Bazı fizik yasaları o kadar temel ki yüzyıllardır bilimin dayanak noktası olarak kabul ediliyor. Ancak teknolojik gelişmeler sayesinde fizikçiler, geçici de olsa bu yasaları devre dışı bırakan küçük dünyalar oluşturabiliyor. Bunu yaptıklarında ise garip olaylar ortaya çıkıyor.
Physical Review Letters’ta yayımlanan yakın tarihli bir çalışmada Japon fizikçiler, 10.000’den fazla parçacıktan oluşan ve Newton’un üçüncü hareket yasasına bir saat boyunca meydan okuyan bir sistem oluşturdu. Bu yasaya göre pasif parçacıklar birbirlerine eşit kuvvet uygular; böylelikle hiçbiri aniden kendi kendine hareket edip ilerleyemez. Ancak ekip bu sistemi tasarlarken parçacıkları bir alternatif elektrik alanına tabi tuttu. Bu durum, pasif parçacıkların sıvı bir ortamda kendiliğinden çiftler oluşturmasına ve birbirini “kovalamasına” yol açtı.
Çalışmanın yazarlarından, Japonya’daki Tokyo Bilim Üniversitesi bünyesinde görev yapan fizikçi Yutaka Sumino yaptığı açıklamada, “Bu araştırma, etki-tepki simetrisinin bozulmasının, maddenin yeni toplu hareketlerini ve kendi kendini örgütlemesini üreten temel bir ilke olduğunu gösteriyor.” dedi.
Fiziksel Bir Duraksama
Isaac Newton’un kendi sözleriyle üçüncü hareket yasası, “iki cismin birbirleri üzerindeki karşılıklı etkileri her zaman eşittir ve zıt yönlere doğrudur” der. Buradaki kilit nokta simetri, yani etki ile tepki arasındaki karşılıklı ilişkidir.
Bilim insanları bu ilkeyi kendi yararlarına kullanmanın yollarını da geliştirdi. Örneğin bir roket motorunun itme gücü, arkadan dışarı çıkan sıcak gazın etkisinden doğuyor; bu durum da zıt yönde bir itme kuvveti tepkisi üretiyor.
Normların Ötesinde
Makaleye göre araştırmacılar son dönemde bu simetriyi bozan sistemleri inceliyor. Son çalışmada ekip, mikroskobik kolloidal parçacıkları su içinde askıda tuttu ve ardından bunları özel olarak üretilmiş elektrotların arasına hapsetti. Araştırmacılar daha sonra alternatif bir elektrik alanı uyguladı. Başlangıçta daha büyük parçacıklarda daha güçlü bir elektrik akışı oluştu ve bu parçacıklar daha küçük olanları çekti.
Ekip makalede, bunun bir dengesizlik yarattığını ve parçacıkların süspansiyon içinde kendi kendine hareket eden birimler halinde ilerlemesine yol açtığını açıkladı. Karşılaştırma yapmak için ekip, yalnızca aynı boyuttaki parçacıklardan oluşan süspansiyonlarda benzer bir deney gerçekleştirdi. Ancak sonuçlar çok farklıydı: Parçacıklar karşılıklı etkileşimler gösterdi ve kademeli olarak bir kristal halinde örgütlendi.
Sumino, “Daha basitçe ifade etmek gerekirse kum, toz veya yağmur damlaları gibi birbirini çeken parçacıklar genellikle zamanla toplanmaya devam eder ve daha büyük kümeler hâline gelir.” dedi. Buna karşılık farklı boyutlara sahip sistemin kümelendiğini ancak hiçbir zaman kalıcı olarak birleşmediğini belirten Sumino, “bunun yerine toplanıp ardından tekrar ayrıldıklarını” sözlerine ekledi.
Ekip, hücresel koloniler ve hayvan grupları gibi biyolojik sistemlerde de benzer etkileşimlerin gerçekleştiğini tahmin ediyor. Eğer bu doğruysa, burada incelenen mekanizma programlanabilir malzemelere ve mikrorobotik sistemlere bile ilham verebilir.
Kaynak: https://gizmodo.com/physicists-made-10000-particles-defy-newtons-third-law-for-an-hour-heres-how-2000797161
