Doğaya hükmeden 10 temel fizik etkisi

1. DOPPLER FİZİK ETKİSİ

Doppler etkisi ses yayan bir kaynağın alıcıya göre hız veya yön değiştirmesiyle ortaya çıkan ve ses dalgalarının frekansının artması ya da azalmasına yol açan bir etkidir. Ambulansın sesi size yaklaşırken neden tizleşiyor ve sizden uzaklaşırken neden pesleşiyor sorusunun cevabı Doppler etkisidir.

Ambulans örneğinde siren sesinin size yaklaşması, sirenin yaydığı yeni ses dalgalarıyla eski ses dalgaları arasındaki mesafenin ambulansın hareket yönünde kısalmasına yol açıyor. Bu da kalabalık koridorda aniden duran bir kişinin arkasında kuyruk birikmesine benziyor. Ses dalgaları üst üste binince duyulan sesin dalga boyu kısalıyor ve frekansı artıyor. Bu da tizleşmeye neden oluyor. Öte yandan ambulans sizden uzaklaşırken ses dalgaları arasındaki mesafe artıyor ve bu da işittiğiniz sesin pes frekanslara kaymasına sebep oluyor.

KIRMIZIYA VE MAVİYE KAYMA

Doppler etkisi sadece ses dalgalarında değil elektromanyetik dalgalarda da görülür. Işık da elektromanyetik bir dalga olduğu için hem görünür ışık hem lazer ışınları hem de dünyada kablosuz haberleşmeyi sağlayan radyo dalgaları Doppler etkisinden etkilenir.

Örneğin evrenin genişliyor olması nedeniyle uzak galaksilerle aramız sürekli açılıyor ve onlardan gelen ışığın yolu uzuyor. Bu da ışığın kırmızıya kaymasına yol açıyor (seste karşılığı pesleşme). Ancak, Andromeda galaksisi de 3,5 milyar yıl sonra yaşadığımız Samanyolu galaksisiyle çarpışmak üzere bize yaklaşıyor. Bu nedenle Andromeda’nın ışığı maviye kayıyor.

2. GERÇEK KELEBEK FİZİK ETKİSİ
Popüler deyişle ifade edecek olursak bir kelebeğin kanat çırpışları bile iki hafta sonra gideceğiniz tatil yöresinin güneşli veya yağmurlu olmasına yol açabilir. Ancak, kelebek etkisi aslında determinist kaos denilen matematik teorisinin basitleştirilmiş hali ve iki anlama geliyor.

Birincisi: Fiziksel bir sistemdeki değişiklikler azar azar artar ama bu etkiler birikimlidir ve bardağı taşıran son damla gibi aniden güçlü bir etki gösterebilir. Örneğin 541 milyon yıl önce başlayan Kambriyen Patlamasından önce Dünya’nın dış çekirdeği içten içe yeni katılaşmaya başlamıştı.

Ancak, dış çekirdeğin sıvı olduğu son 4 milyar yılda volkanik hareketler de düzenli aralıklarla görülmüş ve bu da Dünya ikliminin sık radikal değişiklikler görülmeden Kambriyen Patlamasına kadar sakin sakin gelmesini sağlamıştı. Kısacası Kambriyen öncesinde fiziki ve coğrafi şartlar oldukça kararlıydı, bu da canlı türleri için güçlü bir evrimsel baskıya yol açmıyordu.
Sonuç olarak 540 milyon yıl öncesine kadar evrim birikimli olarak ve küçük mutasyonlarla ilerledi; ama iç çekirdeğin katılaşması deniz canlılarının karaya çıkmasını tetikleyen ani depremlerle volkanik etkinlikleri tetikledi. Bu da bardağı taşıran son damla olarak türlerin sadece 13-25 milyon yıl süren Kambriyen Patlamasında çok hızlı evrim geçirmesine neden oldu ve canlıların çeşitliliği hızla arttı.

TÜRBÜLANS FİZİK ETKİSİ İLE ÖRNEK VERELİM
Deniz veya ırmak akıntılarındaki burgaçları veya turbojet motoru yakıt memesindeki türbülanslı yakıt akışını düşünün. Kelebek etkisi denen bu fizik etkisi uyarınca (çünkü matematikten çıkan bu ilke fiziksel sistemleri tanımlar) türbülans halindeki sıvıların akışını kesin olarak öngörmeniz mümkündür.

Motorun başlangıç anında motora ait bütün parçaların kesin yerini bilirseniz bugün ve 20 yıl sonra çalıştırıldığı her anda yakıtın ne tür bir türbülansa yol açacağını da bilirsiniz. Ancak, kelebek etkisine göre uçak motoru veya İstanbul hava durumu gibi karmaşık bir fiziksel sistemin anlık koşullarını kesin olarak bilmeniz imkansızdır.

3. MEİSSNER-OCHSENFELD ETKİSİ
Bu etki uyarınca elektriği neredeyse hiç direnç göstermeden ve dolayısıyla ısınmadan ileten süperiletkenlerin içinde manyetik alan oluşturamazsınız. Bu şekilde anlatınca pek anlaşılmıyor ama bilimkurgu filmlerinde manyetik alanlar üzerinde uçan arabaların (diyamanyetik uçan otolar) temelinde bu etki vardır. Siz de bunu internetteki videolarda görmüş olabilirsiniz.

Bazı metaller -180 derece veya daha fazla soğutulduğu zaman süperiletken özelliği kazanır. Örneğin, sıvı helyum ile soğutulmuş böyle bir metal alır ve manyetik alan yayan bir mıknatıs üzerine yerleştirirseniz süperiletken metal havada yüzecektir. Bunun nedeni, manyetik alan çizgilerinin metalin çevresinden geçerken metal parçaya tıpkı alttan üflenen hava gibi kaldırma kuvveti uygulamasıdır.

Bu bağlamda Japonlar manyetik kaldırma teriminin İngilizce kısaltması olan maglev trenlerini 1964’ten beri kullanıyor. Bunun için de süperiletken Meissner-Ochsenfeld etkisinden yararlanıyor. Yamanaşi Maglev Sergi Salonu’nda saatte 500 km’den hızlı giden manyetik kaldırma özellikli bir kurşun tren bulunuyor.

Japonya 2027’de Tokyo ve Osaka’yı çok daha hızlı bir maglev trenle bağlayacak ve bu hat üzerinde ortalama 500 km saate erişip iki şehir arasındaki mesafeyi istasyona yanaşmayla birlikte 67 dakikaya indirecek. Sonuçta maglev trenler manyetik hava yastıklarının üstünde yükseldiği için raylara sürtünüp sarsılmadan havadan gidiyor. Böylece saatte 500 km hıza ulaşabiliyor.

4. AHARONOV–BOHM FİZİK ETKİSİ
Kuantum dünyasında görülen bu etki aslında temel bir fizik etkisi değil, ama yine de temel etkiler arasında yer alması gereken bir etki: Öyle ki elektron gibi elektrik yükü olan (yani elektrik yükü 0 olmayan) bir parçacığı alırsanız ve manyetik alan ile elektrik alanının 0 olduğu deneysel bir vakum odasına kapatırsanız elektronun enerjisinin sıfıra düşmediğini görürsünüz. Boş uzayda bile elektron en azından elektromanyetik potansiyele sahip olacaktır (φ, A).

Başka bir deyişle bu elektron boş uzaydaki elektromanyetik potansiyelden etkilenerek faz kaymasına uğrayacaktır. Evet, biraz teknik ve soyut bir açıklama oldu ki bu neden önemli derseniz şuna dikkatinizi çekmek isterim: Elektronun faz kaymasına elektromanyetik alan değil, elektromanyetik potansiyel yol açıyor. Bu da boş uzayın bile enerjisi olduğunu gösteriyor!

Uzaydaki bütün parçacıklar ve enerjiyi çıkarırsanız geriye boşluğu dolduran kuantum alanlarının potansiyel enerjisi kalacaktır. Buna boş uzayın enerjisinin 0’a yakın ama 0’dan büyük olmasına sebep olan kuantum salınımları veya sanal parçacıklar da diyebilirsiniz.