Manyetovizyon: Göçmen Kuşlar Yolunu Nasıl Buluyor?
Kuantum dolanıklık canlı organizmaları nasıl etkiliyor? Göçmen kuşlar bir tür kuş pusulası olan manyetovizyon ile yönünü nasıl buluyor? Manyetik görüşün kuantum fiziğini görelim. Nitekim ilk bakışta kuantum mekaniğinin yalnızca atomik dünyayı etkilediğini düşünüyoruz. Oysa nesnel gerçeklik var mı yazısında belirttiğim gibi kuantum fiziği çıplak gözle görülen makroskobik dünyayı ve canlıların fizyolojisini de etkiliyor. Peki çıplak gözle manyetik alanları görmek ve biyo-navigasyonla yön bulmak mümkün mü? İkinci Dünya Savaşı’ndan kalma bir casusluk öyküsüyle anlatacağız:
Kuantum biyoloji ve manyetovizyon
Schrödinger’in kedisi deneyi ile kuantum fiziğini popülerleştiren Erwin Schrödinger 1944 tarihli Yaşam Nedir kitabında diyor ki “İnanılmaz ölçüde küçük, kesin istatistik yasalarına uymayacak kadar küçük atom grupları canlı organizmalardaki son derece düzenli ve kurallı olaylarda gerçekten de başat bir rol oynuyor.” Kuantum fiziği kurucularından olup fizikçiler arasında bile vizyoner sayılan Schrödinger bunları İkinci Dünya Savaşı’nın göbeğinde yazarken gerçek bir örnekten esinlenmişti:
1943 yazında bir İngiliz casus, Lyon’un 20 km güneyinde bulunan bir Fransız kasabası olan Vienne civarındaki açık araziye paraşütle iniş yaptı. Bölgede Nazi işgaline karşı çıkan Fransız direnişçilerle bağlantıya geçen casus, Fransa’daki Yahudileri toplama kamplarına götürme emri alan ve Nazi maşası Vichy hükümetinin adamlarından oluşan la Milice meclis grubuyla ilgili bilgi topladı.
İngiliz casusun vahim haberi hızla ve güvenle İngiltere’ye ulaştırmak için kullanabileceği en iyi yöntem Hep Yalnız adındaki bir güvercindi (o zamanlar kuantum internet yoktu)! Kahraman güvercin 24 saatten kısa sürede istihbaratın yazılı olduğu notu İngiltere’deki Staines kasabasına ulaştırdı. Bu başarısıyla da hayvanlara verilen Victoria Haçı sayılan Dickin Madalyasını aldı. Oysa kuantum dolanıklık tabanlı manyetovizyon ile dünyada yolunu bulan tek kuş türü posta güvercini değildir:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Manyetovizyon ve posta güvercinleri
Posta güvercinlerinin savaş sırasında interneti hackleme, telsiz ve telefon dinleme tehlikesinden uzak olarak kritik istihbaratı hedefe taşıma konusundaki güvenirliği yüzde 98’tir. 😮 Güvercinler insana neredeyse teknolojiye gerek yok dedirtir ama bu beceriyi kuantum fiziğine borçlular. Öyle ki Dünya’da her yıl 50 milyar kuş göç ediyor ve küçücük kolibrilerden kartallarla kadar birçok göçmen kuş yolunu bulmak için manyetovizyon (manyetik görüş) kullanıyor. Bu da Dünya’nın manyetik alanına dayalıdır:
Önceki yazıda belirttiğim gibi gezegenimizin dev bir elektromıknatıs olduğunu söylersek abartmış olmayız ki ürettiği güçlü manyetik alan atmosferi zararlı güneş rüzgarından korumaktadır. Elbette göçmen kuşlar yolunu sadece Dünya’nın görünmez manyetik alan çizgilerini hissederek bulmaz. Bu kuantum altıncı hisse ek olarak kısa mesafelerde yer şekillerini, ormanları, hatta leyleklerin durumunda binaları referans alırlar. Uzun mesafelerde ise Güneş ve yıldızları kullanırlar.
Oysa hava kapalıyken gündüz ve gece yollarını bulmak için Dünya’nın manyetik alan çizgilerini hissederek yol alan kuşlar vardır ki güvercinler de bunlardan biridir. Göç navigasyonu için manyetik algılama kavramını ise 1855 yılında Rus hayvanbilimci Alexander von Middendorf ortaya atmıştır.
1960’larda Alman fizikçiler Wolfgang Wiltschko ve Friedrich Merkel bu fikri test etmek için göçmen kızılgergedanların başına bir tür manyetik kafes geçirdiler (hani şu eski oto teypleri gürültüden koruyan metal kasalar gibi). Böylece kuşların yolunu kaybettiğini fark ettiler. Demek ki manyetovizyon diye bir şey vardı ama nasıl çalışıyordu?
Manyetovizyon seçenekleri
Bir teoriye göre kuşların gagalarında mıknatıslı yapılar var ve bu da yön bulmayı sağlıyor. Başka bir teoriye göre kuşların içkulak sıvısının net elektrik yükü var. İnsanlarda içkulak sıvısı yürürken dengemizi korumaya yarar ve elektrikli sıvı da yön bulmayı sağlayabilir. Oysa bilim dünyasında gittikçe yaygın kabul gören fikir kuantum manyetovizyondur. Bunu görmek için de Dünya’nın manyetik alanına kısaca göz atmak gerekiyor:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Manyetik alan kutupları
Dünya’nın demir-nikel iç çekirdeği katı olup gezegenle aynı yönde ama daha hızlı döner. Yine demir-nikel sıvı dış çekirdeği ise ters yönde daha yavaş dönerek iç çekirdeğe sürtünür. Böylece dinamo etkisiyle güçlü bir elektrik alanı üretir. Bu alan Güneş Sistemi oluşumundan kalan ve genç Güneş’in manyetik alanından kaynaklanan zayıf manyetik alanla etkileşime girerek asıl güçlü manyetik alanı üretir.
Dünya’nın manyetik kuzey ve güney kutbu vardır. Manyetik güç çizgileri kuzey kutbundan uzaya çıkar, portakal kesiti gibi eğriler çizerek güney kutbundan yeraltına batar. Bu da pusulaların takip edebildiği bir manyetik alan yaratır. Kısacası Dünya pusula dostu dev bir elektromıknatıstır. Kutuplarda çizgiler yeryüzüne neredeyse dikey, ekvatorda ise neredeyse paraleldir.
Özetle yeryüzünde herhangi bir noktaya etkiyen yermanyetik alanı (jeomanyetik) dört özellikle tanımlarız: 1) Manyetik çizgilerin dikey yönelimine EĞİM denir. Bu da yere paralel olup olmadıkları veya yere saplanıp saplanmadıklarını gösterir. 2) Yatay yönelim yerküre boylamlarına yaptıkları açıdır. Buna SAPMA denir çizgilerin kutupsal yöneliminin coğrafi kutuplara yaptığı açıyı gösterir. Sonuçta Dünya’nın manyetik kutupları coğrafi kutuplarla örtüşmez.
3) Manyetik çizgilerin bir de akış yönü vardır: Kuzey kutbuna çıkan çizgiler “yukarı” bakar. Kuzey kutbundan çıkan çizgiler de “aşağı” bakar. Buna YÖN OKU denir. 4) Son olarak manyetik alanın YOĞUNLUK göstergesi vardır. Bu da manyetik alan çizgilerinin birbirine ne kadar yakın olduğunu gösterir. Yakınlık arttıkça yoğunluk, yani manyetik alan şiddeti artar. Manyetik alan çizgileri çizgiler halinde akan elektronlardan oluşur. İki elektron sırası birbirine ne kadar yakınsa çizgiler de o kadar yakındır. Gelelim kuşların manyetovizyonla bu çizgileri hissetmesine:
İlgili yazı: Yaşama Dünyadan Uygun 24 Yeni Gezegen
Göçmen kuşlar ve manyetovizyon
Göçmen kuşlar alan çizgilerinin yönelimini hisseder ama kutuplanmasını (polarite) algılamaz; yani kuşlar manyetik kutupları algılar ama manyetik kuzeyi mi, yoksa manyetik güneyi mi hissettiklerini ayırt edemez. Yönünü bulmak için buna gerek de yoktur. Manyetik kutuplardan birine daha yakın olduklarını bilmeleri navigasyon için yeterlidir.
Manyetik alan çizgilerinin elektron akışından oluştuğunu söylemiştim; çünkü elektronların kendi kuzey ve güney manyetik kutbu olup bunlar kendi çevresinde dönen kütleli parçacıklardır. Manyetik alanlar ise içinde hareket eden veya kendi çevresinde dönen bütün yüklü parçacıkları etkiler. Örneğin elektronların saat yönü veya ters yönde dönmesine, yani dönüş yönü değiştirmesine neden olur. Mıknatıslar da böyledir
Mıknatısların kuzey kutbu onları oluşturan atomların çevresinde dönen elektronların daha çok kuzey kutbuna bakması ve güney kutbu da daha çok güney kutbuna bakmasıyla oluşur. Buna kuzey kutbundaki elektronların örneğin saatin ters yönünde ve güney kutbu elektronların da saat yönünde dönmesi diyebilirsiniz. Dönüş yönlerinin ismi tercihe bağlıdır ama kuzey kutbu elektronları güney kutbu elektronlarına göre ters yönde döner ve tersi de geçerlidir.
Elektronların dönüş yönüne fırıl (spin) denir. Manyetik alan çizgileri aynı fırılda dönen elektronlardan oluşur. Kuzey kutbundan uzaya çıkan elektronlarla güney kutbundan yere batan elektronların fırılı birbirine terstir. Pusula iğnesi de daha çok belirli yöne bakan elektronlar içerir. Bunlar da manyetik alan çizgilerinin akış yönünü takip etmeye meyillidir. Dolayısıyla Dünya’nın manyetik kuzey kutbu pusula ibresinin kuzeyi göstermesini sağlar.
Oysa manyetik alan zayıftır
Daha doğrusu Dünya’nın manyetik alanı atmosferimizi koruyacak kadar güçlüdür ama kuşların elektron fırıl tersinmesi (özdönüş yönünün tersine dönmesi), yani elektron pusulası ile yönünü bulamayacağı kadar zayıftır. Gerçekten de yermanyetik alan şiddeti yalnızca 30 mikrotesla olup bu da buzdolabına yapıştırdığınız manyetlerden 100 kat zayıftır. Zaten onlar kadar güçlü olsa manyetler dolaba yapışmaz ve yeterince hafifse havada uçuşurdu. Peki kuşlar yönünü nasıl buluyor? Dolanıklıkla:
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Kuantum dolanıklık ve manyetovizyon
1978 yılında Alman biyofizikçi Klaus Schulten radikal kök çiftlerini araştırıyordu. Kuantum mekaniğinde bunlar tabii ki ağaç kökü değildir ve bir atomun en dış yörünge, yani valans kabuğunda tek bir elektron içermesiyle ortaya çıkar. Radikal moleküller ise en dış atomlarının en dış yörüngesinde tek elektron içeren moleküllerdir. Radikal kök çiftleri ise radikal atomlar ve moleküllerin birbirine özel bir şekilde bağlanmasıyla oluşur: Radikal kök çiftlerinin en dış elektronları birbirine dolanıktır. 😮
Dolanık parçacıkların hareketi birbiriyle bağıntılıdır. Örneğin dolanık elektronlardan biri fırıl yukarı yönde dönüyorsa diğeri fırıl aşağı dönebilir. Her durumda bir elektronun fırılı değişirse diğerinin fırılı da değişecektir. Elektronların fırılları aynı veya ters yönde olabilir. İki elektron da fırıl yukarı veya aşağı durumdaysa buna üçlü kuantum fırıl durumu denir. Ters yöndeyse tekli durum denir.
Öte yandan belirsizlik ilkesi uyarınca elektronların fırılını ölçerseniz dönüş yönünü de değiştirirsiniz; çünkü kuantum durumlarını değiştirmeden ölçmek imkansızdır. Üstelik dolanık elektronlardan birini ölçünce diğerini de anında değiştirirsiniz. Dolayısıyla elektron fırıllarını önceden bilmek imkansızdır.
Kuantum ışınlamayla ışıktan hızlı iletişim de bu yüzden imkansızdır: Elektronlar her ölçümde rastgele fırıl yönlerinde ölçülür (yukarı-yukarı, yukarı-aşağı, aşağı-aşağı). Öyle ki 100 ölçüm yapsanız yüzde 25 olasılıkla zıt yönlerde, yüzde 75 olasılıkla da aynı yönde çıkarlar. Bu yüzden iki elektronu dolanıklığa sokup birini Andromeda galaksisine taşıyarak ve Dünya’dakinin yönünü değiştirerek ışıktan hızlı iletişim kurmanız olanaksızdır.
Kuantum ışınlamanın sınırları
Andromeda’daki meslektaşınızın hangi elektron ölçümünün ona göndermek istediğiniz mesajla bağıntılı olduğunu bilmesi gerekir. Bunun için de ona önce internetten mesaj açıp kendi elektronunuzu hangi yönde ölçtüğünüzü söylemeniz gerekir. Bu da dolanık elektron etkileşimleri ışıktan hızlı olsa bile (?) iletişimin ışık hızında olması demektir. Yine de bir teoriye göre mikro solucandelikleri ile ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı iletişim kurmak mümkün olabilir (Bkz. kuantum tünelleme). Gelelim kuşlara:
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Manyetovizyon ve kriptokromlar
Dolanık elektron çiftleri ister manyetik alanda olsun ister uzayda tek başına yukarıda anlattığım kurallara uyar. Dahası eş yönlü ve ters yönlü fırılların enerji düzeyi aynıdır. Bu da çok önemlidir. Nasıl ki yerçekimsiz ortamda bir cismi iterseniz sonsuza dek o hız ve yönde gider, dolanık elektron fırıl durumları da dış kuvvet etkiyene dek değişmeden kalır. Dünya’nın manyetik alanı dış kuvvettir. 😉
Dünya’nın manyetik alanı elektron fırıl yönlerini göçmen kuşların manyetovizyonla yönünü bulmasına yardım edecek sıklık ve yoğunlukta değiştiremez. Öte yandan dolanık elektron çiftleri çok hassastır. Manyetik alan eşlerden birini etkilerse diğerini de etkiler.
Normalde kuşlar atomlardan çok büyük olduğu ve kuş farkındalığı da insanlar gibi birkaç milisaniye sürdüğü için dolanıklığın kuşların yönünü bulmasına yetecek kadar uzun sürmediğini, kuşlar yönünü bulmadan bozulduğunu düşünebilirsiniz. Oysa doğa bunun çözümünü bulmuştur. Kuantum dolanıklık tabanlı manyetovizyon olması için dolanıklığın 1 mikrosaniye korunması yeterlidir.
1 mikrosaniye, saniyenin milyonda biri olup saniyenin binde birinden kısa olmayan kuş farkındalığı için yeterli değildir fakat Dünya’nın manyetik alanının yön verdiği elektron dolanıklığı bozulmadan önce yön bilgisini kaydeden organik moleküller vardır. Bunlar bilgiyi kuşlar fark edene kadar korur. Sonra da yeni elektron dolanıklık yön bilgisini kaydederek bir saniye sonraki kullanıma saklar. Bu moleküllere kriptokromlar denir. Göçmen kuşlar kriptokrom destekli manyetovizyonla yönünü bulur.
İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız
Neden kriptokrom diyoruz?
Manyetovizyon kuşların manyetik kutup yönünü görüşlerini kuşatan hafif bulanık bir eğri şerit halinde algılamasını sağlıyor gibidir. Dolayısıyla kuşların gözlerinde buna yol açabilecek moleküle kriptokrom, yani renk şifre molekülleri diyoruz ki bunu meyve sineklerinde test etme imkanı da bulduk. Kriptokrom genleri olmayan meyve sineklerinin yönünü bulamadığını gördük. Kuantum biyoloji yazısında anlattığım gibi doğada kuşların gözlerinin çapından daha uzun menzilli kuantum dolanıklık örnekleri de vardır. Örneğin bitkiler kuantum dolanıklık ve kuantum tünellemeyle fotosentez yapıyor olabilir.
Nitekim Klaus Schulten göçmen kuşların manyetovizyonla yönünü bulmasını sağlayan kısa menzilli kuantum dolanıklığın optik sinirlerdeki mikrotüpçüklerde gerçekleştiğini söylüyor. Haklı olabilir ama kara deliklerle ilgili teorik çalışmalarıyla 2020 Nobel fizik ödülünü alan Roger Penrose ile Stuart Hameroff’un insan bilincinin de beyin kabuğu nöronlarındaki mikrotüpçüklerde gerçekleşen dolanıklıkla ortaya çıktığı görüşüne katılmıyorum. İnsanda kuantum bilinçle ilgili bir kanıt yoktur.
Peki su kimyası Dünya’da yaşamın ortaya çıkmasını nasıl sağladı? Onu da şimdi okuyabilir, 4 milyar yıl önce yaşayan son evrensel ortak ata LUCA’yı görebilir ve ilk insanın izini hemen sürebilirsiniz. Ardından kuantum kimyaya göz atarak evrende oluşan ilk molekülü de inceleyebilirsiniz. Yeni yıl yaklaşırken meraklı kalın, bilimle kalın.
Kuşlar için kuantum pusula
1A Biomagnetic Sensory Mechanism Based on Magnetic Field Modulated Coherent Electron Spin Motion
