| Hoşgeldin, Ziyaretçi |
Sitemizden yararlanabilmek için kayıt olmalısınız.
|
|
|
Mitoz Ve Mayoz Bölünme Arasindaki Farklar Nelerdir |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:58 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
MİTOZ VE MAYOZ BÖLÜNME ARASINDAKİ FARKLAR NELERDİR
MİTOZ VE MAYOZ BÖLÜNME ARASINDAKİ FARKLAR NELERDİR..?
Mitoz
Vücut hücrelerinde bulunur. Eşeyli ve eşeysiz üremede.
Bütün doku ve organallerde vardır.
Tek hücreli canlılarda çoğalmayı, çok hücrelilerde ise gelişmeyi, büyümeyi, onarılmayı sağlar.
Bölünmeden sonra oluşan hücrelerin kromozom sayısı aynı kalır. (2n)
Bölünme sonunda iki hücre meydana gelir.
Kalıtsal çeşitlilik yoktur. İki hücre birebir aynıdır.
Çekirdek ve sitoplazma bölünmesi olur.
Hücrenin ölümüne kadar devam eder.
Mayoz
Canlıların üreme organlarındaki üreme ana hücrelerinde vardır. Tüm ökaryotlarda.
Eşeyli üremede görülür.
Üremeyi sağlarlar.
Bölünmeden sonra kromozom sayısı yarıya iner. (2n->n)
Mayozdan sonra 4 hücre oluşur.
Kalıtsal çeşitlilik vardır. Birbirlerinden farklı hücreler oluşur.
Mayozda çekirdek ve sitoplazma bölünmesi iki kere meydana gelir. Mayoz 1 ve Mayoz 2.
Bölünmede tetrat,sinapsis, crossing-over meydana gelir.
Ergenlikte başlayıp üreme döneminin sona ermesine kadar devam eder.
İki çeşit hücre bölünmesi vardır: Mitoz bölünme ve mayoz bölünme. Her iki bölünmenin birbirinden ayrılan özellikleri yukarıdaki gibidir.
BAKTERİLER VE VİRÜSLER ARASINDAKİ FARKLAR NEDİR
Virüsler bilinen en küçük ve en basit varlıklardır. 2 kısımdan oluşurlar (baş kısmı, kuyruk kısmı). Dışında protein kılıf (kapsül) , iç kısmında DNA ve ya RNA (genom) bulunur.Virüslerin canlı olup olmadığı halen tartışılmaktadır.Virüslerin içinde canlı hücrelerdeki gibi sitoplazma yoktur.Virüsler ancak bir konak hücre içinde çoğalabilirler, hücre dışındayken Kristalleşirler, cansızdırlar.Birçok hastalığa neden olabilirler (AIDS, grip,kuduz…).
Bakteriler tek hücreli canlılardır.Prokaryot sınıfında bulunurlar. Küresel, spiral, çubuksu şekillerde olabilirler.Bakteriler neredeyse her ortamda yaşıyabilirler. Bazıları yararlı (probiyotik) bazıları zararlı (patojen)dir. Bakteriler yoğurt, peynir üretimi, biyoteknoloji, antibiyotik ve diğer kimyasal maddelerin imalatında kullanılırlar.Solunum yolu enfeksiyonları bakterilerin neden olduğu ölümcül hastalıklardandır. Neden oldukları diğer bazı hastalıklar şunlardır: verem, kolera, frengi, şarbon …
Aralarındaki Farklar:
Virüsler ancak elektron mikroskobuyla görülebilir. Bakteriler normal bir mikroskobla görülebilir.Virüsler bakterilerden yaklaşık 100 kat daha küçüktür.
Virüsler sadece genetik bilgiyi taşırlar, gelişmek ve çoğalabilmek için canlı hücrelere ihtiyaç duyarlar. Bakterilerin buna ihtiyacı yoktur gerekli mekanizmayı hücre içinde bulundururlar.
Virüslere antibiyotik etki etmez. Bakterilerden kaynaklanan hastalıkların tedavisinde antibiyotik kullanılır.
Virüsler ısıya karşı dayanıksızdırlar. Bakterilerin bazıları sıcaklığa dayanıklıdırlar, kaplıcalarda bakterilere rastlanabilir.
|
|
|
Kriminoloji Nedir? |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:56 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
KRİMİNOLOJİ NEDİR
Suçluların davranışlarını inceleyen Kriminoloji, insanları suç işlemeye iten nedenleri derinlemesine araştırır. Suç bilimi olarak da tanımlanan kriminoloji, suçun önlenmesi ve insanları suç işlemeye iten şartların ortadan kaldırılması ile ilgilenir. Bilinen insanlık tarihinin ilk dönemlerinden günümüze insanoğlu çok farklı nedenlerden ötürü toplumun yasakladığı davranışlara yönelmiş ve böylece ortaya suç kavramı çıkmıştır. İnsan davranışlarının oldukça kompleks bir yapıya sahip olması, kriminoloji biliminin birçok farklı bilim dalı ile ortaklaşa çalışmasına neden olur. Şüphesiz kişinin suç işlemesindeki en büyük neden içinde bulunduğu psikolojik durum ve ortam şartlarıdır. Kriminoloji sözcüğünün ilk olarak kim tarafından kullanıldığı kesin olarak bilinmese de bu konuda akla gelen ilk isimler, Fransız doktor P. Topinard ile İtalyan yargıç Garofalo’dur. 19. yüzyılın sonlarında kriminoloji ile ilgili birçok tanım yapan Fransız doktor P. Topinard’ın ilk defa “kriminoloji” sözcüğünü kullanan kişi olduğu düşünülse de, 1855 yılında İtalyan yargıç Garofalo tarafından yazılan “Kriminoloji” kitabı daha önceki dönemde de bu sözcüğün kullanıldığını göstermektedir.
19. yüzyılın sonlarında dünya genelinde giderek artan suç oranı devletlerin ortaklaşa çalışmasına neden olmuş ve birçok uluslararası “kriminoloji ve antropoloji” kongresi düzenlenmiştir. Ancak tüm çabalara rağmen 20. yüzyıla gelindiğinde dünyanın birçok ülkesindeki suç oranlarında büyük bir patlama yaşanmıştır. Kriminolojinin gelişmesine önemli katkılar sağlayan bir diğer isim de 1876 yılında Suçlu İnsan(Homo Criminals) kitabını yayımlayan Dr. Cesare Lombroso’dur. Suçlu insanların bir takım hislere bağımlı olduğunu söyleyen Lombroso, suça yatkınlığı bulunan bu insanların topluma kazandırılmasındaki en büyük görevin yine topluma düştüğünü belirtmiştir. “Toplumsal savunma” gibi kavramları ortaya atan Lomroso, yaptığı çalışmalar ile suçlu psikolojinin anlaşılmasını da sağlamıştır. Uzun zaman boyunca yalnızca bir gözlem bilimi olarak kabul gören kriminoloji, son dönemde gelişerek toplumun suça karşı olan tepkisini ölçme ve toplumu oluşturan bireylerin daha huzurlu bir yaşam sürmesini sağlayacak metotları keşfetmek gibi görevler de üstlenmiştir. 19. yüzyılın ortalarından itibaren ceza hukukunda görülen bir takım boşluklar büyük oranda kriminolojinin şekillenmesine neden olmuşsa da, 20. yüzyıldan itibaren bu sefer kriminoloji ceza hukukunun daha olumlu bir biçimde şekillenmesini sağlamaya başlamıştır. Bu nedenle kriminoloji ile ceza hukuku arasında her zaman güçlü bir ilişki olduğu söylenebilir. Suçun işlenme nedenlerini araştıran ve doğrudan insan davranışları ile ilgilenen kriminoloji, oldukça karmaşık ve diğer birçok bilim dalı ile yakından ilgili bir bilim dalıdır. Tıp, psikoloji, sosyoloji ve psikiyatri gibi sosyal bilim dalları ile her zaman temas halinde bulunan kriminoloji, bazı bilimadamları tarafından “toplum doktorluğu” olarak da tanımlanmaktadır.
|
|
|
Işık hızı Nedir? Işık hızı Aşılabilirmi? Lichtgeschwindigkeit |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:51 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
Işık hızı Nedir? Işık hızı Aşılabilirmi? Lichtgeschwindigkeit
Işığın boşluktaki hızı, genellikle c ile gösterilir, fiziğin birçok bölümünde kullanılan önemli bir fiziksel sabittir. Kesin değeri 299.792.458 m/s'dir. ( yaklaşık olarak
3.00×108 m/s). Metrenin uzunluğu bu sabitten ve uluslararası zaman standardından hesaplanmıştır. Özel göreceliliğe göre c, evrendeki bütün madde ve bilgilerin hareket
edebileceği maksimum hızdır. Bütün kütlesiz parçacıkların ve ilgili alanlardaki değişimlerin boşluktaki hareket hızıdır ( ışık ve çekimsel dalgalar gibi elektromanyetik
radyasyon dahil). Bu parçacıklar ve dalgalar gözlemcinin eylemsiz referans çerçevesi ya da kaynağın hareketi ne olursa olsun c'de hareket ederler. Görecelilik Teorisi'nde c,
uzay- zaman arasındaki ilişkiyi kurar; aynı zamanda meşhur kütle-enerji eşdeğerliliği formülünde de gözükür. E = mc2.[1]
Işığın hava veya cam gibi şeffaf maddelerdeki ilerleyiş hızı c'den azdır. Benzer şekilde radyo dalgalarının tel kablolardaki ilerleyişi de c'den yavaşdır. Işığın madde içindeki
hızı v ile c arasındaki orana o maddenin kırılma endeksi ( n) denir ( n=c/v). Örneğin, görülebilir ışık için camın kırılma endeksi genellikle 1.5 civarındadır. Yani ışık camın
içinde c/1.5≈ 200.000 km/s; kırılma endeksi 299.700 km/s ( c'den yaklaşık 90 km/s daha yavaş) ile hareket eder.
Hangi açıdan bakılırsa bakılsın ışık ve öteki elektromanyetik dalgalar anında yayılıyormuş gibi gözükür ancak, ölçülebilir hızlarının uzun mesafeler ve hassas ölçümlerle
ölçülebilir sonuçları vardır. Uzaydaki keşif araçlarıyla iletişim kurarken mesajların Dünya'dan uzay aracına ya da uzay aracından Dünya'ya ulaşması dakikalar ya da saatler
alabilir. Yıldızlardan gelen ışık onları yıllar önce terk etmiştir ve bu sayede uzaktaki nesnelere bakarak evrenin tarihini çalışma şansı verir. Işığın ölçülebilir hızı aynı
zamanda bilgisayardaki bilgilerin çipler arasında aktarılması gerektiği için bilgisayarların teorik hızını da sınırlar. Işık hızı, uzak mesafeleri yüksek isabetle ölçebilmek
için uçuş zamanı ölçümlerinde de kullanılır.
Ole Romer ilk olarak 1676'da, Jüpiter'in uydusu Io'nun görünür hareketini inceleyerek, ışığın ölçülebilir bir hızda hareket ettiğini göstermiştir( anlık hareketin aksine).
1865'te James Clerk Maxwell Elektromanyetizm Teorisi'nde ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu ve bu nedenle c hızında hareket ettiğini ileri sürmüştür. 1905'te Albert
Einstein ışığın hızının herhngi bir referans çerçevesinde ışık kaynağından bağımsız olduğunu öne sürmüştür ve bu varsayımının sonuçlarını Görecelik Teorisi'ni öne atıp c
parametresini ışık ve eletromanyetizm dışındaki şeylerle alakalı olduğunu göstermiştir.
Yüzyıllar boyunca süren ve giderek daha da kesinleşen ölçümler sonucunda 1975'te ışığın hızının 299.792.458 m/s olduğu 4 milyarda birlik bir belirsizlikle hesaplanmıştır. 1983
yılında metre Uluslararası Ünite Sistemi ( SI) tarafından, ışığın boşlukta 1/299.792.458 saniyede katettiği mesafe olarak yeniden tanımlanmıştır. Bunun sonucu olarak, c'nin
değeri metrenin tanımı tarafından net bir şekilde sabitlenmiştir. [2]
Sayısal Değer, Formül ve Birimler
Işık hızı genellikle sabit( constant) ya da Latince celerity( hızlı, çabuk) kelimelerinin temsilen “c” ile ifade edilir. Geçmişte V ışık hızı için alternatif bir sembol
olarak kullanılmıştır ve 1865'te James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. 1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch c'yi daha sonra ışık hızının √2 katına denk
geldiği görülen başka bir sabit için kullanmışlardır. 1894'te Paul Druder c'yi modern anlamıyla tekrar tanımlamıştır. Einstein Görecelik üzerine yazdığı Orijinal Almanca
makalelerde V'yi kullanmıştır ama 1907'de o zaman ışık hızı için standart sembol haline gelmiş c'yi kullanmaya başlamıştır.[3][4]
Bazen c dalgaların herhangi bir maddesel çevredeki hızını ifade etmek için kullanılır ve c0 da ışığın boşluktaki hızını ifade etmek için kullanılır.[5] SI tarafından da kabul
edilmiş bu alt simgeli ifade diğer alakalı sabitlerle aynı forma sahiptir, μ0 vakum geçirgenliği veya manyetik sabit, ε0 boşluktaki iletkenlik veya eletrik sabiti ve Z0 uzayın
direnci için.
1983'ten beri metre Uluslararası Ünite Sistemin'de ışığın 1/ 299792458 saniyede katettiği mesafe olarak tanımlanmıştır. Bu tanım ışığın boşluktaki hızını kesin olarak 299792458
m/s olarak sabitlemiştir. Boyutsal fiziksel bir sabit olarak c ünite sistemlerinde farklı değerlere sahiptir. Fiziğin c'nin sıkça gözüktüğü görecelik gibi bölümlerinde, doğal
ölçüm ünitesi ya da geometrik ölçüm ünitesi olarak c=1 kullanılır. Bu üniterler kullanıldığında c, 1 bölme ve çarpma işlemlerinde etkisiz olduğu için çok gözükmez.
Fizikteki Temel Rolü
Işığın boşluktaki yayılma hızı ışık kaynağının hareketinden de gözlemcinin hareketsiz referans noktasından da bağımsızdır. Işık hızının değişmezliği, 1905'te Maxwell'in
Elektromanyetizm Teorisi'nden ve Luminiferous Aether( 19. Yüzyılda ışık kaynağı olduğu düşünülen teori)'ın varlığına dair bir kanıt olmamasından ilham alarak, Einstein
tarafından öne sürülmüştür ve o zamandan bu yana birçok deney tarafından kanıtlanmıştır. Yalnızca iki yönlü ışığın( ışık kaynağın ve ayna gibi) hızının çevreden bağımsız
olduğunu onaylamak mümkündür çünkü kaynakla alıcıdaki saatlerin nasıl senkronize edileceğine dair bir yol bulmadan ışığın tek yönlü hızını ölçmek mümkün değildir. Ancak,
Einstein senkronizasyonunu saatlere uyguladığımızda tek yönlü ve çift yönlü ışık hızları birbirine eşitlenir. İzafiyet Teorisi bu değişimsizliğin sonuçlarını tüm eylemsiz
referans çerçevelerinde fiziğin kanunlarının aynı olduğunu varsayarak inceler. Tek sonuç, c'nin bütün kütlesiz parçacıkların ve dalgaların, ışık dahil, boşluktaki hızıdır..
![[Resim: 148108028293831.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108028293831.png)
Özel göreliliğin birçok mantığa aykırı ve deneylerle onaylanmış çıkarımları vardır. Bunlara kütle-enerji denkliği ( E = mc2),yükseklik kısalması( hareket eden cisimler
kısalır) ve zaman genişlemesi ( hareket eden saatler daha yavaş işler) dahildir. Boyun kısaldığı ve zamanın genişlediği γ etmeni Lorentz Faktörü olarak bilinir ve γ = ( 1 −
v2/c2)−1/2ile ifade edilir( v nesnenin hızı). γ ile 1 arasındaki fark günlük hızlar gibi c'den çok daha düşük olan hızlar için ( özel göreliliğin Galilean göreliliği
tarafından yaklaşıldığı bir durum) gözardı edilebilir ancak göreceli bir hızla yükselir ve v c'ye yaklaştıkça sonsuzluğa doğru sapar.
Özel göreliliğin sonuçları uzay ve zamanı uzayzaman olarak bilinen ve matematiksel formülü c parametresini içeren Lorentz değişmezi adlı özel bir simetriyi sağlayan bir yapı
olarak kabul edilerek özetlenebilir. ( c uzay ve zamanın birimlerine bağlıdır). Lorentz değişmezi modern fizik teorileri için neredeyse evrensel olarak kabul edilmiş bir
çıkarımdır. Modern fizikte c hemen hemen her yerde ortaya çıkan, ışıkla alakası olmayan birçok konuda dahi görülen bir parametre haline gelmiştir. Örneğin, genel görelilik c'nin
aynı zamanda yer çekiminin ve yer çekimsel dalgaların da hızı olduğunu tahmin etmektedir. Hareketsiz referans çerçevelerinde ışığın hızı sabit ve c'ye eşittir ancak ışığın
ölçülebilir mesafedeki hızı mesafenin ve zamanın nasıl tanımlandığına bağlı olarak c'den farklı çıkabilir.[6]
Genel olarak c gibi temel sabitlerin uzayzamanda değişmediği, yani mekana bağlı olmadığı ve zamanla değişmediği varsayılır. Ancak, değişik teorilerde ışığın hızının zaman içinde
değişmiş olabileceği öne sürülmüştür. Bu değişimleri onaylayacak bir kanıt henüz bulunamasa da araştırmalar devam etmektedir. .[7][8]
Aynı zamanda genel olarak ışığın izotopik olduğu varsayılır. Yani, ne yönde ölçülürse ölçülsün aynı değere sahiptir.Nükleer enerji seviyelerinin yayılan çekirdeklerin ve optik
rezonatörlerin fonksiyonu olarak gözlemleri olası iki taraflı eşyönsüzlüğe sıkı bir limit koymaktadır..[9][10]
Hızın üst limiti
Özel göreliliğe göre m kütleli ve v hızlı bir nesnenin enerjisi γmc2, ile ifade edilir. v 0 olduğunda γ 1'dir ve bu meşhur E = mc2 denklemini sağlar. v c'ye yaklaştıkça γ
sonsuza yaklaşır ve kütlesi olan ve ışık hızında hareket eden bir nesneyi hızlandırmak sonsuz ölçüde bir enerji gerektirir. Kütlesi olan nesneler için ışık hızı üst hız
limitidir ve fotonlar ışık hızından daha hızlı hareket edemezler. Bu birçok göreceli enerji ve momentum deneylerinde kanıtlanmıştır. .[11]
![[Resim: 14810802829612.png]](https://image.1trk.net/uploads/14810802829612.png)
Daha genel olarak, bilginin ya da enerjinin c'den daha hızlı hareket etmesi imkansızdır. Bunun bir argümanı, özel göreliliğin eşzamanlılık göreliliği olarak bilinen mantık dışı
bir çıkarımını takip eder. Eğer A ve B olayları arasındaki mesafe, aralarındaki zaman aralığının c ile çarpımından büyükse, aralarında A'nın B'yi takip ettiği ya da B'nin A'yı
takip ettiği referans çerçeveleri vardır ve bazılarında A ve B eşzamanlıdır. Bunun sonucu olarak, eğer bir şey hareketsiz bir referans çerçevesine göre c'den daha hızlı hareket
ediyorsa başka bir çerçeveye göre zamanda geriye doğru hareket ediyor olur ve nedensellik bozulmuş olur. Böyle bir bir referans çerçevesinde bir etki nedeninden önce
gerçekleşebilir. Nedenselliğin bu şekilde bozulması henüz kayıtlara geçmemiştir.[12]
Işıktan hızlı deneyler ve gözlemler
Bazı durumlarda enerji, cisimler ya da bilgi ışıktan hızlı hareket ediyormuş gibi gözükse de etmezler. Örneğin; aşağıdaki "ışığın bir çevrede yayılması"nda bazı dalgaların hızı
c'yi geçebilir. Örneğin, x-ray ışınlarının çoğu camdaki faz hızı c'yi geçmektedir ancak faz hızı dalgaların bilgiyi yayma hızını göstermez.[13]
Eğer bir lazer ışını uzaktaki bir nesne üzerinde hızlıca gezdirilirse, ışık noktasının ilk hareketi ışığın uzaktaki nesneye ulaşma süresi nedeniyle gecikse de, ışık noktası
c'den hızlı hareket edebilir. Ancak, yalnızca hareket eden fiziksel varlıklar lazer ve onun yaydığı ışıktır ve lazerden değişik noktalara ışık hızında hareket ederler. Benzer
olarak, uzaktaki bir gölge de zamanda bir gecikmeden sonra ışıktan hızlı hareket ettirilebilir. İki durumda da herhangi bir madde, enerji ya da bilgi ışıktan hızlı hareket
etmez.[14]
Hareket eden iki referans çerçevesi arasındaki mesafenin değişme oranı c'nin üzerinde bir değere sahip olabilir. Ancak, bu hareketsiz bir çerçeve içinde ölçülen herhangi bir
cisimin hızını yansıtmaz.[14]
Bazı quantum etkileri, EPR paradox'unda olduğu gibi, anında, yani c'den hızlı olarak aktarılıyormuş gibi gözükebilir. Bir örnek birbirine girmiş iki parçacığın quantum
durumlarını içermektedir. İki parçacıktan herhangi biri incelenene kadar parçacıklar üst üste gelmiş iki quantum durumu içinde var olurlar. Eğer parçacıklar ayrılıp birinin
quantum durumu incelenirse ötekinin quantum durumu anında belirlenmiş olur. Ancak, ilk parçacığın gözlemlendiğinde hangi quantum durumunu kontrol etmek mümkün olmadığı için
bilgi bu yolla yayılamaz. [14][15]
Işıktan hızlı hızları tahmin eden başka bir quantum etkisi de Hartman Etkisi'dir. Belirli koşullar altında, yapay bir parçacığın bir bariyerden geçmesi için gereken zaman,
bariyerin kalınlığı ne olursa olsu, sabittir. Bu, yapay parçacığın geniş bir boşluğu ışıktan hızlı bir şekilde geçmsiyle sonuçlanabilir. Ancak, bu etki kullanılarak herhengi bir
bilgi gönderilemez.[16]
Sözde ışıktan hızlı hareket, radyogalakilserin göreceli jetleri, yıldızsı gök cisimleri gibi astronomik nesnelerde gözlemlenebilir. Ancak, bu jetler ışıktan hızlı hareket
etmemektedir. Göze ışıktan hızlı gelen hareket cismin ışık hızına yaklaşmasının ve dünyaya düşük bir görüş açısıyla yaklaşmasının sonucudur.[17]
Genişleyen evrenin modellerinde galaksiler ne kadar uzaklarsa birbirlerinden o kadar hızlı uzaklaşırlar. Ayrılma uzaydaki hareketin değil, uzayın genişlemesinin sonucudur.
Örneğin, dünyaya uzak olan galaksiler dünyaya olan uzaklarıyla orantısal bir hızla uzaklaşırlar. [18]
![[Resim: 148108077828181.jpg]](https://image.1trk.net/uploads/148108077828181.jpg)
CERN’deki uluslararası araştırma grubunun sözcüsü, Antonio Ereditato, ışık hızını aşmayı başardıklarını söyledi.
İSVİÇRE’nin Cenevre kentinde bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi ( CERN) bilim adamları, üç yıl süren deneylerin son aşamasında atomdan küçük nanopartikülleri ışık
hızından daha hızlı seyahat ettirmeyi başardıklarını açıkladı.
CERN’in sözcüsü Antonio Ereditato, Cenevre’den İtalya’nın Gran Sasso kentine nötrinoları ( kütlesi olmayan temel parçacıklar) saniyede 300 bin km olan ışık hızından 60
nanosaniye daha hızlı göndermeyi başardıklarını belirtti.
CERN’deki bilim adamları, 2011 yılında yapılan deneylerde Alplerin kolu olan Apenin Dağları’nın altında bir laboratuvardan 700 kilometre ötedeki diğer laboratuvara nötrinoların
saniyenin milyarda birinden hızlı bir şekilde ulaştığını ve ışık hızının aşıldığını iddia etmişlerdi. Ancak daha sonra nötrinoların ışık hızından daha hızlı hareket ettiğini öne
süren anormal sonuçların makinede meydana gelen arızadan kaynaklandığı açıklanmıştı.
Sözcü Antonio Ereditato, bu kez sonuçlardan emin olduklarını söyledi. Albert Einstein’a göre hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket edemez. Ancak doğrulandığı takdirde bu deney,
Albert Einstein’ın Özel Görelilik Kuramı’nın bazı kısımlarını tersine çevirebilir, evrenin nasıl işlediğini açıklayan yasalar altüst olabilir.
Işığın yayılımı
Klasik fizikte ışık elektromanyetik dalga olarak sınıflandırılmıştır. Elektromanyetik alanların klasik hareketi Maxwell denklemleriyle tanımlanmıştır. Bu denklemlerde,
elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı olan c elektrik sabite ve manyetik sabite c = 1/√ε0μ0.[19] Modern kuantum fizikte elektromanyetik alan kuantum elektrodinamik
teorisiyle( QED) tanımlanmaktadır. Bu teoride ışık, elektromanyetik alanın temel çıkışı olan fotonlarla tanımlanır. QED'ye göre fotonlar kütlesiz parçacıklardır ve boşlukta
ışık hızıyla hareket ederler.
QED'nin fotonun kütleye sahip olduğu genişlemeleri de düşünülmüştür. Böyle bir teoride fotonun hızı frekansına bağlı olur ve değişmez c hızı ışığın boşluktaki hızının üst limiti
olur. Işığın hızında testlerde herhangi bir değişim gözlenmemiştir ve bu da fotounun kütlesine sıkı bir limit koymaktadır. Elde edilen limit kullanılan modele göre değişebilir.
Işığın hızının frekansına bağlı olarak değişmesinin başka bir sebebi de, quantum yerçekimindeki bazı teorilerde tahmin edildiği gibi, özel göreliliğin gelişi güzel küçüklükteki
durumlarda uygulanamaması olabilir. 2009'da gamma ışını patlaması GB 090510'un gözlemlerinde farklı enerjilerdeki fotonların hızında bir değişme gözlemlenmemiştir, bu da Lorentz
değişmezinin en azından Planck Uzunluğu'nun 1.2'ye bölümüne kadar onaylanması demektir. [20]
Ortam İçinde
Bir çevrede ışık genel olarak c'ye eşit bir hızda yayılmaz; daha da fazlası, değişik ışık dalgaları değişik hızlarda ilerleyebilir. Düz bir dalganın ( bir frekansla bütün
uzayı doldurabilen dalga) tavan ve taban yaparak yayıldığı hıza faz hızı denir. Ölçülebilir bir uzunluğu( ışık nabzı) olan gerçek bir fiziksel işaret farklı bir hızda ilerler.
Nabzın en büyük bölümü grup hızında ilerlerken erken kısımları ön hızla ilerler.
![[Resim: 14810803565521.gif]](https://image.1trk.net/uploads/14810803565521.gif)
Faz hızı ışın bir maddede ya da bir maddeden ötekine nasıl ilerlediğini belilerken önemlidir. Kırılma endeksi olarak temsil edilir. Bir maddenin kırılma endeksi, c'nin maddedeki
faz hızına oranı olarak tanımlanır. Bir maddenin kırılma endeksi ışığın frekansına, yoğunluğuna, polarizasyonuna ya da yayılma yönüne bağlı olabilir ama çoğu durumlarda maddeye
bağlı bir sabit olarak görülebilir. Havanın kırılma endeksi yaklaşık olarak 1.0003'tür. Bose- Einstein Yoğuşuğu gibi egzotik maddelerde kırılma endeksi sıfıra yakın olabilir, bu
da ışığın hızını saniyede yalnızca birkaç metreye kadar düşürebilir. Ancak, bu atomlar arasındaki emilim ve tekrar yayılma geçikmesini temsil eder. Işığın maddede yavaşlamasını
ölmek için iki farklı fizikçi takımı ışığı rubidium elementinden yapılma bir Bose-Einstein Yoğuşuğu kullanarak durdurmayı denediler. Ancak bu denelerdeki "ışığın durması" tanımı
yalnızca ışığın atomun daha kararsız hallerinde depolanması ve daha sonra gelişi güzel bir zamanda tekrar yayılması şeklinde olmuştur. "Durduğu" sürede ışık olmayı bırakmıştır.
Bu tarz davranış genel olarak ışığı yavaşlatan tüm çevreler için doğrudur.
Şeffaf maddelerde kırılma endeksi genelde 1'den büyüktür, yani faz hızı c'den küçüktür. Öteki materyallerde kırılma endeksinin bazı frekanslarda 1'den küçük olması olasıdır;
bazı egzotik maddelerde kırılma endeksinin negatif olması dahi olasıdır. Nedenselliğin bozulmaması gereksinimi herhangi bir maddenin dieletrik sabitinin gerçek ve sanal
kısımlarının Kremars- Kronig ilişkisiyle bağlı olduğunu ima eder. Pratic olarak, kırılma endeksinin 1'den küçük olduğu maddelerde dalganın emilimi o kadar hızlıdır ki c'den daha
hızlı bir sinyal gönderilemez.
Farklı grup ve faz hızları olan bir nabız zaman içinde biter. Bu süreç ayrılım olarak bilinir. Bazı maddeler ışık dalgaları için çok düşük grup hızlarına sahiptir, yavaş ışık
olarak adlandırılan ve deneylerle onaylanmış bir fenomen. Tam tersi, c'yi aşan grup hızları, aynı zamanda deneylerde gözlemlenmiştir. Anlık ya da zamanda geriye doğru hareket
eden nabızlar için grup hızın sonsuz olması ya da negatif çıkması da mümkün olmalıdır.[21]
Ancak, bu seçeneklerin hiçbiri bilginin c'den daha hızlı aktarılmasını sağlamaz. Erken kısımlarından daha hızlı bir nabızla bilgi yollamak mümkün değildir. [21]
Bir parçacığın bir maddenin içinde o maddenin faz hızından daha hızlı ilerlemesi mümkündür. Yüklü bir parçacık bunu iletken olmayan bir maddenin içinde yaptığı zaman Cherenkov
Radyasyonu olarak bilinen bir şok dalgası yayılır. .[22]
Ölçülebilirliğin pratik etkileri
Işık hızı iletişimle alakalıdır : Tek yönlü ve gidiş-geliş gecikmeleri sıfırdan büyüktür. Bu küçükten astronomik ölçülere kadar geçerlidir. Öteki yandan, mesafe ölçümü gibi
bazı teknikler ışığın ölçülebilir hızına da bağlı olabilir.
Küçük ölçekler
Süperbilgisayarda, ışık hızı bilgilerin işlemciler arasında ne kadar hızlı yollanabileceğine dair bir sınır oluştumaktadır. Eğer bir işlemci 1 gigahertz'den açılıyorsa bir
sinyal bir döngüde maximum 30 cm ilerleyebilir. Bu yüzden işlemciler iletim gecikmesini minimuma indirmek için birbirilerine yakın konmalıdırlar, bu da soğutma sorunlarına neden
olabilir. Eğer saat freanksları yükselmeye devam ederse ışık hızı tekil çiplerin tasarımında bir limit haline gelecektir.[23]
Dünya üzerinde büyük mesafeler
Örneğin, dünyanın 40075 km ve c'nin de 300000 km/s civarında olduğunu düşünürsek bilginin kürenin yarısını gezeceği en kısa süre 67 milisaniyedir. Işık dünyada optik bir iplikte
gezerken iletim süresi daha uzundur çünkü kırılma endeksine bağlı olarak ışık optik iplikte %35 civarıdna daha yavaş hareket eder. Ayrıca düz hatlar global iletişimlerde nadiren
kullanılır ve sinyal eletronik düğmeden ya da sinyal üreticiden geçerken yavaşlar.[24]
![[Resim: 148108041219621.gif]](https://image.1trk.net/uploads/148108041219621.gif)
Uzay uçuşları ve astronomi
The diameter of the moon is about one quarter of that of Earth, and their distance is about thirty times the diameter of Earth. A beam of light starts from the Earth and reaches
the Moon in about a second and a quarter.
A beam of light is depicted travelling between the Earth and the Moon in the time it takes a light pulse to move between them : 1.255 seconds at their mean orbital ( surface-
to-surface) distance. The relative sizes and separation of the Earth–Moon system are shown to scale.
Benzer şekilde dünya ve uzay araçları arasındaki iletişim de anlık değildir. Kaynakla alıcı arasındaki mesafe arttıkça daha da belirginleşen bir gecikme vardır. Apollo 8 ayın
yörüngesine giren ilk insanlı hava aracı olduğunda bu gecikme çok büyüktü : Her sorunun cevabı için yer kontrol istasyonu 3 saniye beklemek zorundaydı. Dünya ve Mars arasındaki
gecikme 5-20 dakika arası değişebilir.
NASA Jüpeter'in yörüngesinde dolaşan bir probedan bilgi almak için saatlerce beklemek zorundadır. Bu da bir navigasyon hatası durumunda düzeltmenin zamanında yetişememesi
riskini ortaya çıkarmaktadır.
Daha uzaktaki astronomik kaynaklardan ışık ya da farklı sinyaller almak bundan da uzun sürebilir. Uzak nesnelerin ışığın ölçülebilir hızı nedeniyle daha genç gözükmeleri
astronomlara yıldızlarsın, galaksilerin hatta evrenin evrimini gözlemleme şansı vermiştir.
Bazen astronomik mesafeler, özellikle popüler bilim yayınlarında ve medyada ışık hızıyla ifade edilir. Işık yılı ışığın bir yılda katettiği mesafedir. Yaklaşık olarak bir ışık
yılı 10 trilyon km ya da 6 trilyon mildir. Dünyaya güneşten sonraki en yakın yıldız uaklaşık 4.2 ışık yılı uzaklıktadır.[25]
Mesafe ölçümü
Radyo sistemleri bir hedefe olan mesafeyi radyo dalgasının antenden yansıtıldıktan sonra hedeften dönmesinin aldığı zamana göre ölçer. Global pozisyonlama sistemi( GPS) alıcısı
GPS uydusuna olan uzaklığını uydulardan gelen sinyallerin süresine göre hesaplar ve uydularla arasındaki mesafeden kendi yerini hesaplar. Lunar Lazer Menzilleme deneyi, radar
astronomisi ve Derin Uzay Ağı Ay'a, gezegenlere ve uzayaraçlarına olan mesafeleri sinyallerin gidiş-geliş sürelerine göre hesaplarlar.
Yüksek frekanslı alım satım
Işık hızı yüksek frekanslı alım-satımda giderek daha önemli hake gelmektedir. Tüccarlar mallarını birkaç saniye önce teslim ederek dakika avantajı sağlamaya çalışmaktadır.
Örneğin; tüccarlar mikrodalga iletişimi optik-fiber iletişime tercih ediyorlar çünkü optik-fiber sinayaller ışıktan %30-40 daha yavaş hareket ederken mikrodalgalar havada ışık
hızına yakın hızlarda hareket ederler.[26]
Ölçüm
c'nin değerini belirlemenin farklı yolları vardır. Bir yol, ışığın yayıldığı gerçek hızı hesaplamaktır ki değişik astronomik ve dünya temelli adımlarla yapılabilir. Ancak ε0 ve
μ0 gibi fiziksel değerlerin c ile bağlantısı kurularak da hesaplanabilir. Tarihte en isabetli ölçümler, ışığın dalgaboyu ve frekansı tek tek hesaplanıp sonuçlar c'ye eşitlenerek
elde edilmiştir.
![[Resim: 148108046285321.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108046285321.png)
![[Resim: 148108046287562.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108046287562.png)
Astronomik ölçümler
Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasından faydalanılarak ışık hızının ölçümü
Dış uzay, büyük boyutu ve mükemmele yakın boyutu sayesinde c'yi ölçmek için son derece elverişlidir. Tipik olarak, birisi ışığın belirli bir referans sistemindeki mesafeyi
katetmesi için gerek zamanı ölçer. Tarihte bu tip ölçümler, referans uzaklığın dünya temelli birimlerle ne kadar isabetli olarak ölçüldülğüne göre, son derece isabetli olarak
yapılabilmiştir. Elde edilen sonuçlar gün başına Astronomik Birimerle( AU) ifade edilir.
Ole Christensen Romer astronomik ölçümleri kullanarak ışığın mikratsal hızının ilk tahminlerini yapmıştır. Dünyadan ölçüldüğü zaman uyduların gezegenlerin etrafında dönme hızı
dünya gezegelere yaklaşırken, uzaklaşıkerkenki hızlarından daha fazladır. ışığın gezegenden dünyaya katettiği mesafe, dünya yörüngesinde o gezene en yakın konumundayken daha
kısadır, mesafedeki fark dünyanın Güneş etrafındaki yörüngesinin çapıdır. Uydunun periyorundaki değişim ışığın uzak ya da yakın mesafeyi katetmesindeki zaman farkından
oluşmaktadır.
A star emits a light ray which hits the objective of a telescope. While the light travels down the telescope to its eyepiece, the telescope moves to the right. For the light to
stay inside the telescope, the telescope must be tilted to the right, causing the distant source to appear at a different location to the right.
Işığın sapması : Uzak bir kaynaktan gelen ışık farklı bir yerden geliyormuş gibi görünür. Bunun sebebi ışığın hızının sonlu olmasıdır.
Bir başka metodsa 18. yy. da James Bradley tarafından keşfedilen "ışığın sapması"dır. Bu etki, uzaktaki bir kaynaktan ulaşan ışığın hızına gözlemcinin hızının vektör olarak
eklenmesiyle oluşur. Hareketli bir gözlemci ışığı farklı bir noktadan gelirken gözlemler ve kaynağın yerini farklı görür. Dünya Güneş'in etrafında döndükçe dünyanın hızının yönü
değiştiği için bu yıldızların hareket ettiği izlenimi verir. Yıldızların konumunun açısal farkından ışığın hızını dünyanın güneş etrafındaki hızı cinsinden yazmak mümkündür.
1729'da Bradley bu metodu kullanarak ışığın dünyanın yörüngedeki hızından 10,210 kat daha hızlı hareket ettiğini öne sürmüştür. [27]
Astronomik Birim
AU yaklaşık olarak dünya ile güneş arasındaki mesafedir. 2012'de net olarak 149 597 870 700 m. olarak yeniden tanımlanmıştır. Daha önce AU SI birimleri ile değil, Güneş
tarafından uygulanan yerçekimi kuvvetinin klasik mekanik çerçevesindeki koşullarıyla ifade edilmiştir. Güncel tanım , AU'nun önceki tanımının tavsiye edilen şekilde metre ile
ifade edilmiş halini kullamaktadır. Bu yeniden tanımlama , ışık hızını saniye başına AU'da sabitlemiştir.
Daha önce c'nin tersi saniyede AU olarak ifade edilmiş ve radyo sinyallerinin Güneş Sistemin'deki araçlara ulaştığı zaman kullanılırak hesaplanmıştır. Bu tarz birçok hesaplama
birleştirilerek birim uzaklık başına ışık zamanı için en iyi değer elde edilebilir. Örneğin; 2009'da Uluslararası Astronomik Birlik tarafından kabul edilen en iyi tahmin : [28]
[29]
Birim uzaklık başına ışık zamanı : : 7002499004783836000♠499.004783836( 10) s
c = 7008299792457999999♠0.00200398880410( 4) AU/s = 7002173144632674000♠173.144632674( 3) AU/day.
Bu hesaplardaki göreceli hesap hatası milyarda 0.02'dir. Metre belli bir zamanda ışık tarafından katedilen mesafe olarak tanımlandığı için, ışık zamanının önceki AU tanımı ile
ölçülmesi eski AU'nun metre ile ölçülmesi olarak yorumlanabilir.[Note 7]
Uçuş zamanı teknikleri
One of the last and most accurate time of flight measurements, Michelson, Pease and Pearson's 1930–35 experiment used a rotating mirror and a one-mile ( 1.6 km) long vacuum
chamber which the light beam traversed 10 times. It achieved accuracy of ±11 km/s
A light ray passes horizontally through a half-mirror and a rotating cog wheel, is reflected back by a mirror, passes through the cog wheel, and is reflected by the half-mirror
into a monocular.
Fizeau aletinin diyagramı
Işık hızını ölçmenin bir metodu da ışığın bilinen bir noktaki bir aynaya gitme ve geri dönme hızının hesaplanmasıdır. Bu Fizeau-Foucault düzeneğinin arkasındaki prensiptir ve
Hippolyte Fizeau ve Leon Foucault tarafından geliştirilmiştir.
Fizeu tarafından kullanılan bu düzenek 8 kilometre uzaklıktaki bir aynaya gönderilen bir ışık huzmesinden oluşur. Kaynaktan aynaya giderken huzme dönen dişli bir çarktan geçer.
Belli bir dönme hızında huzme giderken bir boşluktan ve dönerken başka bir boşluktan geçer ancak biraz düşük ya da yüksek dönme hızlarında huzme dişlerden birine çarpar ve
çarktan geçemez. Dişliyle ayna arasındaki mesafeyi, çarktaki diş sayısını ve dönme hızını bilerek ışığın hızı hesaplanabilir. [14]
The method of Foucault replaces the cogwheel by a rotating mirror. Because the mirror keeps rotating while the light travels to the distant mirror and back, the light is
reflected from the rotating mirror at a different angle on its way out than it is on its way back. From this difference in angle, the known speed of rotation and the distance to
the distant mirror the speed of light may be calculated.[30]
Bu günlerde bir nanosaniyeden az zaman çözünürlüğü olan salınım izlerler sayesinde ışığın hızı bir lazer ya da LED'den gelen ışık nabızının aynadan yansımasının zamanı ile direk
olarak ölçülebilir. Bu metod diğer modern teknşklerkadar isabetli değildir anca bazı üniversite fizik sınıflarında labaratuvar deneyi olarak kullanılır..[31][32][33]
Elektromanyetik sabitler
C'yi elektromanyetik dalgaların yayılımına bağlı olmadan hesaplamanın bir yolu Maxwell'in teorisinde kullanılan c, ε0 ve μ0 arasındaki ilişkişkiyi kullanmaktır. ε0 kapasitans
ve kapasitörün boyutları hesaplanarak bulunabilir. μ0 ise 4π×10−7 H·m−1 olarak sabittir. 1907'de Rosa ve Dorsey bu metodu kullanarak 299710±22 km/s değerini bulmuşlardır.[34]
[35]
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar
Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir
seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen
ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun
geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]
Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s
sonucunu vermiştir. [37]
Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir : eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak
antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c
genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir.
![[Resim: 148108054593091.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108054593091.png)
![[Resim: 148108054595162.png]](https://image.1trk.net/uploads/148108054595162.png)
Boşluk rezonansı
A box with three waves in it; there are one and a half wavelength of the top wave, one of the middle one, and a half of the bottom one.
Boşluktaki durağan elektromanyetik dalgalar
Işık hızını ölçmenin başka bir yolu da elektromanyetik bir dalganın boşluktaki frekansını ve dalgaboyunu ayrı ayrı ölçmektir. c'nin değeri c=fλ eşitliği ile bulunabilir. Bir
seçenek de boşluk rezonansının rezonans frekansını ölçmektir. Eğer rezonans boşluğunun boyutları biliniyorsa dalganın dalgaboyunu bulmak için kullanılabilir. 1946'da Louis Essen
ve A.C Gordon-Smith, boyutları bilinnen bir mikrodalga boşluğunun mikrodalgalarının normal modlarının farklılıkları için bir frekans bulmuşlardır. Modların dalgaboyları boşluğun
geometirisi ve eletromanyetik teorisiden bilindiği için ilgili frekansların bilinmesi ışık hızının hesaplanmasına yardımcı olmuştur.[34][36]
Essen–Gordon-Smith sonucu,299792±9 km/s, optik tekniklerle bulunanlardan çok daha isabetliydi. 1950 yılına kadar Essen tarafından yapılan tekrarlı ölçümler 299792.5±3.0 km/s
sonucunu vermiştir. [37]
Bu teknik evde mikrodalga fırın ve marşmelov ya da margarin gibi yemek yardımıyla da gözlemlenebilir : eğer dönermasa kaldırılırsa yemek hareket etmez , en hızlı olarak
antidotlarda pişer ve erimeye başlar. Böyle iki nokta arasındaki mesafe mikrodalganın dalgaboyunun yarısıdır; bu mesafeyi ölçüp dalgaboyunu mikrodalga frekansıyla çarparak c
genelde 5% den daha az bir hatayla hesaplanabilir. [38][39]
İnterferometre
Schematic of the working of a Michelson interferometer.
An interferometric determination of length. Left : constructive interference; Right : destructive interference.
İnterferometre elektromanyetik radyasyonun dalgaboyunu bularak ışık hızını hesaplamanın başka bir yoludur. Frekansı bilinen uyumlu bir ışık huzmesi iki yolu izlemesi için
bölünür ve tekrar birleşir. Etki düzlemini gözlemlerken yolun uzunğunu ayarlayarak ve yol uzunluğundaki değişimi dikkatlice ölçerek ışığın dalgaboyu bulunabilir. Sonra ışık hızı
c = λf denklemi ile hesaplanır.
Lazer teknolojisinin gelişmesinden önce uyumlu radyo kaynakları ışık hızının interferometrik ölçümleri için kullanılırdı. Ancak; dalgaboylarının interferometrik hesaplanması
dalgaboyları ile birlikte daha isabetsiz hale gelmeye başladı ve bu yüzden deneyler radyodalgalarının uzun dalgaboyları( ~0.4 cm) ile sınırlandı. Netlik kısa dalgaboyları ile
artırılabilir ama o zaman da ışığın frekansını direk olarak ölçmek zorlaşır. Bu sorunu çözmenin bir yolu, frekansı hesaplanabilen düşük frekanslı br sinyalle başlayıp bu
sinyalden giderek daha yüksek frekanslı sinyaller sentezlereyemektir. Daha sonra bir lazer frekansa sabitlenip dalgaboyu interferometre kullanılarak bulunabilir. 3.5×10−9.[40]
[41]
Tarih
C'nin ölçüm tarihi ( km/s) <1638 Galileo, covered lanterns inconclusive[Note 8]
<1667 Accademia del Cimento, covered lanterns inconclusive[Note 9]
1675 Rømer and Huygens, moons of Jupiter 220.000[42][43]
1729 James Bradley, aberration of light 301.000[14]
1849 Hippolyte Fizeau, toothed wheel 315.000[14]
1862 Léon Foucault, rotating mirror 298.000±500[14]
1907 Rosa and Dorsey, EM constants 299.710±30[34][35]
1926 Albert A. Michelson, rotating mirror 299.796±4[44]
1950 Essen and Gordon-Smith, cavity resonator 299.792.5±3.0[37]
1958 K.D. Froome, radio interferometry 299.792.50±0.10[45]
1972 Evenson et al., laser interferometry 299.792.4562±0.0011[41]
1983 17th CGPM, definition of the metre 299.792.458 ( exact)[46]
Modern periyodun erken bölümlerine kadar ışığın anlık mı yoksa son derece hızlı ölçülebilir bir hızla mı hareket ettiği bilinmiyordu. Bu olayın ilk ölçüldüğü olay antik
Yunanistandaydı. Antik Yunanlar, müslüman ve avrupalı bilimciler Romer ışık hızının ilk hesaplarını sağlayana kadar bunu tartıştılar. Einstein'ın İzafiyet Teorisi ışık hızının
referans çerçevesi ne olursa olsun sabit olduğunu göstermiştir. O zamandan bu yana bilimadamları giderek daha isabetli hale gelen ölçümler yapışlardır.
Erken Tarih
Empedocles ışığın ölçülebilir hızı olduğunu idda eden ilk kişiydi. Işığın hareket eden bir şey olduğunu dolayısıyla hareketinin zaman alması gerektiğini öne sürdü. Aristo ise
tam tersini öne sürüp "ışığın bir şeyin varlığından oluşutuğunu ve hareket etmediğini öne sürmüştür. Euclid ve Ptolemy Empedocles'in ışığın gözlerden emilierek görüşü sağladığı
yolundaki teorisini ilerletmişlerdir. Bu teoriye dayanarak Alexandrialı Heron yıldızlar gibi uzak nesneler gözümüzü açtığımız anda görülebildiği için ışığın hızının sonsuz
olduğunu ileri sürmüştür. Hindu Vedas'ta bahsedildiği üzere Sayana ışık hızının hesaplanması üzerine yorumlar yapmıştır. Eski İslam filozofları ilk başta Aristonun görüşlerine
katılmışlardır. 1021'de Alhazen Optik Kitabını yayınlayarak görüş teorisine karşı çıkmış ve ışığın nesnlerden göze geldiğini öne süren ve şimdi kabul edilmiş olan intromisyon
teorisini savunmuştur. Bu da Alhazen'i ışığın ölçülebilir hızı olduğunu öne sürmeye yönlendirmiştir. Işığın bir madde olduğunu, yayılmasının bizim hislerimiz tarafından fark
edilmese de zaman aldığını söylemiştir. Ayrıca 11.yy.da Abu Rayhan al Biruni de ışığın ölçülebilir hızı olduğunu söylemiş ve ışığın sesten çok daha hızlı olduğunu
gözlemlemiştir.[47]
13.yy.da Roger Bacon filozofik argümanları Alhazen ve Aristo'nun da yazdıklarıyla destekleyerek ışığın havadaki hızının sonsuz oladığını öne sürmüştür. 1270'lerde Witeloışığın
boşlukta sonsuz hızla hareket edip daha yoğun ortamlarda yavaşladığını düşünmüştür.[48]
17.yy başlarında Johannes Kepler boş uzay herhangi bir engel sunmadığı için ışık hızının sonsuz olduğuna inanmıştır. Rene Descartes eğer ışığın hızı ölçülebilir olsaydır Güneş,
Dünya ve Ay'ın bir aay tutulması sırasında düzen dışında olacağını öne sürdü. Böyle birdüzensizlik de gözlemlenmediği için Descartes ışık hızının sonsuz olduğunu varsaydı.
Descartes eğer ışığın hızının ölçülebilir olduğu keşfedilirse kendisinin bütün filozofi sisteminin yerle bir olacağını söyledi. Snell Yasası'nın Descartes derivasyonunda ışık
hızı anlık olmasına rağmen çevre ne kadar yoğunsa ışık o kadar yavaştır. Fermat da ölçülebilir ışık hızını savunmuştur. [49]
İlk ölçüm girişimleri
1629'da Isaac Beeckman bir kişinin ışık patlamasınının bir mil uzaklıktaki bir aynadan yansımasını gözlemlediği bir deney önermiştir. 1638'de Galileo Galilei bir feneri açıp bir
mesafedeki algısını gözlemleyeceği ve aradaki gecikmeden ışık hızını ölçebileceği bir deney ortaya atmıştır. Işığın anlık hareket edip etmediğini ayırt edememiştir ancak
etmiyorsa dahi inanılmaz hızlı olduğu sonucuna varmıştır. 1667'de Accademia del Cimento Galileo'nun deneyini 1 mil uzaklıktaki bir fenerle uyguladığını ve gecikme
gözlemlemediğini söylemiştir. Bu deneydeki gerçek gecikme 11 mikrosaniye civarında olurdu.
A diagram of a planet's orbit around the Sun and of a moon's orbit around another planet. The shadow of the latter planet is shaded.
Rømer'in gözlemi
Işık hızının ilk miktarsal tahmini 1676'da Romer tarafından yapılmıştır. Dünya Jüpitere yaklaşırken Jüpiter'in uydusu Io'nun uzaklaşırken gözüktüğünden daha kısa olduğunu
gözlemiş ve ışığın ölçülebilir hızının olduğu sonucuna vamıştır ve Dünya'nın yörüngesinin çapını 22 dakikada geçtiğini tahmin etmiştir. Christian Huygens butahmini Dünya'nın
yörüngesinin çapının bir tahiniyle birleştirmiş ve ışığın hızını yaklaşık 220000 km/sn olark bulmuştur. [43]
1704'te yayınladığı kitabı Optics'de Newton Romer'in hesaplarını yazmış ve ışığın Güneş'ten Dünya'ya ulaşma süresini 7 ya da 8 dakika olarak belirtmiştir. Newton Romer'in
tutulma gölgelerinin renkli olup olamdığını soruşturmuş ve olmadığını duyunca farklı renklerin aynı hızda hareket ettikleri sonucuna varmıştır. 1729'da James Bradlet yıldızsal
sapmayı keşfetti. Burdan yola çıkarak ışığın Dünya'nın yörüngesindeki hareketinden 10210 kere daha hızlı hareket ettiği sonucuna vardı.[27]
Elektromanyetizm ile bağlatılar
19.yy. de Hippolyte Fizeau Dünya'daki uçuş zamanlarına dayanarak ışık hızını hesaplamak için bir metod geliştirdi ve 315000 km/sn lik bir değer buldu. Metodu Leon
Foucault'un1862'de 298000 km/sn lik değer bulan metodundan geliştirilmişti.1856'da Wilhelm Eduard Weber ve Rudolf Kohlrausch eletromanyetik ve eletrostatik şarj birimleririni
bir Leyden kavanozunun şarjını boşaltarak ölçüp numarasal değerinin ışık hızına çok yakın olduğunu bulmuşlardır. Bir sonraki yıl Gustav Kirchoff dirençsiz bir telde elektrik
sinaylinin de bu hızda ilerlediğini bulmuştur. Erken 1860larda Maxwell üzerinde çalıştığı eletromanyetizm teorisine göre elektromanyetik dalgaların boş uzyda Weber/ Kohraush
oranında bulunan hızda hareket ettiğini bulmuştur.[50]
"Luminiferous aether"
Hendrik Lorentz ( sağda) ve Albert Einstein.
Zamanında boş uzayın arka planda Luminiferous aether adlı içinde elektromanyetik alan bulunduran bir nesneyle dolu oluduğu düşünülüyordu. Bazı fizikçiler aether'ı ışığın
yayılmasının tercih edilen referans çerçevesi olduğunu düşünmüştür ve dünyanın hareketini bu çevrede ölçülebileceğine inanmıştır. 1880lerden itibaren bunu tespit etmek için
çeşitli deneyler yapılmıştır. Bunların en meşhuru A.A.Michelson ve E.W Morley tarafından 1887de yapılmıştır. Tespit edilen hareket her zaman gözlemsel hatadan daha azdı. Modern
deneyler ışığın çiftyönlü hızının saniyede 6 nanometreye kadar izotopik olduğunu işaret etmektedir. Bu deney nedeniyle Lorentz teçhizatın aether içindeki hareketinin teçhizatın
hareketin yönündeki uzunluğunu daraltabileceğini öne sürmüş ve hareket halindeki sistemler için zaman değişkeninin de buna göre değişebileceğini varsaymıştır ve bu da Lorentz
değişimi formülüne yol açmıştır. Lorentz'in aether teorisinden yola çıkara Henri Poincare( 1900) yerel zamanın aether içinde hareket eden saatler tarafından gösterildiğini
göstermiştir. 1904te Lorentz'in teorilerinin doğrulanması halinde ışık hızının dinamikte sınırlayıcı bir faktör olabileceğini öne sürmüştür. 1905'te Lorentz'in aether teorisini
görelilik prensibiyle gözlemsel anlaşmaya getirmiştir.[51][52]
![[Resim: 148108061033261.jpg]](https://image.1trk.net/uploads/148108061033261.jpg)
![[Resim: 148108061041312.jpg]](https://image.1trk.net/uploads/148108061041312.jpg)
Özel Görelilik
1905'te Einstein ışığın boşlukta hızlanmayan bir gözlemci tarafından ölçülen hızının kaynaktan ya da gözlemciden bağımsız olduğunu öne sürmüştür. Bunu ve görelilik prensibini
kullanarak Özel Görelilik Kuramı'nı ortaya atmıştır. Bu da hareketsiz aether konseptini kullanışsız hale getirmiştir ve uzay ve zaman konseptlerinde devrim yaratmıştır.[53][54]
C'nin artan doğruluğu ve metre ile saniyenin yeniden tanımlanması
20.yy.nin ikinci yarısında ışık hızının ölçümünün daha isabetli olması konusunda, ilk önce boşluk rezonansı tekniği ile daha sonra da lazer interferometer teknikleriyle birçok
gelişme katedildi bunlara metre ve saniyenin yeni ve daha kesin tanımları da yardımcı oldu. 1950'de Louis Essen hızı boşluk rezonansını kullanarak 299792.5±1 km/sn olarak
hesapladı. Bu değer 12. Radyo-Bilimsel Genel buluşması tarafından kabul edildi. 1960'da metre krypton-86 spectral düzleminin belli bir dalgaboyuna göre yeniden tanımlandı ve
1967'de saniye caesium-133'ün ince geçiş frekansına göre yeniden tanımlandı.
1972de lazer interferometre metodu ve yeni tanımlar kullanılarak NBS Boulder, Colordo'da bir grup ışığın boşluktki hızını 299792456.2±1.1 m/sn olarak hesapladı. Bu daha önce
kabul edilen değerden 100 kat daha belirgin bir değerdi. Geri kalan belirsizlik çoğunlukla metrenin tanımına bağlıdır. [55]
Işık hızını belirgin bir sabit olarak tanımlamak
1983 de 17. CGPM frkans ölçümlerindeki dalgaboylarının ve ışık hızı için geçerli değerin bir önceki standarttan daha tekrarlanabilir olduğunu bulmuştur. Saniyenin 1967'deki
tanımı sabit bıraktılar, bu nedenle caesium ince frekansı şu an hem metreyi hem de saniyeyi tanımlamaktadır. Bunu yapabilmek için metreyi "ışığın boşlukta saniyenin
1/299792458'inde aldığı mesafe"olarak tanımladılar. Bu tanımın bir sonucu olarak ışığın boşluktaki hızı tam olarak 299792458 m/sn'dir ve SI tarafından tanımlanan bir sabit
haline gelmiştir. ".[56][57]
2011'de CGPM bütün temel SI birimlerini "belirgin-sabit formülasyonunu" kullanarak yeniden tanımlamak niyetinde olduğunu belirtmiştir. Bu metrenin yeni ama tamamen denk bir
tanımını sunmuştur : "metre, uzunluk birimi, ışığın boşluktaki hızının SI birimi s−1 ile yazılımında 299792458 olan büyüklüktür.
Notes
Lichtgeschwindigkeit
Unter der Lichtgeschwindigkeit c versteht man meist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum. Neben Licht breiten sich auch alle anderen elektromagnetischen Wellen
wie auch Gravitationswellen mit dieser Geschwindigkeit aus. Sie ist eine fundamentale Naturkonstante, deren Bedeutung in der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie weit
über die Beschreibung der elektromagnetischen Wellenausbreitung hinausgeht.
In einem materiellen Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts stets kleiner. Will man sich davon klar abgrenzen, spricht man von der Vakuumlichtgeschwindigkeit,
anderenfalls von der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht ( in einem Medium). In dispersiven Medien unterscheidet man zusätzlich zwischen der Phasen- und der
Gruppengeschwindigkeit.
Nach den Maxwellschen Gleichungen der Elektrodynamik hängt die Lichtgeschwindigkeit nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle ab. Aus dieser Feststellung zusammen mit dem
Relativitätsprinzip folgt, dass die Lichtgeschwindigkeit auch nicht vom Bewegungszustand des zu ihrer Messung verwendeten Empfängers abhängt. Daraus entwickelte Albert Einstein
die Relativitätstheorie. Sie besagt unter anderem, dass die Vakuumlichtgeschwindigkeit c eine unüberwindbare Geschwindigkeitsgrenze für die Bewegung von Masse und für die
Übertragung von Energie und Information im Universum darstellt. Teilchen ohne Masse, wie die Photonen, bewegen sich stets mit dieser Grenzgeschwindigkeit, alle massebehafteten
Teilchen stets langsamer. Als Folge der speziellen Relativitätstheorie ( SRT) verbindet die Naturkonstante c die vorher unabhängigen Konzepte Energie E und Masse m in der
Äquivalenz von Masse und Energie E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} E=mc^{2}. Ort und Zeit werden durch c zur Raumzeit zusammengefasst und durch den Vierervektor ( ct,x,y,z) in
einem vierdimensionalen Raum beschrieben. Seit 1983 wird die Längeneinheit Meter als diejenige Strecke definiert, die das Licht im Vakuum in 1/299.792.458 Sekunde zurücklegt.
Die Lichtgeschwindigkeit ist so hoch, dass man lange Zeit annahm, dass das Entzünden eines Lichts überall gleichzeitig wahrgenommen werden kann. Im Jahr 1676 stellte Ole Rømer
fest, dass die beobachtete Umlaufzeit des Jupitermondes Io je nach Entfernung des Jupiters zur Erde eine regelmäßige Schwankung zeigt. Daraus folgerte er korrekt, dass sich
Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet. Der von ihm ermittelte Wert hatte schon die richtige Größenordnung, wich aber noch um 30 Prozent vom tatsächlichen Wert ab.
Die Messmethoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wurden in der Folgezeit immer genauer.
Das Formelzeichen c ( von lateinisch celeritas, Schnelligkeit) verwendet man in vielen Fällen auch für die abweichende Ausbreitungsgeschwindigkeit in Materialien wie Glas, Luft
oder elektrischen Leitungen. Wenn es sich nicht aus dem Zusammenhang ergibt, wird durch Wortzusätze deutlich gemacht, ob die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder im Material
gemeint ist. Auch der Index 0 ( → c 0 {\displaystyle c_{0}} c_{0}) wird für die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum verwendet.
Inhaltsverzeichnis
1 Wert
2 Natürliche Einheiten
3 Technische Bedeutung
4 Lichtgeschwindigkeit und Elektrodynamik
4.1 Ebene Welle oder Kugelwelle im Vakuum
4.2 Ebene Welle oder Kugelwelle in einem Medium
4.3 Transversal modulierte Welle im Vakuum
5 Lichtgeschwindigkeit in Materie
6 Lichtgeschwindigkeit und Teilchenphysik
7 Überlichtgeschwindigkeit
8 Historische Hintergründe
8.1 Spekulationen über Endlichkeit
8.2 Messung der Lichtgeschwindigkeit
8.3 Zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
8.3.1 Erste Überlegungen
8.3.2 Michelson-Morley-Experiment
8.3.3 Unabhängigkeit von der Quelle
9 Siehe auch
10 Literatur
11 Weblinks
12 Einzelnachweise und Anmerkungen
Wert
Zeitgetreue Darstellung eines Lichtstrahls, der von der Erde zum Mond reist; Dauer : etwa 1,3 Sekunden
Vor 1983 war der Meter als Vielfaches der Wellenlänge eines bestimmten atomaren Übergangs definiert. Die Lichtgeschwindigkeit war ein Ergebnis von Messungen, das in der
abgeleiteten Einheit Meter pro Sekunde angegeben wurde. Die 17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht hat 1983 das Verhältnis zwischen Lichtgeschwindigkeit und Meterdefinition
umgekehrt. Seitdem wird der Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des Übergangs und dem Meter als Ergebnis von Messungen betrachtet. Im Gegenzug konnte der Zusammenhang zwischen
dem Meter und der Lichtgeschwindigkeit durch eine Definition, d. h. ohne Messung, festgelegt werden.
Ein Meter ist die Strecke, die Licht im Vakuum binnen des 299.792.458. Teils einer Sekunde zurücklegt.[1]
Nach dieser Festsetzung beträgt die Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum exakt
c = 299 792 458 Meter Sekunde , {\displaystyle c=299\,792\,458\ {\frac {\text{Meter}}{\text{Sekunde}}},} {\displaystyle c=299\,792\,458\ {\frac {\text{Meter}}{\text
{Sekunde}}},}
also etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde oder etwas mehr als eine Milliarde Kilometer pro Stunde.
Der genaue Zahlenwert wurde so gewählt, dass er mit dem besten damaligen Messergebnis übereinstimmte. Er wird auch dann gültig bleiben, wenn genauere Geschwindigkeitsmessungen
möglich sind. Solche Messungen ergeben dann eine genauere Bestimmung für die Länge eines Meters.
Natürliche Einheiten
Viele Darstellungen der relativistischen Physik geben Längen durch Lichtlaufzeiten an oder umgekehrt Zeiten durch die Länge des Weges, den Licht während dieser Zeit durchläuft.
Ein Lichtjahr heißt dann kürzer ein Jahr. In diesen Maßeinheiten ( siehe Planck-Einheiten) gilt
1 Lichtsekunde = 299 792 458 Meter {\displaystyle 1{\text{ Lichtsekunde}}=299\,792\,458{\text{ Meter}}} {\displaystyle 1{\text{ Lichtsekunde}}=299\,792\,458{\text{
Meter}}}
und Licht hat die dimensionslose Geschwindigkeit einer Sekunde pro Sekunde
c = 1 {\displaystyle c=1} c=1.
Das Formelbild physikalischer Zusammenhänge vereinfacht sich durch diese Einheitenwahl, beispielsweise lautet der Zusammenhang von Energie E {\displaystyle E} E und Impuls p →
{\displaystyle {\vec {p}}} {\vec {p}} eines Teilchens der Masse m {\displaystyle m} m dann nicht mehr E 2 = m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}
c^{2}} E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}c^{2} sondern E 2 = m 2 + p → 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}+{\vec {p}}^{\,2}} E^{2}=m^{2}+{\vec {p}}^{\,2}.
Wer aus einer Gleichung in natürlichen Einheiten die Gleichung im Internationalen Einheitensystem ( SI) zurückgewinnen will, muss jeden Summanden mit so vielen Faktoren c
{\displaystyle c} c multiplizieren, dass beide Seiten der Gleichung und jeder Summand gleiche SI-Einheiten haben. Beispielsweise hat im SI die Energie die Maßeinheit einer Masse
mal dem Quadrat einer Geschwindigkeit und ein Impuls die Maßeinheit einer Masse mal einer Geschwindigkeit. Damit in der Formel E 2 = m 2 + p → 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}+{\vec
{p}}^{\,2}} E^{2}=m^{2}+{\vec {p}}^{\,2} auf der rechten Seite im SI Größen von derselben Maßeinheit, Energie mal Energie, stehen wie auf der linken, muss daher das
Massenquadrat mit c 4 {\displaystyle c^{4}} c^{4} und das Impulsquadrat mit c 2 {\displaystyle c^{2}} c^{2} multipliziert werden. So erhält man die im SI gültige Gleichung E 2 =
m 2 c 4 + p → 2 c 2 . {\displaystyle E^{2}=m^{2}\,c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}\,c^{2}.} E^{2}=m^{2}\,c^{4}+{\vec {p}}^{\,2}\,c^{2}.
Technische Bedeutung
Informationen in Telekommunikationsanlagen breiten sich mit 70 Prozent ( Glasfasern) bis 100 Prozent ( Vakuum, Weltraum) der Lichtgeschwindigkeit aus. Dadurch entstehen
gewisse Verzögerungszeiten, die sich nicht vermeiden lassen. Auf der Erde beträgt der maximale Abstand ( entlang der Oberfläche) zweier Orte etwa 20.000 km. Die Strecke lässt
sich in minimal 67 Millisekunden durchlaufen. Die tatsächliche Übertragungszeit ist allerdings länger. Bei atmosphärischer Übertragung wird die Welle in den verschiedenen
Schichten der Atmosphäre sowie am Erdboden reflektiert und hat so einen längeren Weg zurückzulegen. Bei der Übertragung in Glasfaserkabeln ist die Lichtgeschwindigkeit etwa 30
Prozent kleiner als im Vakuum.
Mikroprozessoren arbeiten heute mit Taktfrequenzen in der Größenordnung von 1 bis 4 GHz. Während eines Taktes legen elektrische Signale in Schaltkreisen mit Low-k-Dielektrikum
zwischen 5 und 20 cm zurück. Beim Design von Schaltkreisen sind diese Laufzeiten schon lange nicht mehr vernachlässigbar.
Geostationäre Satelliten befinden sich 35.786 Kilometer über dem Äquator. Um bei Telefon- oder Fernsehsignalen auf diesem Weg eine Antwort zu erhalten, muss das Signal
mindestens 144.000 Kilometer zurückgelegt haben : vom Sender zum Satelliten, dann zum Empfänger, anschließend erfolgt die Antwort, und das Signal läuft den gleichen Weg zurück.
Diese Laufzeit beträgt etwa 480 Millisekunden.
Raumsonden befinden sich an ihren Zielorten oft viele Millionen oder Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Selbst mit Lichtgeschwindigkeit sind die Funksignale mehrere
Minuten bis Stunden zu ihnen unterwegs. Die Antwort braucht noch einmal genauso lange zurück zur Erde. Extraterrestrische Fahrzeuge, wie zum Beispiel der Mars-Rover Opportunity,
müssen daher in der Lage sein, sich selbst zu steuern und Gefahren zu erkennen, da die Bodenstation erst Minuten später auf Zwischenfälle reagieren kann.
Lichtgeschwindigkeit und Elektrodynamik
Aus den Maxwell-Gleichungen folgt, dass elektrische und magnetische Felder schwingen können und dabei Energie durch den leeren Raum transportieren. Dabei gehorchen die Felder
einer Wellengleichung, ähnlich der für mechanische Wellen und für Wasserwellen. Die elektromagnetischen Wellen übertragen Energie und Information, was in technischen Anwendungen
für Radio, Radar oder Laser genutzt wird.
Ebene Welle oder Kugelwelle im Vakuum
Die Geschwindigkeit von ebenen oder kugelförmigen elektromagnetischen Wellen im Vakuum ist den Maxwell-Gleichungen zufolge der Kehrwert der Wurzel des Produkts der elektrischen
Feldkonstanten ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} \varepsilon _{0} und der magnetischen Feldkonstanten μ 0 : {\displaystyle \mu _{0} : } \mu _{0} :
c = 1 ε 0 μ 0 {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}}}} {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}}}}
Daraus berechnete Maxwell 1865 mit den damals bekannten Werten für ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} \varepsilon _{0} und μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} \mu _{0} den Wert von
310.740 km/s und folgerte :
„Diese Geschwindigkeit ist so nahe an der Lichtgeschwindigkeit, so dass wir einen starken Grund zu der Annahme haben, dass das Licht selbst ( einschließlich Wärmestrahlung
und anderer Strahlung, falls es sie gibt), eine elektromagnetische Welle ist.“
Maxwells Annahme ist in allen Beobachtungen an elektromagnetischer Strahlung bestätigt worden. Mit den heutigen Werten für c , ε 0 {\displaystyle c,\,\varepsilon _{0}} c,\,
\varepsilon _{0} und μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} \mu _{0} ist die Gleichung exakt erfüllt, denn c {\displaystyle c} c und μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} \mu _{0} sind als
Bestandteil der Definition der physikalischen Grundeinheiten exakt festgelegt und ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} \varepsilon _{0} wird aus der Gleichung ermittelt.
Ebene Welle oder Kugelwelle in einem Medium
In einem Medium werden die beiden Feldkonstanten durch das Material geändert, was durch die Faktoren relative Permittivität ε r {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {r} }}
\varepsilon _{\mathrm {r} } und relative Permeabilität μ r {\displaystyle \mu _{\mathrm {r} }} \mu _{\mathrm {r} } berücksichtigt wird. Beide hängen von der Frequenz ab. Die
Lichtgeschwindigkeit im Medium ist dementsprechend
c medium = 1 ε μ = 1 ε 0 ε r μ 0 μ r = c ε r μ r {\displaystyle c_{\text{medium}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \,\mu }}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\varepsilon _
{\mathrm {r} }\,\mu _{0}\,\mu _{\mathrm {r} }}}}={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}}} c_{\text{medium}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \,\mu
}}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{0}\,\mu _{\mathrm {r} }}}}={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}}.
Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in Vakuum zu der in einem Medium ist der ( frequenzabhängige) Brechungsindex n {\displaystyle n} n des Mediums. Der Zusammenhang des
Brechungsindex mit der relativen Permittivität und der relativen Permeabilität heißt auch maxwellsche Relation :
n = c c medium = ε r μ r {\displaystyle n={\frac {c}{c_{\text{medium}}}}={\sqrt {\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}} n={\frac {c}{c_{\text{medium}}}}={\sqrt
{\varepsilon _{\mathrm {r} }\,\mu _{\mathrm {r} }}}
Der rote Punkt bewegt sich mit der ( mittleren) Phasengeschwindigkeit, die grünen Punkte mit der Gruppengeschwindigkeit.
Wegen der im Allgemeinen gegebenen Abhängigkeit von ε r {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {r} }} \varepsilon _{\mathrm {r} } und μ r {\displaystyle \mu _{\mathrm {r} }} \mu
_{\mathrm {r} } von der Frequenz der Welle ist zu beachten, dass c m e d i u m {\displaystyle c_{\mathrm {medium} }} {\displaystyle c_{\mathrm {medium} }} die
Phasengeschwindigkeit im Medium bezeichnet, mit der Punkte gleicher Phase ( z. B. Minima oder Maxima) einer ebenen Welle mit konstanter Amplitude fortschreiten. Die Hüllkurve
eines räumlich begrenztes Wellenpakets pflanzt sich hingegen mit der Gruppengeschwindigkeit fort. In Medien weichen diese beide Geschwindigkeiten mehr oder weniger voneinander
ab. Insbesondere bedeutet ein Brechungsindex n < 1 {\displaystyle n<1} n<1 lediglich, dass sich die Wellenberge schneller als c ausbreiten. Wellenpakete, mit denen Information
und Energie transportiert werden, sind weiterhin langsamer als c.[2]
Transversal modulierte Welle im Vakuum
Nach den Maxwell-Gleichungen ergibt sich die von der Wellenlänge unabhängige Lichtgeschwindigkeit c = 1 / ε 0 μ 0 {\displaystyle c=1/{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}}} c=1/
{\sqrt {\varepsilon _{0}\,\mu _{0}}} u. a. für den Fall einer im Vakuum unendlich ausgedehnten ebenen Welle mit einer wohldefinierten Fortpflanzungsrichtung. Demgegenüber hat
jede praktisch realisierbare Lichtwelle immer ein gewisses Strahlprofil. Wird dies als Überlagerung von ebenen Wellen mit leicht veränderten Fortpflanzungsrichtungen
dargestellt, haben die einzelnen ebenen Wellen zwar alle die Vakuumlichtgeschwindigkeit c {\displaystyle c} c, jedoch gilt dies nicht notwendig für die durch die Überlagerung
entstehende Welle. Es resultiert eine leicht verlangsamte Welle. Das konnte an speziell geformten Bessel-Strahlen von Mikrowellen und sichtbarem Licht auch nachgewiesen werden,
sogar für die Geschwindigkeit einzelner Photonen.[3][4] Bei allen praktisch realisierbaren Lichtwellen, auch bei scharf gebündelten Laserstrahlen, ist dieser Effekt aber
vernachlässigbar klein.
Lichtgeschwindigkeit in Materie
Tscherenkow-Licht eines Triga-Reaktors
In Materie ist Licht langsamer als im Vakuum, und zwar gilt dort, wie oben hergeleitet wurde, c M e d i u m = c / n {\displaystyle c_{\,\mathrm {Medium} }={c}/{n}}
{\displaystyle c_{\,\mathrm {Medium} }={c}/{n}} mit einem Brechungsindex n, der größer als 1 ist.[5] Dies stimmt mit der Vorstellung überein, dass Photonen von den Molekülen
absorbiert und wieder ausgesendet werden. Zwar laufen sie zwischen den Molekülen so schnell wie im Vakuum, aber die Wechselwirkung mit den Molekülen, die wie effektive „Pausen“
wirkt, verlangsamt sie. Dieses anschauliche Bild kann allerdings nicht zur Berechnung der optischen Eigenschaften fester oder flüssiger Körper verwendet werden.
In bodennaher Luft ist die Lichtgeschwindigkeit etwa 0,28 ‰ geringer als im Vakuum ( also ca. 299.710 km/s), in Wasser beträgt sie etwa 225.000 km/s ( −25 %) und in Gläsern
mit hohem Brechungsindex bis hinab zu 160.000 km/s ( −47 %).
In manchen Medien wie Bose-Einstein-Kondensaten oder photonischen Kristallen herrscht für bestimmte Wellenlängen eine sehr große Dispersion. Licht breitet sich in ihnen deutlich
verlangsamt aus.[6] So konnte die Forschungsgruppe der dänischen Physikerin Lene Hau im Jahr 1999 Licht auf eine Gruppengeschwindigkeit von ungefähr 17 m/s bringen.[7]
Grenzen zwei durchsichtige Medien aneinander, so bewirkt die unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit in beiden Medien die Brechung des Lichts an der Grenzfläche. Da die
Lichtgeschwindigkeit im Medium auch von der Wellenlänge des Lichtes abhängt, wird Licht unterschiedlicher Farbe unterschiedlich gebrochen und weißes Licht spaltet in seine
unterschiedlichen Farbanteile auf. Dieser Effekt lässt sich z. B. mit Hilfe eines Prismas direkt beobachten.
In einem Medium können Teilchen schneller sein als das Licht im selben Medium. Wenn sie elektrisch geladen sind, wie etwa Elektronen oder Protonen, tritt dabei der Tscherenkow-
Effekt auf : Die Teilchen strahlen Licht ab, so wie ein überschallschnelles Flugzeug den Überschallknall hinter sich her schleppt. Dies ist beispielsweise in
Schwimmbadreaktoren beobachtbar. In ihnen befindet sich Wasser zwischen den Brennelementen. Die Betastrahlung der Spaltprodukte besteht aus Elektronen, die schneller sind als
die Lichtgeschwindigkeit im Wasser. Das von ihnen abgegebene Tscherenkow-Licht lässt das Wasser blau leuchten.
Der Tscherenkow-Effekt wird in Teilchendetektoren zum Nachweis schneller geladener Teilchen verwendet.
Lichtgeschwindigkeit und Teilchenphysik
Die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit als Grenzgeschwindigkeit massiver Teilchen : Wenn deren Geschwindigkeit gegen die Lichtgeschwindigkeit geht, wächst die Energie, also E ( v )
{\displaystyle E( v)} E( v), über alle Grenzen.
Teilchen ohne Masse bewegen sich immer und in jedem Inertialsystem mit Lichtgeschwindigkeit. Das bekannteste masselose Teilchen, das diese Eigenschaft zeigt, ist das Photon. Es
vermittelt die elektromagnetische Wechselwirkung, die einen großen Teil der Physik des Alltags bestimmt. Weitere masselose Teilchen sind im Standardmodell der Teilchenphysik die
Gluonen, die Vermittlerteilchen der starken Wechselwirkung. Teilchen mit einer von Null abweichenden Masse sind stets langsamer als das Licht. Wenn man sie beschleunigt, wächst
ihre Energie E ( v ) {\displaystyle E( v)} E( v) wegen der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung gemäß
E ( v ) = m c 2 1 − v 2 / c 2 . {\displaystyle E( v)={\frac {m\,c^{2}}{\sqrt {1-{v}^{2}/c^{2}}}}.} {\displaystyle E( v)={\frac {m\,c^{2}}{\sqrt {1-{v}^{2}/c^{2}}}}.}
Dabei ist v {\displaystyle v} v die Geschwindigkeit des Teilchens in Bezug auf das Inertialsystem, das für die Beschreibung des Vorgangs gewählt wird. Je näher der Betrag der
Teilchengeschwindigkeit v {\displaystyle v} v an der Lichtgeschwindigkeit c {\displaystyle c} c ist, desto mehr nähert sich der Quotient v 2 / c 2 {\displaystyle v^{2}/c^{2}}
v^{2}/c^{2} dem Wert 1 an und desto kleiner wird die Wurzel im Nenner. Insgesamt wird die Energie also umso größer, je mehr sich die Teilchengeschwindigkeit der
Lichtgeschwindigkeit nähert. Die zusätzliche Energie muss für die Beschleunigung aufgebracht werden. Mit endlich hoher Energie kann man also ein Teilchen zwar beliebig nahe an
die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, man kann diese jedoch nicht erreichen.
Der von der Relativitätstheorie vorhergesagte Zusammenhang von Energie und Geschwindigkeit wurde in verschiedenen Experimenten belegt.
Er hat u. a. Auswirkungen auf die Technik von Teilchenbeschleunigern. Die Umlaufzeit eines z. B. in einem Synchrotron kreisenden Pakets von Elektronen ändert sich bei weiterer
Beschleunigung kaum noch; die Synchronisation der einzelnen beschleunigenden Wechselfelder kann daher konstant sein. Dagegen muss sie bei schwereren Teilchen, die mit geringerer
Geschwindigkeit zugeführt werden, laufend der zunehmenden Geschwindigkeit angepasst werden.
Überlichtgeschwindigkeit
→ Hauptartikel : Überlichtgeschwindigkeit
Es gibt Spekulationen über Teilchen, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Ein Beispiel sind als Tachyonen bezeichnete hypothetische Teilchen. Nach der
Relativitätstheorie könnten Tachyonen nicht mit normaler Materie wechselwirken : sonst könnte man nicht, für alle Beobachter gleich, zwischen Ursache und Wirkung unterscheiden.
Die theoretischen Grundlagen des Tachyonen-Konzepts sind umstritten. Ein experimenteller Nachweis von Tachyonen gelang bisher nicht.
Darüber hinaus erregten in den vergangenen Jahren Veröffentlichungen besonderes Aufsehen, in denen die Beobachtung von Überlichtgeschwindigkeit behauptet wurde. Doch entweder
konnte gezeigt werden, dass die scheinbar überlichtschnelle Signalübermittlung durch eine Fehlinterpretation der Daten entstand ( überlichtschnelle Jets, superluminares
Tunneln), oder die Messungen konnten nicht reproduziert werden und stellten sich schließlich als fehlerhaft heraus ( siehe beispielsweise Messungen der
Neutrinogeschwindigkeit).
Historische Hintergründe
Spekulationen über Endlichkeit
Historisch vermutete Höhe der Lichtgeschwindigkeit Jahr ( etwa) Forscher Lichtgeschwindigkeit
450 v. Chr. Empedokles endlich
350 v. Chr. Aristoteles unendlich
100 Heron von Alexandria unendlich
1000 Avicenna/Alhazen endlich
1350 Sayana endlich
1600 Johannes Kepler unendlich
1620 René Descartes unendlich
1620 Galileo Galilei endlich
Die Frage, ob das Licht sich unendlich schnell ausbreitet oder ob es eine endliche Geschwindigkeit besitzt, war bereits in der Philosophie der Antike von Interesse. Licht legt
einen Kilometer in nur drei Mikrosekunden zurück. Mit den Beobachtungsmöglichkeiten der Antike ist somit unweigerlich ein Lichtstrahl scheinbar in dem Moment seines Entstehens
gleichzeitig bereits an seinem Ziel.
Trotzdem glaubte bereits Empedokles ( um 450 v. Chr.), Licht sei etwas, das sich in Bewegung befände und daher Zeit brauche, um Entfernungen zurückzulegen. Aristoteles meinte
dagegen, Licht komme von der bloßen Anwesenheit von Objekten her, sei aber nicht in Bewegung. Er führte an, dass die Geschwindigkeit andernfalls so enorm groß sein müsse, dass
sie jenseits der menschlichen Vorstellungskraft liege. Aufgrund seines Ansehens und Einflusses fand Aristoteles’ Theorie allgemeine Akzeptanz.
Eine altertümliche Theorie des Sehens ging davon aus, dass das zum Sehen benötigte Licht vom Auge emittiert wird ( heute noch : „das Augenlicht verlieren“ für erblinden). Ein
Objekt sollte demnach zu sehen sein, wenn die Lichtstrahlen aus dem Auge darauf träfen. Aufbauend auf dieser Vorstellung befürwortete auch Heron von Alexandria die
aristotelische Theorie. Er führte an, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich groß sein müsse, da man selbst die weit entfernten Sterne sehen kann, sobald man die Augen öffnet.
In der orientalischen Welt war dagegen auch die Idee einer endlichen Lichtgeschwindigkeit verbreitet. Insbesondere glaubten die persischen Philosophen und Wissenschaftler
Avicenna und Alhazen ( beide um das Jahr 1000), dass das Licht eine endliche Geschwindigkeit besitzt. Ihre Unterstützer waren aber gegenüber der Anhängerschaft der
aristotelischen Theorie in der Minderheit.
Zu Beginn des 17. Jahrhunderts glaubte der Astronom Johannes Kepler, dass die Lichtgeschwindigkeit zumindest im Vakuum unendlich sei, da der leere Raum für Licht kein Hindernis
darstelle. Hier scheint schon die Idee auf, dass die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls vom durchquerten Medium abhängig sein könnte.
Francis Bacon argumentierte, dass das Licht nicht notwendigerweise unendlich schnell sein müsse, sondern vielleicht nur schneller als wahrnehmbar.
René Descartes ging von einer unendlich großen Lichtgeschwindigkeit aus. Sonne, Mond und Erde liegen während einer Sonnenfinsternis in einer Linie. Descartes argumentierte, dass
diese Himmelskörper für einen Beobachter zu diesem Zeitpunkt scheinbar nicht in Reihe stehen würden, wenn die Lichtgeschwindigkeit endlich sei. Da ein solcher Effekt nie
beobachtet wurde, sah er sich in seiner Annahme bestätigt. Descartes glaubte derart stark an eine unendlich große Lichtgeschwindigkeit, dass er überzeugt war, sein Weltbild
würde zusammenbrechen, wenn sie endlich wäre.
Dem stehen um das Jahr 1700 die Theorien von Isaac Newton und Christiaan Huygens mit endlicher Lichtgeschwindigkeit gegenüber. Newton sah Licht als einen Strom von Teilchen an,
während Huygens Licht als eine Welle deutete. Beide konnten das Brechungsgesetz erklären, indem sie die Lichtgeschwindigkeit proportional ( Newton) bzw. umgekehrt proportional
( Huygens) zum Brechungsindex ansetzten. Newtons Vorstellung galt als widerlegt, nachdem im 19. Jahrhundert Interferenz und Beugung beobachtet und die Geschwindigkeit in Medien
gemessen werden konnten.
Da es zu Huygens Zeit die erste Messung der Lichtgeschwindigkeit gab, die seiner Meinung nach viel zu hoch war, als dass Körper mit Masse diese erreichen könnten, schlug er mit
dem Äther ein elastisches ( weder sicht- noch messbares) Hintergrundmedium vor, das die Ausbreitung von Wellen gestatte, ähnlich dem Schall in der Luft.
Messung der Lichtgeschwindigkeit
Historische Werte für die Lichtgeschwindigkeit ( Auswahl) Jahr Forscher Methode Lichtgeschwindigkeit in km/s Weitere Resultate
etwa 1620 Galileo Galilei Zeitverzögerung der Beobachtung von Laternen, die mit der Hand abgedeckt wurden mindestens mehrere km/s
1676/78 Ole Rømer / Christiaan Huygens Zeitverzögerung bei astronomischen Beobachtungen 213.000 Nachweis einer endlichen Lichtgeschwindigkeit
1728 James Bradley Aberration 301.000 Messung der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit auf 1 %
etwa 1775 ? Venus-Transit 1769 etwa 285.000 AE wurde erstmals genau bestimmt
1834 Charles Wheatstone Drehspiegelmethode zur Messung der Geschwindigkeit von elektrischem Strom 402.336 el. Strom im Leiter
1838 François Arago Vorschlag der Drehspiegelmethode keine Messung
1849 Armand Fizeau Zahnradmethode 315 000
1851 Léon Foucault Drehspiegelmethode 298.000 ± 500
1865 James Clerk Maxwell Maxwellgleichungen 310.740 Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen bei bekannten
Feldkonstanten für elektrisches und magnetisches Feld
1875 Alfred Cornu Drehspiegelmethode 299.990
1879 Albert A. Michelson Drehspiegelmethode 299.910 ± 50
1888 Heinrich Hertz Frequenz- und Wellenlängenmessung von stehenden Radiowellen etwa 300 000 Nachweis der Natur des Lichts als elektromagnetische Welle
1926 Albert A. Michelson Drehspiegelmethode 299.796 ± 4
1947 Louis Essen, Albert Gordon-Smith elektrischer Hohlraumresonator 299.792 ± 3
1958 Keith Froome Interferometer 299.792,5 ± 0,1
1973 Boulder-Gruppe am NBS Lasermessung 299.792,4574 ± 0,001
1983 ( Definition der CGPM) Neudefinition des Meters 299.792,458 ( exakt) Keine Messung
Galileo Galilei versuchte um 1600 als Erster, die Geschwindigkeit des Lichts mit wissenschaftlichen Methoden zu messen, indem er sich und einen Gehilfen mit je einer
Signallaterne auf zwei Hügel mit bekannter Entfernung postierte. Der Gehilfe sollte Galileis Signal unverzüglich zurückgeben. Unter Abzug der Reaktionszeit seines Gehilfen
erhoffte er sich, die Lichtgeschwindigkeit zu messen, da er mit vergleichbarer Methode schon erfolgreich die Schallgeschwindigkeit gemessen hatte. Zu seinem Erstaunen verblieb
nach Abzug der Reaktionszeit des Gehilfen keine messbare Zeit mehr; was sich auch nicht ( messbar) änderte, als die Distanz bis auf maximal mögliche Sichtweite der Laternen
erhöht wurde. Isaac Beeckman schlug 1629 eine abgewandelte Version des Versuchs vor, bei der das Licht von einem Spiegel reflektiert werden sollte. Descartes kritisierte solche
Experimente als überflüssig, da bereits exaktere Beobachtungen mit Hilfe von Sonnenfinsternissen durchgeführt worden seien und ein negatives Ergebnis geliefert hätten.
Dennoch wiederholte die Accademia del Cimento in Florenz 1667 das Experiment Galileis, wobei die Lampen etwa eine Meile entfernt voneinander standen. Wieder konnte keine
Verzögerung beobachtet werden. Das bestätigte Descartes’ Annahme einer unendlich schnellen Lichtausbreitung; Galilei und Robert Hooke deuteten das Ergebnis dagegen so, dass die
Lichtgeschwindigkeit sehr hoch ist und mit diesem Experiment nicht bestimmt werden konnte.
Die erste erfolgreiche Abschätzung der Lichtgeschwindigkeit gelang dem dänischen Astronomen Ole Rømer im Jahr 1676. Er untersuchte die Bewegung des Jupitermonds Io mit seinem
Teleskop. Aus dem Ein- beziehungsweise Austreten aus Jupiters Schatten ließ sich die mittlere Umlaufzeit des Mondes zu etwa 42,5 Stunden ermitteln. Mit diesem Wert lässt sich
der Zeitpunkt der Verfinsterung des Mondes vorhersagen. Doch Rømer bemerkte, dass die berechneten Werte nicht genau mit den Zeitpunkten des Ein- bzw. Austritts aus dem Schatten
des Jupiters übereinstimmten : Im Laufe eines Jahres ging der Mond erst zunehmend vor, dann zunehmend nach. Rømer deutete diese Zeitverschiebung durch eine unterschiedliche
Laufzeit des Lichtes abhängig vom jeweiligen Abstand zwischen Mond Io und der Erde. Er schloss daraus, dass das Licht sich nicht augenblicklich, sondern mit einer endlichen,
aber sehr hohen Geschwindigkeit ausbreitet. Er gab für den Erdbahndurchmesser eine Laufzeit des Lichtes von 22 min an. Der richtige Wert ist kürzer ( 16 min 38 s). Rømer hatte
von seinen Messungen extrapolieren müssen ( ohne die dazu nötige Rechnung anzugeben), weil Jupiter und Io im Bereich der größten Entfernung von der Erde nicht beobachtbar sind,
weil die Sonne dazwischen steht. Da Rømer den Durchmesser der Erdbahn nicht kannte, hat er für die Geschwindigkeit des Lichtes keinen Wert angegeben. Dies tat zwei Jahre später
Christiaan Huygens als Erster. Er bezog die Laufzeitangabe von Rømer auf den von Cassini 1673 zufällig etwa richtig angegebenen Erdbahndurchmesser von 280 Millionen Kilometer
und kam so auf die Lichtgeschwindigkeit 213.000 km/s. Weil beide Werte ungenau waren, wich die berechnete Geschwindigkeit um etwa ein Viertel vom heutigen Wert ab.
James Bradley fand 1728 eine andere astronomische Methode, indem er die Schwankungen der Sternpositionen um einen Winkel von 20″ während des Umlaufs der Erde um die Sonne (
Aberration ( Astronomie)) bestimmte. Seine Messungen waren der Versuch, die Parallaxe von Fixsternen zu beobachten, um damit deren Entfernungen zu bestimmen. Daraus berechnete
Bradley, dass das Licht 10.210-mal schneller als die Erde bei ihrem Umlauf ist ( Messfehler 2 %). Seine Messung ( veröffentlicht im Jahr 1729) wurde damals als weiterer Beweis
für eine endliche Lichtgeschwindigkeit und – gleichzeitig – für das kopernikanische Weltsystem angesehen. Aus seinen Beobachtungen resultierte ein Wert von 301.000 km/s. Für die
Berechnung benötigte er die Bahngeschwindigkeit der Erde und für sie wieder den Erdbahnradius.
Versuchsaufbau des Experiments von Fizeau
Cassini hatte den Erdbahnradius aus der Marsparallaxe ermittelt. Das wurde damals von Edmund Halley kritisiert. Er schlug stattdessen vor, die Venusdurchgänge 1761 und 1769
dafür zu benutzen. Durch deren Auswertung wusste man erstmals die absolute Größe des Planetensystems ( siehe Astronomische Einheit) und konnte über bekannte „Lichtentfernungen“
die Lichtgeschwindigkeit auf etwa 5 % Genauigkeit berechnen.
Versuchsaufbau des Experiments von Foucault
Die erste irdische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit gelang Armand Fizeau mit der Zahnradmethode. Er sandte 1849 Licht durch ein rotierendes Zahnrad auf einen mehrere
Kilometer entfernten Spiegel, der es wieder zurück durch das Zahnrad reflektierte. Je nachdem, wie schnell sich das Zahnrad dreht, fällt das reflektierte Licht, das auf dem
Hinweg eine Lücke des Zahnrads passiert hat, entweder auf einen Zahn, oder es gelangt wieder durch eine Lücke, und nur dann sieht man es. Fizeau kam damals auf einen um 5 % zu
großen Wert.
Léon Foucault verbesserte 1850 die Methode weiter, indem er mit der Drehspiegelmethode die Messstrecken deutlich verkürzte. Damit konnte er erstmals die Materialabhängigkeit der
Lichtgeschwindigkeit nachweisen : Licht breitet sich in anderen Medien langsamer aus als in Luft. Im Experiment fällt Licht auf einen rotierenden Spiegel. Von diesem wird es
auf einen festen Spiegel abgelenkt, wo es zurück auf den rotierenden Spiegel reflektiert wird. Da sich der Drehspiegel aber inzwischen weiter gedreht hat, wird der Lichtstrahl
nun nicht mehr auf den Ausgangspunkt reflektiert. Durch Messung der Verschiebung des Punktes ist es bei bekannter Drehfrequenz und bekannten Abständen möglich, die
Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen. Foucault veröffentlichte sein Ergebnis 1862 und gab c zu 298.000 Kilometern pro Sekunde an.
Simon Newcomb und Albert A. Michelson bauten wiederum auf Foucaults Apparatur auf und verbesserten das Prinzip nochmals. 1926 benutzte Michelson in Kalifornien ebenfalls
rotierende Prismenspiegel, um einen Lichtstrahl vom Mount Wilson zum Mount San Antonio und zurückzuschicken. Er erhielt 299.796 km/s, was fast genau dem heutigen Wert
entspricht; die Abweichung beträgt weniger als 0,002 %.
Zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
Erste Überlegungen
James Bradley konnte mit seinen Untersuchungen zur Aberration von 1728 nicht nur die Lichtgeschwindigkeit selbst bestimmen, sondern auch erstmals Aussagen über ihre Konstanz
treffen. Er beobachtete, dass die Aberration für alle Sterne in der gleichen Blickrichtung während eines Jahres in identischer Weise variiert. Daraus schloss er, dass die
Geschwindigkeit, mit der Sternenlicht auf der Erde eintrifft, im Rahmen seiner Messgenauigkeit von etwa einem Prozent für alle Sterne gleich ist.
Um zu klären, ob diese Eintreffgeschwindigkeit davon abhängt, ob sich die Erde auf ihrem Weg um die Sonne auf einen Stern zu oder von ihm weg bewegt, reichte diese
Messgenauigkeit allerdings nicht aus. Diese Frage untersuchte zuerst François Arago 1810 anhand der Messung des Ablenkwinkels von Sternenlicht in einem Glasprisma. Nach der
damals akzeptierten Korpuskulartheorie des Lichtes erwartete er eine Veränderung dieses Winkels in einer messbaren Größenordnung, da sich die Geschwindigkeit des einfallenden
Sternenlichts zu der Geschwindigkeit der Erde auf ihrem Weg um die Sonne addieren sollte. Es zeigten sich jedoch im Jahresverlauf keine messbaren Schwankungen des Ablenkwinkels.
Arago erklärte dieses Ergebnis mit der These, dass Sternenlicht ein Gemisch aus verschiedenen Geschwindigkeiten sei, während das menschliche Auge daraus nur eine einzige
wahrnehmen könne. Aus heutiger Sicht kann seine Messung jedoch als erster experimenteller Nachweis der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit betrachtet werden.
Mit dem Aufkommen der Vorstellung von Licht als Wellenphänomen formulierte Augustin Fresnel 1818 eine andere Interpretation des Arago-Experiments. Danach schloss die Analogie
zwischen mechanischen Wellen und Lichtwellen die Vorstellung ein, dass sich Lichtwellen in einem gewissen Medium ausbreiten müssen, dem sogenannten Äther, so wie sich auch
Wasserwellen im Wasser ausbreiten. Der Äther sollte dabei den Bezugspunkt für ein bevorzugtes Inertialsystem darstellen. Fresnel erklärte das Ergebnis von Arago durch die
Annahme, dass dieser Äther im Inneren von Materie teilweise mitgeführt werde, in diesem Fall im verwendeten Prisma. Dabei würde der Grad der Mitführung in geeigneter Weise vom
Brechungsindex abhängen.
Michelson-Morley-Experiment
Schematischer Aufbau des Michelson-Morley-Experiments
→ Hauptartikel : Michelson-Morley-Experiment und Geschichte der speziellen Relativitätstheorie
1887 führten Albert A. Michelson und Edward W. Morley ein bedeutsames Experiment zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Erde relativ zu diesem angenommenen Äther durch. Dazu
wurde die Abhängigkeit der Lichtlaufzeiten vom Bewegungszustand des Äthers untersucht. Das Experiment ergab wider Erwarten stets die gleichen Laufzeiten. Auch Wiederholungen des
Experiments zu verschiedenen Phasen des Erdumlaufs um die Sonne führten stets zu demselben Ergebnis. Eine Erklärung anhand einer weiträumigen Äthermitführung durch die Erde als
Ganzes scheiterte daran, dass es in diesem Fall keine Aberration bei Sternen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Erde gäbe.
Eine mit der maxwellschen Elektrodynamik verträgliche Lösung wurde mit der von George FitzGerald und Hendrik Lorentz vorgeschlagenen Längenkontraktion erreicht. Lorentz und
Henri Poincaré entwickelten diese Hypothese durch Einführung der Zeitdilatation weiter, wobei sie dies jedoch mit der Annahme eines hypothetischen Äthers kombinierten, dessen
Bewegungszustand prinzipiell nicht ermittelbar gewesen wäre. Das bedeutet, dass in dieser Theorie die Lichtgeschwindigkeit „real“ nur im Äthersystem konstant ist, unabhängig von
der Bewegung der Quelle und des Beobachters. Das heißt unter anderem, dass die maxwellschen Gleichungen nur im Äthersystem die gewohnte Form annehmen sollten. Dies wurde von
Lorentz und Poincaré jedoch durch die Einführung der Lorentz-Transformation so berücksichtigt, dass die „scheinbare“ Lichtgeschwindigkeit auch in allen anderen Bezugssystemen
konstant ist und somit jeder von sich behaupten kann, im Äther zu ruhen. ( Die Lorentz-Transformation wurde also nur als mathematische Konstruktion interpretiert, während
Einstein ( 1905) auf ihrer Grundlage alle bisherigen Vorstellungen über die Struktur der Raumzeit revolutionieren sollte, siehe unten). Poincaré stellte noch 1904 fest, das
Hauptmerkmal der lorentzschen Theorie sei die Unüberschreitbarkeit der Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter, unabhängig von ihrem Bewegungszustand relativ zum Äther ( siehe
lorentzsche Äthertheorie). Das bedeutet, auch für Poincaré existierte der Äther.
Jedoch war eine Theorie, in der das Äthersystem zwar als existent angenommen wurde, aber unentdeckbar blieb, sehr unbefriedigend. Eine Lösung des Dilemmas fand Einstein ( 1905)
mit der Speziellen Relativitätstheorie, indem er die konventionellen Vorstellungen von Raum und Zeit aufgab und durch das Relativitätsprinzip und die Lichtkonstanz als
Ausgangspunkte bzw. Postulate seiner Theorie ersetzte. Diese Lösung war formal identisch mit der Theorie von H. A. Lorentz, jedoch kam sie wie bei einer Emissionstheorie ganz
ohne „Äther“ aus. Die Lichtkonstanz entnahm er dem lorentzschen Äther, wie er 1910 ausführte, wobei er im Gegensatz zu Poincaré und Lorentz erklärte, dass gerade wegen der
Gleichberechtigung der Bezugssysteme und damit der Unentdeckbarkeit des Äthers der Ätherbegriff überhaupt sinnlos sei.[8] 1912 fasste er dies so zusammen : [9]
„Es ist allgemein bekannt, dass auf das Relativitätsprinzip allein eine Theorie der Transformationsgesetze von Raum und Zeit nicht gegründet werden kann. Es hängt dies
bekanntlich mit der Relativität der Begriffe „Gleichzeitigkeit“ und „Gestalt bewegter Körper“ zusammen. Um diese Lücke auszufüllen, führte ich das der H. A. Lorentzschen Theorie
des ruhenden Lichtäthers entlehnte Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ein, das ebenso wie das Relativitätsprinzip eine physikalische Voraussetzung enthält, die nur
durch die einschlägigen Erfahrungen gerechtfertigt erschien ( Versuche von Fizeau, Rowland usw.).“
Die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit des gleichförmig bewegten Beobachters ist also Grundlage der Relativitätstheorie. Diese Theorie ist seit
Jahrzehnten aufgrund vieler sehr genauer Experimente allgemein akzeptiert.
Unabhängigkeit von der Quelle
→ Hauptartikel : Emissionstheorie
Mit dem Michelson-Morley-Experiment wurde zwar die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit für einen mit der Lichtquelle mitbewegten Beobachter bestätigt, jedoch keineswegs für einen
nicht mit der Quelle mitbewegten Beobachter. Denn das Experiment kann auch mit einer Emissionstheorie erklärt werden, wonach die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen
lediglich konstant relativ zur Emissionsquelle ist ( das heißt, in Systemen, wo sich die Quelle mit ±v bewegt, würde sich das Licht folglich mit c ± v ausbreiten). Auch Albert
Einstein zog vor 1905 eine solche Hypothese kurz in Betracht,[10] was auch der Grund war, dass er in seinen Schriften das MM-Experiment zwar immer als Bestätigung des
Relativitätsprinzips, aber nicht als Bestätigung der Lichtkonstanz verwendete.[11]
Jedoch würde eine Emissionstheorie eine völlige Reformulierung der Elektrodynamik erfordern, wogegen der große Erfolg von Maxwells Theorie sprach. Die Emissionstheorie wurde
auch experimentell widerlegt. Beispielsweise müssten die von der Erde aus beobachteten Bahnen von Doppelsternen bei unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeiten verzerrt ausfallen,
was jedoch nicht beobachtet wurde. Beim Zerfall von sich mit annähernd c bewegenden π0-Mesonen hätten die dabei entstehenden Photonen die Geschwindigkeit der Mesonen übernehmen
und sich annähernd mit doppelter Lichtgeschwindigkeit bewegen sollen, was jedoch nicht der Fall war. Auch der Sagnac-Effekt demonstriert die Unabhängigkeit der
Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung der Quelle. Alle diese Experimente finden ihre Erklärung in der Speziellen Relativitätstheorie, die u. a. aussagt : Licht überholt nicht
Licht.
Siehe auch
Einweg-Lichtgeschwindigkeit
Scharnhorst-Effekt
Literatur
Historische Arbeiten
Subhash Kak : The Speed of Light and Puranic Cosmology. Annals Bhandarkar Oriental Research Institute 80, 1999, S. 113–123, arxiv : physics/9804020.
Ole Rømer : Démonstration touchant le mouvement de la lumière. In : Journal des Sçavans. de Boccard, Paris 1676 ( PDF Engl. Version ( Memento vom 21. Dezember 2008 im
Internet Archive)).
S. Débarbat, C. Wilson : The galilean satellites of Jupiter from Galileo to Cassini, Römer and Bradley. In : René Taton ( Hrsg.) : Planetary astronomy from the
Renaissance to the rise of astrophysics. Part A : Tycho Brahe to Newton. Univ. Press, Cambridge 1989, ISBN 0-521-24254-1, S. 144–157.
G. Sarton : Discovery of the aberration of light ( with facsimile of Bradley’s letter to Halley 1729). In : Isis. Band 16, Nr. 2. Univ. Press November 1931, ISSN 0021-
1753, S. 233–248.
Edmund Halley : Monsieur Cassini, his New and Exact Tables for the Eclipses of the First Satellite of Jupiter, reduced to the Julian Stile and Meridian of London. In :
Philosophical Transactions. Band 18. London 1694, S. 237–256 ( archive.org).
H. L. Fizeau : Sur une expérience relative à la vitesse de propagation de la lumière. In : Comptes Rendus. Band 29. Gauthier-Villars, Paris 1849 ( academie-sciences.fr
[PDF]).
J. L. Foucault : Détermination expérimentale de la vitesse de la lumière, parallaxe du Soleil. In : Comptes Rendus. Band 55. Gauthier-Villars 1862, ISSN 0001-4036.
A. A. Michelson : Experimental Determination of the Velocity of Light. In : Proceedings of the American Association for the Advancement of Science. Philadelphia 1878 (
Projekt Gutenberg).
Simon Newcomb : The Velocity of Light. In : Nature. London 13. Mai 1886.
Joseph Perrotin : Sur la vitesse de la lumière. In : Comptes Rendus. Nr. 131. Gauthier-Villars 1900, ISSN 0001-4036.
A. A. Michelson, F. G. Pease, F. Pearson : Measurement of the Velocity of Light In a Partial Vacuum. In : Astrophysical Journal. Band 81. Univ. Press 1935, ISSN 0004-637X,
S. 100–101.
Moderne Arbeiten
George F.R. Ellis, Jean-Philippe Uzan : ‘c’ is the speed of light, isn’t it? In : Am J Phys. 73, 2005, S. 240–247, doi : 10.1119/1.1819929, arxiv : gr-qc/0305099.
Jürgen Bortfeldt : Units and fundamental constants in physics and chemistry, Subvolume B. In : B. Kramer, Werner Martienssen ( Hrsg.) : Numerical data and functional
relationships in science and technology. Band 1. Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-54258-2.
Weblinks
Wiktionary : Lichtgeschwindigkeit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons : Lichtgeschwindigkeit – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Flug durch Stonehenge.
Fast lichtschnell durch die Stadt. Eine Spritztour durch die Tübinger Altstadt bei simulierter Beinahe-Lichtgeschwindigkeit.
Gibt es Überlichtgeschwindigkeit? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri ( ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 7. Juli 2004.
Kann man mit Lichtgeschwindigkeit reisen? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri ( ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 5. Jan. 2005.
Einzelnachweise und Anmerkungen
Resolution zur Definition des Meters als Ergebnis der 17th CGPM-Tagung. „The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458
of a second.“
Die Beziehungen für die Phasengeschwindigkeit bzw. die Gruppengeschwindigkeit werden mathematisch besonders einfach, wenn man statt der Frequenz f die Kreisfrequenz ω =2πf und
statt der Wellenlänge λ die reziproke Größe k : =2π/λ benutzt, die sogenannte „Wellenzahl“ : Dann ist die Phasengeschwindigkeit durch den Quotienten v P = ω / k {\displaystyle
v_{P}=\omega /k} v_{P}=\omega /k gegeben, die Gruppengeschwindigkeit v G = d ω / d k {\displaystyle v_{G}=\mathrm {d} \omega /\mathrm {d} k} {\displaystyle v_{G}=\mathrm {d}
\omega /\mathrm {d} k} durch die Ableitung der Funktion ω ( k ) . {\displaystyle \omega ( k).} {\displaystyle \omega ( k).}
D. Giovannini u. a. : Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light. Auf : sciencemag.org. 22. Januar 2015. doi :
10.1126/science.aaa3035.
Lichtquanten trödeln im Vakuum. Auf : pro-physik.de. 22. Januar 2015.
Genau genommen wird dabei vorausgesetzt, dass Einschwingvorgänge bereits abgeklungen sind und man es mit stationären Verhältnissen zu tun hat. Interessanterweise gelten
jedenfalls in Materie analoge Formeln für die sog. retardierten Potential- und Vektorpotentiale wie im Vakuum, d. h., auch dort erfolgt die Retardierung mit der Vakuum-
Lichtgeschwindigkeit : Die Polarisationseffekte der Materie stecken nur in den zweiten Termen der zu retardierenden effektiven Ladungs- und Stromdichten ρ E ( = d i v ( D −
P ) ) {\displaystyle \rho _{E}\,\,( =\mathrm {div} \,\,( \mathbf {D-P} ))} \rho _{E}\,\,( =\mathrm {div} \,\,( \mathbf {D-P} )) und j B ( = r o t ( H + M ) ) .
{\displaystyle \mathbf {j} _{B}\,\,( =\mathrm {rot\,\,} ( \mathbf {H+M} )).} {\displaystyle \mathbf {j} _{B}\,\,( =\mathrm {rot\,\,} ( \mathbf {H+M} )).} Dies entspricht
präzise dem folgenden Text.
Langsames Licht in photonischen Resonanzen.
Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas. Artikel in Nature zur Verlangsamung von Licht in einem Bose-Einstein-Kondensat.
A. Einstein : Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung. In : Physikalische Zeitschrift. Band 10, Nr. 22, 1909, S. 817–825 (
WikiSource ( englisch), PDF ( deutsch)).
A. Einstein : Relativität und Gravitation. Erwiderung auf eine Bemerkung von M. Abraham. In : Annalen der Physik. Band 38, 1912, S. 1059–1064, doi : 10.1002/andp.19123431014 (
PDF ( deutsch)).
J. D. Norton : Einstein’s Investigations of Galilean Covariant Electrodynamics prior to 1905. In : Archive for History of Exact Sciences. Band 59, 2004, S. 45–105, doi :
10.1007/s00407-004-0085-6 ( pitt.edu).
J. Stachel : Einstein and Michelson : the Context of Discovery and Context of Justification. In : Astronomische Nachrichten. Band 303, Nr. 1, 1982, S. 47–53, doi :
10.1002/asna.2103030110.
Kaynakça
^ Uzan, J-P; Leclercq, B ( 2008 ).
^ International Bureau of Weights and Measures ( 2006), The International System of Units ( SI) ( PDF) ( 8th ed.), p. 112, ISBN 92-822-2213-6
^ Gibbs, P ( 2004) [1997].
^ Mendelson, KS ( 2006).
^ See for example :
^ Gibbs, P ( 1997) [1996].
^ Uzan, J-P ( 2003).
^ Amelino-Camelia, G ( 2008 ).
^ Herrmann, S; et al. ( 2009).
^ Lang, KR ( 1999).
^ Fowler, M ( March 2008 ).
^ Tolman, RC ( 2009) [1917].
^ Quimby, RS ( 2006).
^ a b c d e f g Gibbs, P ( 1997).
^ Sakurai, JJ ( 1994).
^ Wynne, K ( 2002).
^ Chase, IP.
^ Harrison, ER ( 2003).
^ Panofsky, WKH; Phillips, M ( 1962).
^ Amelino-Camelia, G ( 2009).
^ a b Milonni, PW ( 2004). "2".
^ Cherenkov, Pavel A. ( 1934).
^ Parhami, B ( 1999).
^ "Theoretical vs real-world speed limit of Ping".
^ Further discussion can be found at "StarChild Question of the Month for March 2000".
^ "Time is money when it comes to microwaves".
^ a b Bradley, J ( 1729).
^ Pitjeva, EV; Standish, EM ( 2009).
^ IAU Working Group on Numerical Standards for Fundamental Astronomy.
^ Fowler, M. "The Speed of Light".
^ Cooke, J; Martin, M; McCartney, H; Wilf, B ( 1968 ).
^ Aoki, K; Mitsui, T ( 2008 ).
^ James, MB; Ormond, RB; Stasch, AJ ( 1999).
^ a b c Essen, L; Gordon-Smith, AC ( 1948 ).
^ a b Rosa, EB; Dorsey, NE ( 1907).
^ Essen, L ( 1947).
^ a b Essen, L ( 1950).
^ Stauffer, RH ( April 1997).
^ "BBC Look East at the speed of light".
^ Sullivan, DB ( 2001).
^ a b Evenson, KM; et al. ( 1972).
^ "Touchant le mouvement de la lumiere trouvé par M. Rŏmer de l'Académie Royale des Sciences" ( PDF).
^ a b Huygens, C ( 1690).
^ Michelson, A. A. ( 1927).
^ Froome, KD ( 1958 ).
^ "Resolution 1 of the 17th CGPM".
^ O'Connor, JJ; Robertson, EF.
^ Marshall, P ( 1981).
^ Carl Benjamin Boyer, The Rainbow : From Myth to Mathematics ( 1959)
^ O'Connor, JJ; Robertson, EF ( November 1997).
^ Darrigol, O ( 2000).
^ Galison, P ( 2003).
^ Miller, AI ( 1981).
^ Pais, A ( 1982).
^ "Resolution 2 of the 15th CGPM".
^ Adams, S ( 1997).
^ Rindler, W ( 2006).
|
|
|
Kimya Nedir ? Kimyanın Temel Kanunları Nelerdir ? |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:48 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
Kimya Nedir ? Kimyanın Temel Kanunları Nelerdir ?
Kimya, maddenin yapısını, özelliklerini, birleşimini, etkileşimlerini, tepkimelerini araştıran ve uygulayan bilim dalıdır.[1][2] Kimya bilimi daha kapsamlı bir ifadeyle, maddelerin özellikleriyle, sınıflandırılmasıyla, atomlarla, atom teorisiyle, kimyasal bileşiklerle, kimyasal tepkimelerle, maddenin hâlleriyle, moleküller arası ve moleküler kuvvetlerle, kimyasal bağlarla, tepkime kinetiğiyle ve kimyasal dengenin prensipleriyle ve benzeri konularla ilgilenir. Kimya'nın ana alt bilim dalları, analitik, anorganik, organik kimya fizikokimya ve biyokimyadır.
Kimyanın Temel Kanunları
Kimyanın Temel Kanunları,yaklaşık olarak 1700 yıllarında oluşmaya başladı.Günümüze kadar bu kanunlar çoğalarak devam etmiştir.Bunlar sırayla;
Kütlenin korunumu kanunu: Antoine Lavosier tarafından bulunan kanuna göre ;bir tepkimeye giren maddelerin kütlelerinin toplamı,tepkimeden çıkan maddelerin kütlelerinin toplamına eşittir.
Sabit oranlar kanunu: Joseph Proust tarafından bulunan kanuna göre;Bir bileşiği oluşturan elementler birbirleriyle sabit bir oranda birleşirler.
Katlı oranlar kanunu:John Dalton tarafından bulunan kanuna göre ;İki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, birinci elementin sabit miktarıyla birleşen ikinci elementin kütleleri arasında belirli bir oran vardır.
Birleşen Hacim Oranları: Gay Lusac tarafından geliştirilen kanuna göre ;Sabit basınç ve sıcaklıkta gazların birleşen hacimlerinin oranı tanecik sayılarının oranını verir.
Avogadro Hipotezi: Amedeo Avogadro tarafından bulunan kanuna göre;eşit hacimdeki gazların; eşit sıcaklık ve eşit basınçta aynı sayıda parçacık ya da molekül sayısına sahip olduğunu öne sürer.
Kimya köken bilimi
Kimya sözcüğüyle simya sözcüğünün aynı kökten geldiği tahmin edilmektedir. 17 yüzyılda kimya ve simya sözcükleri aynı bilimsel disiplini, ( maddenin analizi, sentezini içeren çalışmaları) tanımlamak için ayırt edilmeksizin kullanılmışlardır. Ancak 18. yüzyılda bu iki sözcük arasında bir ayrım gözetilmeye başlanmış, simya daha çok metalden altın yapmakla ilgili uğraşları tanımlamak için kullanılmıştır.[3] Simya sözcüğünün Arapça al-kimia ( الكيمياء) sözcüğünden türediği[4], bu Arapça sözcüğünde Antik Yunanca himya ( metal eritmek anlamına gelen χημεία ya da χημία) sözcüğünden türediği iddia edilmektedir.
Tarihi
Kimya'nın tarihi Simya öncesi, Simya dönemi, Geleneksel ve Modern kimya dönemleri olmak üzere 4 ana başlık altında toplanarak incelenebilinir.
Simya öncesi
Kimyanın bilinen tarihi Antik Mısır döneminde başlamıştır. MÖ 2000'li yıllarda Mısırlılar'ın kimyasal yöntemler kullanarak kozmetik tozlar ürettikleri iddia edilmektedir.[6] Kral Hamurabi döneminde ( MÖ 1792-1750) Babiller altın, gümüş, civa, kurşun, demir ve bakır gibi metalleri tanımlanmış ve bu metallere semboller verilmiştir.[7] Erken Yunan felsefeciler ( Sokrates öncesi düşünürler) doğal olayları doğaüstü olmayan nedenlerle açıklamaya çalışmışlar[8], bunun sonucunda da bu dönemde simya öncesi kimya biliminin temelleri atılmıştır. Miletli Tales ( MÖ 624 – MÖ 546) maddenin presiplerini araştırmış ve suyun evrenin temel maddesi olduğunu öne sürmüştür.[9] Bir diğer Miletli Anaksimandros ( MÖ 610- MÖ 546) suyun karşıtı olan ateşin nasıl oluştuğunu sorgulamıştır.[10] Empedokles ( MÖ 490-430) evrenin 4 temel element ateş, hava, su ve topraktan oluştuğunu iddia etmiştir.[11] Empedokles'in tanımına göre toprak katı maddeleri, su sıvı maddeleri ve metalleri, hava gasları ifade etmekteydi. Bununla beraber ateşide bir süreçten çok sıvı,gaz ve katı gibi maddenin bir hali olarak tanımlamıştır. Demokritos'un hocası Leukippos evrenin iki çeşit elementten oluştuğunu ( boşluk ve katı) ifade etmiş, boşluğun ve katılığın evrendeki tüm elementleri oluşturduğunu ifade etmiştir.[12] Democritus ( MÖ 460-370) Leukippos ile birlikte atomcu teoriyi geliştirmiştir.[13] Maddelerin yapı taşı olarak daha küçük parçalara ayrılamayan atomlar Leucippus ve Democritus'un geliştirdiği bir felsefe sistemi olarak kabul edilmesine rağmen Platon bu atomculuk teorisine bölünemezlik prensibini eklemiştir. Plato evreni oluşturan 4 temel elementin geometrik katılardan oluştuğunu bu katılarında üçgen yüzeylerden oluştuğunu iddia etmiştir.[14] Aristoteles ( MÖ 384-323) elementlerin özellikleri düşüncesini geliştirmiştir. Farklı elementlerin farklı özellikleri olduğunu ve bunun çeşitli nicel değişkenlere bağlı olduğunu ifade etmiştir. Bu nicel özellikleri değiştirildiğinde bir elementin başka bir elemente dönüştürülebileceğini ve maddelerin değişim halinde olduğunu iddia etmiştir.
Simya dönemi
Aristotales'in fikirlerinden etkilenen simyacılar ( yaklaşık M.Ö. 320-MS 300) yılları arasında Yunanca konuşulan Akdeniz kıyılarında, Mısır'da, İran'da Aristotales ve diğer Yunan filozofların teorilerini pratiğe geçirmeye başlamışlardır.[16][17] Yine bu dönemde ilk defa simyacılar ucuz metallerden altın elde etmeyi mümkün kılması düşünülen felsefe taşını üretmeye çalışmışlardır.[7]
13. yüzyıla gelindiğinde simya tüm Avrupa kıtasında yaygın bir hale gelmiş, örneğin dönemin önemli bilim adamlarından Raymundus Lullus[18] İngiltere kralı tarafından İngiltere'ye basit metalden altın üretmesi için davet edilmiştir.[7] 13. yüzyılın başlarında dönemin ünlü simyacıları Roger Bacon[19] ( 1214/1220–1292), Albertus Magnus[20], ve Raymundus Lullus basit metalden altın üretme yöntemleri dışında simyanın diğer alanlarına yönelip, simyanın günümüz kimyasına yaklaşmasına öncü olmuşlardır.[21]
14. yüzyılda Katolik Kilisesi simya karşıtı taraf olmuş ve 1317 yılında Papa John XXII simyacılığı yasaklamıştır.[22]
17. yüzyıla gelindiğinde simya göreceli olarak az da olsa hala varlığını sürdürmekteydi. 17. yüzyılın etkin bilim adamlarından Robert Boyle 1661 yılında döneminde büyük yankı uyandıran eseri The Sceptical Chymist'i yayımlamıştır.[23] Aristotales'in 4 element teorisini ret eden bu kitap aynı zamanda simyanın döneminin de sona erdiğini işaret etmekteydi.[24]
Simya döneminde simyacıların araştırmaları ve deneyleri vasıtasıyla birçok laboratuvar tekniği geliştirilmiş ve çeşitli bileşik ve elementler keşif edilmiştir.
Geleneksel kimya
Bu dönem 17. yüzyıl sonuyla 19. yüzyıl başlarına denk gelmektedir. Johann Joachim Becher 17. yüzyıl ortalarında yanma ile ilgili Phlogiston teorisini geliştirmiştir. Bu teoriye göre her yanıcı madde phlogiston diye adlandırılan kokusuz, renksiz, tatsız ve ağırlıksız bir içerik içermekteydi ve bu içerik yanma gerçekleştiğinde yanıcı madde tarafından ortama salınmaktaydı.[25]
Lavoisier ve Eşi
Bu teori daha sonra Georg Ernst Stahl tarafından daha popüler bir hale getirilmiş 18. yüzyılın büyük bir kısmında genel kabül görmüştür.[26] 1785 1787 yılları arasında Fransız fizikçi Coulomb günümüzde Coulomb yasası olarak adlandırılan benzer yüklü maddelerin birbirini ittiği karşıt yüklülerin birbirini çektiği ve bu çekim ya da itim kuvvetinin hesaplanması için gerekli denklemi de içeren kanunu bulmuştur.[27] Phlogiston teorisi 18. yüzyılın sonlarına gelindiğinde Lavoisier tarafından çürütülmüştür. Daha önceden Phlogiston teorisine göre de-phogiston maddesi olarak adlandıralan maddenin oksijen olduğunu keşfetmiştir.[28] 1803 yılında John Dalton atom teorisini kraliyet enstitünde ilk kez sunmuştur. Bu teoriye göre farklı elementlerin atomları, farklı ağırlıklara sahiptirler. Bu teorinin bazı ilkeleri;
Bütün maddeler atomlardan meydana gelmektedir.
Atomlar daha küçük parçalara ayrılamazlar.
Aynı elementin bütün atomları birbirinin aynısıdır.
Farklı elementler farklı atomlara sahiptir.
Atomların yeniden düzenlenmesi sonucu kimyasal tepkimeler meydana gelir.
Bileşikler elementlerden meydana gelirler.
şeklinde ifade edilebilinir.[29] Bu teoriyle modern kimyanın temelleri atılmış olur.
Modern kimya
Bu dönem 19. yüzyıl ve sonrasını kapsar. Heinrich Geißler ( 1814-1879) 1854 yılında suyun en yüksek yoğunluğa 3.8 C° ulaştığını kendi icat ettiği bir mekanizmayla göstermiştir ( daha sonra bu sıcaklığın 3.98 C° olduğu bulunmuştur).[31] Daha sonra Geisslerin icat ettiği vakum tüpüyle William Crookes atom teorisinde ilerlemeler kaydetmiş ve Cathode ray'i keşfetmiştir.[32]
Eugene Goldstein ( 1850-1930)'ın çalışmaları protonun varlığını ispatlamıştır.J. J. Thomson ( 1856 – 1940) kendi atom modelini geliştirmiş ve 1906 yılında Nobel fizik ödülünü kazanmıştır.[33] Mendeleyev periyodik tabloyu 1869 yılında Kimyanın Prensipleri adlı eserinde yayımlamıştır. Bu periodik tabloda bilinen 63 elementi atom ağırlıklarına ve benzer özelliklerine göre sıralamıştır.[34] Marie Curie ( 1867 – 1934) radyoaktiviteyi ve sonrasında Polonyum ve Radyum'u keşetmiştir.[35] 1911 yılında Nobel kimya ödülünü kazanmıştır.[36] Ernest Rutherford 3 çeşit radyoaktifliği alfa parçacığı ( +), beta parçacığı ( -) ve gama ışınını keşfetmiştir.[37][38][39] Bu gelişmelerin sonrasında ve öncesinde daha birçok bilim insanının katkısıyla kimya bilimi günümüze ulaşmıştır. 2011 yılı Birleşmiş Milletler tarafından uluslararası kimya yılı ilan edilmiştir.
Temel kavramlar ve konular
Asitler ve bazlar
Antik Yunanistan ve Antik Mısır'da belli başlı asitler ve bazlar hali hazırda sınıflandırılmışlardı.[41] Yunanlar ekşimsi tat veren sirke gibi maddeleri ὀξύς ( ekşi) olarak adlandırmışlar[42], daha sonra bu sözcük Latinceye acere olarak geçmiş[43] , ve Avrupa dillerindeki anlamı da latinceden türeyerek bu dillere geçmiştir. Oksijen elementinin adı da Antoine Lavoisier'in oksijeni ( asid üreten anlamında) hatalı tanımlamasından kaynaklanmaktadır.[44] Asit ve bazların farklı tanımları mevcuttur.
Arhenius’un tanımına göre;
Asit, suda çözüldüğünde çözeltiye H+ bırakan maddelerdir
Baz ise, OH- bırakan maddelerdir.[45]
Bronsted-Lowry tanımına göre;
Asit, proton ( H+) bırakan maddelere denir.
Baz, proton kabul eden maddelerdir.[46]
Lewis Teorisine göre;
Asit, H+ iyonu gibi, çözeltiden elektron eksilten maddelerdir [47]
Baz ise, electron veren maddelerdir. Diğer tanımlardan farklı olarak sadece elektron alışverişi üzerine kurulmuş bir tanımlamadır.[48]
Asit-baz tepkimeleri
Ana madde: Asit-baz tepkimeleri
Asit ve baz etkileşim halinde bırakıldıklarında, tuz üreterek bir diğerini nötrleştirme eğilimi gösterirler. HCl ve NaOH'ın tepkimesi NaCl bileşiği ( tuz) ve su üretir.[49]
HCl + NaOH → NaCl + H2O
Atomun yapısı
1803-1808 yılları arasında öğretmenlik mesleğini yerine getirmekte olan John Dalton kimyanın iki temel yasası olan kütlenin korunumu ve sabit oranlar'ı kullanarak temel atom teorisini tanımlamıştır. Dalton'un atom teorisi üç ana önermeyi içermekteydi.[50] Bunlar;
Her kimyasal element küçük, bölünemeyen atom olarak adlandırılan parçacıklardan oluşmaktadır.
Aynı elementin atomları bir birine ağırlık ve özellikleri bakımından benzerdirler, fakat farklı elementlerin atomları birbirinden farklıdırlar.
Herhangi bir bileşik oluşurken, farklı elementler basit bir sayısal oranda birleşirler. Örneğin A atomu B atomuyla birleşip AB bileşiğini oluşturuyorsa, 2AB bileşiğini oluşturmak için 2A 2B'ile tepkimeye girmek zorundadır.[51]
Dalton'un atom teorisini tanımlamasından yaklaşık yüzyıl sonra atomun temel parçacıkları keşif edilmiştir. 1897 yılında elektron[52], 1909 yilinda proton[53] ve 1932 yilinda nötron[54] keşif edilmiştir.
Atom'un temel parçacıkları keşif edildikten sonraki dönemde birçok isim atom teorisine kayda değer katkılar sağlamıştır. Bu isimlerden bazıları Einstein, De Broglie, Schrodinger, ve Heisenberg'dir.
Kuantum teorisi elektronların parçacık olmakla birlikte, aynı zamanda dalga özelliklerine sahip olduğunu göstermiştir. Modern atom teorisine göre atom etrafı olasılık bulutlarıyla ( orbital) çevrili atom çekirdeğinden oluşmaktadır. Bu olasılık bulutları da elektronların en olası bulundukları yerleri ifade etmektedir. Dalga denklemleri kullanılarak bu orbitallerin şekli ve büyüklüğü hesaplanabilmektedir.
Moleküllerin yapısı
Molekül bir birine bağlı bir grup atomun oluşturduğu kimyasal bileşiklerin en küçük temel yapısına verilen addır.[58] Diğer bir ifadeyle bir molekül bir bileşiği oluşturan atomların eşit oranlarda bulunduğu en küçük birimdir. Moleküller yapılarında birden fazla atom içerirler. Bir molekül aynı iki atomun bağlanması sonucu ya da farkı sayılarda farklı atomların bağlanması sonucu da oluşabilirler. Bir su molekülü 3 atomdan oluşur; iki hidrojen ve bir oksijen. Bir hidrojen peroksit molekülü iki hidrojen ve iki oksijen atomundan oluşur. Diğer taraftan bir kan proteini olan gamma globulin 19996 sayıda atomdan oluşmakla birlikte sadece 4 çeşit farklı atom içerir; hidrojen, karbon, oksijen ve nitrojen.[59] Molekülleri oluşturan kimyasal bağlara Moleküler bağlar denir. Bunlar kovalent, iyonik ve metalik bağlardır.
Bir molekülün atomları arasında oluşan bağlardır. Moleküller arası bağlardan daha kuvvetlidirler.[61] Bir su molekülünün atomlarını bir arada tutan bağ moleküler bağlara örnektir. Öte yandan su moleküllerini buz halindeyken bir arada tutan bağlar ise moleküller arası bağlara örnektir. Moleküler bağlar kovalent, iyonik ve metalik bağlardır.
![[Resim: 120px-Ionic_bonding_animation.gif]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/75/Ionic_bonding_animation.gif/120px-Ionic_bonding_animation.gif) ![[Resim: 120px-Metallic_bond_Cu.svg.png]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/Metallic_bond_Cu.svg/120px-Metallic_bond_Cu.svg.png)
Bir molekülün atomları arasında oluşan bağlardır. Moleküller arası bağlardan daha kuvvetlidirler.[61] Bir su molekülünün atomlarını bir arada tutan bağ moleküler bağlara örnektir. Öte yandan su moleküllerini buz halindeyken bir arada tutan bağlar ise moleküller arası bağlara örnektir. Moleküler bağlar kovalent, iyonik ve metalik bağlardır.
Moleküller arası kuvvetler
Moleküller arası kuvvetler, bir bileşiğin molekülleri arasında bulunan çekim kuvvetleridir. Bu kuvvetler bir bileşiğin katı, sıvı ya da gaz halinde bulunmasında, kaynama ve erime noktalarının değerinde ve çözünürlüğünde önemli rol oynar.[62] Moleküller arası kuvvetler Van der Waals kuvvetleri, ve hidrojen bağıdır.[63]
Bileşikler
Su, amonyak, karbonmonoksit, ve karbondioksit gibi aşina olduğumuz maddeler aslında kimyasal bileşiktir. Bunların yanında daha az aşina olduğumuz sakkaroz ( çay şekeri), asetilsalisilik asit ( aspirin), ve askorbik asit ( C vitamini) de kimyasal bileşiklere örnek teşkil etmektedirler. Bütün bu bileşiklerin ortak özelliği her birinin iki ya da daha fazla elementten oluşuyor olmalarıdır. Öyleyse, kimyasal bileşik iki ya da daha elementin atomlarının oluşturduğu aynı özelliklere sahip moleküllerin oluşturduğu maddelerdir.[64] Kimyasal bileşikler moleküler bileşik ve iyonik bileşik olmak üzere ikiye ayrılır.
Bileşik çeşitleri
1. Moleküler bileşik moleküllerden oluşmaktadır. Bu moleküller genel olarak metal olmayan birbirine kovalent bağla bağlı atomlardan oluşmaktadırlar. Moleküler Bileşikler kimyasal formüllerle ifade edilirler. Bu fomüller de bileşin içerdiği elementleri ve bu elementlerin birbirine orantılı sayılarını vermektedir. Formül çeşitleri;
Empirik formül molekül hakkında çok fazla bilgi vermemekle birlikte sadece elementlerin orantısal sayılarını vermektedir. Örneğin, CH2O empirik formülü hem C2H4O2 hem de C6H12O6 molekülleri için aynıdır.
Moleküler formül molekülü oluşturan elementlerin sayılarını vermektedir. C6H12O6 moleküler fomüle örnektir.
Yapısal formül ise molekülün içerisindeki bağlarıda göstermektedir.
2. İyonik bileşik positiv ve negativ iyonların elektrostatik çekimle birleşimi sonucu oluşan bileşiklerdir.
Çözeltiler
Çözelti, bir ya da daha fazla maddenin ( solute) moleküler düzeyde başka bir maddenin ( solvent) içine karışıp, oluşturduğu homojen karışımdır.[65] Bazı yaygın çözeltilere hava ( 02, N2 ve diğer bazı gazlar), doğal gaz ( CH4, C2H6 ve diğer birçok madde), deniz suyu ( su, tuz vs.), sirke ( su ve asetik asit), ve pirinç ( kalay, kurşun vs.) gibi çözeltiler örnek olarak verilebilir.
Çözünürlük
Çözünürlük, bir maddenin bir solvent içerinde çözünme miktarını ifade etmek için kullanılır. Genelikle çözünen maddenin miktarının ( solute) solventin hacmine bölünmesiyle elde edilir.[66] Çözünürlüğü etkiyen faktörler;
Sıcaklık
Çözen ve çözülen maddelerin doğası
Basınç
olarak sıralanabilinir.
![[Resim: 150px-Dispersion.gif]](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1f/Dispersion.gif/150px-Dispersion.gif)
Elektrokimya
Elektrokimya elektrik ve kimyasal değişimler arasındaki ilişkileri inceler. Kendiliğinden gelişen birçok kimyasal tepkime sonucunda elektrik akımı oluşmaktadır. Öte yandan elektrik akımı kendiliğinden gelişmeyen birçok tepkimenin gerçekleştirilmesinde kullanılmaktadır. Elektroliz süreciyle elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülebilmektedir.[68]
Kimyasal bağlar
Kimyasal bağ farklı atomların elektronlarının etkileşimi sonucu oluşur ve atomları bir arada tutar. Kimyasal bağ atomlar arası elektron alış verişi sonucu oluşuyorsa iyonik bağ, eğer ortak paylaşım sonucu oluşuyorsa kovalent bağ olarak adlandırılır. Elektronların metal atomları arasında paylaşımı sonucu oluşuyorsa da buna [Metalik bağ|metalik bağ] denir.[69]
Kinetik
Kimyasal kinetik, kimyasal tepkimeleri tepkime hızı, değişkenlerin tepkimeye etkileri, atomların yeniden dizilişi, ve ara ürünlerin oluşumu gibi açılardan ele alır.[70]
Stokiyometri
Stokiyometri, kimyasal bir tepkimede bulunan reaktanların ve ürünlerin miktarlarının bir birleriyle olan sayısal ilişkilerini inceler. Dengedeki bir kimyasal tepkime ifadesinde, katsayılar kaç mol reaktanın bir diğer bir reaktanla tepkimeye girmek için gerekli olduğunu ve bu tepkimeden kaç mol ürün elde edileceğini ortaya koymada kullanılan metottur.[71] Dengede olan bir tepkimede reaktanların ve ürünlerin miktarları arasında bölen ve bölünen kısımlarında pozitif tam sayılar içeren bir orantı oluştumaktadır. Örneğin metan'ın oksijen'le tepkimesinde, 1 molekül karbondioksit ve 2 molekül su oluşması için 1 molekül Metan 2 molekül oksijen ile tepkimeye girmelidir.[72]
CH4 + 202 → 1CO2 + 2H2O
Termodinamik
Termodinamik, enerji, ısı, entropi ve ekserji gibi fiziksel kavramlarla ilgilenen bilim dalı. Termodinamik her ne kadar sistemlerin madde ve/veya enerji alış-verişiyle ilgilense de, bu işlemlerin hızıyla ilgilenmez. Bundan dolayı aslında termodinamik denilirken, denge termodinamiği kastedilir. Zamana bağlı termodinamik olaylarla, denge halinde olmayan termodinamik ilgilenir.
Kimyanın temel kanunları
Avogadro yasası
Boyle yasası
Charles yasası
Gay-Lussac yasası
Enerjinin korunumu yasası
Kütlenin korunumu yasası
Dalton yasası
Sabit oranlar yasası
Dulong–Petit yasası
Faraday'ın elektroliz yasası
Gay-Lussac yasası
Graham difüzyon yasası
İdeal gaz yasası
Katlı oranlar yasası
Peryodik tablo yasası
Kimyanın ana bilim dalları
Kimya'nın ana alt dalları şöyle sıralanabilinir[73] ;
Analitik kimya
Anorganik kimya
Organik kimya
Fizikokimya
Termodinamik
Spektroskopi
Kimyasal kinetik
Teorik kimya
Kaynakça
Ralph H. Petrucci ... [et ( 2010) al.],. General chemistry : principles and modern applications ( 10th ed. bas.). Toronto: Pearson Prentice Hall. ISBN 9780132064521.
Diğer kaynaklar
^ "Chemistry". oxforddictionaries.com. 1 Ağustos 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Aralık 2012.
^ "Kimya". tdkterim.gov.tr. Erişim tarihi: 1 Aralık 2012.
^ "alchemy". library.usyd.edu.au/. 30 Mart 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Aralık 2012.
^ "alchemy". oxforddictionaries.com. 11 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Aralık 2012.
^ a b "Kimya Tarihi". ukek2.atauni.edu.tr/. 30 Aralık 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "First-chemists". newscientist.com. 8 Ocak 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ a b c "History". realscience.breckschool.org. 7 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "presocratics". plato.stanford.edu. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "Thales". iep.utm.edu. 6 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "anaximan". iep.utm.edu. 13 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "empedocles". philosophy.gr. 13 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "leucippus". plato.stanford.edu. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "democritus". philosophy.gr. 19 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "atomism". plato.stanford.edu. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "aristotle". chemistry.mtu.edu. 18 Şubat 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "alchemy". crystalinks.com. 14 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "alchemy". public.wsu.edu. 13 Aralık 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ Lynam, Robert ( 1827). The British Essayists: Knox's essays. s. 261.
^ "roger-bacon". plato.stanford.edu. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "albert-great". plato.stanford.edu. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "theearlyhistoryofchemistry". angelfire.com. 26 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "Crime of Falsification". levity.com. 25 Nisan 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "Sceptical Chymist". books.google.com. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "chemhist". columbia.edu. 22 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "PhlogistonTheory". chemistry.mtu.edu. 18 Nisan 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "phlogiston-theory". infoplease.com. 3 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "lectures". farside.ph.utexas.edu. 9 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "Lavoisier". mattson.creighton.edu. 2 Şubat 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "1803". rsc.org. 20 Ekim 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ Thackray, Arnold W. ( 4 Ocak 2009). "The Emergence of Dalton's Chemical Atomic Theory: 1801-08". The British Journal for the History of Science 3 ( 01): 1. DOI:10.1017/S0007087400000169.
^ "Heinrich-Geissler". britannica.com. 19 Haziran 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "Cathode Ray". crtsite.com. 31 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "thomson-bio". nobelprize.org. 17 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "mendeleev". chemistry.co.nz. 21 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "curie". aip.org. 17 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "marie-curie". nobelprize.org. 26 Eylül 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "https://www.britannica.com/EBchecked/topic/17152/alpha-particle". britannica.com. 15 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "beta-particle". britannica.com. 26 Nisan 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "gamma-ray". britannica.com. 30 Nisan 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ "Anasayfa". chemistry2011.org. 4 Şubat 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Aralık 2012.
^ Peatrowsky, Joe. "asitler". Erişim tarihi: 3 Aralık 2012.
^ "chronicles". pubs.acs.org. Erişim tarihi: 3 Aralık 2012.
^ "lavoisier". dwb4.unl.edu. 12 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Aralık 2012.
^ "Oksijen". education.jlab.org. 2 Ağustos 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Aralık 2012.
^ "Acid". intro.chem.okstate.edu. 3 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2012.
^ "Asit". files.chem.vt.edu/. 22 Şubat 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2012.
^ "Lewis". /chemed.chem.purdue.edu/. 6 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2012.
^ "Acids_and_Bases". chemwiki.ucdavis.edu. 3 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Kasım 2012.
^ "acidbase". hyperphysics.phy-astr.gsu. 22 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Aralık 2012.
^ Petrucci ... [et al.], Ralph H. ( 2010). General chemistry : principles and modern applications ( 10th ed. bas.). Toronto: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-206452-1.
^ "dalton-postulates". antoine.frostburg.edu. 27 Haziran 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Aralık 2012.
^ "thomson1897". /web.lemoyne.edu. 24 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Aralık 2012.
^ Mehta, Neeraj ( 2011). Applied Physics for Engineers. Prentice-Hall of India Pvt.Ltd. s. 833. ISBN 978-81-203-4242-2.
^ "neutrondis". hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. 3 Kasım 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Aralık 2012.
^ "outlines". www.sunapee.k12.nh.us. 21 Mart 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Aralık 2012.
^ a b c Mohr, P.J.; Taylor, B.N. and Newell, D.B. ( 2011), "The 2010 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants"
^ a b 1935 Nobel Prize in Physics. Nobelprize.org.
^ "Molecule". oxforddictionaries.com. 24 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Kasım 2012.
^ al.], Ralph H. Petrucci ... [et ( 2010). General chemistry : principles and modern applications ( 10th ed. bas.). Toronto: Pearson Prentice Hall. s. 5. ISBN 978-0-13-206452-1.
^ "Moleküller ve Katılar". anadolu.edu.tr. 15 Mart 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Kasım 2012.
^ "İntermolecular bond". chemed.chem.purdue.edu. 26 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Kasım 2012.
^ "Forces". cosm.georgiasouthern.edu. 11 Şubat 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Aralık 2012.
^ "organic_molekullerarasi". kimyatr.com. 21 Eylül 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Aralık 2012.
^ "chemical-compound". britannica.com. 24 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Aralık 2012.
^ "Chemical solution". medical-dictionary.thefreedictionary.com. Erişim tarihi: 13 Aralık 2012.
^ "solubility". britannica.com. 30 Nisan 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Aralık 2012.
^ "chapter3d". citycollegiate.com. 16 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Aralık 2012.
^ "electrochemistry". britannica.com. 6 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Şubat 2013.
^ "chemicalbonds". chemistry.about.com. 7 Eylül 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Mart 2013.
^ "Chemical kinetics". science.uwaterloo.ca. 11 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Mart 2013.
^ "stoichiometry". chemistry.boisestate.edu. 15 Mayıs 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Mart 2013.
^ "The-conservation-of-matter". .britannica.com. 29 Nisan 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Mart 2013.
^ "chemistry-subdisciplines". thecanadianencyclopedia.com. 27 Eylül 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Mart 2013.
|
|
|
Güneş ve Dünyamız - Güneş Nasıl Oluştu - Güneş ve Dünyamızın Akibeti |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:45 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
Güneş ve Dünyamız - Güneş Nasıl Oluştu - Güneş ve Dünyamızın Akibeti
Bir an için şöyle düşünelim: yaşadığımız İstanbul şehri Dünya’daki birçok şehirden bir tanesidir. Dünya ise 9 gezegenden biri olup, Güneş sistemimizin bir üyesidir. Güneş ise Galaksimizde, Orion kolunda Galaksi’mizin merkezinden yaklaşık olarak 27.000 ışık yılı uzakta milyarlarca yıldızdan sadece bir tanesidir. Buradan da anlaşıldığı gibi, insanoğlu yüzyıllardır düşünme etkinliğini kullanarak, bir takım kavramlar geliştirerek kendini deyim yerinde ise uçsuz bucaksız Evren’de, bir yere konumlandırma becerisini göstermiştir. Bizler, kendimizi Evrende bu şekilde konumlandırdık,
Galaksi’mizin merkezinde dolanan milyarlarca yıldızdan bir tanesi olan Güneş ve üzerinde yaşamın bulunduğu Dünya üzerinde, Güneş’ten ısı ve ışık alarak yaşamını sürdürebilmektedir. İçinde yaşadığımız gezegenimizde, etrafımıza baktığımızda yaşamlarının farklı aşamalarında insanların olduğunu görüyoruz: Yeni doğan bebekler, genç insanlar, yaşlı insanlar ve ölmüş insanlar. Gökyüzündeki yıldızlar da tıpkı insanlar gibi yaşamlarının farklı aşmalarında bulunmaktadırlar: Yeni doğan yıldızlar, genç yıldızlar, dev yıldızlar, süper dev yıldızlar, süpernovalar, ve bunların ölmüş biçimlerinin belirtileri olan beyaz cüceler, nötron yıldızları ve kara delikler.
Bize hayat veren Güneş, bu zincirde genç bir yıldızdır. Doğal olarak, evrim geçirerek bir sona gelecek, dolayısıyla da içinde yaşadığımız Dünya’yı da aynı sona götürecektir. Böyle bir süreç içersinde sürekli çoğalarak neslimizi devam ettirdiğimiz biz insanlara ne olacak, bir başka ifadeyle Güneş ve Dünya’mızın akıbeti ne olacak? Başka yıldızlara gidebilecek miyiz? Bu sorulara şu şekilde yanıt bulmaya çalışalım.
Güneş Nasıl Oluştu?
Alman filozofu Kant (1755)’a göre; başlangıçta dağınık olan maddenin ötekilere göre daha yoğun bulunduğu bölgelerde toplaşması sonucunda Güneş oluştu. Laplace (1796)’a göre, başlangıçta dağınık ve tek bir bulutsu yavaş bir şekilde büzülmekteydi. Giderek bu bulutsu daha hızlı dönmeye başladı. Hızlı dönmeyle yaratılan merkezkaç kuvvet, bu bulutsudan bazı parçaları koparıp, uzaklara attı. Kopan bu parçalar ise gezegenleri oluşturdu. Kant’la başlayan ve Laplace’ta şekillenen Güneş ve sisteminin oluşumu, sonraları daha ayrıntılı bir şekilde irdelenerek başka hallere çevrilmiştir.
Acaba Güneş’in oluşumu türbülans teorileriyle açıklanabilir mi?
Türbülans, farklı uzunluklarda bir arada olan girdaplardır. Dönen ve türbülans halinde olan gazın çökmesi ile Güneş oluştu. Daha sonra, gaz içersindeki küçük girdaplar dağılıma uğrayarak yoğun bölgeleri oluşturdu. Bu yoğun bölgelerin (yoğunlaşmış çekirdeklerin) gezegenleri oluşturduğu ileri sürülmüştür. Türbülansı hareket ettiren şey nedir? Halihazırda bu soru tatmin edici bir şekilde yanıtlanamamıştır. Sonuçta türbülans teorisi reddedilmiştir.
Yoksa Gelgit ve NebulaTeorileri mi?
Başka bir yıldız, ilkel Güneş’e yaklaştığında gelgit etkisi yaratarak Güneş’ten çok büyük ve çok sıcak materyal kopardı. Kopan bu büyük gaz parçaları soğuyarak ayrı ayrı parçalara yoğunlaştı ve gezegenleri oluşturdu. Halbuki, gelgit etkisi ile koparılan parçalar çok sıcak ise, bu parçalar genişler ve dağılıma uğrarlar ve gezegen oluşamaz. Bu nedenden dolayı, gelgit teorisinden vazgeçilmiştir.
Nebula Teorileri
İlkel Güneş nebula’sı, başlangıçta dağılıma uğramış yavaşça dönen bir gaz bulutu idi. Gaz bulutu tedrici bir şekilde kendi çekimi altında büzüldükçe, ekvatordaki merkezkaç kuvvetler bu yapıdan halkalı maddenin atılmasına neden oldu. Burada, tek başına merkezkaç kuvvet rol oynamış olsa idi, büzülen gaz, halkalar geliştirmekten ziyade yassılaşmış olurdu. Nebula Teorisi sonraları değiştirilmiştir. Yapılan hesaplar şunu göstermiştir; gezegenleri oluşturmak için sürekli bir disk formunda yeteri kadar madde atılmasına, Güneş sisteminin gözlenen açısal momentumu kafi gelmez. Bununla birlikte, dolanan partikül halkalarından itibaren gezegen ve uydu oluşumunu açıklamaya çalışmak çekici gelmektedir.
Galiba Yığışma Teorisi
Güneş sistemi’nin oluşumuna ait modern görüşe göre, başlangıçta civarındaki ortam ile bir basınç dengesini koruyan yavaşça dönen bir gaz bulutu vardı. Nebula olarakta adlandırılan bu gaz bulutu on milyonlarca yıldır sıradan bir bulut olarak duruyordu. Belki de, spiral bir yoğunluk dalgasının geçişi ile sıkışma sonucunda, bu civarda büyük kütleli bir yıldız doğdu ve bu büyük kütleli yıldız bir süpernova patlaması geçirip öldü. Süpernova patlaması ile üretilen şok dalgaları sözünü ettiğimiz buluta çarparak çökmesine neden oldu. Böyle bir ivme ile bulut çökmeye ve dönmeye başladı. Bulut hızlı bir şekilde döndükçe manyetik kuvvet çizgileri ile sarıldı. Manyetik alan kuvvet çizgileri merkezdeki korun dönme hızını yavaşlatırken, en dış halkada kalan maddeyi daha hızlı döndürdü. Bu yüzden açısal momentumun çoğu, ilkel güneş nebulasının en dışındaki maddede kaldı. Yapılan hesaplar Güneş’in bugün gözlediğimizden çok daha hızlı bir şekilde dönmesi gerektiğini göstermektedir. Fakat, bugün Güneş 2 km/sn lik bir hız ile yavaş dönmektedir. Bunun nedeni de, Güneş’in ömrünün ilk bir kaç milyar yıl süresinde, rüzgarlar ile kütle kaybederek, açısal momentum kaybetmiş olmasındandır.
Hızlı bir şekilde çöken bulut yavaşça dönen yoğun bir kor geliştirdi ve Güneş’i oluşturmak için ayrılarak, dönen bir gaz bulutu ile kuşatıldı. Bu gaz bulutu proto nebula (ilkel güneş bulutu) olarak adlandırılır . Bu ilkel Güneş bulutu pek çok toz partikülleri ile gaz atomlarını içermektedir. Dönen bu ilkel Güneş bulutundaki gaz ivmelenerek, bulut içersine düşmekten kurtuldu. İlkel Güneş’in başlangıçtaki büzülmesi sırasında, gaz o kadar sıcaktı ki (2000 oK), bu sıcaklık daha önce den mevcut olan toz grenlerini (zerrecikleri) eritmiş olmalıydı. İlkel Güneş’in dışarısındaki gaz soğudukça, yeni toz zerrecikleri çoğunluğu kar taneleri formunda yoğunlaştılar. İlk önce metalik ve erimeyen toz zerrecikleri oluştu. Sıcaklık düştükçe buharlaşabilen buzlu toz zerrecikleri oluştu. İlkel Güneş bulutundaki, katı toz partikülleri soğuyarak, ilkel Güneş’in ekvator düzlemindeki gazın bulunduğu son derece ince bir disk içersine doğru düştüler. Toz partikülleri, tek tek gaz atomların-dan daha ağır olmasına rağmen, toz bir disk içersine çöktükçe, gaz küçük bir direnç gösterdi. Soğuk tozdan ibaret ince disk çekimsel olarak kararsız kaldı. Toz zerrecikleri, basınç kuvvetleri tarafından engellenemediler ve daha yoğun bölgelere doğru düştüler. Sonuç olarak, toz zerrecikleri, etrafındaki toz grenleri ile etkileşerek küçük yığınlar şeklinde biçimlenmeye başladı. Toz greninin kendi çekimi, kendi basıncına üstün gelerek yığınlar oluştu. Bu yığınlar, bugünkü gezegenler arasında bulunan asteroidler şeklindedir. Bu yığınlar, planetesimaller olarak adlandırılmaktadır. Bugün gözlediğimiz asteroidler ve kuyruklu yıldızların çekirdekleri planetesimallerin kalıntılarıdır.
Soğuk toz grenlerinin bir araya gelerek yığınlar oluşturması azda olsa bir muammadır. Bunun için şöyle bir senaryo düşünülmektedir: Bir olasılıkla, toz grenlerinde buz hakimdi ve bu toz grenleri tüy gibi yumuşak idiler. Böylelikle de kolaylıkla birbirleri ile birleştiler. Tıpkı kar tanelerinin bir kartopu şekline sıkıştırılmaları örneğinde olduğu gibi. Oluşmakta olan Güneş’in etrafında yörüngede dolanan Planetesimallerin biri, diğeriyle etkileştiler. Küçük kaya parçaları şeklinde olan bu Planetesimaller, büyük olanlarla çarpıştılar ve kırıldılar. Daha çok etkileşmeler meydana geldikçe kalıntılar bir araya toplanarak, katı kaya içersine sıkıştırıldılar. Sonunda bu yapılar, gezegen boyutlarına kadar geldiler. Planetesimallerin çoğu 100 milyon yıl içersinde, gezegen ve uydulara dönüştüler. Diğerleri büyük cisimler ile etkileşerek harcandılar. Oluşan gezegen, kalıntılarını kendi yörüngesinde topladı. Bugün için, Ay, Merkür ve Mars üzerindeki krater çalışmaları şunu göstermektedir; 4.5 milyar yıl önce krater oluşum hızında şimdiki ile karşılaştırıldığında bin kat bir artış vardı. Bu kraterler ancak, 100 km veya daha fazla çapa sahip asteroid boyutundaki planetesimallerin çarpmasıyle meydana gelmiş olabilir.
Bu arada genç Güneş parlamaya başladı. Güneş ışınları, etrafındaki toz örtüsüne nüfus ettikçe, enerji girişi oluşan gezegenlerin özelliklerini etkiledi. Güneş’in yakınında ısı çok yüksekti, ve buzları buharlaştırdı. Sadece erimeyen kaya benzeri ve metalik partiküller kalabildi. Bu yüzden Güneş’e yakın olan ve iç gezegenlerde yoğun kaya maddeleri oluştu. Bu gezegenler nispeten küçük kütleye sahip olduklarından çok fazla miktarda hidrojen ve helyum tutamadılar. Güneş sisteminin dış bölgelerinde, sıcaklıklar buzları eritemeyecek kadar düşüktü. Daha büyük kütleli gezegenler buralarda oluştular ve büyük kütlelerinden dolayı hidrojen ve helyumu tutabildiler. Bu suretle, en dıştaki dev gezegenler daha büyük kütleli fakat nispeten düşük yoğunluğa sahiptirler. Çoğunlukla hidrojen ve helyum’dan ibarettirler. Jüpiter ve Satürn sıvı metalik hidrojen korlarına sahiptirler, bu gezegenlerin merkezlerinde daha ağır elementler kaya benzeri bir çekirdek oluşturur. Hidrojen öyle bir basınç altındadır ki elektronlarını kaybetmiş ve bir metal gibi davranır. Hızlı dönmelerinin bir sonucu olarak, gezegenler çok kuvvetli manyetik alanlar üretirler. Bu manyetik alanlar, Jüpiter’in etrafındaki radyasyon kuşaklarındaki elektronları ivmelendirerek ve radyo emisyon patlamalarını harekete geçirerek kendilerini gösterirler. Dış gezegenlerin uyduları, buzlardan meydana gelen hafif elementleri tutabilmişlerdir.
Bu modern yığışma teorisine göre, çoğu gezegenler, ilkel Güneş’in etrafında yassılaşmış bir disk içersinde dolanan pek çok küçük cismin bir araya toplanarak yığılmasından oluştular. Bu teori gezegenlerin bir merkez etrafında ve kendi ekseni etrafındaki dönmelerini açıklamaktadır. Uranüs istisnadır. O zaman Uranüs, birkaç yada iki cismin birleşmesinden oluştu. Bu onun dönme ekseninin rastgele yönlenmesi ile sonuçlandı ve ekliptiğe olan 90 derecelik eğimini açıklayabildi.
Buraya kadar, ilkel Güneş ve gezgenlerin oluşumu açıklanmaya çalışıldı. Peki bu ilkel Güneş, anakol’a gelip parlamaya başlaması nasıl oldu.
Yaklaşık 4.5 milyar yıl önce, bir yumru süpernova patlaması ile uzaya atılan ağır elementler ile zenginleşen yıldızlararası gaz ve tozu kendine doğru çekti ve çekimsel olarak büzülmeye başladı. İçeriye doğru çöken trilyonlarca gazın ağırlığı altında kalan kor büzüldü. Kor, çekimsel ve kinetik enerjisini ısı enerjisine dönüştürdükce, sıcaklığını 30 oK den yaklaşık 180.000 oK e kadar artırdı. Bu aşamada üretilen kordaki ısı, çekimsel enerjiyi dengeleyerek dış tabakaların içeriye doğru çökmesini engelledi. Böylelikle, ilkel Güneş bir denge durumuna geldi. İlkel Güneş sürekli hareket halinde bulunan sıcak ve soğuk gaz kürecikleri halindeydi. Sıcak kordan çıkan ısı hızlı bir şekilde yüzeye doğru yükseldikçe, üst taraflardaki soğuk halde bulunan gaz sıcak madde ile yer değiştirerek merkeze doğru düştü. Bu şekilde ilkel Güneş’te, ilk defa enerji taşıma prosesi meydana geldi. Bu proses konveksiyon olarak bilinir. Konveksiyonun devreye girmesiyle korun basınç ve sıcaklığı düştü. Bununla birlikte, ısı kordan yüzeye doğru taşınmasıyla, en dış tabakalardaki soğuk ve büyük kütle, merkeze doğru düşerek koru sıkıştırdı ve yoğunluğunun artmasına, sıcaklığının da 4 milyon oK’e yükselmesine neden oldu. İşte bu sıcaklık, kordaki hidrojeni helyuma dönüştürerek nükleer reaksiyonları başlattı. Bu şekilde Güneş, yıldızlararası bulutun şok dalgaları ile sıkıştırılmasından itibaren oluşan ilkel Güneş bulutundan anakola 30 milyon yıl gibi bir süre içersinde gelip ışıma yapmaya başladı
Güneş’in anakoldaki ömrünü şu şekilde hesaplayabiliriz. Güneş’in yüzeyinden saniyede yayınlanan enerjisi,
Lo= 4 p R2 s T4
Bu bağıntıda, R: Güneş’in yarıçapı, T : Güneş’in etkin sıcaklığı, s : Stefan-Boltzman sabiti dir.
Lo = 4 x 3.14 x (700.000 km)2 x 7.56 x 10-15 x (5780)4 = 3.8 x 1033 erg/sn
Güneş’in korunda, hidrojen çekirdeklerinin, helyuma dönüşmesinden ileri gelen kütle eksilmesi 0.007 kadardır. Güneş’in koru, toplam kütlenin %10’unu içerir. O zaman Güneş’in toplam nükleer rezervi, c: ışığın hızı , M: Güneş’in kütlesi olmak üzere,
Eo = 0.007 x M x c2 = 0.007 x 0.1 x 2 1033 x (3 1010)2 = 1.26 x 1051 erg
T = (1.26 x 1051) / (3.8 x 1033) ~ 10 milyar yıl
Bu hesaba göre, Güneş’in ömrü 10 milyar yıldır. Yapılan hesaplar Güneş’in bugünkü yaşını 4.5 milyar yıl olarak vermektedir. Demek ki, Güneş’in geriye 5.5 milyar yıllık bir ömrü kalmaktadır. Güneş şimdi 4.5 milyar yıl yaşında , anakolda bulunmakta ve bize ışınım göndermektedir. Acaba bu ışınımın geldiği Güneş’in içersinde ne olup bitmekte buna bir bakalım.
Bugünkü Güneş
Güneş’in merkezinde, dört tane hidrojen çekirdeği, bir helyum çekirdeği oluşturmak için birleştikleri zaman aradaki kütle miktarı enerjiye dönüşür. Helyum çekirdeği, dört tane hidrojen atomundan bir miktar daha az kütleye sahip olduğu için aradaki bu kütle farkı enerjiye dönüşür. İşte bu olaylar Güneş ışığının orijini olmaktadır.
Güneş’in merkezinde sıcaklık 15 milyon oK, yoğunluk ise katı kurşunun yoğunluğunun 12 misli kadardır. Enerji, Güneş’in merkezinden dışarıya nasıl çıkar? Güneş’in yapısı bir dizi kabuk veya tabakalara göre tarif edilebilir . Nükleer reaksiyonlarla, dört hidrojen atomu bir helyum atomunu oluşturduğunda kaybedilen kütlenin açığa çıkardığı fotonlar bildiğimiz Gamma ışınlarıdır. Bu Gamma ışını şeklindeki foton, Güneş’in korundan yüzeyine düz bir çizgide hareket etse idi Güneş’in yüzeyine 2.5 sn de gelirdi. Bizim gözümüze de 8.5 dakikada ulaşırdı. Gerçekte ortalama olarak foton, 10 milyon yılda Güneş’in korundan yüzeyine gelir. Bu fotonlar yolları üzerinde yüklü partiküller ile çarpıştıklarında enerji X ışınları şeklinde yayınlanır. Korda nükleer reaksiyonlar ile oluşan Gamma enerjisinin Güneş’in içersinden dışarıya doğru hareket etmeye başlaması X ışınları şeklinde ve herhangi bir doğrultuda ve rastgele muhtemelen geriye doğru yayınlanabilir. Foton sonuçta düzensiz zig-zag bir yol izler. Güneş’in radyasyon bölgesi 1 milyon km. ye kadar uzanmaktadır. Bu bölgenin dışında plazma soğumaya ve seyrelmeye başlar. Yoğunluk Güneş’in merkezinden yüzeyine olan uzaklığın yarısında suyun yoğunluğu ile eşit değerdedir. Radyosyon bölgesinin dış kenarında sıcaklık, 500.000 oK dir.
Bu şartlar altında gaz atomlarının absorbladıkları enerji, atomların ısınmasına neden olur. Gaz atomları, konveksiyon bölgesi olarak bilinen kabuğun altında boşalan enerji ile kaynatılırlar. Alttan ısıtılan konveksiyon bölgesindeki materyal, tıpkı bir sobanın üzerindeki bir tavada bulunan bir su örneğine benzetilebilir. Sıcak materyal bu bölge içersinde yukarıya doğru yükselir, sonra enerji kaybetmiş olan ve foton yayınlayarak soğumuş olan yüzeydeki materyalle yer değiştirir. Konveksiyon bölgesinin üstü, Güneş’in görülebilir parlak yüzeyine tekabül eder. Fotosfer olarak isimlendirilen bu seyrek bölgenin sıcaklığı 5800 oK dir. Basıncı, Dünya atmosfer basıncının 1/6’sından daha düşüktür.
Yoğunluk ise suyun yoğunluğunun milyonda birinden daha az bir değerdedir. Gördüğümüz ışık bu tabakadan gelir. Bu tabakaya bu nedenle Işık küre adı verilir. Bu tabaka 500 km kalınlığındadır. Güneş lekeleri bu bölgede gözlenir.
Enerji milyonlarca yıl zig-zag hareketi ile konveksiyon bölgesine gelir. 90 gün içersinde konveksiyon bölgesinin içersine taşınır. Daha sonra 150 milyon km. uzaklıktaki dünyaya 8.5 dakikada ulaşır. Fotosferin üzerindeki Güneş atmosferi seyrelmiş gaz halindedir. Fotosferin üzerinde 10.000 km ye kadar uzanan bir renk küre olarak bilinen kromosfer tabakası vardır. Kromosfer’in sıcaklığı 20.000 oK’e varır. Kromosfer tam güneş tutulmaları sırasında görülebilir. Kromosfer’in üzerinde binlerce hatta milyonlarca km. ye uzanan, korona (Taç küre) olarak adlandırılan bir tabaka vardır. Güneş’in koru hidrojen yanması süresince 15 ila 20 milyon oK bir sıcaklığa sahip iken bu sıcaklık fotosferde 5780 oK’e kadar azalırken kromosferde 10.000 ila 20.000 oK’e kadar çıkar. Koronada ise bu değer 2 milyon oK’e kadar varır. Fotosferin tam altındaki konvektif bölgede, sürekli türbülans ve yükselen ve alçalan gaz kolonları son derece gürültülüdür. Neticede ses dalgaları şeklinde yaratılan enerji, kromosferdeki ve koronadaki yoğun ısının sebebidir.
Güneş’in Akibeti
Güneş gibi bir yıldızın ömründeki ilk durak ve en uzun yol anakoldur. Güneş bu anakolda 5.5 milyar daha kalacağa benziyor. Anakolda Güneş’in korunda, termonükleer reaksiyonlar sonucunda ortaya çıkan enerji o kadar yüksek olur ki oluşan iç basınç, korun çekimsel olarak büzülmesini dengeler ve Güneş uzun süre kararlı kalır.
Güneş’in korunda, hidrojenin helyuma dönüşmesi ile korda hidrojen miktarı azalır ve bir süre sonra içteki basınç artık çekim kuvvetine karşı koyamayarak, hızlı bir şekilde büzülmeye başlar. Korda hidrojenin azalıp helyum’un hakim olmaya başlaması ile, helyuma dönüşmemiş korun etrafındaki hidrojen dış tarafa doğru itilir. Kor halen çökmeye devam etmektedir. Güneş’in koru içeriye doğru çöktükçe, korun dış kısımlarında ince bir tabakada bulunan hidrojen, yeterli bir sıcaklığa (10 milyon oK) ulaşarak hidrojeni ateşler. Fakat, burada üretilen enerji çökmekte olan Güneş’i dengede tutamaz. Güneş’in bu ince tabakasında üretilen enerji bu sefer dış zarfa kinetik enerji vererek, Güneş’in genişlemesine neden olur. Bu durumda kor çökmesini sürdürmekte, hidrojenin yandığı tabakanın üstündeki dış zarf genişlemektedir. Güneş bu durumda genişlerken (yarıçapını %75 arttırırken) yüzey sıcaklığını düşürür. Sonuçta Güneş, sabit bir ışıma gücüne sahip olur. Güneş’in bu durumdaki parlaklığı, bugünkünden iki kat daha parlak olur. Bu durumda Güneş’in yaşı 10.6 milyar yıldır.
Bu değişiklikler, Dünya’daki yaşamı nasıl etkileyebilir? Güneş’in parlaklığının artmasıyla ilk etki, okyanusların yoğun bir şekilde buharlaşması olacak. Bu buharlaşma atmosfer tarafından tutularak sera etkisi ile yoğunluk artacak. Bu durum, bugünkü Venüs gezegenindeki şartlara benzeyecek. Güneş’in morötesinde yayınladığı radyosyonu, atmosferde bulunan su moleküllerini parçalayarak, hidrojenin uzaya kaçmasına neden olacak.
Halen Güneş’in koru çökmekte ve dış zarf genişlemektedir. Güneş Hetzsprung-Russell (HR) diyagramında kırmızı dev kolunun en üst noktasına gelirken, manzara şu şekildedir: Güneş çapını 0.5 A.B (1 A.B = 150.000.000 km) artırarak, yüzey sıcaklığı 3500 oK olan gökyüzünde M spektrel tipinde bir dev yıldız olarak parlayacaktır. Güneş’in bu M spektel tipinden dev haline Dünya’dan bakıldığında bugünkü halinden 100 kat daha büyük görülecektir.
Güneş kırmızı dev kolunun en üst kısmına geldiğinde, Güneş’in koru 100 milyon oK e ulaşır. Ve korda hakim olan helyum bir anda parlar. Bu olay helyum parlaması (flash) olarak adlandırılır. Güneş, bugünkü parlaklığının 1000 katı kadar bir parlaklığa ulaşır.
Kordaki helyum parlamasıyla helyum düzenli bir şekilde yanmaz. Bu olayın neticesinde, Güneş’in iç yapısında büyük ölçüde değişimler meydana gelir. Helyum parlaması ile Güneş’in koru genişlemeye ve Güneş’in dış zarfı küçülmeye başlar. Helyum parlaması Güneş’in iç yapısı ile ilgilidir. Bu olay gözlemlerle doğrudan gözlenemez. Kor halen genişlemekte, dış zarf büzülmektedir. Güneş bu şekilde yarıçapını küçültüp, yüzey sıcaklığını artırarak HR diyagramında kırmızı dev koluna paralel bir şekilde inerek yığılma yeri olarak bilinen yere gelir. Gökyüzünde bugün için gözlediğimiz birer K devi olan Aldebaran ve Arcturus yıldızları HR diyagramının bu bölgesinde bulunur. Burada, belirli bir süre sonra helyum düzenli bir şekilde yanmaya başlar. Güneş’in korunda helyumun yanması ile hangi elementler meydana gelir?
Güneş’in korunda helyum, 100 milyon oK sıcaklığında yanarak karbon elementine dönüşür. Bu aşama 3a reaksiyonları olarak adlandırılır. Güneş’in korunda bulunan 3 tane helyum atomu birleşerek karbon atomunu oluşturur. Zaman ile Güneş’in korunda karbon hakim olmaya başlar, helyum ise korun dış tarflarına doğru itilir. En içte karbondan ibaret bir kor ve etrafında iki tane kabuk. İçteki kabukta helyum, dıştaki kabukta ise hidrojen yanmaktadır. Güneş’in korunda karbon hakim olmaya başladıkça nükleer reaksiyonlar çekim kuvvetini dengeleyemeyerek Güneş’in koru ve etrafındaki tabakaları ile çökerken, dış tabakalarda bulunan helyum ve hidrojen çekim etkisiyle yanmaya başlar. Çift kabukta bu şekilde yanmayla Güneş’in dış zarfları genişler buna karşın Güneş’in korunda yeterli enerji üretilemediğinden Güneş’in koru çöker.
Bu durumda Güneş, Hertzprung-Russell diyagramında asimptotik dev kolu boyunca hareket ederek ışıma gücünü artırarak en üst noktaya gelir. Bu aşamada Güneş’in, Dünya’nın yörüngesine kadar şişmesi bekleniyor. Dünya’nın yörüngesi, bu şişmiş zarfın içersine girdiğinde gazlarla sürtünerek yörüngesel enerjisini kaybedecek ve iç tarafa doğru spiral çizerek yutulacak. Isı, Mars gezegeninde ise bahar şartlarını başlatacak.
Asimptotik dev kolunda, Güneş parlamaya başladığı zaman zarfı kararsız kalır ve puls (titreşim) yapmaya başlar. Bu aşamada Güneş artık gökyüzünde uzun peryotlu değişken Mira tipi bir yıldızdır. Mira tipi değişken yıldızların spektrumları incelendiğinde, bu tip yıldızların şiddetli pulsasyon (titreşim) mekanizması ile şok dalgaları ürettikleri görülmüştür. Asimptotik dev kolunda, Güneş, çok yüksek bir hızda kütle kaybeder. Burada Güneş’te üretilen şok dalgaları, Güneş’in yüzeyinden gazı yıldızlararası ortama atar. Gazın bir kısmı toz olarak isimlendirilen birbirlerine gevşek şekilde bağlanmış katı toz zerrecikleri haline yoğunlaşır. Güneş’ten gelen radyasyon tozu iter. Toz da saniyede onlarca kilometreye varan bir hız ile gazı sürükler. Sonuç olarak Güneş, yılda 10-5 güneş kütlesi gibi bir miktarı, rüzgar ile yıldızlararası ortama atar.
Dev kolu ile asimtotik dev kolu arasında Güneş, kütlesinin yarısını kaybeder. Güneş’in kütle kaybetmesi, Dünyanın kurtuluşu olabilir. Güneş’in çekimi azaldıkça, dünyanın yörüngesi yavaş bir şekilde büyür ve genişleyen Güneş bize ulaşamayabilir. Asimtotik dev kolunda evrimleşen Güneş’in ışıma gücünün çok büyük olması, Neptün gezegeninin ötesinde bulunan kuyruklu yıldızların çoğunu eritebilir.
Güneş’in etrafındaki tabakalar Güneş’ten ayrıldıkça, Güneş’in evrimi süresince oluşan helyum, nitrojen, karbon, ve başka elementler bu kabukla yıldızlararası ortama atılır. Atılan bu elementler yıldızlararası gazın büyük ölçekte zenginleşmesine yardımcı olur ve buralarda yeni yıldızlar oluşur.
Güneş asimtotik dev kolunun en üst noktasına vardığında, Güneş’in etrafında artık yaygın bir bulut vardır. Yaygın bulut zaman ile geçirgen bir hale gelerek merkezde Güneş’in beyaz cüce olmuş koru ortaya çıkar. Dünya ise beyaz cücenin etrafında soğuk ve ölmüş bir gezegen olarak kalacaktır. Beyaz cücenin etrafındaki yaygın bulut gezegenimsi bulutsu olarak adlandırılır. Gezegenimsi bulutsunun merkezindeki beyaz cücenin, iç kısımda karbon-oksijen, bunun etrafında helyum yanan kabuk, onun etrafında da hidrojen yanan kabuk bulunur.
Hidrojen yanan kabukta üretilen radyasyon, yaygın ve geçirgen hale gelmiş buluta etkide bulunarak kuvvetli bir Güneş rüzgarı oluşturur. Hızlı rüzgar, Güneş korunun etrafındaki yaygın bulutu sıkıştırarak, daha uzağa sürükler. Bu esnada beyaz cücenin yüzey sıcaklığı 30.000 oK’e ulaştığında, yeteri kadar ultraviyole ışığı üreterek etrafındaki bulutu iyonlaştırır ve bulutsuyu parlatır. Bu bulut 50.000 yıl daha parlayarak gözden kaybolacak. Peki beyaz cüceye ne olacak?
Güneş’in en son hali olan beyaz cüce, Dünya boyutlarında Güneş’in kütlesinin yarısına sahip olan böyle bir yapı, santimetre kübünde binlerce tonluk bir yoğunluğa sahiptir. Zaman ile bu beyaz cüce, soğuyarak iyice gözden kaybolacaktır. Fakat bu soğuma, milyarlarca yıl sürecektir. Ve beyaz cücenin en son hali siyah cüce olacak ve çevresine çok az bir ışınım verecektir.
kaynaklar :
Dr. Yüksel Karataş
Selçuk Bilir
İstanbul Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü
Kaynak:
1) Popüler Bilim (1998 ) 50, 25-30
2) Popüler Bilim (1998 ) 51, 25-31
|
|
|
Mıknatıs Nedir? ve Mıknatısın özellikleri |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:40 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
MIKNATIS ve ÖZELLİKLERİ
Mıknatıs, özgül ağırlığı 2.7 gr/cm3 olan, manyetik alan üreten nesne veya malzemedir. Demir, nikel, kobalt gibi bazı metalleri çeker, bakır ve alüminyum gibi bazı metallere ve metal olmayan malzemelere etki etmez.
Mıknatıslık etkisi, malzemelerde iki karşılıklı uçta toplanır. Bu iki uca mıknatısın kuzey ve güney kutubu ismi verilir. İki mıknatısın eş kutupları birbirini iterken, zıt kutupları birbirini çeker.
Mıknatıslar, ferromanyetik yani bağıl manyetiklik geçirgenlikleri 1 den büyük olan maddelere etki etmektedirler. 25 °C de demir, nikel ve kobalt ferromanyetiktir. Demir (Fe), nikel (Ni) ve kobalt (Co) elementleri ile alaşım yapıldığı takdirde çoğu zaman ferromanyetizma özelliklerini korurlar.
Mıknatıs çeşitleri
Sabit mıknatıslar
Demir, kobalt, nikel oda ısısında ferromanyetik özelliğe sahiptir. Sabit mıknatıslar, mıknatıs taşı gibi doğada mıknatıslanmış halde bulunan maddeler olabileceği gibi, Alnico, NdFeB, Sm-Co,Sm-Fe mıknatıslar gibi yapay olarak hazırlanmış alaşımlar da olabilir. Yapay mıknatıslar genelde elektrik motoru, hoparlörler gibi elektrik enerjisini hareket enerjisine veya hareket enerjisini elektrik enerjisine çeviren aletlerde kullanılır.
Elektromıknatıslar
En basit haliyle bir elektromıknatıs sarmal şekil verilmiş bir telin iki ucuna gerilim uygulanarak elde edilir. Sarmalın ortasına ferromanyetik bir cisim koyularak mıknatıslık özelliği yüzlerce kat arttırılabilir. Elektromıknatıslar, mıknatıslık özelliğini sadece telden akım geçtiği sürece korur. Oluşan manyetik alanın kuzey kutbunun yönü sağ el kuralı ile tespit edilebilir.
Elektromıknatıslar, elektrik motorları, parçacık hızlandırıcılar, röleler gibi cihazlarda, yüklü parçacıkları saptırmak veya elektrik enerjisini hareket enerjisine çevirmek gibi birçok amaç için kullanılırlar.
Mıknatısın Demanyetize Edilmesi[2]
Mıknatısların manyetik özelliklerini kaybetmesi için birkaç farklı yöntem vardır. Bu yöntemler aşağıdaki gibi sıralanabilir:
Mıknatıs demir parçası ya da başka bir mıknatıs ile çarpıştırılır. Bu işlem manyetik özelliği azaltır.
Mıknatıs yoğun manyetik alan içinde hareket ettirilir.
Mıknatısı ısıtmak da bir yöntemdir. Mıknatıslar küri sıcaklıklarına (curie sıcaklığı) ısıtıldıkları zaman demanyetize olurlar.
Mıknatısın İki Kutbu
Mıknatısın kutupları etrafında oluşan manyetik alan çizgileri
Eski ve kısmen günümüzde de kullanılabilen bir kuram olan mıknatısın moleküler kuramına göre; mıknatıslanabilen cisimlerin içinde Kuzey (North) ve Güney (South) kutuplar bulunur. Cismin içindeki kutuplar, cisim mıknatıslanmadan önce moleküler seviyede düzensiz gruplar halindedir. Cisim manyetik hale geldiğinde, cismin içindeki bu grupların birçoğu aynı doğrultuya gelerek cismin toplam manyetik alanına katkıda bulunur. Böylece tek bir manyetik alan ve tam bir manyetik kutupluluk elde edilir.
Mıknatıslığın modern elektron kuramı da kısmen aynı noktaları kabul eder ama yük fikrini bırakır. Domain veya atom gruplarından meydana gelen tanecik fikrine ağırlık verir. Manyetiklik durumunun sebebini atom ve moleküllerin manyetik momentlerine ve dış etkilerle cismin içindeki manyetik kuvvetin paralelleştirilmesine bağlar.
Manyetik kuvvetin etkisi ile, kendisi manyetik olmadığı halde çekilen maddelere paramanyetik, itilen maddelere diyamanyetik denir. Paramanyetik maddelere örnek olarak alüminyum, baryum ve oksijen, diyamanyetik maddelere ise civa, altın, bizmut, silisyum ve benzeri maddeler verilebilir.
Mıknatıslama
Demir, kobalt, nikel gibi manyetik herhangi bir metal aşağıdaki yöntemlerden biri veya birkaçı ile sabit mıknatıs haline getirilebilir.
Yeryüzünün manyetik alanına paralel şekilde yerleştirerek, çok şiddetli ve keskin bir darbe indirmek.
Bir mıknatısa temas ettirmek veya mıknatısın bir kutubuna sürtmek.
Cisimi ısıtmak ve soğurken yeryüzünün manyetik alanı yönüne çevirmek.
Mıknatısın Kullanım alanları
Feldspat temizleme ( Mika ve oksitli mineral ayrımı. )
Kil temizleme ( Demirli minerallerin ayrımı. )
Cam kumu temizleme ( Demir minerallerinin ayrımı. )
Yüksek kaliteli kuvars temizleme
Manyezit zenginleştirme ( Serpatin ve demirli bileşiklerin ayrımı )
Artıklardan metal kazanımı
Sahil ve Mineral kumlarının değerlendirilmesi ( İlmenit ve manyetik mineral ayrımı )
Kireç taşı ve dolamit temizleme
Döküm kumlarının temizlenmesi
Refrakter hammaddelerin işlenmesinde
Refrakter kalsine malzemelerinin temizlenmesi ( Tenör yükseltme )
Bor zenginleştirme ( Demirli içerikler, kil, arsenik ve mika uzaklaştırılması )
Kromit zenginleştirme
Boksit ( Tenör yükseltme )
Magnetik zenginleştirme
Atıklardan metal ayrımı
Ahşap, plastik, gıda v.b. sektörlerde istenmeyen metallerin ayrılmasında
Sıvılar içindeki demir bileşiklerinin ayrılmasında
Ağır ortamlarda oluşturulan ağır ortamın geri kazanılmasında
Dökümden gelen metalin ayrımında
Seramik ve Cam sektöründe hammadde ve ara ürünlerde demir ve bileşiklerinin ayrılmasında
Öğütülmüş endüstriyel hammaddelerin ve gıda ürünlerinin prosess sırasında demir kirliliklerinin ayrımında kullanılır.
Yüksek alan şiddetli magnetik çubuklar, seramik, cam, gıda, plastik, madeni yağ, boyalar, kuru ve sıvı ortamlarda demir ve diğer magnetik metallerin tutulmasını sağlar
Denizciler pusula ile yönlerini bulurlar.
Hurda yığınları arasındaki demir parçalarının ayıklanmasında
Vinçler de ağır yükleri kaldırmak için elektro mıknatıs kullanılır.
Elektrik motorlarında,kapı zillerinde,telgraf ve telefon gibi araçlarda
Elektrik santrallerinde jeneratörlerde elektrik elde etmek için kullanılır
Hızlı trende raylarda ve treninde sürtünmeyi azaltmak için kullanılır.
Asansör sistemlerinde sayısal kat bilgisi oluşturmak için raylar üzerine yerleştirilir.
Manyetik Kuvvet
Mıknatısların belirli bir mesafeden etki edeceği kuvvet olarak tanımlanır.
Bir Mıknatısın Çekim Gücü
Bir kalıcı mıknatısın veya elektro mıknatısın bir nesneye uyguladığı kuvvetin hesabı Maxwell denklemlerine göre:
F = B 2 A 2 μ 0 {\displaystyle F={{B^{2}A} \over {2\mu _{0}}}} {\displaystyle F={{B^{2}A} \over {2\mu _{0}}}},
Semboller
F Kuvvet (SI birimi: newton)
A Etki edecek manyetik kutbun alanı (metre kare)
B Mıknatısın manyetik alanı
Eğer mıknatıs dikey konumda bir kütleyi kaldırmak için kullanılacaksa, m kaldırma kuvveti kilogram olarak:
m = B 2 A 2 μ 0 g n {\displaystyle m={{B^{2}A} \over {2\mu _{0}g_{n}}}} {\displaystyle m={{B^{2}A} \over {2\mu _{0}g_{n}}}}.
|
|
|
Üreme, çoğalma,Eşeyli üreme,Eşeysiz üreme, |
|
Yazar: RasitTunca - 09-19-2018, 12:37 PM - Forum: Sanal Dergi
- Yorum Yok
|
 |
Üreme, çoğalma,Eşeyli üreme,Eşeysiz üreme,Vejetatif üreme,Çok hücrelilerde üreme,Tek hücrelilerde üreme,Bitkilerde üreme,
Üreme, çoğalma olarak da bilinir, bir canlının neslini devam ettirmesi olayı. Büyüme ve gelişmesini tamamlayan her canlı çoğalma yeteneğine sahip olur. Çoğalma yeteneğine sahip
canlılar kendilerine benzer bireyler oluştururlar ve bu sayede nesillerini devam ettirmiş olurlar.
Biyolojinin temel ilkelerinden biri "tüm canlılar kendinden önce bulunan canlılardan meydana gelir" sözüdür. Gerçekten de yaşamın temel yapısı bireylerin çoğalmasıyla gelecek
döllerin oluşturulması ve genetik bilginin aktarılmasından geçer. Üremenin birimi ve taşıyıcısı hücre, türlere özgünlüğün aktarılmasını sağlayan ise kalıtım materyalidir.
özellikle arılarda partenogenez diye adlandırılan üreme biçimi iki tip arı tarafından gerçekleştirilir. Kraliçe arı (2n) ve erkek arı (n) bölünmeye uğrayarak yumurta ve
spermlerini birleştirir. Bunlardan birkaç yumurta erkek arıyı, birkaç yumurta kraliçe arıyı (bunlar arı sütü ile beslenir), diğer yumurtalar ise işçi arıları (kısır-bunlar da
arı ekmeği ile beslenir) meydana getirir.
Eskiden, insanlar canlı varlıkların cansız maddelerden oluştuğuna inanırlardı, örneğin, sineklerin çamurdan ya da etten, kurbağaların çamurdan oluştuğu gibi.
Mikroskobun bulunuşu ve mikroorganizmaların saptanması sonucu bunların kökeni ile ilgili görüşlerden biri; abiyogenez (kendiliğinden oluş, Spontan Generasyon); diğeri ise
biyogenez (kendinden önceki bir canlıdan oluş) dur. Sonraları bir fizikçi olan Francesco Redi'nin ünlü kavanoz çalışması, açık kaptaki ette sinek kurtçuklarının oluşumu ve eti
steril ettikten sonra kapalı ortamda ette hiçbir canlının kendiliğinden oluşmadığının gözlemlenmesiyle, burada gerçekleşenin abiyogenez olmadığı ortaya çıktı.
Bir hücreli canlılarda çoğalma, vejetatif bölünmeyle birleşmiş ve bu sebeple normal vejetatif bölünme aynı zamanda yeni döller meydana getirilmesini de sağlamaktadır. Çok
hücrelilerde ise; çoğalma, germinatif hücreler denen özelleşmiş dokuya indirgenmiştir. Somatik /vejetatif hücreler canlıda yapının oluşmasını, gelişmesini sağlayan ve bireyle
birlikte ölen hücrelerdir.
Canlılarda cinsiyetli ve cinsiyetsiz çoğalma olmak üzere iki çeşit çoğalma vardır.
Eşeysiz üreme
Eşeysiz üreme tek bir organizmadan yalnızca bu organizmanın genlerini alarak yeni bir canlı üremesidir. Bu üreme yönteminde ploitlik görülmez. Otomiksis durumu dışında eşeysiz
üreme sonucu oluşan organizma, ana organizmanın birebir genetik kopyasıdır. Daha dar bir tanımlama gametlerin birleşmesi dışında oluşan üreme yöntemi demek olan agamogenez
terimidir. Eşeysiz üreme arkea, bakteri ve protistler gibi tek hücreli organizmalar için ana üreme yoludur. Birçok bitki ve mantar da eşeysiz ürer.
Tüm prokaryotlar eşeysiz olarak üreseler de bazen bakteriyel konjugasyon, transformasyon, transdüksiyon gibi yatay gen transferi mekanizmaları rekombinasyon anlamında eşeyli
üremeye benzetilir.[1] Çok hücreli canlılarda, özellikle hayvanlarda tamamen eşeysiz üreme görece nadir olarak görülmektedir. Çok hücreli canlılarda eşeyli üremenin neden çok
yaygın olduğu anlaşılamamıştır. Günümüzdeki hipotezler [2] eşeysiz üremenin hızlı popülasyon artışında ve kararlı ortamlarda kısa süreli avantajları olabileceğini ancak eşeyli
üremenin daha hızlı bir genetik çeşitlilik sağlayarak değişen ortamlara adaptasyonda çok bariz bir avantajı olduğunu önermektedir. Gelişimsel kısıtlamalar[3] neden çok az hayvan
türünün yaşam döngüleri boyunca eşeyli üremeden neden tamamen vazgeçtiğini açıklayabilir. Eşeyli üremeden eşeysiz üremeye geçmenin önündeki kısıtlardan biri mayoz bölünmenin
kaybolmasıyla birlikte mayoz bölünme sayesinde DNA tahribatının rekombinasyon sayesinde koruyucu onarımında yok olması olabilir
Eşeyli üreme
Eşeyli üreme, iki canlı organizma arasında genetik malzemelerin birleştirilmesi suretiyle yeni bir canlının oluşması olayıdır. Burada iki ana süreç vardır: kromozom sayısını
yarıya indiren mayoz bölünme ile iki gametin birleştiği ve eski kromozom sayılarına ulaştığı döllenmedir. Mayoz bölünme sırasında, her bir çiftin kromozomları, homolog
rekombinasyon elde etmek için krosover yoluyla parça değişimi yaparlar.
Eşeyli üremenin evrimi büyük bir yap boz bilmecesidir. Eşeyli üreyen organizmaların ilk fosilleşmiş kanıtları, 1 ile 1,2 milyar yıl öncesi Stenyan dönemindeki ökaryotlara
aittir.[1] Eşeyli üreme, hemen hemen tüm hayvanlar ve bitkiler de dahil olmak üzere, iri ölçekli makroskopik organizmaların büyük çoğunluğu için başlıca üreme metodudur. Hücre
teması yoluyla iki bakteri arasında genetik malzeme (DNA) aktarımı olan bakteriyel konjugasyon, benzer mekaniğe sahip olduğu için sık sık yanlışlıkla eşeyli üreme ile
karıştırılır.
Önemli bir soru, eşeyli üremenin, döllenmesiz bir üreme biçimi olan partenogeneze rağmen neden vazgeçilmez olduğu ve bazı yönlerden üstün bir üreme biçimi teşkil ettiğidir.
Çağdaş evrim düşüncesi, bu konuda bazı açıklamalar önermektedir. Bir neden, aynı soy dalı üzerinde var olan seçilim baskısı sebebiyle olabilir. Bir popülasyonun, değişen çevre
şartlarına karşı vereceği tepkiden daha hızlı yayılabilmesi yeteneği, eşeyli rekombinasyonla partogenezde olduğundan daha çok sağlanır. Alternatif olarak, eşeyli üreme, sınırlı
kaynaklar için birbirleriyle rekabet eden aynı soy dalındaki türlerden daha çok evrimsel hız sağlayabilir.
Bitkiler Bitkilerde üreme
Hayvanlar, tipik olarak mayoz bölünmenin hemen ardından, mayoz bölünme tarafından oluşturulan sperm denilen erkek gametler ile yumurta veya ovum denilen dişi gametler üretirler.
Öte yandan bitkiler, mitoz bölünme sonucu oluşan sporlara sahiptirler. Sporlar, gametofit içinde sporlanarak gelişirler. Çeşitli bitki türlerin gametofitleri, büyüklük olarak
birbirlerinden ayrılır: kapalı tohumlu bitkiler (Angiospermler), polenlerinde sadece üç adet hücre bulundururlarken yosunlar ile ilkel olarak adlandırılan bitkiler ise birkaç
milyon hücreye sahip olabilirler. Bitkilerde, çiçeksiz ve sporlu bir evre olan sporofit evresinin gametofit evreyi izlediği 2 farklı yaşam evresi olup nesil değişimi görülür.
Sporofit evre, mayoz sporangium kesesi içinde spor üretimine yol açar.
Çiçekli bitkiler
Çiçekler, çiçekli bitkilerin cinsel organlarıdır.
Çiçekli bitkiler, karalara egemen olan bitki formu olup eşeyli ve eşeysiz üreyerek çoğalırlar. Genel olarak sahip oldukları en ayırt edici özellikleri, çoğu zaman çiçek olarak
adlandırılan cinsel organlara sahip olmalarıdır. Stamen ya da anter olarak bilinen çiçeğin erkek üreme organı, eril gametofitler meydana getirir ve bu eril gamatofitler, dişi
gametofitlerin yumurta içinde bulunduğu, stigma olarak da bilinen ve karpel üstünde yer alan tepeçiğe eklenerek polen taneleri içinde sperm üretirler. Polen tüpü, karpal biçimde
geliştikten sonra üreme hücresinin çekirdeği, dişi yumurta hücresini döllemek için polen taneleriden ovüllere (yumurta) doğru hareket eder ve çift dölleme denilen bir süreçte
endosperm çekirdeği, dişi gametofitin içine yerleşir. Triploid endosperm (tek bir sperm hücresi ve iki dişi hücresi) ve dişi ovul dokuları, gelişmekte olan tohumun
çevrelenmesine neden olurken ortaya çıkan zigot, embriyo olarak gelişmeye başlar. Bundan sonra, dişi gametofitleri oluşturan yumurtalık meyveye dönüşürek tohum çevresinde
büyümeye başlar. Bitkiler kendi kendilerini tozlayabildikleri (Kendi kendini tozlama) gibi birbirlerini de tozlayabilirler (Tozlaşma). Eğrelti otları, yosun ve ciğer otları gibi
çiçeksiz bitkiler ise, eşeyli üremenin başka şekillerini kullanırlar.
Eğrelti otları
Eğrelti otları, çoğunlukla rizom, kök ve yapraklara sahip büyük diploit sporofitler meydana getirirler ve sporangium denilen küçücük yuvarlak kesecikler halindeki spor keseleri
üzerinde ise sporlar oluşur. Bu keseler yırtılınca, sporlar toz halinde serbest bırakılır ve bunlar çimlenerek genellikle yeşil renkli ve kalp şeklindeki, küçük, kısa ve de ince
gametofitler oluştururlar. Gametofitler veya tallus, hem anterozoitte (bitkilerde erkek üreme hücresi) hareketli spermler, hem de ayrı olarak arkegonda (eğrelti otlarındaki
dişilik organı) yumurta hücreleri oluştururlar. Yağmur yağdıktan veya çiğ taneleri, bunların üstünde ıslak bir şerit oluşturduktan sonra, hareketli spermler, normalde tallusun
üzerinde üretilen anterozoitten dışarı doğru püskürürler ve yağmur suyu veya çiğ örtüsündeki sıvı içinde yüzerek yumurtaları dölledikleri arkegona ulaşırlar. Bu geçişi ve
karşılıklı döllenmeyi desteklemek için, spermlerin yumurtalar henüz döllenmeye hazır olmadan önce serbest bırakılması, spermlerin yumurtaları farklı talluslar içinde
döllemelerini daha olası hale getirir. Döllenme sonrası bir zigot oluşur ve bu zigot, yeni bir sporofit bitkiye dönüşür. Bitkilerin sporofit ve gametofite ayrılması durumuna
nesil değişimi denir. Benzer üreme yöntemlerine sahip diğer bitkiler, Psilotum (Lycopodiales takımından psilotaceae familyasının örnek tipi), Kurtayağı adı ile anılan
Lycopodium, yosundan daha gelişmiş ama eğrelti otundan daha ilkel olan Selaginella ve Atkuyruğu (Equisetum)'dur.
Kara yosunları
Ciğer otları, Boynuz otları ve Yapraklı Bryophyta türlerini kapsayan kara yosunları, hem eşeyli hem de vejatitif olarak ürerler. Kara yosunları, nemli yerlerde, eğrelti otları
gibi büyüyen küçük bitkiler olup flagella kamçısı olan spermlere sahiptirler ve eşeyli üremeyi kolaylaştırmak için suya ihtiyaç duyarlar. Bu bitkiler, fotosentez yapan yaprak
benzeri yapılara sahip, çok hücreli haploid bir vücut olan ve hakim bir forma dönüşen haploid bir spor olarak başlangıç yaparlar. Haploid gametler, mayoz bölünme tarafından
anterozoit ve arkegon içinde üretilirler. Anterozoit'ten püsküren sperm, olgunlaşmış arkegon tarafından salgılanan kimyasallara yanıt vererek sıvı su şeridi içinde onlara doğru
yüzerler ve böylece zigot oluşturan yumurta hücrelerini döllerler. Zigotlar mitoz bölünme ile bölünürler ve diploit olan bir sporofite dönüşürler. Çok hücreli diploit
sporofitler, arkegona Setae kılları ile bağlanan ve spor kapsülleri denilen yapılar üretirler. Spor kapsülleri, mayoz bölünme ile sporlar oluşturur ve bu kapsüller olgunlaşıp
yırtıldıklarında sporlar da serbest bırakılır. Kara yosunları, üreme yapılarında önemli farklılıklar gösterirler ve yukarıdakiler buna dair temel bir taslak oluşturur. Bunun
yanında , bazı türlerde her bitki tek bir cinsiyete sahipken, diğer türlerde bir bitki her iki cinsiyete de sahip olabilir.[2]
Mantarlar
Mantarlar, işlem yaptıkları eşeyli üreme yöntemlerine göre sınıflandırılırlar. Eşeyli üreme sonucu, zor zamanlarda hayatta kalmaya ve yayılmaya yarayan dayanıklı sporlar oluşur.
Mantarların eşeyli üremesinde genellikle üç evre gözlemlenir: plazmogami, karyogami ve mayoz bölünme.
Böcekler Kız böceği çiftleşmesi
Böcek türleri, günümüze kadar gelen tüm hayvan türlerinin üçte ikisinden fazlasını oluştururlar ve bazı türleri seçmeli olarak partenogenez ile çoğaldıkları halde çoğu böcek
türleri eşeyli olarak ürerler. Birçok böcek türü seksüel dimorfizm özellikleri gösterirken, diğer türlerde cinsiyetler neredeyse özdeş görünüme sahiptir. Tipik olarak, böcekler
spermatozoa (sperm) üreten erkek ve ovül (yumurta) üreten dişi olmak üzere iki cinsiyete sahiptirler. Ovül, iç döllenme öncesi oluşan ve koryon tabakası ile kaplanan yumurtalara
dönüşür. Böcekler, çoğu kez erkeğin spermatoforunu (sperm kapsülü) dişinin içinde depoladığı ve yumurtaların döllenmeye hazır olmasına kadar dişinin bu spermleri sakladığı, çok
farklı çiftleşme biçimlerine ve üreme stratejilerine sahiptir. Dölleme sonrası ve zigot oluşumu ile gelişim aşamalarının çeşitlenmesinin ardından, birçok türlerde dişi
yumurtaları dışarıda saklar ya da bazı türlerde yumurtalar dişi böceğin içinde gelişir ve yavruları canlı doğururlar.
Memeliler
Memelilerin günümüze kadar ulaşan ve hepsinin de iç döllenme özelliğine sahip olduğu üç türü bulunmaktadır: Tek delikliler, Eteneliler ve Keseliler. Anne ve cenine ait iki
dolaşım sistemini birbirinden ayıran plasenta organına sahip memelilerde döller, henüz üreme yeteneği olmayan fakat cinsel organlara sahip eksiksiz bir yavru olarak doğarlar.
Birkaç ay veya yıl sonra, cinsel organlar ergenliğe kadar gelişmeye devam eder ve canlı hayvan cinsel olgunluğa ulaşır. Memelilerde dişilerin çoğu, sadece belirli zamanlarda,
östrus döneminde doğurgan olup bu noktada çiftleşmeye hazır hale gelirler. Erkek ve dişi memeli bireyler karşılaştıklarında kopülasyon yaparak cinsel birleşme gerçekleştirirler.
Birçok dişi ve erkek memeli, hayatları boyunca yetişken olarak birçok eş değiştirirler.
Erkek
Daha çok bilgi için: Erkek üreme sistemi (insan)
Erkek üreme sistemi, Penis ve spermlerin üretildiği testisler olmak üzere iki ana bölümden oluşur. İnsanlarda, bu iki organ karın boşluğu dışında bulunur, ancak diğer hayvan
türlerinde öncelikli olarak karın bölgesi içinde yer alabilir (örneğin, köpeklerde penis, çiftleşme sırasında hariç, genelde karın içi bölgede bulunur). Testislerin karın
dışında bulunması, belirli sıcaklıklarda hayatta kalabilen spermlerin ısı düzenlemesinin en iyi şekilde ayarlanmasında kolaylık sağlar. Spermler, farklı iki cins gametten küçük
olanı olup genelde çok kısa yaşam ömrüne sahip olduklarından erkek bireylerin, cinsel olgunluktan ölümlerine durmaksızın sperm üretmelerini gerektirir. Boşalmadan önce üretilen
spermler, epididimis er bezinde biriktirilir. Sperm hücreli hareketli olup yumurta hücresine yüzerek ulaşmak için kamçı benzeri bir flagella kullanırlar. Spermler, yumurtayı
bulmak için sıcaklık değişimlerinden (termotaksi)[3] ve kimyasal seviye değişimlerinden (kemotaksi veya kimya göçümü) yararlanırlar.
Dişi
Daha çok bilgi için: Dişi üreme sistemi (insan)
Aynı şekilde dişi üreme sistemi de, vajina ile spermleri kabul eden ve yumurtalıklarda yumurtaların oluştuğu rahim olmak üzere iki ana bölümden oluşur. Bu bölümlerin tümü iç
kısımlarda yer alır. Vajina, rahim boynu (serviks) aracılığıyla rahime bağlanmış bir durumdayken rahim de fallop tüpleri ile yumurtalıklara bağlıdır. Belli aralıklarla,
yumurtalık, bir yumurta bırakır ve bu yumurta da daha sonra fallop tüpünden rahime geçer.
Eğer bu geçiş sırasında yumurta, herhangi bir şekilde spermlerle karşılaşırsa, birleşmek için bu spermlerden birisini seçer ve bu olaya döllenme denir. Yumurtalar, genellikle
yumurta kanalında (ovidükt) döllenebilecekleri gibi bu döllenme, rahimde de gerçekleşebilir. Oluşan zigot, daha sonra implantasyon yoluyla rahim duvarına yerleşir ve burada
embriyonik gelişim ile morfogenez süreçleri başlar. Eğer bu gelişim, yavrunun rahim dışında hayatta kalabileceği bir seviyeye ulaşmışsa, rahim boyu açılıp genişler ve rahimdeki
kasılmalar, cenini (fetus) doğum kanalının içinden vajinaya dışarıya doğru itmeye başlar.
Dişi üreme hücresi olan yumurta, spermden çok daha büyük olup normalde doğumdan önce ceninin yumurtalıkları içinde oluşmaya başlar. Yumurtalar, rahime geçiş yapmadan önce,
genelde yumurtalıklar içinde tutulur ve daha sonra oluşacak olan zigot ve embriyo için besin içerirler. Düzenli aralıklar içinde, hormonal uyarımlara tepki vererek, yumurta
oluşumu sürecinde (oogenez) bir yumurta olgunlaşmaya başlar ve daha sonra bu yumurta fallop tüpü içine serbest bırakılır. Yumurta döllenmediği takdirde, bu yumurtalar insanlarda
ve yüksek primatlarda regl veya adet denilen olayla vücuttan dışarı atılır. Diğer memelilerde ise bu yumurtalar, dişilerin kızgınlaşma döneminde tekrar emilerek vücutta absorbe
edilirler.
İnsanlarda embriyo gelişiminin ilk dönemleri.
Gebelik
Daha çok bilgi için: Gebelik (memeliler) ve Gebelik
Gebelik veya hamilelik, erkekten gelen sperm ile kadının yumurtalıklarından atılmış olan yumurtanın döllenmesi ile oluşan ceninin, doğuma kadar geliştiği ve dişi içinde mitoz
bölünme yoluyla bölünüp oluşmaya başladığı zaman bölümüdür. Bu süre boyunca, fetusun ihtiyacı olduğu beslenim ve oksijen, kanın, ceninin karnına göbek bağı ile bağlanmış olan
plasenta içinde besinlerin filtre edilmesi yoluyla anne tarafından karşılanır. Besin maddelerinin embriyoya aktarılması, daha çok kalori gerektirdiğinden dişi için yorucu bir
durum oluşturabilir. Buna ek olarak, gebelikte bazı vitaminler ve besinlere, normalden daha büyük miktarlarda gereksinim duyulduğundan, olağan dışı yemek alışkanlıklarına neden
olabilirler. Gestasyon periyodu da denilen gebelik süresi, türden tür büyük ölçüde farklılık gösterir: insanlarda 40 hafta, zürafalarda 56 ile 60 hafta ve çırlak sıçanı olarak
da bilinen hamsterlerde ise 16 gündür.
Doğum Çocuk doğurma
Fetus yeteri kadar geliştikten sonra, rahimin kasılması ve rahim kanalının genişlemesiyle birlikte başlayan kimyasal uyarılar, doğum sürecini başlatırlar. Fetus, daha sonra
rahim boyuna iner ve burada vajina içine doğru ve sonra da nihayet anne dışına itilir. İnsanlarda bebek denilen yeni doğmuş yavru, genellikle doğumdan kısa bir süre sonra kendi
başına solunum yapmaya başlar. Kısa bir süre sonra, plasenta da dışarı atılır. Çoğu memeliler, yavruların bakımı için plasanta, iyi bir protein kaynağı olduğu ve diğer hayati
önem taşıyan besinleri de içerdiği için dışarı atılan bu plasentayı yerler. Son olarak, yavrunun karnına bağlı olan göbek bağı da, bir süre sonra kendiliğinden düşer.
Tek delikliler
Avustralya ve Yeni Gine'de sadece beş türü olan Tek delikliler diğer memelilerden farklı olarak yavru doğurmayıp yumurtlayan ve bu yumurtaları dışarı bırakan canlılardır. Tek
deliklilerin cinsel organları, idrar yolu ve bağırsakları, kloak adı verilen tek bir delikte ve birleşik bir durumda bulunur. Kloak, Tek deliklilerde, son bağırsağın dışarıya
açıldığı, dışkının ve idrarın belli bir süre tutulabildiği ve eşeysel üretimin akıtıldığı ortak ve tek olan vücut açıklığıdır. Tek delikliler, yumurtalarını birkaç hafta boyunca
besin sağlamak için içeride tuttuktan sonra, yumurtladıkları bu yumurtaların üstüne kuşlar gibi yatarak örterler. En az iki hafta sonra, yavrular yumurtadan çıkar ve çoğu
keselilerde olduğu gibi, annelerinin keselerine girerek burada birkaç hafta için, yetişene kadar sütle emzirilirler.
Keseliler
Keselilerin üreme sistemleri, belirgin şekilde plasentalı memelilerden farklıdır. Keseli dişiler, bir ağızla dışarıya açık olan ama rahim içinde farklı bölmelere yönlendiren iki
vajinaya sahiptirler.[4] Bu anlamda dişilerde iki adet rahim ve iki adet döl yolu vardır. Erkek keseliler ise, dişilerdeki çift vajinaya karşılık gelen çatallaşmış ve iki yönlü
bir penis yapısına sahiptirler. Penis, sadece dişilere spermleri boşaltmak için kullanılır ve idrar yolundan ayrıdır. Keselilerde kloak, her iki cinsiyette birden bulunur ve
ürin atılmadan önce atık depolamak için kullanılan bir ürogenital keseye bağlıdır.[5]
Dişiler, rahimlerinde, embriyoya besin sağlayan ve yumurta sarısına benzer bir kese geliştirirler. Bandikut faresi, koala ve vombatların embriyolarında ek olarak rahim duvarına
bağlı plasenta benzeri organlar gelişir. Bu plasenta benzeri organlar, memelilerin sahip olduğu plasentadan küçük olup bu organların anneden embriyoya besin taşıyıp taşımadığı
kesin olarak açıklığa kavuşmuş değildir.[6]
Keselilerde gebelik süresi, genellikle 4 ile 5 hafta gibi çok kısa bir zamanı kapsar. Embriyo, gelişimin çok erken bir döneminde doğar ve doğduğunda genellikle 5 cm'den daha
küçük bir boyuta sahiptir. Kısa gebelik döneminin, annenin bağışıklık sisteminin embriyoya saldırması riskini azaltmak için gerekli olduğu öne sürülür.
Yeni doğan keseli memeliler, anne karnındaki bir kesede yer alan meme ucuna tırmanarak ulaşmak için nispeten güçlü ön ayaklarını el gibi kullanırlar. Anne keseli, yavrunun emmek
için ancak çok zayıf olduğu bir durumda, meme bezi üzerinde yer alan kasları kasarak yavruyu besler. Yeni doğan keseli yavruların, meme ucuna tırmanmak için ön ayaklara ihtiyaç
duymaları, keselilerde ön ayakların yüzgece veya kanatlara evrilmesini engellemiş olup birkaç uçabilen planör keseli olmasına rağmen keseli canlıların, tam anlamıyla suda
yaşayan ya da gerçekten uçan keseli görünümü almalarına mani olmuştur.
Balıklar
Balık türlerinin büyük çoğunluğu, daha sonra dışarıda erkek tarafından döllenen yumurta bırakırlar,[7] Bazı balık türleri, kayaların altına veya bitkilerin üzerine yumurta
bırakırlarken diğer balık türleri yumurtalarını basitçe suya bırakırlar ve bu yumurtalar, su akımlarıyla sürüklenirken veya su içinde aşağıya doğru batarken döllenirler. Bazı
balık türleri ise, önce iç döllenme gerçekleştirir ve daha sonra gelişmekte olan yumurtaları serbest bıraktıkları gibi bazı türler ise canlı doğum yaparlar. Canlı doğum yapan
balık türleri, Lepistes ile Molly balıkları ya da diğer adıyla Poecilia'dır. Canlı doğum yapan balıklar, yumurtaları dişinin vücudu içinde gelişen, döllenen ve yine dişi içinde
yumurtadan çıkan oovivipar hayvanlardır ya da denizatında olduğu gibi, bir kese içinde gelişmekte olan yavruları erkekler taşır ve canlı doğum da, erkekler tarafından yapılır.
[8] Bunun yanında balıklar, memelilerde olduğu gibi, dişilerin içeride büyüyen yavrulara besin temin ettiği vivipar bir gebelik şekline de sahip olabilir. Bazı balıklar
hermafrodit (çift cinsiyetli) olup bir birey, hem dişi hem de eril olarak aynı anda yumurta ve sperm üretebilir. Çift cinsiyetli balıklarda, bazıları aynı anda erkek ve dişi,
her ikisi birden olabilecekleri gibi, bazı balıklarda ise, bir cinsiyetle başlayıp diğer cinsiyete geçme suretiyle eril ve dişi durumu değişmeli olarak da görülebilir. En
azından, hermafrodit bir tür, yumurta ve sperm birlikte serbest bırakıldığında, kendi kendilerini dölleyebilirler. Kendi kendini içten dölleme bazı diğer türlerde de
oluşabilir.[9] Eşeyli üremeyen ama yavru üretmek için yine de cinsel birleşme yolundan yararlanan bir balık türü Poecilia formosa olup uniseks olarak tek tip bir cinsiyete
sahiptir ve döllenmemiş yumurtaların embriyo olarak gelişip dişi yavrular oluşturduğu, bir partenogenez türü olan ve ginogenez denilen bir üreme şeklini kullanır. Bu döllenme
şeklinde, Poecilia formosa, iç döllenme ile üreyen bir erkek veya başka balık türleriyle çiftleşir, ancak bu birleşmede yumurtalar döllenmez, sadece embriyo olacak yumurtaların
büyümesi için uyarılma sağlanır.[10]
Vejetatif üreme
Vejetatif üreme, yüksek yapılı bitkilerin vejetatif organlarından (yaprak, kök ve gövdeleri) belli kısımlarının, ana bitkiyle aynı genetik yapıya sahip yeni bireylerin
oluşturulmasıdır.
Vejetatif üreme, eşeysiz üreme çeşitlerindendir. Tarımda yaygın bir şekilde kullanılan bu çoğalma metodu farklı şekillerde uygulanabilir. Yüksek yapılı bir bitkinin kalıtsal
özelliklerinin nesiller boyu değişikliğe uğraması istenmiyorsa vejetatif yolla çoğalması gerekir. Bu üreme çeşidinin adı yerel tarımda aşılama, kalem aşısı, göz aşısı veya budak
yama denir.
Örnekler
Kavak, söğüt ve gül bitkilerinden alınan dallar köklendirilip toprağa ekilir. Bu yapılar gelişerek yeni bireyler oluşur. Buna çelikle üretme de bulunan düğümler köklenerek
yeni çilek bitkileri meydana getirir
Patates üzerinde bulunan ve göz adı verilen bölgelerin her birinden uygun şartlarda yeni bitkiler meydana gelir. Buna göz ile üretme denir.
Yerelması
Zambak ve ayrık otu bitkilerinin rizom denilen toprak altı gövdelerinden yeni bitkiler gelişir.
Gözyaşı bitkisinde (Kalanchoe), yaprağın kenarlarında meydana gelen tomurcuklardan küçük bitkicikler gelişir. Daha sonra ana bitkiden ayrılan ve toprağa düşen bu
bitkiciklerden yeni gözyaşı bitkileri oluşur.
Asma ve benzeri bahçe bitkilerinde de görülmektedir.
Çok hücrelilerde üreme
Eşeysiz üreme, çok hücrelilerin ilkel formlarında görülür
Tomurcuklanma ile üreme
Genellikle mantar hücrelerinde görülen çoğalma şekline verilen ad. Ana hücreden bir ya da daha fazla çıkıntı oluşur. Bu sırada ana hücrenin içinde bir çekirdek bölünmesi olur ve
yavru çekirdekten birisi, gelişmekte olan tomurcuğun içine girer ve tomurcuk büyüyerek, ana hücreden ayrılıp yeni bireyler meydana getirir. Böylece çoğalma sağlanır.
Hidra,deniz anası ve amip gibi canlıların normal yol ile değil de tomurcuklanarak yani kendi türünün aynısı bir canlıyı çevresinde bir yerden tomurcuklanarak üremesidir. Bu
üreme şekli bira mayasında da görülür. Tomurcuklanma deniz anası ve süngerlerde görülür.
Rejenerasyon ile üreme
Canlının kopan vücut parçasının tekrar oluşmasına rejenerasyon denir. Canlının çekirdekten bölünerek iki canlı oluşturmasına ise çoğalma adını verilir. Deniz yıldızı, ve toprak
solucanında görülür.
Eşeyli üreme
Gelişmiş çokhücreliler farklı bireylere ait üreme hücreleri ile ürerler. Gelişmiş canlıların eşey hücreleri hem büyüklük, hem de yapı bakımından birbirlerinden farklıdır. Bu tip
eşeyli üremede gametlere heterogamet,üremeye ise heterogami denmektedir. Heterogamide büyük ve hareketsiz olan dişi eşey hücresi yumurta , küçük ve hareketli olan ise erkek
üreme hücresi sperm (spermatozoon) adını almaktadır. Eşey hücreleri (gametler) gonad adı verilen organlarda oluşur. Bunlardan yumurta hücresini meydana getiren gonada ovaryum
(yumurtalık); erkek üreme hücresini meydana getiren gonada ise testis denir. Basit hayvansal organizmaların bazılarında bu iki organ aynı bireyde bulunan canlılara hermafrodit
canlı denir. Gelişmiş hayvanlarda bunlar ayrı bireyler üzerinde bulunurlar.
Partenogenez
Eşeyli çoğalmanın değişikliğe uğrayarak meydana getirdiği eşeysiz bir üreme şeklidir. Dişi eşey hücresinin erkek eşey hücresi ile birleşmeden gelişme gösterir. Partenogenetik
çoğalma farklı hayvan gruplarında görülür. Yaprak bitleri (bovicularlar) , arılar, karıncalar, supireleri, çalıçekirgeleri, bazı kelebekler ve omurgalılardan Kafkas kertenkelesi
bu tip çoğalma gösterir. Tavuk yumurtalarının 1/10.000'i döllenmeden gelişerek bir horoz meydana getirebilir. Kraliçe bal arısı tüm yaşamı boyunca bir erkekle yaptığı
birleşmeyle erkekten aldığı spermleri sperm kesesinde biriktirir. Yumurtlama sırasında bu kesenin ağzını açarak döllediği yumurtalardan dişi işçi bireyler gelişirken, kesenin
kapalı tutulması sonucu döllenmeyen ve partenogenetik olarak gelişen yumurtalardan da erkek bireyler gelişirler. Aynı zamanda kaliomesenta adı verilen canlıların üreme şekli
olup günümüz ekonomisine birçok katkı sağlar.
Merogoni
Larva evresinde bulunur.
Neoteni
larva evresinnde eşey organlarının erginleşerek yumurta yapabilme yeteneğine denir. Paedogeneze benzer. En güzel örneklerinden biri necterus türü semenderdir. Yapısında tiroksin
hormonu olmadan başkalaşım geçiremektedir.
Hermafroditizm
Bazı organizmalarda erkek ve kadın eşey hücrelerinin aynı zamanda ya da birbirlerini izleyen zamanlarda aynı bireyde bulunmasına denir. Bu canlılar yine hermafrodit bireylerle
döllenme yapabildikleri gibi, kendi kendini de dölleyebilir. Genellikle ilkel hayvanlarda, bir yere yapışarak yaşayan hayvanlar ve parazitlerde görülür.
Tek hücrelilerde üreme
Eşeysiz Üreme
Genellikle vücudun ikiye bölünmesiyle gerçekleşir. Bölünme zamanı hayvanın belirli bir büyüklüğe ulaşmasıyla saptanır. Bölünme mitozla gerçekleşrise yavrulara verilen kalıtsal
gereç yaklaşık olarak eşit, eğer amitozla gerçekleşmişse yavrulara verilen kalıtsal gerecin miktarı ve özelliği farklı olabilir. Bölünme çekirdeğin ikiye bölünmesiyle başlar ve
diğer organeller de kendilerini eşleyerek yavrulara birer tanelerini verirler. Sillilerde bölünme enine gerçekleşir. Büyük ve küçük çekirdekler ikiye bölünür, yavrular bunlardan
birer tanesini alırlar. Sitoplazma miktarı her zaman eşit dağılmaz ve yavrular bu yüzden bir yarılarını tamamlamak zorundadırlar. Buna Plazma Farklılaşması denir. Kamçılılarda
bölünme boyuna gerçekleşir ve yavrulardan biri anadaki kamçıyı alırken, diğeri kendine yeni bir kamçı yapar. Bazı protistlerde (özellikle parazitler) çekirdek ve hareket
organları art arda birçok bölünme geçirir. Sitoplazma bölünmesi olmaz. Ana hücre parçalandığında ortaya birçok yavru çıkar. Buna Fission denir.
Eşeyli üreme
Üç farklı şekilde gerçekleşir:
Döllenme
İki ayrı tek hücrenin birleşmesidir. Bu durumda her bir hücre gamet olurken, birleştiklerinde oluşan yapı zigottur. Gametler yapısal olarak birbirleriyle aynı görünümdeler ise,
bu kopulasyona izogami, farklı görünümdeler ise, anizogami denir. Gametlerden büyük ve hareketsiz olanı dişi (makrogamet), küçük ve hareketli olanı erkek (mikrogamet) adını
alır.
Konjugasyon
Canlılarda mayoz bölünme dışında çeşitlilik sağlayan üreme şeklidir.İki ayrı bireyin genellikle ağız bölgelerinin yan yana gelmesi ve çekirdek yarılarını değiştirmesi olayıdır.
Verilen yarım çekirdek erkek, kalan ise dişi birey rolündedir. Özellikle sillilerde görülen üreme şekillerindendir. Yan yana gelen iki tek hücreli arasında genetik materyal
aktarımı olur. Böylece genetik çeşitlilik sağlanır. Gen parçasını veren hücre erkek, alan ise dişi olarak varsayılır fakat bu üreme şekli tam anlamıyla bir eşeyli üreme
değildir. Gamet oluşturulmaz.
Partenogenez
Bazı terliksi hayvan (Paramesyum) türlerinde görülen kendi kendini dölleme yeteneğidir. Aynen konjugasyonda olduğu gibi küçük çekirdek mayoz bölünme geçirir, fakat iki birey yan
yana gelmeksizin gerçekleşir. Bölünen çekirdekler tekrar birleşerek diploit çekirdek oluştururlar. Bu diploit çekirdekten büyük ve küçük çekirdekler oluşur. Bu bölünmede bütün
allel çiftleri homozigot olarak kalır.
Dölalmaşı (Metagenez)
Yalnız gametlerin oluştuğu eşeyli üreme evresi ve yalnız vejejtatif bölünmenin olduğu eşeysiz üremenin arka arkaya birbirini izlediği bölünme çeşididir. Özellikle parazit
tekhücrelilerde görülür. En tipik döl değişimi örneği Plasmodium türlerinde görülür. Plasmodium malariae insan ve sivrisinek arasında gelişme döngüsünü tamamlar.
Bazı canlılarda eşeysiz üreme ile eşeyli üreme artarda gerçekleşir. Bu üreme şekline metagenez üreme denir. Metagenez üreme çiçeksiz bitkilerde ve sıtma mikrobunda gerçekleşir.
Kalıtsal çeşitliliğe neden olur.
Embriyonik gelişim
Embriyonik gelişim, eşeyli üreyen canlılarda görülen ve canlının, döllenme ile doğumu ya da yumurta veya kozadan çıkmasına kadar geçen süredeki gelişimi. Embriyonik gelişimin
safhaları ve yeri canlıdan canlıya farklılık göstermekle birlikte, bu süreç genelde annenin veya annenin ürettiği bir yapı koruyuculuğunda geçer.
Hayvanlardaki embriyonik gelişimde 4 aşama görülür:
Döllenme
Biçim
Küçülme
Değişmeme
Döllenme
Bu aşamada alışılmışın dışında bir büyüklüğe sahip zigot, kendi genomunun aynısını taşıyan daha kücük hücreler üretmek amacıyla üstüste mitoz hücre bölünmelerini gerçekleştirir.
Ancak ilk anda zigotun kendi genleri aktif durumda değildir (bkz: yazılım (biyoloji)). Bölünme, halen annenin daha önceden zigota döllenmemiş yumurta aracılığıyla verdiği
proteinler ve haberci RNAlar (mRNA) aracılığıyla yine annenin genomunun kontrolündedir. Bölünme dönemi, blastosöl oluşumu ile sona erer.
Biçim
Bu aşamada, önceden bölünmüş hücreler mekansal değişimlerle kendilerini hücre kümeleri ve tabakaları haline getirir. Bu olaya gastrulasyon denir. Şekillenme sonrası hayvanlarda
4 düzlem meydana gelir:
Ön ve arka (anterior-posterior eksen)
Sırt ve karın (dorsal-ventral eksen)
Sol ve sağ (rostro - caudal eksen)
Yakın ve uzak (proximal-distal eksen)[1]
Bu aşamada hücre katmanlarında değişim (differentiation) görülmezken, proteinlerin ve mRNAların hücreler arasında eşitsiz dağılımı sonucunda, ileride hangi hücrenin hangi hücre
tipi olacağı belli olur. Bu olaya "kader belirlenmesi" (fate determination) denir.
Gastrulasyon, 3 eşey zarını oluşturur (germ layer). Bunlar;
Ektoderm
Mezoderm
Endodermdir.
Gastrula aşamasında, zigot artık kendi genlerini aktif hale getirir. Bu etkinliğe orta-blastosöl geçişi (mid-blastula transition) denir.
Küçülme
Zamanla embriyodaki hücreler, yetişkin canlıdaki hücre tiplerini oluştururlar. Bu olaya değişim (differentiation) denir. Bu hücre tiplerinden bazıları; sinir hücreleri, kan
hücreleri ve kas hücreleridir. Bu hücreler tabakalar halinde dokuları, dokular organları, organlar da sistemleri oluştururlar.ektodermden duyu organları ,diş minesi ,saç,tırnak
ve sinir sistemi oluşur.
Değişmeme
Tüm sistemler oluştuktan sonra, hayvanların büyük bir kısmı gelişim safhasına girer. Gelişim, yeni hücrelerin ve hücreler arası sıvıların oluşmasıyla gerçekleşir.
insanlarda Üreme
Cinsel ilişki
Cinsel ilişki, cinsel birleşme veya çiftleşme; genellikle erkeğin sertleşmiş cinsel organı penisin, kadının vajinasının içine girmesini kapsayan, cinsel zevk ya da üreme amaçlı
bedensel ilişki için kullanılır. Bunun yanı sıra diğer penetrasyon (duhul) içeren anal seks, oral seks, parmaklama, dildo kullanma gibi cinsel aktiviteler de eşcinsel veya
heteroseksüel olmasına bakılmaksızın cinsel birleşme kabul edilirler.
Hazzı arttırmak için cinsel ilişki öncesi sevişme (partnerlerin birbirlerinin dudak, boyun gibi hassas yerlerini öpmesi ve birbirlerini okşamaları vb.) yapılır. Devamında,
sertleşmiş penis (veya dildo) vajina içine girer (intromisyon olarak da adlandırılır) ve genelde penisin tamamını dışarı çıkartmadan ileri-geri hareket ettirilir çiftler
kendilerini ve birbirlerini, çoğunlukla orgazm ve boşalma (ejakülasyon) gerçekleşene ya da penis, dildo olmaksızın çiftler birbirlerini oral yolla boşalma gerçekleşene kadar
uyarırlar.
Üreme
Cinsel birleşme insan soyunu sürdüren üremenin temel yöntemidir. Genelde erkekte orgazm ile aynı anda gerçekleşen boşalma işlemi ile birlikte, sperm ya da spermatozoit adları
ile bilinen erkek gametlerini içeren meni, ilgili adalelerin kasılması ile vajinanın içine bırakılır. Buraya boşaltılan spermlerin bir sonraki rotası sırasıyla rahim ağzı,
uterus (rahim) ve son olarak da fallop tüpleridir. Her bir boşalma ile birlikte, döllenme şansının yüksek olması için milyonlarca sperm hücresi ortaya çıkar. Kadının orgazm olup
olmaması gebe kalmak için bir zorunluluk değil ise de, erkeğin boşalması sırasında ya da sonrasında kadının da orgazm olması ile dişi cinsel organının geçici küçülmesi, vajina
içerisine boşaltılmış olan spermlerin fallop tüplerine ulaşmasını hızlandırarak gebeliğe yardımcı olur. Eğer fallop tüplerinde verimli bir yumurta hücresi var ise, erkeğin
gametleri ile birleşir ve döllenmenin gerçekleşmesi ile sonuçlanır. Döllenmiş yumurta hücresi uterusa ulaştığında ise rahimin iç yüzeyine tutunur ve gebelik başlamış olur. Kısır
olmayan bireylerin gerçekleştirdiği birleşmelerin, doğum kontrol yöntemleri kullanılmadığı sürece gebelik ile sonuçlanması beklenir.
Cinsel ilişkinin diğer amaçları
İnsanlar, yunuslar ve bonobolar cinsel ilişkiye sadece üreme amacı ile girmezler.[kaynak belirtilmeli] Cinsel zevk ve tatmin genelde bu ilişkilerin ana nedenidir. Bu nedenle
dişi yumurtlama yeteneğini kaybetmiş ya da hiç sahip değilse bile bu çiftlerin ilişkiye girmesine engel değildir. İnsanlar da, yunuslar da, bonobolar da, grup hâlinde
sürdürdükleri yaşam bireysel olarak yapabileceklerinden çok daha başarılı olan sosyal ve zeki varlıklardır. Bu canlılarda seksin yapılış amacı üremeden çok bazı sosyal
ihtiyaçlar ile bazı diğer kişisel gereksinimlerdir. Seks daha geniş sosyal yapılar oluşturmak ve sosyal hayatta bir yere sahip olmak için bireyler arasındaki samimiyet bağını
güçlendirir.
Édouard-Henri Avril'in gözünden misyoner stili
Birçok araştırmacı, seksin insan yaşamında üç önemli avantajı olduğunu düşünür: üreme, gönül bağının kuvvetlenmesi ve eğlence. 20. yüzyıl ortalarında başlayarak doğum kontrol
yöntemlerinin gelişmesi ile insanlar bu üç ögenin ayrımını daha kolay yapabilir hâle gelmişlerdir. Örneğin korundukları halde ilişkiye girmekte olan yeni evli bir çiftin amacı
sadece cinsel tatmin değil, aynı zamanda da ilişkilerini sağlamlaştırmak, aralarındaki güven duygusunu arttırarak gelecekte bir çocuk sahibi olmaya ön hazırlık yapmaktır.[kaynak
belirtilmeli]
Cinsel ilişkiye engel etkenler
Cinsel ilişki sırasında penisin uyarılması, klitorisin vajinanın tam olarak neresinde bulunduğunu ve boyutuna bağlı olarak, vajinanınkinden çok daha yüksektir. Araştırmalara
göre kadınların %70'i ya hiç orgazm olamadıklarını ya da çok nadir olduklarını belirtirler.
Yine araştırmalara göre kadınların birçoğu ilişki sırasında uyarılmalarına rağmen orgazm olmak için dış yöntemlere başvururlar. Cehâlet ya da önemsememezlik kadınların orgazm
olamamasının ana sebeplerindendir. Orgazm olamama durumu, cinsel uyarının sağlanmasına rağmen, tam doyuma ulaşılamaması durumudur. Bu sendrom, kadınlarda, erkeklere oranla çok
daha yaygındır. Bu durum bir takım psikolojik rahatsızlıklardan ya da partnerin kimliğine bağlı olarak ilişkiye karşı isteksizlikten kaynaklanabilir. Partnerini cinsel doyuma
ulaştırması gerektiği düşüncesi ve ona yeterli gelememesi endişesi bu sorunu daha da büyütebilir. İlişki sırasında orgazm olamama sorununa karşı mastürbasyon kadınların
vücutlarını keşfetmeleri için iyi bir yöntemdir. Bir partnerin yokluğu, bireyin performans eksikliği ve hatâ yapma endişesini ortadan kaldırarak eğlenmesine ve rahatlamasına
yardımcı olur. İyi iletişim ve sabır bir kadının orgazm olamaması sorununu çözebilmesi için gerekli olan faktörlerdendir. Birçok kadın orgazm olamamanın bir sorun olduğunu
bilmelerine rağmen, hayatlarında hiç orgazm olamamış, bunun bir sorun olup olmadığını bile bilmeyenler de vardır.
Halk arasında iktidarsızlık veya cinsel güç yetersizliği ve tıpta ereksiyon bozukluğu olarak adlandırılan rahatsızlık, bazı psikolojik ya da fizyolojik sağlık sorunlarından
dolayı ereksiyon olamama durumudur. Bu durum Viagra® (sildenafil), Cialis® (tadalafil) ve Levitra®(vardenafil) gibi reçete ile satılan bazı ilâçlar ile kısmen ve geçici olarak
çözülebilir. Yine de doktorlar bu tip ilâçların lüzumsuz kullanımlarına karşı uyarılar yapmaktadır. Cinsel güç arttırıcı ilâçlar genel olarak yüksek kalp krizi riskini
beraberinde getirir. Bunun ile birlikte doktorlar sorunları ilaç kullanarak etkisiz hâle getirme işlemlerinin, meseleyi sadece maskelediğini ve altında yatan problemleri asla
çözmediğini açıklarlar.
Erkeklerde, cinsel güç yetersizliğinden de çok rastlanan bir başka problem ise erken boşalmadır. Amerikan Üroloji Örgütü (AUO)'ne göre erken boşalma problemi erkeklerin %27'si
ilâ 34'ünü etkilemektedir. Erken boşalma her ne kadar bir cinsel problem veya yetersizlik gibi görülse de bir problem olmayıp bir cinsel uyumsuzluktur. Bundan başka kadınlarda
alt karın kaslarının istemdışı şekilde kasılarak, ilişkiyi sıkıntılı, ağrılı ve bazen de imkânsız hâle getiren Vajinismus ve farklı sebeplerden meydana çıkabilen Dyspareunia sık
sık görülen cinsel sorunlardır.
Cinsel etik ve yasalar
Birtakım cinsel aktivite ve fantaziler pek çok toplumda tabu olarak yerleşse de, cinsel birleşme insanoğlunun neslinin devamını sağladığı için gerek kültürel gerek ise dinî
açıdan -birkaç istisnâ dışında- yasak kabul edilmemiştir.
Cinsel birleşmeye müdahâle eden kültürlerin birçoğu doğal olarak tükenmiş ve birkaç istisnâ dışında ayakta durmamaktadır. Kendilerine Shakers adını veren, [Hristiyanlığın bir
mezhebi olan bir grup doğuma ve cinsel ilişkiye izin vermez.[kaynak belirtilmeli] Günümüzde dışarıdan katılmalar ile birkaç yandaşı bulunan bu oluşumun felsefesine göre eğer bir
şekilde çocuk yapıldıysa, çocuk 21 yaşına geldiğinde, tarikattan çıkıp bir yuva mı kurmak istediği, yoksa kalarak hayatına aseksüel olarak mı yaşamak istediği sorulur, bireyin
hür iradesi ile verdiği cevaba göre eğer gitmeyi seçerse kişiye karışılmaz.
Dinlerin ya da kültürlerin cinsellik ve cinsel birleşme ile ilgili olgulara ayıp ya da uygun damgasını vurmuş olması tarih boyunca hemen her toplumda görülmüş bir olaydır. Bu
kısıtlamalardan çoğu genelde;
Evlilik öncesi yapılan ilişki (zina)
Taraflardan en az birinin evli olduğu fakat arada nikâh olmadan yapılan ilişki (aldatma)
Birinci ya da ikinci dereceden (ebeveynler, kardeşler, evlâtlar, torunlar ve yeğenler gibi...) akrabalar ile yapılan ilişki (ensest)
Cinselliği anlamlandıramayacak kadar küçük yaştaki insanlarla yapılan ilişki (pedofili)
İslam ve Yahudilik gibi bazı dinler ise kadınların özel günleri boyunca kadınlar ile ilişkiye girmeyi yasaklamıştır ve bu periyot boyunca kocaların karılarına karşı cinsel
temasta bulunmamaları beklenir. İnançlar yönünün dışında bu günlerde ilişkiye girilecekse de hijyen kurallarına dikkat edilmelidir, zira bu günlerdeki ilişkilerde birçok
mikrobun üremesine müsait bir ortam bulunmaktadır.
Birçok ülkede evlenme ve cinsel ilişkiye girme inisiyatifinin kişinin özgür iradesine bırakılması yaşı yasalar ile belirlenmiştir. Genel olarak 13 ila 18 arasında olan bu yaş
sınırının öncesinde veya sonrasında karşıdaki kişinin izni olmaksızın ilişkiye girilmesi, ırza geçme ya da tecavüz olarak adlandırılır ve birçok ülkede ciddi suçlar kapsamına
girer.
Dinlerin cinselliğe bakışı
Aralarında nikâh bağı bulunmayan çiftlerin evlilik dışı cinsel ilişkilerini zina olarak adlandıran çeşitli dinler, tanım ve yorumlarda farklılaşırlar.
Budizm Kama sutra
Budist inancına göre Sekiz katlı asil yol'un beşinci maddesinin gerekleri altında bir kişi ne cinsellikten kopuk olmalıdır, ne de cinselliğe köle olmalıdır. Kişilerin ruhsal
gelişmesine aykırı olmadığı sürece cinsellik ile alâkadar olmaları kötü bir davranış olarak kabul edilmez. Evlilikten önce birlikte olmak yasak değildir fakat eşini aldatmak iyi
bir davranış olarak kabul görmez. Üstelik cinsellik kişinin daha yüksek bir ruhsal gelişmeye ulaşması için son derece gerekli olduğu öğretilir.
Hristiyanlık
Cinsellik, Hristiyanlıkta kilisede edilen kutsal evlilik yemininin gerekli bir parçası olarak, çiftin çocuk yapma niyetlerini ortaya koyar. Cinsellik birinin eşine verebileceği
en özel fakat pahasız hediyedir. Hristiyan inançlarında evlilik dışı cinsel yaşam iffetsizlik olarak adlandırılır. Cinsel ilişkinin bir meyvesi olarak dünyaya gelen çocuk
Tanrı'nın bereketini, büyüklüğünü ve cömertliğini gösterir. Yeni Ahit'te: "Zina edenler, putperestler, aldatanlar... Tanrı'nın krallığının güzelliklerinden
yararlanamayacaklardır" denir. Koine Yunancası zinayı porneia olarak adlandırmıştır, günümüzde ahlâk dışı kabul edilen her türlü yazı, çizi ve band kaydının yapılması işine
verilen pornografi sözcüğü buradan doğmuştur.
Hinduizm
Hinduizm insanın tüm sorunlarının maddî dünyadan kaynaklandığını söyler. Cinsel tutku ve istekler bir kişiyi ruhsal bilgelikten uzaklaştıran şeylerdir. Doğru yerde ve doğru
zamanda olan cinsellik kişiyi Nirvanaya ulaştırmak için bir basamak olabilir. Bunun yanında Kama Sutra kişinin cinsel arzularını bastırmaması, cinsel yaşamını mükemmelleştirerek
ilâhi seksi tatması için ortaya çıkmıştır
İslam
İslam dinine göre, nikâhtan önce cinsel ilişki kesinlikle yasaklanmıştır: "Sizden kimin, hür mü'min kadınlarla evlenmeye gücü yetmezse sahip olduğunuz mü'min genç kızlarınızdan
(cariyelerinizden) alsın Allah sizin imanınızı daha iyi bilir. Hepiniz birbirinizdensiniz. Öyle ise iffetli yaşamaları, zina etmemeleri ve gizli dost tutmamaları halinde
sahiplerinin izniyle onlarla evlenin, mehirlerini de güzelce verin. Evlendikten sonra bir fuhuş yaparlarsa, onlara hür kadınların cezasının yarısı uygulanır. Bu (cariye ile
evlenme izni), içinizden günaha düşmekten korkanlar içindir. Sabretmeniz ise sizin için daha hayırlıdır. Allah çok bağışlayandır, çok merhamet edendir."[1]
İslam inancına göre kişi kendini nikâh olmadığı takdirde cinsel şeylerden sakınmalıdır; fakat nikâhtan sonra karı koca arasında olacak cinsî münasebetlere âdet dönemlerinde
olduğu gibi ufak yasaklar dışında sınırlamalar getirilmez. Buna göre bir eşin görevi eşini diğer yönlerde olduğu gibi cinsel yaşamda da mutlu etmektir. İslam dininin bazı
mezheplerinde bir kadına eğer kocası cinsel yönden yeterli gelmiyorsa boşanma hakkı verilir. Hem aldatma hem de nikâh öncesi ilişki Kur'an da yasaklanmış olduğu gibi Şiî
Mezhebi'nde Muta Nikâhı adı verilen yöntem ile para karşılığı süreli evlilik yapılır. Tam bir nikâhın kıyılmadığı bu yöntem ile kişiler dinen helâl hâle gelen cinsel birleşmeyi
yaparlar ve sözleşmenin öngördüğü tarihte birbirlerinden ayrılırlar ve birbirlerinden nafaka, tazminat vb. talep etmezler. Fakat Müt'a nikahı birçok alimce yanlış olarak
görülmektedir ve Sünnilikte ve Anadolu Aleviliğinde uygulanmaz.
İslâm dünyasında, pozisyonları ve cinsel organların farklı adlarını anlatan Şeyh Muhammed El Nefzavi (Arapça: محمد بن محمد النفزاوي Muhammad bin Muhammad al-Nafzāwī)'nin "Itırlı bahçenin
tensel keyfi" (الروض العاطر في نزهة الخاطر al-rawd al-'ātir fî nuzhati'l khātir)[2][3][4] meşhurdur.
Yahudilik Yahudilikte cinsellik
Yahudilerin kutsal kitaplarında zina, putperestlik ile bir tutulmuştur. Tanrı'ya edilen kutsal evlilik yeminini bozulmuş sayılır. Yahudiliğe göre bir başka tanrıya ibadet etmek
tanrıyı aldatmaktır ve dolayısıyla zina ederek tanrı aldatılmış sayılır ve bu olgu On Emir'e aykırıdır. Yahudilikte evlilik dolayısı ile cinsel ilişki sadece bir Yahudi kadın ve
erkek arasında yapılabilir. Başka dinden eş seçilemez. Bunun haricinde Yahudi inançlarına göre aralarında nikâh bağı bulunmayan bir kadın ile erkeğin kapalı bir ortamda yalnız
kalması yasaktır. Yahudi inancını benimsemiş olan kişiler karşı cinsten birisine temasta bulunmaktan kaçınır. Eğer kişi karısı ise, yani nikâhlılar ise bu sorun ortadan kalkar.
İnsan penisi
İnsan penisi, erkek bireylerde, görünür kısımda yer alan eşey ve üreme organı yapısıdır. Penis kelimesi Latincede "kuyruk" anlamına gelmektedir.
İdrar ve üreme salgısı kanalıyla, bunun çevresini saran süngerimsi bir yapıda kan damarlarınca zengin bir üreme organıdır. Penisin ucunda yer alan açıklıktan hem idrar hem de
meni ayrı zamanlarda dışarıya atılır. Penis uyarıldığında damarların kanla dolmasıyla büyür ve sertleşir. Buna sertleşme (ereksiyon) denir. Sertleşen penis içindeki meninin
dışarı atılmasına boşalma (ejakülasyon) denir.
Anatomisi
Kavernöz ve spongiöz maddelerden oluşur:
Kavernöz maddeler; dayanıklı kollajen ve elastik liflerden oluşan bir kılıfla sarılmışlardır. Kılıfın içinde "kavern" denilen küçük odacıklar bulunur. Bu odacıklar
atardamarlarla beslenir ve uyarılma sırasında kanla dolarak penisin sertleşmesini sağlarlar. Kavernöz cisimler de iki adet kılıf ile tunika albuginea ve buck fasiasi
sarılıdırlar. Bu kılıfların fonksiyonları sertleşmede önemlidir. Kavernöz cisimler, içi odacıklar ve kan damarları ile dolu uzun iki boruya benzer yapıdadır, penisin kök
kısmında bu cisimler kemiğe yapışırlar.
Yapısı
Penisin gövde ve baş olmak üzere iki kısmı vardır. Baş kısmı sünnet derisiyle kaplıdır ve erkek sünnet olduktan sonra bu kısım açıkta kalır. Sünnet olmamış erkeklerde sünnet
derisinin içindeki baş kısmı sertleşmeyle birlikte ortaya çıkar, sonra eski boyutlarına döndüğünde tekrar deri tarafından örtülür. Penisin baş kısmı sünnet olmamış erkeklerde
elle sıyrılarak da ortaya çıkarılabilir.
En hassas noktası
Penis başı erkeğin en hassas bölgelerinden biridir ve içerdiği çok sayıda sinir ucu sayesinde orgazmda en önemli rolü oynar.[kaynak belirtilmeli]
Spongiöz maddeler; penisin alt kısmında bulunur ve içinden idrar kanalı geçen odacıklarla dolu bir tüp şeklindedir. Sert bir kılıfla sarılı olarak bulunmaz ve sertleşmede
daha yumuşak olarak kalır. Spongioz cismin uç kısmı genişleyerek penisin glans penis de denilen baş kısmını oluşturur.
Penis kökünün altında yer alan testisler, deri ile kaplı bir yapı olan testis torbası (skrotum) içinde korunurlar. Organı kaplayan deri ergenliğin başlamasıyla koyulaşıp
kalınlaşır. Bu torba içindeki testisler ergenlik öncesinde küçük, erişkinde ise 20-30 gr ağırlığında, 4–5 cm uzunluğunda, 2,5 cm genişliğinde yumurtaya benzer şekildedir.
Yetişkin bir erkekte, sağlıklı bir testisin uzunluğu en az 3,5 cm'dir. Testisler erkek üreme hücrelerini yani spermleri üretirler ve erkeklik hormonu olan testosteronu
salgılarlar. Bunun yanında testiste üretilen meni testis yollarını kayganlaştırarak spermlerin geçişini kolaylaştırır.
Bölümleri
Haşefe (Penis başı)
Testis (Er bezi)
Yantestisler (Epididymis)
Süngerimsi doku (Corpus cavernosa)
Sünnet derisi
Frenulum
Üretal açıklık
Anti özgün
Baş kısmı (Glans penis)
Corpus spongiosum
Penis
Skrotum
Boyutları
thumb|240px|Gevşek ve sertleşmiş hallerde penis Yetişkin erkeklerde sertleşmiş bir penisin ortalama uzunluğu 10–13 cm′dir. Normal penis boyu 8–14 cm arasındadır. Normalden büyük
penis boyu ise 14–16 cm arasındadır. Yapısal bozukluk olan anormal penis, boyu 7 cm'nin altında veya 16 cm'den çok daha uzun olan penislerdir.[1][2]
Tipleri
Penisler, içine daha çok veya daha az kan alanlar olarak sınıflandırılır.[3]
Et penisi: Et penisine sahip yetişkin kişilerin penisleri en inik halinde dahi ~10 cm civarındadır. Et penisinin sertleşmiş hali, inik (sönük) halinin 1,2-1,4 katı kadar
büyüyebilir. Dünyada yetişkin erkeklerin ortalama %19'u et penisine sahiptir.
Kan penisi: Kan penisine sahip yetişkin kişilerin penislerinin en inik hali 4–6 cm dir. Kan penisi, en inik halinin 2-4 katına kadar büyür. Dünyada yetişkin erkeklerin yaklaşık
%81'i kan penisine sahiptir. Yarı et yarı kan penisi ise inikken penisin kafası nerdeyse sert hali boyutunda olup, gövde kısmı kan penisi gibi büzüşen penistir.
Anormal penis: Yetişkin kişide, sert hali ~7 cm'nin altında olan ve ~16 cm'nin çok daha üstünde olan penis anormal büyüklüktedir, bunlar çok az kişide görülüp, yapı
bozukluğudur. Anormal büyük penisin cinsel sağlık açısından olumsuz durumu yoktur. Çok küçük penise mikropenis hastalığı denir. Şişman insanların çoğunda penis bölgesinde yağ
birikimi olabilir, bu yüzden penis inikken ~1 cm kadar gözükebilir, bununla mikropenis hastalığı karıştırılmamalıdır, bunda penis sadece yağlardan dolayı küçük gözükür.
Gelişimi
Penis, normalde erkek 13 yaşlarındayken büyümeye başlar ve yaklaşık iki yıl içinde olgun erkek penisi büyüklüğüne erişir. Büyümeye başlama yaşı 10 ila 15 yaş aralığında
değişebilir. Bu dönemde genital bölge kılları da ortaya çıkar. Tam büyüme 18 yaşına kadar olsa da, çok nadiren ergenliğe geç giren bazı kişilerde 20-24 yaşlarına kadar devam
edebilir.[kaynak belirtilmeli]
Sertleşme (ereksiyon) Sertleşme
Dosya:Erection development animated.ogvMedyayı oynat
Bir penisin sertleşme evreleri
Parasempatik sinir sisteminin uyarılması sonucu, penisin Corpus cavernosum ve Corpus spongiosum parçalarına kan dolması nedeniyle oluşan fizyolojik olaydır.
Fizyolojik olarak, uyarılma sırasında atardamarlarla kan hızlıca penise pompalanır, penisin kavern odacıklarının duvarları gevşeyerek genişler ve içlerine daha fazla kan alarak
şişer ve büyürler. Böylece penis kanla dolarak büyür ve sertleşir. En dıştaki sert kılıf ve zarlar gerilir, toplardamarlar kapanır ve kan tekrar dolaşıma çıkmaz, bir süre orada
kalır. Penis sertliğini kaybederken, bu toplardamarlar açılır, kan penisi terk eder ve kavern sistemlerin duvarları kasılıp büzüşerek küçülürler. Penis eski konumuna gelir.
Mekanizma olarak basit; ama hormonal, kimyasal, elektriksel, mekanik ve psikolojik açıdan karmaşık bir süreçtir.
Boşalma (ejakülasyon) Boşalma
Sempatik sinir sisteminin uyarılması sonucu, penisten meninin sperm kanalları yoluyla üretal açıklıktan dışarı çıkması olayıdır.
Sperm kanallarıyla vücuttan dışarı çıkan menide sperm hücreleri bulunur. Testislerden çıkarak idrar yoluna doğru uzanan iki sperm kanalı, idrar kesesinin altından geçer ve dış
idrar açıklığına kadar uzanır. İdrar kesesinin altında prostat bezi yer alır. Prostat, boşalma öncesi bir sıvı salgılayarak sperm kanalını temizler. Bu sıvı dişilerin üreme
kanalı olan vajinanın kimyasal ortamını sperm hareketine uygun hale getirir. Spermlerin dışarı atılmadan önce biriktikleri iki küçük kesecik de (seminal kese) mesanenin iki
yanında bulunur.
Sperm üretimi Sperm
Her testis içinde çok ince ve birbiri üzerine katlanmış çok sayıda kılcal boru vardır. Sperm hücreleri bu borular içerisinde oluşur ve olgunlaşırlar. Sperm hücrelerinin üretimi
ve olgunlaşması yaklaşık 74 gün kadar sürer. Yaklaşık 4 ml hacmindeki meninin hacmen %60'ı seminal vezikül tarafından, %20'si prostat tarafından oluşturulur. Prostat en dış
kısımda yer alan organ olduğundan boşalmada ilk boşalan sıvı prostat sıvısıdır ve en canlı spermler bu sıvı içinde yer alırlar. Sperm üretimi devamlıdır, üretilen sperm
depolanır ve boşaltılmaya hazır bekler.
Bir boşalmada erkek ortalama 150 milyon sperm hücresi boşaltır. Yumurta hücresinin döllenmesinde sperm sayısı kadar spermlerin kalitesi de önemlidir. Meninin çeşitli
özelliklerinin laboratuvar koşullarında incelenmesine spermiyogram adı verilir.
Sünnet
Tekrarlayan penis ucu ve sünnet derisi iltihabı atakları (“balanopostit”) - Sünnetin tıbben gerekli olduğu durum.
Erkeklerde sünnet
Sünnet, erkeklerde penis başını örten ve koruyan üstderinin (prepus) bir kısmının veya tamamının kesilip atılmasıdır. Yahudi ve Müslüman gibi bazı toplumlarda dini bir
gereklilik olarak, bazen de tıbbi bir gereklilik olarak dünyada yaygın olarak uygulanır. [kaynak belirtilmeli]
Sünnetin, penisin ısı hassasiyetini artırarak erken boşalma sorununu tetiklediği yönünde veriler bulunmakla beraber[4] tam aksine haz barajını yükselterek erken boşalma sorununu
tedavide etkili olduğu yönünde veriler de vardır.[5][6]
Sünnet olan erkekler kimi zaman doğal sünnet derisi görünümünü tekrar elde etme arzusu, cinsel birliktelik sırasındaki hassasiyeti artırmak ya da günlük aktiviteler sırasında
hassas bölgelerin sürtünmeden kaynaklı deformasyonunu önlemek gibi nedenlerle sünnet derisi restorasyonu ile penisin sünnet olmadan önceki görünümüne geri dönerler.
Kadın üreme organları
Kadın üreme organları (genital organlar), Kadınlardaki dış cinsel organlardır. İç genital organlar kadın iskeletinde bacakların hemen üzerinde yer alan leğen kemikleri ve bel
kemiği tarafından oluşturulan kemik çatının (Latince "pelvis") içinde koruma altına alınmışlardır.
Kadın üreme organlarının bazıları büyük bazıları da küçük anatomik yapıya sahiptir. Bunlardan bazıları; dış dudaklar (büyük dudaklar), venüs tepesi (mons pubis), iç dudaklar,
klitoristir.
Kadın ve kemik çatı
Kadın doğası gebe kalmaya, rahim içinde gelişmekte olan bebeği büyütmeye ve nihayet olgunlaşmış bebeği dünyaya getirmeye göre düzenlenmiştir. Bu görevleri yerine getirmek
amacına yönelik olarak kadının kemik çatısı erkeğin kemik çatısına göre belirgin farklılıklar gösterir:
1) Erkeğin leğen kemiklerinin yapısı daha çok ağır yük taşımaya yönelikken, kadının leğen kemiklerinin yapısı bebeğin başının doğum esnasında leğen kemikleri tarafından
oluşturulan doğum kanalına girmesine yöneliktir.
2) Erkeğin leğen kemikleri alt açısı dar, kadının leğen kemikleri alt açısı bebeğin doğum kanalından dışarıya rahatça çıkabilmesine olanak tanımak için geniş açılı olarak
yapılandırılmıştır.
3) Kadının kemik yapısının üzerinde yer alan kaslar ve bağlar bebeğin doğum kanalından geçerek dış dünyaya çıkma sürecinde ona mümkün olan en geniş alanı sağlamak amacına
yönelik olarak gevşemeye elverişli olarak yapılandırılmışlardır. Erkeklerin leğen kemikleri daha çok yük taşımaya elverişli olacak şekilde biçimlendirildiğinden kaslar ve bağlar
çok fazla gevşeme göstermezler.
Anatomisi
Dış genital organlar (Vulva)
Kadın dış genital organları vücudu örten cilt tabakasının bir devamıdır ve kadın iç genital organlarına giriş kapısını, bebeğin doğduğu "doğum kanalından" çıkış kapısını
oluştururlar. Dış genital organlara topluca vulva adı verilir.
Vulva; kadın dış genital bölgelerine karşıdan bakıldığında üstte çatıyı oluşturan leğen kemiklerinin birbiriyle orta hatta birleştiği bölgenin oluşturduğu kabarıklık olan pubis
tepesi, altta anüs ve (dış) dudaklar adı verilen yapılarca sınırlanan bölgedir.
Pubis tepesi cilt ve altında yağ dokusu içerir, üzeri genital kıllarla kaplıdır. Pubis tepesinin hemen altında klitoris bulunur. Dış genital organların bir tabaka altında
kadının doğum yapmasında, idrar ve dışkı çıkışı gibi işlevleri istemli olarak yürütmesinde önemli yeri olan kaslar bulunur. Bu kaslara topluca pelvis tabanı kasları adı verilir.
Dış dudaklar (Labia majör): Vajina girişini sağlı sollu örten yapıların en dıştaki kısmıdır.
İç dudaklar (Labia minör): Sağ ve sol labium majörün iç kısmında bulunan yapılardır.
Vajina girişi: Labium minörün hemen iç kısmından başlar ve kızlık zarından sonra vajinayla devam eder.
Kızlık zarı (Hymen): Hymen olarak da adlandırılan bu yapı, ince olmasına karşın nispeten esnektir. İlk girilen cinsel ilişki ya da herhangi bir zorlamayla yapısı bozulur.
Bızır (Klitoris): Erkekte "penis başı"nın kadındaki karşılığıdır. Aynen erkekteki sünnet derisi gibi üzeri deri ile örtülüdür.
İdrar deliği: Mesanenin devamında yeralan boru şeklindeki üretra(idrar yolunun) son kısmı idrar boşaltım sisteminin son basamağını oluşturur.
Perine
Makat (Anüs): Kalın barsağın bu son kısmını oluşturan açıklık.
Salgı bezleri: Dış genital bölgenin kurumasını önlemek ve cinsel ilişkide gerekli kayganlaşmayı sağlamak işlevini yürüten birkaç adet salgı bezi vardır. Bunlar arasında en
önemlileri idrar çıkış deliğinin yanlarında yer alan Skene bezleri ve vajina girişinin yakınında sağlı sollu yer alan Bartholin bezleridir.
İç genital organlar
İç genital organlar penisi içine kabul eden vajinayla başlar, rahim içine giriş kapısı olan ve aynı zamanda sperm için bir depo görevi üstlenen rahimağzı ile, bebeğin büyüyerek
geliştiği ve gebe olunmayan dönemlerde adet kanamasının oluştuğu rahim ile devam eder, buradan sağlı sollu rahimin her iki yanında boynuz gibi yer alan Fallop tüplerine uzanır
ve her bir Fallop tüpü, uçlarında bulunan saçaklarıyla yumurtalıklarla yakın temas eder.
Vajina (Hazne): Rahim ile dış ortam arasındaki bağlantıyı sağlayan boru şeklinde esneme yeteneği çok gelişmiş bir organdır. Cinsel ilişki bu bölgede olur. Doğumda bebek
buradan geçerek dünyaya gelir, doğum sonrası çok hızlı bir biçimde eski halini alır.
Üretra (idrar yolu)
Fallop tüpleri : Sağlı sollu ve adeta birer boynuz gibi rahim (uterus) yanlarında yeralan yapılardır.
Rahimağzı : Döllenen yumurta hücresi uterus içinde yeralan bu boşlukta en "verimli" bulduğu bölgeye yerleşir ve çoğalmaya başlar.
Rahim (Uterus): Döllenme sonrası yumurtanın yerleştiği ve gebeliğin oluştuğu yerdir.
Endometrium boşluğu : Bebeğin geliştiği bölgedir.
Tüpler (Rahim kanalları) : Vajinaya atılan meninin rahim ağzından içeri girerek yumurtaya ulaşmasını sağlayan yapılardır.
Yumurtalıklar (Ovaryum) : Rahmin her iki yanında yer alan iki adet organdır. Yumurta üretimi ve kadınsal hormonların üretiminden sorumludur.
Kaynak :
Halk ansiklopedisi Wikipedia
|
|
|
|