Bir Böceğin Yaşamı

Önceki yazılarımda bilgisayar işlem gücünü ölçmenin oldukça karmaşık olduğundan bahsetmiştim. Öyle ki, ilk bilgisayarlar işlem gücü yerine, içerdiği vakumlu lamba sayısı ile anılırdı. Bu da bilgisayarın kapladığı alanı belirliyordu. Örneğin 1946 yılında geliştirilen ENIAC I adlı bilgisayar 167 metrekare iken, 1948 yılında geliştirilen IBM SSEC, 93 metrekare büyüklüğünde idi. Böylesine büyük yapıların içinde canlı varlıkların yaşaması da aslında doğal karşılanmalı.

9 Aralık 1906 yılında New York şehrinde dünyaya gelen Grace Murray Hopper, Yale Üniversitesi’nde Matematik ve Fizik eğitimleri aldıktan sonra akademik olarak iyi bir kariyere ulaştı. Hemen ardından da Amerikan Donanması’na katılarak ilk bilgisayarlar üzerinde çalışmalar yapmaya başladı. COBOL programlama dilinin geliştirilmesine ön ayak oldu ve ilk derleyicilerin de geliştirilmesinde aktif rol aldı.

9 Eylül 1947 günü, Amerika Birleşik Devletleri’nde bulunan Harvard Üniversitesi’ndeki bir bilgisayarda Hopper ve ekibi testler yaparken programın işleyişinde hatalar tespit ettiler. Hatanın nedeni araştırılmaya başlandığında saat sabah 08:00 idi. Saatler 15:45’i gösterirken sonunda hatanın nedeni bulundu. 70 numaralı rölenin F panelinde sıkışmış olan bir güve bilgisayarın yanlış sonuç üretmesine neden oluyordu. Güve yerinden çıkarılarak bilgisayar böceklerden arındırılmış oldu. Yapılan işlemin günlüğü ve çıkarılan böceğin fotoğrafı halen donanma web sitesinde http://www.history.navy.mil/photos/images/h96000/h96566k.jpg adresinde sergilenir.

Grace Hopper bu olaydan sonra bilgisayar programlarında oluşan hataları böcek anlamına gelen "bug" sözcüğü ile ifade etti. Hataların düzeltilmesi işlemini ise böcekten arındırma anlamına gelen "debug" olarak adlandırdı. Günümüz bilgisayarları bir böceğin yaşaması için çok uygun olmasa da, dünyadaki tüm bilgisayar uzmanları bug ve debug terimlerini kullanmaya devam ediyorlar.

Ray Tomlinson

Tomlinson klavyesine uzun uzun baktı. Tüm harfler, rakamlar, özel karakterler, parmaklarının ucundaydı. Yıl 1971, tek bir parmak hareketi ile dünyada onlarca yıl boyunca milyarlarca insanı etkileyecek bir şey yapacağını biliyor muydu? Hiç sanmam. Saniyeler sonra klavyede istediği tuşu bulmuştu.

Yeryüzünde elektronik posta adresine sahip olmayan kaç insan vardır? Bu satırları okuyanlar arasında, kaç kişinin yalnızca bir elektronik posta adresi vardır? Posta adreslerimizde kullandığımız “@” işaretinin temeli, Raymond Samuel Tomlinson tarafından o tek parmak hareketi ile atıldı, usulca, sakince ve zekice. Amaç, elektronik postayı ileteceğimiz kişi adını makine adından ayırmak idi.

Yıllarca, bir ürünün her biri için fiyat belirtmek üzere kullanılan “@” işareti yeni bir anlam kazanmış ve belki de sonraki yüzyılların en çok kullanılacak simgesi haline dönüşmüştü.

Ray Tomlinson, kendi hikayesini http://openmap.bbn.com/~tomlinso/ray/home.html adresinde anlatır, birkaç dakikanızı ayırıp okumanızı öneririm.

Hertz

Evinizdeki bilgisayarın işlem gücünü nasıl ölçersiniz? Basit gibi görünen bu sorunun yanıtı oldukça karmaşıktır. Bir bilgisayarın işlem gücü, İngilizce'de "Merkezi İşlem Birimi" anlamına gelen "Central Processing Unit" tarafından sağlanır. Bu birime aynı zamanda mikroişlemci de denir ve yerine yaygın olarak CPU kısaltması kullanılır.

Bir mikroişlemcinin ne kadar güçlü olduğunu iki temel faktör belirler: mimari ve çalışma hızı. Mimari konusu başlı başına bir yazı konusudur. Bu yazıda ise çalışma hızına değineceğim. Kahramanımız ise 123 yıl önce yaşayan Heinrich Rudolf Hertz.

Yazar ve senatör bir babanın oğlu olarak Almanya’nın Hamburg kentinde dünyaya gelen Hertz, gençliğinde dil ve bilim meraklısı idi. Arapça ve Sanksritçe öğrendi. Bilim ve mühendislik alanlarında öğrenim gördü ve ünlü Kirchhoff’tan dersler aldı. Maxwell’in teorisinden yola çıkarak elektromanyetik dalganın algılanması üzerinde çalıştı ve sinüzoidal dalga şeklinin bulunuşuna önayak oldu.

Hertz, günümüzde tanım olarak saniyede titreşim sayısını ifade etmek için kullanılır ve Hz kısaltması ile gösterilir. Elektrik sinyallerinde ülkemiz standardı olan 50 Hz, sinüs dalgası şeklinde görünen elektrik akımının saniyede 50 kez titreştiğini ifade eder.

Her mikroişlemci, yürüttüğü komutların senkron bir şekilde olabilmesi için kuvars bir titreşimciye ihtiyaç duyar. Bu titreşimci, saniyede milyonlarca, hatta milyarlarca kez titreşerek mikroişlemci ile veri yolları ve diğer arabirimler arasında uyumu sağlar. Tipik olarak kabiliyetleri kısıtlı olan mikroişlemciler, saniyedeki titreşim sayısı kadar komut yürütebildiğinden, karmaşık işleri bir çırpıda bitirir. İşte, saniyede milyon titreşim anlamına gelen MegaHertz (MHz) ve milyar titreşim anlamına gelen GigaHertz (GHz)’ in anlamı budur.

Nanoteknoloji

Türkiye’de Mega Star deyince aklınıza kim geliyor? Mega Kent, Mega Fabrika, vb. terimleri sık sık duyuyorsunuzdur. Mega sözcüğünün gerçek anlamını merak etmiş miydiniz?

Bilim ve teknoloji dünyasında ölçü birimleri için 10 ve üslerinin katları ve bölenleri olarak Yunanca sözcükler ve kısaltmaları kullanılır. Mega sözcüğü, kökeni Yunanca olan ve kelime anlamı Milyon olan bir sözcüktür. Hepimizin bildiği Centi de aslında yüzde bir demek, Centi Meter (cm) olarak kullandığımız ölçü birimi de metrenin yüzde biri anlamındadır. 

Özellikle binlerin çarpanları ve bölenleri yaygın olarak bilinirler. Büyükten küçüğe doğru en yaygın kullanılanları şöyledir: Peta 10¹⁵ yani katrilyon, Tera 10¹² yani trilyon, Giga 10⁹ yani milyar, Mega 10⁶ yani milyon, Kilo 10³ yani bin, Milli 10^-3 yani binde bir, Micro 10^-6 yani milyonda bir, Nano 10^-9 yani milyarda bir, Pico 10^-12 yani trilyonda bir, Femto ise 10^-15 yani katrilyonda bir anlamına gelir. 

Hepimizin duyduğu nanoteknoloji, aslında bir malzemenin, metrenin milyarda bir birimlik hassasiyette işlenmesi anlamına gelir. Metrenin milyarda biri derken canlandıramayabilirsiniz, milimetrenin milyonda biri demek oluyor. Nanoteknoloji, maddelerin kuantum fiziği etkilerinden yararlanarak, normal boyutta göstermedikleri davranışları üzerinde yoğunlaşır ve bu durumdan yararlanarak da ilginç sonuçlara ulaşır. Nanoteknoloji kullanılarak normal koşullarda yanabilen malzemelerden yanmayan kumaşlar üretilebiliyor. 

Nanoteknoloji, ilk defa 1974 yılında Japon biliminsanı Norio Taniguchi tarafından ortaya atıldı. Günümüzde ise tüm dünyada birçok araştırmacı tarafından çalışmalar yürütülmektedir. Bu araştırmaların en büyükleri Amerika Birleşik Devletleri'nde yürütülüyor. Yanmayan ve ütü gerektirmeyen kumaşlar, kendini temizleyen boyalar ve camlar kulağa hoş geliyor. Daha da önemlisi, nanorobotların gelişimi ile hücrelerin içine girip biyolojik bozukluklar tamir edilebilecek. Gece yatağa giderken temizleyici nanorobotlar yutup biz uyurken ağız ve dişlerimizi temizletmek çok uzak görünmüyor.

Sonuçta Mega Star bir milyon yıldız oluveriyor. Futbolda üç yıldıza sahip olmak için 15 kez lig şampiyonu olmak gerekirken, müzik dünyasında milyon yıldıza sahip olmak bu kadar kolay olmalı mı acaba?

Nikola Tesla

Uçağımız iniş için alçalmaya başlarken tuhaf düşüncelere dalıyorum. İneceğimiz havaalanı ile en yeni teknoloji kablosuz şarj cihazları arasındaki bağlantı, amatör telsizcilik yaptığım dönem, MIT’ deki araştırmaları yürüten profesör ve daha birçok konu aklıma geliyor. Tuhaf.

Aslında tuhaf olan, hayatı boyunca beyninde çakan şimşeklerin peşinden koşan Nikola Tesla’nın kendisi. Araştırmaları uğruna hiç evlenmeyen, hayatını otel odaları ve araştırma laboratuvarlarında geçiren, tuhaf davranışlı bilim adamı. Elektrik enerjisi ve elektrik arkları konusunda inanılmaz çalışmaları ve başarılarını, doğduğu gün yağmurlu havada çakan şimşeklere bağlayanlar da var.

Tesla için, "müthiş bir zekası var, fakat bunu pratiğe uygulayamıyor" şeklinde açıklama yapanlar, 1943 yılında öldüğünde 700’ den fazla patent ile dünyanın en çok patent sahibi olan insan unvanı alacağını belki de bilmiyordu. Ayrıca patenti kendisine ait olmayan mikrodalga fırın da dahil olmak üzere elektrik enerjisinin nitelikli kullanımını gerektiren birçok alet için temeller attı. Benim düşünceme göre ise, bugünlerde kablosuz elektrik iletimi konusunda en başarılı çalışmaları yürüten MIT profesörü Marin Soljacic’in de bir Balkan ülkesi asıllı olması tesadüf olamaz. Her iki bilim adamı da Balkanlar’ da doğup Amerika Birleşik Devletleri’ ne göç etmiş.

Elektrik akımı iki türlüdür: doğru akım ve alternatif akım. Doğru akım, büyüklüğü ve yönü sabit olan akımdır ve zaman çizgisi üzerinde yatay düz bir çizgi olarak gösterilir. Alternatif akımın ise yönü ve büyüklüğü düzenli olarak değişir ve zaman çizgisi üzerinde sinüs dalgası şeklinde görünür.

Piller ve aküler doğru akım üretirken, prizlerimizden bize sağlanan şehir şebekelerinde alternatif akım vardır. İki akım tipinin birbirine dönüştürülmesi için özel aygıtlar kullanılır. Her iki akım tipinin birbirine göre avantajı ve dezavantajı vardır. Buradaki önemli konu ise, alternatif akımın dalga şeklinde yayılması ve bir frekansa sahip olmasıdır. Frekans konusunu başka bir yazıya bırakayım fakat basitçe şunu söyleyebilirim: Bir elektrik akımının frekansı yükseldikçe davranışı ışığa benzer, frekans azaldıkça da davranışı sese benzer. Karşıdan bize iletilen ışıkla aramızda bir cisim varsa ışığı göremeyiz, oysa ses iletildiğinde aramızda bir cisim olsa bile duyarız.

Tesla’nın neredeyse tüm araştırmaları alternatif akım üzerine idi. Alternatif akımla çalışan motorların başarısı, hidroelektrik santrallerin de temelini atmış oldu. Çalışmalarını daha da ileri götürerek akımın büyüklüğü ve frekansını değiştirip denemeler yaptı. Bu deneylerin sonucunda radyo vericileri, telsiz iletim cihazları, iletim için iyonosferden yararlanılması, radar cihazları ve daha birçok yenilik hayatımıza girdi. Efsane çalışmaları ise Deprem Makinesi ve Philadelphia Deneyi oldu. Hatta daha da ileri gidip meşhur Tunguska Patlaması’ nı bile Tesla ile ilişkilendirenler var.

Kim ne derse desin, Nikola Tesla’ya çok şey borçluyuz. Bir de evlerimizde ve işyerlerimizde kablo karmaşası gerçek anlamda son bulursa kendisine çok dua edeceğim.

Einstein’in Lazeri

1994 yılında “Multimedia Set” adı altında aldığım, 16-bit ses kartı ve 2 hızlı CD okuyucu beni oldukça heyecanlandırmıştı. CD okuyucuda lazer ışını bulunması nedeniyle, kutusunda ve aygıtın üzerinde özellikle göz sağlığına zararlı olduğuna dair birçok uyarı vardı. Lazer ışınının nasıl bir şey olduğunu öylesine merak ediyordum ki, aygıtı sökmemek için kendimi zor tutuyordum. Şimdilerde ise iniş yapan uçakların pilotlarından, köşe vuruşu kullanan futbolculara kadar herkes gözlerine tutulan lazer ışınlarından ızdırap duyuyor.

Lazer, Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation sözcüklerinin kısaltması olarak türetilmiştir ve İngilizce’de Laser olarak yazılır. Temel olarak, bir ışık hüzmesinin kontrollü ışıması şeklinde gerçekleşir. Lazer ışığının, normal ışıktan en büyük farkı, uyarılmış yüklü parçacıkların (foton) sağladığı, doğrusal olarak yayılan çok güçlü ışık hüzmesine sahip olmasıdır.

1905 yılında Einstein yazdığı makalede fotonlardan ve fotoelektrik etkisinden söz ettiğinde, bugün dinlediğimiz CD’ler ve izlediğimiz DVD’ler için temel attığının bilincinde miydi? Bunu bilmeye olanak yok. Bir CD üzerinde mikroskobik düzeyde, örneğin CD için yaklaşık 1.6 mikrometre (mikrometreyi de başka bir yazıda anlatırım) boyunda çukurlar oluşturularak veriler bir nevi kazınır. CD okuyucu ise CD üzerine çok ince bir lazer ışığı gönderir. Lazer ışığı bir çukura denk gelirse yansımaz, diğer durumlarda ise yansır. Yansıyan ışığı algılayan bir fotodiyot ise gelen ışığa göre 1 ve 0’lardan oluşan ikili tabanlı sayılar halinde kodlanmış bilgileri okur.

Lazer yazıcılar ise, fotoiletken bir madde ile kaplanmış bir silindir üzerine, yazdırılacak sayfanın içeriğini bir lazer ışını ile aktarır. Böylece lazer ışınının dokunduğu yerlerde fotoiletken madde sayesinde statik elektrik yükü oluşur. Silindir döndüğünde statik elektrik yüklü alanlar toner noktacıkları ile kaplanır. Son olarak toner noktacıkları bir kağıda aktarılarak baskı gerçekleşir. Lazer ışığının çok ince ve yüksek hassasiyette hareket ettirilebilmesi sayesinde lazer yazıcılar halen günümüzün en kaliteli baskılarını gerçekleştirirler.

Einstein, yaşadığı dönemin o kadar ilerisindeydi ki, zamanın tüm bilim adamları kendisine Nobel Fizik Ödülü verilmesi konusunda hemfikir iken kuramlarının soyutluğu ve kanıtlanması için ileri teknoloji gerektirmesi buna engel oluyordu. Nihayet 1921 yılında ödülü aldığında, ünlü Görelilik Kuramı iyice olgunlaştığı halde kanıtlanması için daha 90 yıl beklemesi gerekiyordu. Bu nedenle de ödülü 1905 yılında yazdığı Fotoelektrik Etki makalesi ve ardındaki çalışmaları nedeniyle almıştır. Özetle, kendi gözüne hiç kimse lazer ışını tutmamış olsa da, lazerin babası Einstein’dir.

Farksal Makine

Endülüslü çobanın hikayesini bilirsiniz: Paulo Coelho’nun müthiş romanı Simyacı, hepimizin aklını başından alıp bir an için bile olsa hayatın anlamı üzerinde düşünmeye sevk eder. “Hayallerinin peşinden gitmek”, hiç de yabana atılacak bir hayat tarzı değil. Peki ya bir hayalin peşinden giderken önümüze gelen fırsatları kaçırırsak? Bu, ancak 21. yüzyıla uygun bir felsefenin endişesi olabilir.

1820’li yıllarda İngiliz matematikçi Charles Babbage, makinelerin hesaplama yapabileceğine inanıyordu. Bu inançla, kağıt üzerinde tasarımını bitirdiği bir makinenin prototipi üzerinde çalışmaya başladı ve hayatını hayal ettiği bu makineye adadı. Differential Engine, yani Farksal Makine adını verdiği bu makine karmaşık birtakım dişli çarklarla hesaplamalar yapmayı hedefliyordu. Babbage 1871 yılında öldüğünde, elinde yalnızca makinenin tasarımını içeren çizimler ve başarısız bir mekanizmayı oluşturan demir yığını vardı.

Hak ettiği üne bir türlü ulaşamayan Babbage, modern bilgisayarın babasıdır. 1991 yılında Londra Bilim Müzesi, onun anısına makineyi özgün çizimlere uygun şekilde gerçekleştirmiştir. Özgün tasarıma elektrik motorları ekleyerek ziyaretçilerin hesaplama denemeleri yapmasına da olanak tanımıştır. Kağıt üzerindeki tasarım hayata geçmiş ve 31 haneye kadar doğru hesaplama yapmıştı. Babbage, hayalinin gerçekleştiğini hiçbir zaman göremedi, ama bugün onun hayali hayatımıza yön veriyor.

Bir gün Londra'ya yolunuz düşerse, hayallerin ve tutkunun gücünü hissetmeniz için Bilim Müzesi'ni ziyaret etmenizi şiddetle öneririm.