Newton’un 3.yasasına uymayan sistemler

Her ne kadar fiziğin en temel yasalarından biri olsa da, Newton’un 3.yasası belirli denge dışı durumlarda ihlal edilebilir. İki nesne ya da parçacık yasaya aykırı davrandığında, karşılıklı olmayan (İng. nonreciprocal) etkileşime girdikleri söylenir. Bu tür davranışlar, ortamın da bir şekilde etkileşime dahil olduğu durumlarda ortaya çıkar; ortamın parçacıklara göre hareketli olması gibi. Elbette Newton’un 3.yasası sistemin tamamı (parçacıklar artı ortam) için hâlâ geçerlidir.

Karşılıklı olmayan etkileşime giren parçacıklara ilişkin sayısız deney yapılmasına rağmen, mikroskopik düzeyde neler olduğu bütünüyle anlaşılamadan kalmış durumda. Yani bu tür sistemlerin istatistiksel mekaniği ile ilgili hâlâ açıklığa kavuşturulması gereken şeyler var. Konu üzerinde çalışan bilimcilerden Almanya Max Planck Enstitüsü’nün Dünyadışı Fizik bölümü araştırmacısı Alexei Ivlev ve ekibi, Physical Review X dergisinde geçtiğimiz günlerde yayımlanan makalelerinde, değişik türde karşılıklı olmayan etkileşimlerin istatistiksel mekaniklerini incelediklerini ve şaşırtıcı keşifler yaptıklarını açıkladı.

“Sanıyorum çalışmamızın en önemli yanı, özünde dengeden uzak olan belli tipteki sistemlerin, dengenin istatistiksel mekaniği cinsinden tam olarak tanımlanabileceğini sağlam bir şekilde göstermiş olmamız. Yani, böyle sistemleri tanımlamak için bir sanki-Hamilton (pseudo-Hamilton) türetilebilir,” diyor Ivlev. “Bunun işaret ettiği en ilginç olgulardan biri ise iki sıvının karışımını ayrıntılı bir şekilde dengede gözlemlerken, her bir sıvının farklı sıcaklıkta olabileceği.”

Ekibin çalışmalarında kullandığı böyle bir karşılıksız etkileşimli sisteme örnek olarak, bir plazma odasındaki elektrot üzerinde asılı kalan yüklü mikro parçacıklar verilebilir. Newton’un 3.yasasına aykırı davranış, sistemde iki tür mikro parçacık olması ve bunların farklı boyutta ve yoğunlukta olmalarına bağlı olarak, farklı yüksekliklerde asılı kalmalarında ötürü gerçekleşiyor. Plazma odasındaki elektrik alan dikey bir plazma akışı tetikliyor; tıpkı nehirdeki bir akıntı gibi. Her bir yüklü mikro parçacık da, akmakta olan plazma iyonlarını merkez alarak, arkasında dikey bir “plazma dümen suyu” (İng. plasma wake) yaratıyor.

İki parçacık katmanı arasındaki doğrudan etkileşimlere bağlı olarak oluşan itici kuvvetler karşılıklı (reciprocal) olsa da, katmanlar arası parçacık-dümen suyu çekici kuvvetleri karşılıklı değildir. Bunun nedeni, dümen suyu kuvvetlerin elektrottan uzaklaştıkça azalması ve asılı kalma katmanlarının farklı yüksekliklerde bulunmasıdır. Sonuç olarak, alt parçacık katmanı üst parçacık katmanına, üst katmanın alt katmana uyguladığından daha büyük bir toplam kuvvet uygular. Böylece üst katman, alt katmandan daha yüksek bir ortalama kinetik enerjiye (dolayısıyla sıcaklığa) sahip olur. Araştırmacılar, elektrik alanı ayarlamak suretiyle iki katman arasındaki yükseklik farkını arttırarak, sıcaklık farkının artmasını sağlayabiliyor.

Ivlev, keşfin ne tür potansiyel uygulamaları olabileceği konusunda konuşmakta biraz çekingen olsa da, denge dışı sistemlerin anlaşılması yolunda önemli bir adım olduğunu belirtiyor. Gerçekleştirdikleri plazma deneyi, 2-boyutlu bir sistemde etki-tepki simetrisinin kırılmasına örnek oluşturuyor. Aynı simetri kırılmasının 3-boyutlu sistemlerde de ortaya çıkması muhtemel. Bilimciler ilerleyen zamanlarda bu tür sistemler üzerinde çalışmayı planlıyor.

Kaynak
*Bilimfili - "Newton’un 3.yasasına uymayan sistemler"
http://bilimfili.com/newtonun-3-yasasina-uymayan-sistemler/