BOSE-EINSTEIN Yoğunlaşması

 

Bir Kuantum Mucizesi – BOSE-EINSTEIN Yoğunlaşması

Mutlak sıfırda ne oluyor? Bilmiyoruz. Tahmin edebiliriz ancak gözlemleyemeyeceğiz gibi görünüyor. Çünkü bir maddeyi bu seviyeye kadar soğutmak için sonsuz bir enerjiye ihtiyaç var. Fakat. Mutlak sıfıra yaklaşmak bile çok acayip gizemlerin kapılarını ardına kadar açıyor. Sanki tüm fizik kuralları yeniden yazılıyor gibi.

Süperiletkenlik. 1900’lerin başlarında mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara  kadar soğutulan cisimlerin elektrik direncinin neredeyse kaybolması nedeniyle bilim insanlarının keşfettiği bir olguydu. Ve bu olgu ile birlikte yapay bir şekilde oluşturulan manyetik bir alanda süperiletken cisimler sanki yer çekimi yokmuş gibi havada durabiliyor, hareket edebiliyorlardı. Çok kısa sürelerle de olsa bilimin mucizesini gözlemleyen bilim insanları elbette müthiş heyecanlanmışlardı. Herkes laboratuvarında manyetik alanda süzülen süperiletken cisimler üretiyor, bir çocuğun en sevdiği oyuncağına baktığı gibi tam anlamı ile bu olgu ile oynuyorlardı.

Fakat tabi yine her bilim insanının olduğu gibi oynamaktan sıkılıp “yahu bu nasıl oluyor şimdi?” sorularını soruyorlardı ancak uzun bir süre cevap bulamayacaklardı.

Tüm büyük fizikçiler, tüm teorik fizikçiler, aklınıza gelebilecek tüm büyük isimlerin bir fikri vardı ancak kimse asıl cevabı bulamamıştı.

İşler burada da kalmayacak, 1930’lara gelindiğinde işler daha da karışacaktı. Gelişen teknoloji ile her geçen gün daha düşük sıcaklıklar keşfediliyordu.

Ve bir noktada. Helyum mutlak sıfırın 2 derece üstüne kadar soğutan bilim insanları bir mucizeye tanık oluyorlar. Bir noktaya kadar baloncuklar çıkararak beklendiği gibi davranan sıvı helyum bir anda duruyor. Tamamen. Üst kısmında hiçbir hareket yok. Isı daha da düşürülmesine rağmen hiçbir değişiklik yok.

Çok acayip bir şeydi bu. Ne olduğunu anlamıyorlar. Bir anda bu sıradışı dönüşüm fizik tarihinin en önemli gizemlerinden biri haline gelmişti.

Burada olan şuydu. Sıvı helyum. Belirli bir sıcaklık eşiğinin altında bir “süperakışkana” dönüşüyordu. Çok ilginç özellikler gösteren, sıvının ötesinde bir maddeye.

Normalde geçemeyeceği kadar küçük deliklerden geçiyor, kütleçekime meydan okuyarak bulunduğu kabın üst kısmına tırmanıp kenarlarından akmaya başlıyordu.

Süperiletkenlik ve süperakışkanlık. Bilim insanları için yepyeni birer heyecan, aşılması gereken yeni meydan okumalardı. Haliyle büyük bir heyecan başgöstermişti.

Fakat bu sıradışı olguları açıklamak için de yepyeni, radikal teorilere ihtiyaç vardı. Bilim insanlarının imdadına da Kuantum Fiziği yetişecekti. Ve bu hikaye de işte tam olarak burada başlayacaktı…

1920’ler. Biliyorsunuz. Her şeyin değişmeye başladığı. Tarihteki bilim konusunda en önemli değişimlerin gerçekleştiği yıllardı. Kuantum teorisi tüm dünyayı kasıp kavuruyor, başta da bahsettiğimiz garip olguları açıklamak için de herkesin en büyük umudu haline geliyordu.

Bol bol konuştuk ancak kuantumun en temel fikri de atomların her zaman parçacık gibi davranmadığı, kimi zaman bir araya gelerek, kimi zaman da tek başına bile bir dalga gibi davranabildiğiydi.

Aynı anda hem parçacık hem de dalga gibi de davranabiliyorlardı. Albert Einstein gibi büyük dehaların bile aklını çok çok zorlayacaktı bu olgular. Fakat, yani, biliyorsunuz. Albert Einstein’dan bahsediyoruz. Bakın bu sefer nasıl bir devrimle karşımızda.

1925 yılına geldiğimizde genç bir Hintli fizikçi Satyendra Bose Einstein’a yayımlayamadığı bir makalesini gönderecekti. Bu çalışmasında temel olarak ışık parçacıklarının davranış matematiğini atomlara uygulamaya çalışıyordu. Einstein’a bunun gibi birçok çalışma gelse de bu çalışma özellikle çok dikkatini çekecek ve üzerine kafa yormaya başlayacaktı. Bose’nin eksiklerini de tamamlayacak ve hesaplamaları daha da geliştirecekti. Ve sonunda şu çıkarımı yapacaktı. Çok çok düşük sıcaklıklarda, yani mutlak sıfırın milyonda, milyarda birine kadar yakın bir sıcaklıkta kuantum yasalarına uyan maddenin yeni bir hali ortaya çıkarılabilirdi. Bildiğimiz maddenin hallerine yeni bir ekleme. Bu çok devrimsel bir fikirdi. Katı değil. Sıvı da değil. Gaz da. Ya da plazma da. Bugün bildiğimiz adı ile bir Bose Einstein Yoğunlaşması.

Maddenin yepyeni bir hali.

Fikir güzeldi güzel olmasına da. Bir sorun vardı. Bunu, bu maddeyi elde edebilmek başlı başına bambaşka bir meydan okumaydı.

Ve Bose ile birlikte Einstein’ın ortaya bıraktığı bu bomba keşif tam olarak 70 yıl boyunca bilim insanlarının hayallerini süsleyecek, kimse doğada daha önce hiç görülmemiş bu maddeyi 70 yıl boyunca üretemeyecekti.

Şimdi. Maddenin doğada hangi hallerde bulunduğunu yine “enerji” gözlüklerimizi takarak tekrar hatırlamak gerekirse. Yüksek sıcaklıklarda atomlar bir araya gelerek gaz meydana getirir. Bu gazı belirli bir seviyeye kadar soğutursanız sıvı elde edersiniz. Sıvıyı soğuttuğunuzda ise elinizde katı bulunur. İşte belirli koşullar altında atomları daha da soğutursanız, ama imkanların elverdiği en ekstrem soğuktan bahsediyoruz. Atomlara bir şey oluyor. Yani anlatması çok zor. Ama deneyelim. Atomlar bir nevi “kimlik bunalımı” yaşamaya başlıyorlar.

Evet. Kim olduklarını unutuyorlar. Şöyle açıklayalım. Çok düşük sıcaklıklara eriştiğinizde atomların kuantum mekaniği özellikleri öne çıkmaya, artık bu evrenin kuralları domine etmeye başlıyor. Çok garip ama atomların her biri dalga gibi davranmaya başlıyorlar.

Yani atomları bir düşünün. Aklımızda nokta benzeri bağımsız olgular canlanıyor değil mi. Yanlış da değil. Tek bir atomu alıp inceleyebiliriz, analiz edebilir, onunla oynayabiliriz. Fakat mutlak sıfıra yaklaştığında atomların bireyselliği ortadan kalkıyor. Her biri birer dalgacık gibi davranıyor. Bunda da sıkıntı yok gibi düşünebiliriz. Ama bu şekilde atomlar bir araya geldiğinde. Orada işler karışıyor.

Soğudukça bu dalgacıkların genişliği artıyor. Uzuyor. Uzuyor. Ve bir anda. Belirli bir eşiği aştığınızda. Üst üste binmeye, birbirleri ile bağlanmaya başlıyorlar. Hepsi birbirine bağlandığında ise. Nasıl söyleyelim. Tüm sistem sanki tek bir sistemmiş gibi davranıyor. Ayırt edemiyorsunuz. Kimlik bunalımı derken de bundan bahsediyoruz. Tek bir yerde değil, her yerdelermiş gibi. Önceden bağımsız olan bir atom bu noktada sanki artık. Yani. Yok. Topluluğa kaybediyor kendisini. Tüm karakteri, tüm özellikleri, tüm benliği artık dev bir kuantum sisteminin parçası haline geliyor. Umarım ne kadar acayip bir şeyden bahsettiğimi anlatabiliyorumdur.

Bu sistem içindeki tüm atomlar, tüm parçacıklar da dediğimiz gibi artık o sistemin bir parçası olarak o sistem, bu kuantum sistemi ne yapıyorsa onu yapıyor. Yaptıkları şey de şu aslında. Bir tür kuantum nirvanası olarak betimleyebileceğimiz bu durumda bu parçacıkların oluşturduğu sistem ne yapıyor biliyor musunuz? Duruyorlar. Evet. Öylece, duruyorlar. Hepimizin nihai amacı değil mi? Bir tür Nirvanaya ulaşma hali. Büyük bir sakinlik. Büyük bir sessizlik. Dev bir huzur hali. Tek bir sisteme yayılan, tek bir sisteme ulaşan, artık kendi küçük evreninde çalışmasına, enerji alıp vermesine gerek kalmayan parçacıklar.

Yani şöyle düşünün. Tekrar söylüyorum ama bunu ne kadar betimlersek o kadar iyi. Kendinizi tek bir atom olarak düşünün. Günlük meşgaleler peşinde koşturup duran insanlarla aynı toplumu paylaşıyor ancak her birinizin farklı işleri, hayalleri, korkuları, endişeleri, mutlulukları var. Fakat bir noktada, “Bose-Einstein Yoğunlaşmasına” girdiğinizde… O anda. Her yerdesiniz. Siz yoksunuz artık. Kim olduğunuz hakkında fikriniz de yok. Çevrenizdekiler de öyle. Herkes kendini unutmuş, herkes tüm farklılıklarını bir kenara koymuş durumda. Başkaları yok. Herkes ve her şey artık tek bir sistemin parçası.

Kaynak: Bebarbilim

https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/VuVqpkuBt4fgoqG8my6SUM.jpg