerimizi alıyordu. Bulduğumuz en son bağıntıyı birbirimize iletmek için çalışmalarımıza ara veriyorduk. Elimize ne geçerse okuyorduk: ansiklopediler, gazeteler, resimli romanlar, yayınevi katalogları. Olası kestirme yolları bulabilmek için atlaya atlaya okuyorduk. Her kitap sergisinin önünde durup kitapları karıştırıyor, gazete kulübelerinde koku almaya çalışıyor, yengi kazanmışçasına büroya koşup en son buluşumuzu masanın üstüne fırlatıyorduk... Ama ritm ne olursa olsun, şans ödüllendiriyordu bizi; çünkü insan isterse, her zaman, her yerde, her şeyle her şey arasında bağıntılar bulur; dünya ansızın her şeyin her şeye yollama yaptığı, her şeyin her şeyi açıkladığı bir akrabalıklar ağına dönüşür.
...
[Son Tapınakçılar] hala oradalar”, dedi Salon. “Agartha'da değil, başka geçitlerde. Belki de, tam burada, bizim altımızda. Milano'da da metro var. Kim karar verdi buna? Kazıları kim yönetti?”
“Bana kalırsa, uzman mühendisler.”
“Görüyor musunuz, siz yumun bakalım gözlerinizi. Bir de, yayınevinizde ne idüğü belirsiz kişilerin kitaplarını yayımlıyorsunuz. Yazarlarınız arasında kaç Yahudi var?”
“Yazarlarımıza soyağaçlarını sormuyoruz,” diye yanıtladım kuru bir sesle.
“Yahudilere karşı olduğumu sanmayın. En iyi dostlarım arasında Yahudiler de var. Belli bir tür Yahudiyi düşünüyorum ben...”
“Ne tür?”
“Orasını ben bilirim...”
[8][7]

Sarkacı o zaman gördüm.

Küre, koro yerinin tonozuna tutturulmuş uzun bir telin ucunda, devingen, eşzamanlı bir görkemle geniş salınımlar çiziyordu.

Dönümü telin uzunluğunun kareköküyle, yeryüzü zihinleri için usdışı da olsa, Tanrısal usla, tüm olası dairelerin çemberleriyle çaplarını zorunlu olarak birbirine bağlayan p sayısı arasındaki ilişkinin belirlediğini biliyordum -bu dingin soluğun büyüsü içinde kim olsa sezinlerdi bunu- böylece, kürenin bir kutuptan ötekine salınma süresi zamandan bağımsız ölçüler arasında gizemli bir elbirliğinin sonucudur: asılma noktasının birliği, soyut bir boyutun ikiliği, p sayısının üçlü niteliği, kökün gizli dörtgeni, dairenin kusursuzluğu arasında.

Asılma noktasının düşeyi üzerinde, tabanda, çekimi kürenin içinde gizli bir silindire ileten magnetik bir düzenin, devinimin sürekliliğini sağladığını da biliyordum: maddenin direncine karşı koyan, ama Sarkaç Yasası'na ters düşmeyen, tersine, bu yasanın kendini ortaya koymasına izin veren bir düzen; çünkü, boşlukta, genleşmeyen, ağırlıktan yoksun bir telin ucuna asılı, havanın direnciyle karşılaşmayacak, asılma noktasıyla da sürtüşmeyecek, ağırlığı olan herhangi bir maddi nokta sonsuza dek düzenli olarak salınırdı.[9]
...

Bir konuşmayla silkindim; gözlüklü bir oğlanla -ne yazık- gözlüksüz bir kız arasında, kayıtsızca bir konuşma:

"Bu Foucault Sarkacı," diyordu oğlan. "İlk deney, 1851'de, bir mahzende yapıldı, sonra Observatoire'da, sonra da Pantheon'un kubbesi altında; 67 metre uzunluğunda bir telle 28 kilo ağırlığında bir küre ile. 1855'ten beri de burada, küçültülmüş boyutta, şu kirişin ortasındaki delikten sarkıyor."

"Peki, ne yapıyor, sallanıp duruyor mu öyle?"

"Dünyanın döndüğünü gösteriyor. Ama, asılma noktası sabit kalıyor ..."

"Neden sabit kalıyor peki?"

"Çünkü, bir nokta... nasıl söylesem... tam merkez noktası, iyi bak, gördüğün tüm noktaların tam ortasında duran nokta, tamam işte o nokta -geometrik nokta- onu göremezsin, boyutları yoktur; boyutları olmayan bir şeyse ne sağa gidebilir, ne sola, ne aşağıya, ne de yukarıya. Demek ki, dönmez. Anlıyor musun? Noktanın boyutları yoksa, kendi çevresinde bile dönemez. Kendisi bile yoktur..."


"Ama dünya dönüyor."

"Dünya döner, ama nokta dönmez. İster hoşlan, ister hoşlanma, böyle bu. Tamam mı?"

"Bu onun bileceği iş."


Zavallıcık. Başının üstünde kozmosun biricik sabit noktası, panta rei'nin [10] lanetinden kurtulmuş biricik şey duruyordu da, bunun kendisinin değil, Sarkaç'ın bileceği şey olduğunu düşünüyordu. Kızla oğlan hemen uzaklaştılar oradan; oğlan, olağanüstü şeylerin olabilirliğine karşı onu körelten bir el kitabıyla eğitilmiş, kızsa, uyuşuk, sonsuzun ürpertisine karşı duyarsız, ikisi de, Bir'le, En-Sof'la, Söylenemez'le karşılaşmalarının -ilk ve son karşılaşmalarının- ürkütücü yaşantısını belleklerine kaydetmeksizin. Bu kesinlik sunağının önünde nasıl diz çökmez insan? [11]

Foucault Sarkacı, Kabala'daki on sefirotu referans alan on bölümden oluşmaktadır. Kitabın adı Fransız fizikçi Léon Foucault tarafından tasarlanmış olan ve "Foucault sarkacı" adı verilen, dünyanın kendi ekseni etrafında dönüşünü ispatlayan bir düzeneğe dayanmaktadır.[12]

Kaynaklar

[1] tr.wikipedia.org/wiki/Foucault_sarkacı
[2] www.biltek.tubitak.gov.tr/haberler/gokbilim/99-08-3.pdf
[3] ww.fizikevreni.com/klasikmekanik1.pdf
[4] site.mynet.com/emlbiltek/ilerifizik-1.pdf
[5] www.birey.com/avnia/mak/all/sarkac.htm
[6] Umberto Eco, "Foucault Sarkacı", çev, Şadan Karadeniz, Can Yayınları, İstanbul 1992, s.451.
[7] Dr. Kerem Karaosmanoğlu (Yıldız Teknik Üniversitesi, İnsan ve Toplum Bilimleri Bölümü), "Bir Komplo Söyleminden Parçalar: Komplo Zihniyeti, Sıradan Faşizm ve New Age"
[8] Umberto Eco, a.g.e., s.427-428.
[9] Umberto Eco, a.g.e., s.15.
[10] panta rei: Yunanca "her şey akar" anlamına gelir. Herakleitos tarafından kullanılmıştır. Ona göre evren, bir süreçtir, "gerçek olan yalnızca değişim"dir.
[11] Umberto Eco, a.g.e., s.17-18.
[12] tr.wikipedia.org/wiki/Foucault_Sarkacı_(kitap)






Bu sayfa hakkında yorum ekle:
İsmin:
Mesajınız:
 
 
19 Ağustos 2007 itibariyle, toplam: 36786108 ziyaretçi (102903836 klik) tarafından görüntülenmiştir. Online ziyaretçi rekorumuz, 4626 kişi. (5 Eylül 2010)
 
 

gizli

Bu site, en iyi Firefox ve Google Chrome tarayıcılarında ve 1024 x 768 ekran çözünürlüğünde görüntülenir.