Bu Ünlü Fizik Deneyi Hükümetin Neden 'Yararsız' Bilimi Desteklemesi Gerektiğini Gösteriyor
Yeni bir şey değil—siyasetçiler, vergi mükelleflerini kızdırmak için hükümet tarafından finanse edilen saçma bilim projelerinden şikayet ederler. Anlıyorum. Süper pahalı parçacık hızlandırıcılarının veya petunyaların rengiyle ilgili son derece ucuz deneylerin bile para israfı olduğunu düşünebilirsiniz.
Tamam, iş perspektifinden bakıyorsunuz. Ama sadece parayı içeri girip çıkarmayla ilgileniyorsanız bile, hiçbirinin öngöremediği tüm alt akış etkilerini hesaba katarsanız, bu projeler genellikle geri dönüş sağlar. (Petunyalar hakkında okuyun!) Size son derece yüksek bir yatırım getirisine sahip başka bir saçma küçük deneyden bahsedeyim.
Hertz Deneyi
1862'de James Clerk Maxwell ünlü Maxwell denklemlerini yayınladı. Bu, insanların piller ve elektrik akımlarıyla oynamaya yeni başladığı bir zamandı. Bu dört denklemden ilk ikisi, sabit yüklerin etrafındaki elektrik ve manyetik alanları açıklıyordu.
Sonraki denklem, harika bir olgudan geliyor. Bir mıknatısı bir tel bobininin yakınına hareket ettirirseniz, bir elektrik akımı oluşturabilirsiniz. İşte bunun nasıl göründüğü:
Bu akım, telin içindeki bir elektrik alanı tarafından oluşturulur, bu nedenle değişen bir manyetik alanın bir elektrik alanı ürettiğini söyleyebiliriz. Peki manyetik alan nasıl oluşturulur? İki yol: Birincisi, bir telden akan elektrik akımı bir manyetik alan oluşturur. Bunu, bir teli bir pile bağlayıp manyetik bir pusulanın üzerine koyarsanız görebilirsiniz:
Bu, bir elektromıknatısın temel fikridir. Ancak Maxwell ikinci bir mekanizma ekledi—değişen bir elektrik alanı. Başka bir deyişle, dedi ki, her iki yönde de çalışır: Değişen bir manyetik alan bir elektrik alanı oluşturur ve değişen bir elektrik alanı bir manyetik alan oluşturur.
Ve bunun neden bu kadar büyük bir olay olduğu şu: Bu, değişen elektrik ve manyetik alanların uzayda hareket edebilen bir salınım oluşturacağını öne sürdü: bir elektromanyetik dalga. Pekala, bu fikirdi, ancak yıllarca kanıtlanmadı.
Daha sonra, 1888'de Heinrich Hertz küçük deneyini yaptı. Salınan bir elektrik akımı kullanarak, bir teldeki bir boşluktan atlayan bir kıvılcım oluşturdu. Teoriye göre, bu kıvılcım uzayda yayılması gereken değişen elektrik ve manyetik alanlar üretecekti.
Bu yüzden, bir boşluğu olan ikinci bir tel halkası kurdu—sadece bu, herhangi bir güç kaynağına bağlı değildi. Ancak yakından bakıldığında, bu boşlukta ikinci bir kıvılcımın oluştuğunu görebilirdiniz. Korkunç! Elektromanyetik dalgaların gerçek olduğunu ve bir odanın karşısına geçebileceğini gösterdi. (Marconi'nin gibi erken radyo vericileri bu aynı kıvılcım boşluğu yöntemini kullandı.)
Kendi Dalga Makinenizi Yapın
Bunu kendiniz de yapabilirsiniz. Yani, yaklaşık 150 yıl geçti, bu yüzden Hertz'in sahip olmadığı şeylere—Legola gibi—sahip olma olasılığınız yüksek. İhtiyacınız olanlar: biraz tel, eski bir barbekü çakmağı ve bir ampul. (Ben küçük bir neon ampul kullandım, ancak bir LED de işe yarar.) Çakmakta, sıkıştırıldığında büyük voltajlar üretebilen bir piezoelektrik kristal bulunur. Tetiği çektiğinizde olan da budur—voltaj, yakıtı çakmaktan çıktığı anda tutuşturan bir kıvılcım oluşturur. Eski yakıt kabını çıkardım ve piezoelektriği iki tele bağladım.
Arkadaki diğer iki telin arasında ampul var. Buradaki önemli nokta, Hertz'in halkasında olduğu gibi, bu arka teller hiçbir güç kaynağına bağlı olmamasıdır. İşte kurulum:
Çakmak, öndeki çift telden birinden diğerine atlayan küçük bir kıvılcım oluşturur. Bu kıvılcım, dalgaları yükseltmek için iki teli iletim anteni olarak kullanan elektromanyetik dalgalar oluşturur. Arkadaki iki tel alıcı antenlerdir ve Hertz'in tel halkasıyla aynı şekilde bir elektrik akımı üretecektir. Alıcıda kıvılcım oluşturmak yerine, cihazımda ampul yanacaktır. Neon ampul, tam olarak ihtiyacımız olan yüksek voltajlı ancak düşük akımlı olduğu için gerçekten güzel.
Tamam, ışıklar sönsün! Kıvılcımı ateşlediğinizde şöyle görünür:
Önemsiz görünebilir, ama değil. Aslında hem elektromanyetik dalgalar gönderiyor hem de alıyorsunuz.
Bilim, Ne İşe Yarar?
Hertz, Maxwell denklemlerinin deneysel doğrulamasını gösterdiğinde, bilim camiası bunun harika olduğunu biliyordu ve halk merak etti. Gazeteciler, doğal olarak—her zaman pragmatistler—onun ne için kullanılabileceğini sordular. Onun cevabı:
“Hiçbir işe yaramaz… Bu sadece Maestro Maxwell'in haklı olduğunu kanıtlayan bir deney—sadece çıplak gözle göremeyeceğimiz bu gizemli elektromanyetik dalgalarımız var. Ama onlar oradalar.”
Yararlı değillerse neden deneylere para harcayın? Pekala, dürüst gerçek şu ki, bilim yapmamızın nedeni bu değil. İnsan doğası bizi kaşif yapar. Sorular soruyor ve cevaplar arıyoruz. Bu, bizi biz yapan şeylerden sadece biri. Bazen cevaplar yanlıştır (güneşin beyaz atlar tarafından çekilen bir savaş arabasında gökyüzünü geçmediği ortaya çıktı), ancak her zaman daha iyilerini arıyoruz.
Ve bazen bilim kazara yararlıdır. Aslında, Hertz deneyinin sonuçlarını şu anda muhtemelen kullanıyorsunuz. Sadece Maxwell denklemlerinin meşru olduğunu göstermekle kalmadı, aynı zamanda ilk radyo vericisini de icat etti. (Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumunun sadece bir dilimidir.) Bu daha sonra, insanların denizdeki gemilerle Morse kodu kullanarak iletişim kurmalarını sağlayan kablosuz telgraf için kullanıldı. Bundan sonra, insanlar radyo dalgalarıyla müzik, pembe diziler ve reklamlar göndermeyi öğrendiler, böylece şimdi buna sadece “radyo” diyoruz. Uzayda hareketli resimler yayınlayabilen televizyon adı verilen bir şey de vardı.
Ama bununla da kalmıyor! Cihaz nesnelerden yansıyan elektromanyetik dalgalar gönderdiğinden, sinyalin geri dönmesi için geçen süreyi ölçebilirsiniz, bu da size ne kadar uzakta olduklarını söyler—yani radar ve lidar, otonom araçlarda kullanılır. Ve elbette, cep telefonu iletileri, Wi-Fi ve Bluetooth'un tamamı elektromanyetik dalgalardır. Kelimenin tam anlamıyla her yerde—elektromanyetik dalgalar denizinde yüzüyorsunuz.
Peki ABD bilime para harcarsa, karı ve ekonomik büyümeyi artıracak mı? Bazen evet, bazen hayır. Gerçekten hiçbir uygulaması olmayan birçok harika keşif var. Yani, çarpışan kara deliklerden tespit edilen kütle çekim dalgalarına bakın. Bu yeni bir internet türüne veya bir şeye yol açacak mı? Muhtemelen değil. Ama kesinlikle onu bildiğimiz için daha zenginiz.