Fizikçiler sınırsız enerjinin peÅŸinde

Tükenmeyen elektrik, nanoteknolojik devrim, yıldızlararası uçuÅŸlar: Kuantum mekaniÄŸine göre boÅŸluktaki çalkantılarda gizli enerji, mühendislerin düşlerini süslüyor. Burada sihirli sözcük: Casimir Kuvveti.Bilim adamları bizlere gelecekteki günlük yaÅŸamımız için moleküler boyutta mikroskopik tekerlekler, alıcıları ve çarkları olan makineler vaat ediyor. Tabii, bunlar, maddenin henüz fizik tarafından keÅŸfedilmemiÅŸ ölçekteki özelliklerinin ortaya konulmasıyla olabilecek. Geçen sayımızda fizikçilerin boÅŸlukta büyük enerjilerin peÅŸinde koÅŸtuklarını, boÅŸluk kavramının giderek deÄŸiÅŸtiÄŸini belirten ilginç bir yazı sunmuÅŸtuk. Bu hafta, Science at Vie dergisinde yayımlanan yazının ikinci bölümüyle konuyu sürdürüyoruz.Mühendisler boÅŸluÄŸun özellikleriyle yüzleÅŸiyorlar. Nitekim herkesin ortak düşüncesi, geleceÄŸin, nanoteknolojide olduÄŸu yönünde. Bilim adamları bizlere gelecekteki günlük yaÅŸamımız için moleküler boyutta mikroskopik tekerlekler, alıcıları ve çarkları olan makineler vaat ediyor. Tabii, bütün bunlar, maddenin henüz fizik tarafından keÅŸfedilmemiÅŸ ölçekteki özelliklerinin ortaya konulmasıyla olabilecek. Ne atomun mikroskopik ölçeÄŸinde ne de günlük yaÅŸamımızın makroskopik ölçeÄŸinde, ikisi arasına sıkışmış, mikroyla nanometre arasında ‘mezoskopik’ ölçekte bir özellik söz konusu. Çünkü bu ölçekte asıl kuvvet boÅŸluktan kaynaklanıyor ve bunun da adı da Casimir kuvveti. BoÅŸluÄŸun kuvvetiBu kuvvetin varlığı, Hollanda- Eindhoven’da Philips laboratuvarlarında çalışan Hendrik Casimir tarafından 1948 yılında öngörüldü. Kuantum mekaniÄŸinin denklemleriyle oynayan Hollandalı fizikçi, boÅŸlukta karşılıklı yerleÅŸtirildikleri takdirde, iki ayna arasında bir çekim etkisinin ortaya çıktığını gösterdi. Bu aynalar tüneldekine benzer ÅŸekilde, boÅŸlukta özellikle elektromanyetik türdeki çalkantıları deforme eden bir rezonans (titreÅŸim) meydana getiriyor: Yalnızca, levhalar arasındaki mesafeyi bölen dalga uzunluÄŸundaki titreÅŸimler bu aralıkta var olabiliyor. Dıştaki boÅŸluÄŸun çalkantılarından kaynaklanan basınç, içtekinden yüksek olduÄŸundan levhalar arasında çekim etkisi ortaya çıkıyor. BoÅŸluktan doÄŸan bu kuvvetin ilk kez gerçekten ölçülmesi için 1958 yılını beklemek gerekti. Ancak bu ölçüm teorik öngörülere kıyasla % 100’lük bir hata payıyla gerçekleÅŸtirildi. Bu ölçümlerin daha saÄŸlıklı bir hale getirilmesi oldukça uzun sürdü; aÅŸamalı olarak daha kesin rakamlar elde edilirken Washington Ãœniversitesi’nden Steve Lamoreaux 1997’de hata payını % 5’e kadar düşürerek büyük bir baÅŸarıya imza attı. Egzotik Casimir kuvvetiO tarihten beri de Kaliforniya ve Padova Ãœniversiteleri’yle Stockholm’deki Kraliyet Teknoloji Enstitüsü’ndeki araÅŸtırmacıların hummalı çalışmaları sayesinde hata payı yüzde 1’e kadar indirilebildi. Aslında bu kuvvet deneylerin yapıldığı ölçekte çok zayıf olduÄŸundan zor ölçülür; milimetrenin binde biri kadar bir mesafeyle birbirlerinden ayrılmış 1 cm2’lik levhalar için bir saç telinin ağırlığının yüzde biri kadar tartmaktadır. Ãœstelik hiçbir ayna bütünüyle düz ya da yansıtıcı olmadığı için deney yapmak da Casimir’in düşündüğü kadar basit deÄŸil. Ayrıca paralellikten doÄŸan sorunlardan kaçınmak için deneyciler aynalardan birinin yerine küre koymayı tercih ediyorlar. Kısacası deneysel bir sonuç elde edebilmek için sıcaklık etkileri de dahil olmak üzere tüm bu negatif faktörleri göz önüne almak gerekiyor. Paris’teki Ecole Normale Superieure’den Serge Reynaud bu nedenle yanılmanın çok kolay olduÄŸunu ifade ediyor. Ancak egzotizmine, karmakşıklığına ve zayıf yönlerine raÄŸmen Casimir kuvveti fizikçileri cezbediyor. Bu cazibenin mantığını anlamak zor deÄŸil: Bizim ölçeÄŸimizde zayıf olan bu tuhaf kuvvet, levhalar birbirine yaklaÅŸtığında gittikçe artıyor ve çekim kuvvetini milimetrenin onda biri açıncaya kadar bu artış devam ediyor. Bu maddeler nötr olsalar da bu kuvvet fiziÄŸin gelecek yıllarda yeni bir teknoloji inÅŸa etmeyi vaat ettiÄŸi alanda hakimiyetini ilan etmiÅŸ bulunuyor... AraÅŸtırmacılar kısa bir süre önce bu kuvvetin deÄŸiÅŸik unsurlarını yapıştırmak suretiyle gelecekteki mikromakinelerin iÅŸleyiÅŸini bozabileceÄŸini gösterdiler. Bazıları ise tersine hareketlerinin daha iyi denetlenmesinde kullanılabileceÄŸini ortaya koydular. Tüm bu tartışmaların dışında kesin olan bir ÅŸey var ki o da nanodünyanın Casimir olmadan kurulamayacağı!Bu durumda, insanlık için yeni bir sihir mi söz konusu? ElektriÄŸin kontrolünün ardından boÅŸluk mühendisliÄŸi bizleri yeni bir teknolojik çağın eÅŸiÄŸine mi getirecek? BoÅŸluktaki çalkantıların denetimi henüz yolun başında. ÖrneÄŸin, Kastler Brossel laboratuvarından Serge Haroche ve Jean-Michel Raymond, hareketlenmiÅŸ atomun elektrik yaymasını engelleyerek floresan mekanizmayı bloke etmeyi baÅŸardılar. Söz konusu fenomen maddeyle boÅŸluÄŸun çalkantıları arasındaki eÅŸleÅŸmeyle açıklandığından, bu atomları sadece kısa dalgalı çalkantılara izin veren metalik bir boÅŸluÄŸa hapsetmek yeterli. Bu sistem bilginin kuantik iÅŸlenmesi ve kodlanmış mesajların iletilmesinde son derece yararlı olabilir. Ancak daha fazlası da var: Kuantum mekaniÄŸinin boÅŸluÄŸun çalkantılarında gizleyerek bizlere sunduÄŸu bu olaÄŸanüstü enerjiden niye yararlanmayalım ki? Kozmos fethedilebilirGeçmiÅŸ zamanlarda denizciler bilinmeyen toprakları keÅŸfetmeye gittiklerinde yollarına devam edebilmek için, denizde gerekli kaynağı bulabiliyorlardı; o halde birgün boÅŸluktan yola çıkarak kozmosun fethedilebileceÄŸini niye düşünmeyelim ki?Nitekim, NASA, US Air Force, British Aerospace, Boeing ya da Lockheed gibi kuruluÅŸlar birkaç yıldır bu olaÄŸanüstü boÅŸluk enerjisinden yararlanan devrim niteliÄŸinde projeler üzerinde çalışıyorlar. Günümüzde ise bazı araÅŸtırmacılar bu enerjiyi Casimir etkisi aracılığıyla pompalayıp elektrik elde etmeyi öneriyorlar. BoÅŸluk gelecekte tükenmeyen bir enerji kaynağı olabilir mi?Yıldızlara yelken açmakBoÅŸlukla ilgili tüm verilere raÄŸmen yine de birdenbire çılgın hayallere kapılmamak gerekiyor; ortada bir sürü proje ve vaat olsa da, ÅŸu an için boÅŸluktaki inanılmaz enerji kaynaklarını keÅŸfedecek ne kesin bir plan ne de araç gereç var. Nitekim, Nobel Fizik Ödülü sahibi Amerikalı Steven Weinberg, sadece etkileri gözlemlenebilen boÅŸluk enerjisinden yararlanmanın mümkün olduÄŸunu ifade ediyor. Astronomik araÅŸtırmalara göre ise, bu gözlemlenebilen enerji, kuantik tahminlerden 120 kat daha küçük. O halde, dünya kadar bir hacmin içindeki boÅŸluk enerjisi benzin dolu bir bidonunkinden daha fazla deÄŸil... Belki de bundan dolayı Amerikan Kongresi NASA’nın ileri derecedeki uzay mekiÄŸini hareketlendirme projelerini finanse etmekten vazgeçti.Bilim vazgeçmezAma ne gam! Ä°ddialı projelerinden hiçbir zaman vazgeçmeyen bazı araÅŸtırmacılar boÅŸluktan enerji çıkarmak yerine, yapısını deÄŸiÅŸtirip yeni bir uzay mekiÄŸi inÅŸa etmeyi öneriyor. Yerçekimini boÅŸluktaki çalkantılarla iliÅŸkilendiren tartışmalı bir teoriye göre bu çalkantıların uygun bir dönüşümü uzay mekiÄŸinin yıldızlara doÄŸru yelken açmasını saÄŸlayacak!Sonuç olarak, teorik sorunlar çözülmediÄŸi sürece el fenerlerimizi aydınlatmak, pillerimizi doldurmak ve baÅŸka gezegenlere yolculuklar düzenlemek için bu enerjiye güvenmek, gerçekçi deÄŸil. Ancak her ÅŸeye raÄŸmen boÅŸluÄŸun kontrolü görüşünün birkaç yıldır mühendislik alanına kesinkes yerleÅŸtiÄŸi söylenebilir; ama yıldızlara götüren uzun yolda finansman kaynaklarının da en az boÅŸluk kadar çalkantılı olduÄŸunu unutmamak gerekiyor. Yine de her ÅŸeye raÄŸmen, mühendisler düşlemeyi sürdürüyor...Vazgeçilmeyen bir ölçümBilim adamları sadece pratik amaçlarla deÄŸil aynı zamanda teorik nedenlerden dolayı da Casimir etkisinin ÅŸiddetini ölçmek için olaÄŸanüstü çaba harcıyorlar. Aslında, bu boÅŸluk basıncı küçük ölçekteki tüm yerçekimi ölçümlerini bozuyor. Oysa bu tür sonuçlar teorisyenler için temel nitelikte: DoÄŸadaki kuvvetlerin birleÅŸtirilmesiyle ilgili taslak halindeki sayısız model, bu ölçeklerden yola çıkarak, henüz bilinmeyen yeni kuvvetlerin ortaya çıkabileceÄŸine ya da yerçekiminin yeni bir yönünün keÅŸfedilebileceÄŸine iÅŸaret ediyor. Kısacası sorulan yanıtları belki de henüz keÅŸfedilmemiÅŸ mezoskopik ölçeklerde yatıyor. Ancak bunu bilebilmek için Casimir etkisini derinlemesine çözmek gerekiyor.Â