Tükenmeyen elektrik, nanoteknolojik devrim, yıldızlararası uçuşlar: Kuantum mekaniğine göre boşluktaki çalkantılarda gizli enerji, mühendislerin düşlerini süslüyor. Burada sihirli sözcük: Casimir Kuvveti.

Bilim adamları bizlere gelecekteki günlük yaşamımız için moleküler boyutta mikroskopik tekerlekler, alıcıları ve çarkları olan makineler vaat ediyor. Tabii, bunlar, maddenin henüz fizik tarafından keşfedilmemiş ölçekteki özelliklerinin ortaya konulmasıyla olabilecek.

Mühendisler boşluğun özellikleriyle yüzleşiyorlar. Nitekim herkesin ortak düşüncesi, geleceğin, nanoteknolojide olduğu yönünde.

Bilim adamları bizlere gelecekteki günlük yaşamımız için moleküler boyutta mikroskopik tekerlekler, alıcıları ve çarkları olan makineler vaat ediyor. Tabii, bütün bunlar, maddenin henüz fizik tarafından keşfedilmemiş ölçekteki özelliklerinin ortaya konulmasıyla olabilecek.

Ne atomun mikroskopik ölçeğinde ne de günlük yaşamımızın makroskopik ölçeğinde, ikisi arasına sıkışmış, mikroyla nanometre arasında ‘mezoskopik’ ölçekte bir özellik söz konusu. Çünkü bu ölçekte asıl kuvvet boşluktan kaynaklanıyor ve bunun da adı da Casimir kuvveti.

Boşluğun kuvveti

Bu kuvvetin varlığı, Hollanda- Eindhoven’da Philips laboratuvarlarında çalışan Hendrik Casimir tarafından 1948 yılında öngörüldü.

Kuantum mekaniğinin denklemleriyle oynayan Hollandalı fizikçi, boşlukta karşılıklı yerleştirildikleri takdirde, iki ayna arasında bir çekim etkisinin ortaya çıktığını gösterdi.

Bu aynalar tüneldekine benzer şekilde, boşlukta özellikle elektromanyetik türdeki çalkantıları deforme eden bir rezonans (titreşim) meydana getiriyor: Yalnızca, levhalar arasındaki mesafeyi bölen dalga uzunluğundaki titreşimler bu aralıkta var olabiliyor.

Dıştaki boşluğun çalkantılarından kaynaklanan basınç, içtekinden yüksek olduğundan levhalar arasında çekim etkisi ortaya çıkıyor.

Boşluktan doğan bu kuvvetin ilk kez gerçekten ölçülmesi için 1958 yılını beklemek gerekti. Ancak bu ölçüm teorik öngörülere kıyasla % 100’lük bir hata payıyla gerçekleştirildi.

Bu ölçümlerin daha sağlıklı bir hale getirilmesi oldukça uzun sürdü; aşamalı olarak daha kesin rakamlar elde edilirken Washington Üniversitesi’nden Steve Lamoreaux 1997’de hata payını % 5’e kadar düşürerek büyük bir başarıya imza attı.

Egzotik Casimir kuvveti

O tarihten beri de Kaliforniya ve Padova Üniversiteleri’yle Stockholm’deki Kraliyet Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacıların hummalı çalışmaları sayesinde hata payı yüzde 1’e kadar indirilebildi. Aslında bu kuvvet deneylerin yapıldığı ölçekte çok zayıf olduğundan zor ölçülür; milimetrenin binde biri kadar bir mesafeyle birbirlerinden ayrılmış 1 cm2’lik levhalar için bir saç telinin ağırlığının yüzde biri kadar tartmaktadır.

Üstelik hiçbir ayna bütünüyle düz ya da yansıtıcı olmadığı için deney yapmak da Casimir’in düşündüğü kadar basit değil.

Ayrıca paralellikten doğan 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 olduğunu ifade ediyor. Ancak egzotizmine, karmakşıklığına ve zayıf yönlerine rağmen Casimir kuvveti fizikçileri cezbediyor.

Bu cazibenin mantığını anlamak zor değil: Bizim ölçeğimizde zayıf olan bu tuhaf kuvvet, levhalar birbirine yaklaştığında gittikçe artıyor ve çekim kuvvetini milimetrenin onda biri açıncaya kadar bu artış devam ediyor.

Bu maddeler nötr olsalar da bu kuvvet fiziğin gelecek yıllarda yeni bir teknoloji inşa etmeyi vaat ettiği alanda hakimiyetini ilan etmiş bulunuyor...

Araştırmacılar kısa bir süre önce bu kuvvetin değişik unsurlarını yapıştırmak suretiyle gelecekteki mikromakinelerin işleyişini bozabileceğini gösterdiler. Bazıları ise tersine hareketlerinin daha iyi denetlenmesinde kullanılabileceğini ortaya koydular.

Tüm bu tartışmaların dışında kesin olan bir şey var ki o da nanodünyanın Casimir olmadan kurulamayacağı!

Bu durumda, insanlık için yeni bir sihir mi söz konusu?

Elektriğin kontrolünün ardından boşluk mühendisliği bizleri yeni bir teknolojik çağın eşiğine mi getirecek?

Boşluktaki çalkantıların denetimi henüz yolun başında. Örneğin, Kastler Brossel laboratuvarından Serge Haroche ve Jean-Michel Raymond, hareketlenmiş atomun elektrik yaymasını engelleyerek floresan mekanizmayı bloke etmeyi başardılar.

Söz konusu fenomen maddeyle boşluğun çalkantıları arasındaki eşleşmeyle açıklandığından, bu atomları sadece kısa dalgalı çalkantılara izin veren metalik bir boşluğa hapsetmek yeterli.

Bu sistem bilginin kuantik işlenmesi ve kodlanmış mesajların iletilmesinde son derece yararlı olabilir.

Ancak daha fazlası da var: Kuantum mekaniğinin boşluğun çalkantılarında gizleyerek bizlere sunduğu bu olağanüstü enerjiden niye yararlanmayalım ki?

Kozmos fethedilebilir

Geçmiş zamanlarda denizciler bilinmeyen toprakları keşfetmeye gittiklerinde yollarına devam edebilmek için, denizde gerekli kaynağı bulabiliyorlardı; o halde birgün boşluktan yola çıkarak kozmosun fethedilebileceğini niye düşünmeyelim ki?

Nitekim, NASA, US Air Force, British Aerospace, Boeing ya da Lockheed gibi kuruluşlar birkaç yıldır bu olağanüstü boşluk enerjisinden yararlanan devrim niteliğinde projeler üzerinde çalışıyorlar.

Günümüzde ise bazı araştırmacılar bu enerjiyi Casimir etkisi aracılığıyla pompalayıp elektrik elde etmeyi öneriyorlar. Boşluk gelecekte tükenmeyen bir enerji kaynağı olabilir mi?

Yıldızlara yelken açmak

Boşlukla ilgili tüm verilere rağmen yine de birdenbire çılgın hayallere kapılmamak gerekiyor; ortada bir sürü proje ve vaat olsa da, şu an için boşluktaki inanılmaz enerji kaynaklarını keşfedecek ne kesin bir plan ne de araç gereç var.

Nitekim, Nobel Fizik Ödülü sahibi Amerikalı Steven Weinberg, sadece etkileri gözlemlenebilen boşluk enerjisinden yararlanmanın mümkün olduğunu ifade ediyor.

Astronomik araştırmalara göre ise, bu gözlemlenebilen enerji, kuantik tahminlerden 120 kat daha küçük. O halde, dünya kadar bir hacmin içindeki boşluk enerjisi benzin dolu bir bidonunkinden daha fazla değil...

Belki de bundan dolayı Amerikan Kongresi NASA’nın ileri derecedeki uzay mekiğini hareketlendirme projelerini finanse etmekten vazgeçti.

Bilim vazgeçmez

Ama ne gam! İddialı projelerinden hiçbir zaman vazgeçmeyen bazı araştırmacılar boşluktan enerji çıkarmak yerine, yapısını değiştirip yeni bir uzay mekiği inşa etmeyi öneriyor.

Yerçekimini boşluktaki çalkantılarla ilişkilendiren tartışmalı bir teoriye göre bu çalkantıların uygun bir dönüşümü uzay mekiğinin yıldızlara doğru yelken açmasını sağlayacak!

Sonuç olarak, teorik sorunlar çözülmediği sürece el fenerlerimizi aydınlatmak, pillerimizi doldurmak ve başka gezegenlere yolculuklar düzenlemek için bu enerjiye güvenmek, gerçekçi değil.

Ancak her şeye rağmen boşluğun kontrolü görüşünün birkaç yıldır mühendislik alanına kesinkes yerleştiği söylenebilir; ama yıldızlara götüren uzun yolda finansman kaynaklarının da en az boşluk kadar çalkantılı olduğunu unutmamak gerekiyor.

Yine de her şeye rağmen, mühendisler düşlemeyi sürdürüyor...

Vazgeçilmeyen bir ölçüm

Bilim adamları sadece pratik amaçlarla değil aynı zamanda teorik nedenlerden dolayı da Casimir etkisinin şiddetini ölçmek için olağanüstü çaba harcıyorlar. Aslında, bu boşluk basıncı küçük ölçekteki tüm yerçekimi ölçümlerini bozuyor.

Oysa bu tür sonuçlar teorisyenler için temel nitelikte: Doğadaki kuvvetlerin birleştirilmesiyle ilgili taslak halindeki sayısız model, bu ölçeklerden yola çıkarak, henüz bilinmeyen yeni kuvvetlerin ortaya çıkabileceğine ya da yerçekiminin yeni bir yönünün keşfedilebileceğine işaret ediyor.

Kısacası sorulan yanıtları belki de henüz keşfedilmemiş mezoskopik ölçeklerde yatıyor. Ancak bunu bilebilmek için Casimir etkisini derinlemesine çözmek gerekiyor.

Kaynak:Science at Vie /Hürriyet