Newton’un 3. Yasasına Uymayan Sistemler

Sözcüklerle ifade edemese de herkes Newton'un 3.yasasına aşinadır: Her etki, kendine eşit ve ters yönlü bir tepki oluşturur. Günlük hayatta bunun pek çok örneği ile karşılaşırız.
Görsel Telif: Zortje / Deviantart

Sözcüklerle ifade edemese de herkes Newton’un 3.yasasına aşinadır: Her etki, kendine eşit ve ters yönlü bir tepki oluşturur. Günlük hayatta bunun pek çok örneği ile karşılaşırız. Örneğin yürürken ayağımız yere ne kadar itme uyguluyorsa, yer de eşit büyüklükte bir itmeyi ayağımıza uygular. Bu yasa otomobil, uçak, roket ve tekne benzeri çok sayıda teknoloji geliştirilirken göz önünde bulundurulan temel gerçeklerden biridir.

Her ne kadar fiziğin en temel yasalarından biri olsa da, Newton’un 3.yasası belirli denge dışı durumlarda ihlal edilebilir. İki nesne ya da parçacık yasaya aykırı davrandığında, karşılıklı olmayan (İng. nonreciprocal) etkileşime girdikleri söylenir. Bu tür davranışlar, ortamın da bir şekilde etkileşime dahil olduğu durumlarda ortaya çıkar; ortamın parçacıklara göre hareketli olması gibi. Elbette Newton’un 3.yasası sistemin tamamı (parçacıklar artı ortam) için hâlâ geçerlidir.

Karşılıklı olmayan etkileşime giren parçacıklara ilişkin sayısız deney yapılmasına rağmen, mikroskopik düzeyde neler olduğu bütünüyle anlaşılamadan kalmış durumda. Yani bu tür sistemlerin istatistiksel mekaniği ile ilgili hâlâ açıklığa kavuşturulması gereken şeyler var. Konu üzerinde çalışan bilimcilerden Almanya Max Planck Enstitüsü’nün Dünyadışı Fizik bölümü araştırmacısı Alexei Ivlev ve ekibi, Mayıs 2015`de Physical Review X dergisinde yayımlanan makalelerinde, değişik türde karşılıklı olmayan etkileşimlerin istatistiksel mekaniklerini incelediklerini ve şaşırtıcı keşifler yaptıklarını açıkladı.

“Sanıyorum çalışmamızın en önemli yanı, özünde dengeden uzak olan belli tipteki sistemlerin, dengenin istatistiksel mekaniği cinsinden tam olarak tanımlanabileceğini sağlam bir şekilde göstermiş olmamız. Yani, böyle sistemleri tanımlamak için bir sanki-Hamilton (pseudo-Hamilton) türetilebilir,” diyor Ivlev. “Bunun işaret ettiği en ilginç olgulardan biri ise iki sıvının karışımını ayrıntılı bir şekilde dengede gözlemlerken, her bir sıvının farklı sıcaklıkta olabileceği.”

Ekibin çalışmalarında kullandığı böyle bir karşılıksız etkileşimli sisteme örnek olarak, bir plazma odasındaki elektrot üzerinde asılı kalan yüklü mikro parçacıklar verilebilir. Newton’un 3.yasasına aykırı davranış, sistemde iki tür mikro parçacık olması ve bunların farklı boyutta ve yoğunlukta olmalarına bağlı olarak, farklı yüksekliklerde asılı kalmalarında ötürü gerçekleşiyor. Plazma odasındaki elektrik alan dikey bir plazma akışı tetikliyor; tıpkı nehirdeki bir akıntı gibi. Her bir yüklü mikro parçacık da, akmakta olan plazma iyonlarını merkez alarak, arkasında dikey bir “plazma dümen suyu” (İng. plasma wake) yaratıyor.

İki parçacık katmanı arasındaki doğrudan etkileşimlere bağlı olarak oluşan itici kuvvetler karşılıklı (reciprocal) olsa da, katmanlar arası parçacık-dümen suyu çekici kuvvetleri karşılıklı değildir. Bunun nedeni, dümen suyu kuvvetlerin elektrottan uzaklaştıkça azalması ve asılı kalma katmanlarının farklı yüksekliklerde bulunmasıdır. Sonuç olarak, alt parçacık katmanı üst parçacık katmanına, üst katmanın alt katmana uyguladığından daha büyük bir toplam kuvvet uygular. Böylece üst katman, alt katmandan daha yüksek bir ortalama kinetik enerjiye (dolayısıyla sıcaklığa) sahip olur. Araştırmacılar, elektrik alanı ayarlamak suretiyle iki katman arasındaki yükseklik farkını arttırarak, sıcaklık farkının artmasını sağlayabiliyor.

Ivlev, keşfin ne tür potansiyel uygulamaları olabileceği konusunda konuşmakta biraz çekingen olsa da, denge dışı sistemlerin anlaşılması yolunda önemli bir adım olduğunu belirtiyor. Gerçekleştirdikleri plazma deneyi, 2-boyutlu bir sistemde etki-tepki simetrisinin kırılmasına örnek oluşturuyor. Aynı simetri kırılmasının 3-boyutlu sistemlerde de ortaya çıkması muhtemel. Bilimciler ilerleyen zamanlarda bu tür sistemler üzerinde çalışmayı planlıyor.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv