Newton’un Üçüncü Yasasına Meydan Okuyan Deney: 10 Bin Parçacık Dakikalarca Kendi Kendini Harekete Geçirdi

Fizikte bazı yasalar o kadar temel kabul ediliyor ki, doğanın nasıl işlediğine dair anlayışımızın adeta temel taşlarını oluşturuyorlar. Newton’un hareket yasaları da bunların başında geliyor. Bunlardan biri olan Newton’un üçüncü yasası, bir cismin başka bir cisme uyguladığı kuvvete karşılık, ikinci cismin de birinciye eşit büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvet uyguladığını söylüyor. Etki ve tepki… Doğadaki tüm cisimler bu yasaya uyuyor. Daha doğrusu bu haftaya kadar uyuyordu. Japon fizikçiler, bir saatliğine de olsa bu etki-tepki simetrisini bozarak Newton’un üçüncü yasasına meydan okudular.

Haberi okuduğunuz için teşekkürler, bizi takip etmeyi unutmayın!

Tokyo Bilim Üniversitesi’nde çalışan fizikçiler, 10.000’den fazla parçacık içeren bir sistemi, yaklaşık bir saat boyunca Newton’un üçüncü yasasının öngördüğü karşılıklı kuvvet etkileşimini ortadan kaldırarak çalıştırmayı başardı. Araştırmacılar, farklı boyutlarda mikroskobik parçacıkları bir sıvı içinde özel elektrotların arasına yerleştirip alternatif bir elektrik alan uygulayarak, parçacıkların kendi kendilerini hareket ettiren birimler haline gelmesini sağladı. Bu sistemde parçacıklar, birbirlerini izleyen ve kovalayan yapılar oluşturdu.

Etki ve Tepki Arasındaki Simetri Bozuldu

Buradaki ana nokta, parçacıkların aynı boyutta olmamasıdır. Sistemde çeşitli büyüklükte parçacıklar bir arada bulunuyordu. Elektrik alanı uygulandığında büyük parçacıklar daha güçlü bir elektriksel akış oluştururken, küçük parçacıklar bu akıştan farklı bir şekilde etkileniyordu. Böylece parçacıklar arasındaki etkileşimde bir dengesizlik oluştu. Normalde iki parçacığın birbirine uyguladığı kuvvetler karşılıklı ve eşit olsa da, bu sistemde etki ve tepki arasındaki simetri bozuldu.

Araştırmacılar, deneyin sonucunun gerçekten parçacıkların boyut farklılıklarından kaynaklanıp kaynaklanmadığını test etmek amacıyla, tek boyutta parçacıkların bulunduğu ayrı bir sistem kurdular. Bu sistemde ise Newton’un üçüncü yasasının öngördüğü karşılıklı etkileşim devam etti.

Gerçekte, sistemde herhangi bir parçacığın Newton’un üçüncü yasasını ihlal ettiği söz konusu değildir. Araştırmacıların amacı, parçacıkların bulunduğu ortamı ve dışarıdan uygulanan elektrik alanını kullanarak, kapalı bir sistemde bulunmayan enerji ve kuvvet akışlarını devreye sokmaktır. Böylece parçacıklar arasındaki etkileşim, klasik karşılıklı kuvvet ilişkilerinden uzaklaşır.

Araştırmanın ortak yazarlarından fizikçi Yutaka Sumino, durumu daha anlaşılır kılmak için kum, toz veya yağmur damlaları gibi birbirini çeken parçacıkları örnek gösteriyor. Bu tür parçacıklar bir araya geldiklerinde genellikle daha büyük kümeler oluşturma eğilimindedir. Ancak araştırmacıların geliştirdiği sistemde parçacıklar birleşse de kalıcı olarak birbirlerine yapışmazlar; bunun yerine kümeler oluşur, sonra parçalanır ve süreç tekrar başlar.

Bu Sistem Biyolojik Yapıları Anlamak İçin de Kullanılabilir

Çalışmanın tek ilginç tarafı Newton’un üçüncü yasasının simetrisinin laboratuvar ortamında geçici olarak kırılması değil. Araştırmacılara göre benzer karşılıklı olmayan etkileşimler doğada ve özellikle biyolojik sistemlerde de bulunuyor olabilir. Hücre kolonileri veya hayvan grupları buna örnek olarak gösteriliyor. Örneğin bir hücre topluluğundaki her hücrenin çevresindeki diğer hücrelerle aynı şekilde etkileşime girmemesi, grubun tamamında tek tek hücrelerin davranışından öngörülemeyen kolektif hareketlerin ortaya çıkmasına yol açabilir. Aynı durum, birlikte hareket eden hayvan gruplarında da farklı biçimlerde görülebilir. Bu nedenle laboratuvarda oluşturulan parçacık sistemi, yalnızca temel fizik yasalarını daha iyi anlamak için değil, doğadaki karmaşık kolektif davranışları modellemek için de kullanılabilir.

Ayrıca araştırmacılar, bu mekanizmanın gelecekte programlanabilir malzemeler ve mikrorobotlar geliştirmeye ilham verebileceğini öne sürüyor. Küçük parçacıkların birbirleriyle olan etkileşimleri, dışarıdan uygulanan elektrik alanlarıyla kontrol edilebiliyorsa, belirli koşullarda kendiliğinden organize olan veya tek yönlü hareket eden yapay materyaller yaratmak mümkün olabilir. Özellikle çok küçük ölçekli mikrorobotlarda, her parçacığın veya robotun ayrı ayrı kontrol edilmesi yerine, aralarındaki etkileşimleri değiştirerek toplu hareketlerin ortaya çıkması yeni bir yaklaşım sunabilir.