Ana sayfa Bilim Gündemi Sesin de bir kütlesi var!

Sesin de bir kütlesi var!

17
PAYLAŞ

Çeviren: Gülseli Kırgıl – Volkan Tozan

Isaac Newton’un hareket yasalarını geliştirmesinden bu yana, klasik fiziğe ilişkin anlayışımızın dört yüzyılda zirveye ulaştığını düşünebilirsiniz ancak bu alana yönelik yeni ve şaşırtıcı araştırmalar, hâlâ keşfedilmeyi bekleyen gizli kalmış sırların var olduğunu gösteriyor.

Bir grup biliminsanının Physical Review Letters dergisinde yayımladıkları bir makalede, ses dalgalarının kütleye sahip olduğu ve seslerin yerçekiminden doğrudan etkileneceği kuramlaştırıldı. Biliminsanları ses dalgalarının bir ortamda taşınmasından sorumlu olan kolektif uyarımların yani fononların, yerçekimi alanı içerisinde çok küçük bir kütle sergileyebileceğini öne sürdüler. Makaleye öncülük eden Kolombiya Üniversitesi’nden Angelo Esposito, “Bunun gibi klasik fiziğe ilişkin bilgilerin uzun zamandır biliniyor olmasını beklerdiniz, ancak bu durum neredeyse tesadüfen rastladığımız bir şeydi” diyor.

Esposito ve arkadaşları, yaptıkları çalışmayı Kolombiya Üniversitesi’nden Alberto Nicolis ve Carnegie Mellon Üniversitesi’nden Riccardo Penco’nun fononların bir süper akışkan içerisinde kütleye sahip olabileceğine yönelik geçen sene yayımlanmış çalışmaları üzerine inşa ettiler. Önceki çalışmada Alberto Nicolis ve arkadaşları, dalgaların, süper soğuk sıvı helyum içerisinde nasıl ilerleyip dağıldığını incelemişlerdi. Çalışma sonucunda sesin gerçekten de kütle oluşturduğu gözlemlenirken, bu dalgaların yerçekimine ters şekilde garip salınımlar yaptıkları da ortaya çıktı. Ancak konuya ilişkin yayımlanan en son çalışma, bu etkinin sıvı ve katı maddeler içeren diğer materyallerde de gözlendiğini gösterdi.

Fononlar ‘yukarı’ düşüyor!
Fononlar tarafından taşınan kütle miktarı çok küçük olmasına rağmen -bir hidrojen atomuyla, yaklaşık 10-24 gram ile karşılaştırılabilir- yine de ölçülebilir olduğu söylenebilir. Öte yandan, eğer o kütleyi ölçmek isterseniz alışılmış mantığın dışında bir yol bulmak durumunda kalırsınız. Fononlarının kütlesi negatif olarak ölçülür, yani fonon “yukarıya” düşer ve zamanla yörüngeleri tıpkı Dünya gibi yerçekimsel kaynaktan uzaklaşır.

Penco, konuyla ilgili “Eğer yerçekimsel kütleleri pozitif olsaydı, aşağı yönlü bir düşüş sergilemeleri gerekirdi” diyor ve ekliyor “Yerçekimi kütleleri negatif olduğu için fononlar yukarı doğru düşer”.

Sesin çok yavaş yayıldığı ortamlar gerek
Ayrıca “düşecekleri” miktar aynı derecede azdır ve fononun içinden geçtiği ortama bağlı olarak değişir. Sesin saniyede 1,5 kilometre hızla hareket ettiği suda, fononun negatif kütlesi saniyede yaklaşık 1 derecelik sürüklenme yaşanmasına neden olur ancak bu durum ölçülmesi fazlasıyla zor olan ve 15 kilometrede 1 derecelik sapma ile gözlenen değişikliğe karşılık gelir.

“Zor olabilir, ancak böyle bir ölçüm hâlâ mümkün olmalı” diyen bulunan Esposito, fononların kütlesini anlamak için, sesin çok yavaş bir şekilde yayıldığı ortamlara bakılması gerektiğini ifade ediyor. Bu durum, ses hızının saniyede yüzlerce metreye veya altına düşebildiği ve tek bir fononun geçişinin bir atomun eşdeğer maddesini değiştirebileceği süper akışkan helyumda mümkün olabilir.

Şimdiye kadar fark edilmemesi şaşırtıcı
Esposito, “Alternatif olarak; araştırmacılar, egzotik maddelerle büyütülmüş ufak efektler aramak yerine, son derece yoğun ses dalgalarını yakından inceleyerek kütle taşıyan fononların daha belirgin belirtilerini arayabilirler. Depremler, bu durumu ortaya çıkarmak için bir olanak olabilir.” diyor. Yaptığı hesaplamalara göre, 9 şiddetinde bir sarsıntı yeterli miktarda enerjiyi serbest bırakacak ve böylece depremin ses dalgasının yerçekimi ivmesinde meydana gelen değişiklik, atomik saat kullanımı ile ölçülebilir hale gelecek.

“Mevcut teknikler sismik bir dalganın çekim alanını tespit etmek için yeterince hassas olmasa da, gelecekteki teknolojik gelişmeler bunu mümkün kılabilir” diyen Esposito, “Kütleye sahip ses dalgalarının günlük yaşam üzerinde önemli bir etkisi olması muhtemel değildir, ancak bu kadar temel bir şeyin uzun süredir fark edilmemiş olma olasılığı şaşırtıcıdır” açıklamalarında bulunuyor.

Carnegie Mellon Üniversitesi’nden Ira Rothstein ise, “Bu makaleye kadar ses dalgalarının kütle taşımadığı düşünülüyordu” diyor. Rohstein ayrıca, “Yani bu anlamda gerçekten kayda değer bir sonuç. Çünkü klasik fizikte herhangi bir yeni sonuç bulduğunuzda; bunun, Newton’dan bu yana hali hazırda tamamen anlaşılmış olduğunu düşünürdünüz. Yeterince dikkatli bakarsanız, yüzyıllarca üzeri kapalı kalmış olan alanlarda bile taze fikirler bulabilirsiniz” diyerek çalışmanın önemine de dikkat çekiyor.

Bu durumun neden daha önce hiç tespit edilmediği noktasına gelince, Esposito şunları kaydediyor: “Belki de yüksek enerji üzerine çalışan fizikçiler olduğumuz için yerçekimi bizim dilimiz gibi. Teorik bir şey değil. Prensipte insanlar bunu uzun yıllar önce de keşfedebilirdi.”

Kaynak: https://www.scientificamerican.com/article/sound-by-the-pound-surprising-discovery-hints-sonic-waves-carry-mass/