Arama

Maddenin Halleri

Güncelleme: 18 Mart 2017 Gösterim: 41.748 Cevap: 5
ThinkerBeLL - avatarı
ThinkerBeLL
VIP VIP Üye
6 Mart 2009       Mesaj #1
ThinkerBeLL - avatarı
VIP VIP Üye

Maddenin Halleri

Ad:  Plasma.jpg
Gösterim: 3179
Boyut:  12.2 KB

Maddelerin katı, sıvı ve gaz olarak üç farklı hali vardır.Maddenin plazma hali de mevcuttur. Maddenin bu farklı hallerine fiziksel haller denir. Maddenin halleri dış etkilere göre değişim gösterebilir. Örneğin sıvı bir madde, katıya dönüşebilir. Maddenin katı, sıvı, gaz ve plazma halleri mikroskobik farklılıklar göstermektedir. Dünya dışında, evrendeki maddenin %99'u plazma (iyonlaşmış gaz) halindedir. Madde, istenildiğinde ortam şartları elverişli hale getirilerek bir halden diğerine dönüştürülebilir.
Sponsorlu Bağlantılar

Katı


Maddenin katı hali belirli bir şekle ve hacme sahiptir. Katı maddeyi oluşturan atom ve moleküller yok denecek kadar azdır. Atom ve moleküller arasında bir düzenlilik vardır. Atomlar titreşim hareketi yaparlar.Maddenin en düzenli hali ,katı halidir.

Sıvı


Maddenin sıvı hali, belirli bir şekle sahip değildir. Sıvılar akışkan olduklarından bulundukları kabın şeklini alır. Sıvı halde atom veya moleküller katılardan daha düzensiz olup tanecikler arası boşluklar katılardan daha fazladır ama sıkıştırlamazlar. Birazcık düzensiz hareket vardır. Ayrıca bulundukları kabın şeklini alırlar ve bir halden başka bir hale girebilirler.

Gaz


Atom veya moleküllerin arasında boşlukların en çok olduğu haldir. Gaz tanecikleri arasında boşluk fazla olduğunda gazlar sıkıştırılabilirler. Gaz tanecikleri düzensiz olarak hareket ederler. Bu hareketleri sırasında gaz molekülleri birbiri ile homojen olarak karışabilirler. Bunların yayılmaları hissedilebilir veya gözle takip edilebilir. Bir odaya damlatılan bir kolonyanın kokusu kısa sürede hissedilirken, bir sigara dumanının yayılması da gözle takip edilebilir. Konuldukları kabı dolduracak şekilde genleşerek kabın şeklini ve hacmini alırlar. Gazlar maddenin en düzensiz halidir ve sadece gazlar (tanecikler arasındaki boşluk fazla olduğu için) sıkıştırılabilme özelliğine sahiptir.

Gaz halindeki maddeye enerji vermeye devam edersek, atomların dış kabuklarındaki elektronlar atomdan ayrılmaya başlar. Bu durumda madde, artı ve eksi yüklü parçacıklardan oluşan yüksek enerjili bir gaz haline gelir. Artı ve eksi yükler, birbirlerini çekmelerine rağmen, birleşerek nötr bir atom oluşturamazlar çünkü parçacıkların kinetik enerjileri, aralarındaki elektrostatik bağ enerjisinden fazladır. Güneş ve diğer yıldızlar (nötron yıldızları hariç) tamamen plazma halindedir. Plazma haline uzay boşluğunda da bolca rastlanır. Uzaydaki plazma çok daha soğuk olmasına rağmen, çok seyreltik olduğu için birleşerek nötr atomlar oluşturma ihtimali düşüktür. Gazlardan örnekler; hava, doğal gaz, likit gaz, sera gazları, vb. gibidir.

Su örneği
Bir madde farklı sıcaklık ve basınç şartlarında üç halde de bulunabilir. Örneğin saf su, H2O ile formüle edilir.
  • Katı halde buz,
  • sıvı halde su,
  • gaz halinde su buharı,şeklinde bulunur.
Maddenin Bazı Özellikleri
1. Buhar basıncı

Bir sıvının buharının sıvı yüzeyine yapışmış olduğu basınca sıvı-buhar basıncı denir. Buhar basıncı ile ilgili bazı koşullar şöyledir.
  • Sıcaklık arttıkça buhar basıncı artar.
  • Aynı ortamda buhar basıncı yüksek olan sıvıların buharlaşması kolay olacağından kaynama noktaları düşük olur.
  • Buhar basıncı yüksak olan sıvı moleküllerinin moleküller arası çekim kuvveti zayıftır.
  • Bir sıvı içinde katı çözündüğünde buharlaşmayı azaltacağından buhar basıncını da düşürür. Buhar basıncındaki düşme çözünen madde miktarıyla doğru orantılıdır.
2. Genleşme
Isınan maddelerin yüzey veya hacimlerindeki artışa genleşme denir. Katı ve sıvıların genleşme katsayıları faklı olduğundan bu maddelerin genleşme miktarları ayırt edici özelliktir. Fakat gazların tümünde 1ºC artışı için genleşme 1/273 kat olduğundan genleşme gazlar için ayırtedici özellik değildir.Yani gazlar katı ve sıvılardan bağımsız, daha çok genleşir genleşme gazlarda çok fazla olur.

3. Esneklik

Esneklik yalnızca katılar için ayırtedici bir özelliktir. Sıvı ve gazların esnekliği söz konusu değildir.

4. Çözünürlük

Aynı şartlarda bir çözücünün birim hacminde çözünebilen maddenin maksimum miktarına o maddenin çözünürlüğü denir. Çözünürlük her üç hal için ayırtedici bir özelliktir.

Hal Değişimi
  • Katı eriyerek sıvıya, süblimleşerek gaza dönüşür.
  • Sıvı buharlaşarak gaza, donarak katıya dönüşür.
  • Gaz yoğunlaşarak sıvıya, depozisyon ile ise katıya dönüşür.
  • Plazma ise kinetik enerjisi arttırılarak yani ısıtılarak sırasıyla önce sıvıya ardından da gaza dönüşür. Gaz halinden sonra daha fazla ısıtıldığı takdirde iyonlaşmaya, elektron kaybederek (+) yani pozitif yüklenmeye başlar.
BAKINIZ
Maddenin Gaz Hali
Maddenin Katı Hali
Maddenin Sıvı Hali

Maddenin Plazma Hali
BEĞEN Paylaş Paylaş
Bu mesajı 1 üye beğendi.
Son düzenleyen Safi; 18 Mart 2017 22:23
Tanrı varsa eğer, ruhumu kutsasın... Ruhum varsa eğer!
ThinkerBeLL - avatarı
ThinkerBeLL
VIP VIP Üye
11 Mart 2009       Mesaj #2
ThinkerBeLL - avatarı
VIP VIP Üye

Maddenin Halleri Arasındaki Dönüşüm


Maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hâli vardır. Genel olarak madde ya katı ya sıvı ya da gaz hâlinde bulunur. İstenildiğinde ortam şartları elverişli hâle getirilerek bir hâlden diğerine dönüştürülebilir.
Sponsorlu Bağlantılar

Maddenin katı hâli, belirli bir şekle ve hacme sahiptir. Katı maddeyi oluşturan atom ve moleküller birbirine çok yakındır. Aralarındaki boşluklar çok azdır. Atom ve moleküller arasında bir düzenlilik vardır.

Maddenin sıvı hâli,belirli bir şekle sahip değildir. Sıvılar akışkan olduklarından bulundukları kabın şeklini alır. Sıvı hâlde atom veya moleküller katılardan daha düzensiz olup tanecikler arası boşluklar katılardan daha fazladır.

Ad:  xmaddekavram7.gif.pagespeed.ic.rA1McZkPML.png
Gösterim: 7204
Boyut:  10.2 KB

Maddenin gaz hâli, atom veya molekülleri arasında boşlukların çok olduğu durumdur. Gaz tanecikleri düzensiz olarak hareket ederler. Bu hareketleri sırasında gaz molekülleri birbiri ile homojen olarak karışabilirler. Bunların yayılmaları hissedilebilir veya gözle takip edilebilir. Bir odaya damlatılan bir kolonyanın kokusu kısa sürede hissedilirken, bir sigara dumanının yayılması da gözle takip edilebilir. Gazların belirli bir şekil ve hacimleri yoktur. Konuldukları kabı dolduracak şekilde genleşerek kabın şeklini ve hacmini alırlar.

Bir madde farklı sıcaklık ve basınç şartlarında üç hâlde de bulunabilir. Örneğin, saf su, H2O ile formüle edilir. Katı hâlde buz, sıvı hâlde su ve gaz hâlinde su buharı şeklinde bulunur.
Maddeler üç fiziksel halde bulunabilir. Katı , sıvı ve gaz haller. Madde bu üç hal arasında geçişler yapabilir. Örneğin katıdan sıvıya, sıvıdan gaza, katıdan gaza geçer veya bunların tersini yapabilir. Maddenin katıdan sıvıya geçmesi olayı erime, sıvıdan gaza geçmesi olayı buharlaşma (veya kaynama), bu olayların tersi, yani, sıvıdan katıya geçme donma, gazdan sıvıya geçme yoğunlaşmadır.

Katı ------->-------erime------->--------> Sıvı ------->--------buharlaşma-------->--------> Gaz
Katı -------<-------donma-------<--------< Sıvı -------<--------yoğunlaşma--------<--------< Gaz
Katı ------->-------------->--------> süblimleşme------->---------------->---------> Gaz
Katı -------<--------------<--------< depozisyon-------<----------------<---------< Gaz



Ad:  gra1.gif
Gösterim: 4630
Boyut:  1.4 KB

Hal Değişimi


Bir maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasında geçişler yapmasına hal değiştirme denir.
  • Erime: Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime, erimenin meydana geldiği sıcaklığa erime sıcaklığı denir.
  • Donma: Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine donma, donmanın meydana geldiği sıcaklığa donma sıcaklığı denir.
  • Kaynama: Bir maddenin sıvı halden gaz hale geçmesine kaynama, kaynamanın meydana geldiği sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Kaynama ile buharlaşma aynı şey değildir.
  • Buharlaşma her sıcaklıkta olurken kaynama belirli bir sıcaklıkta olur. Kaynama buharlaşmanın en yoğun olduğu andır.
  • Yoğunlaşma: Bir maddenin gaz halden sıvı hale geçmesine yoğunlaşma, yoğunlaşmanın meydana geldiği sıcaklığa yoğunlaşma sıcaklığı denir.
  • Süblimleşme: bir katının sıvı hale geçmeden gaz hale geçmesine süblimleşme denir. Naftalin ve tuvaletlerde kullanılan katı koku gidericiler buna örnektir.
  • Kırağılaşma (Depozisyon): Kırağılaşma gazların katılara dönüşmesidir. Kırağılaşmanın tersine ise süblimleşme denir.
Hal değiştirme ısısı [L]: 1 gram maddeyi bir halden başka bir hale geçirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır. Eğer madde eriyorsa erime ısısı (Le), kaynıyorsa kaynama ısısı (Lk) adını alır.
Özısı (c): Bir maddenin 1gramının sıcaklığını 1°C değiştirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır. Hal değişimi sırasında erime ve kaynama noktalarında bir süre sıcaklık değişmez alınan ısı moleküllerin arasındaki bağları çözmek için harcanır. Bu noktalarda harcanan enerji aşağıdaki gibi hesaplanır.
Q= m.L
  • Q= Isı
  • m= Kütle
  • L= Bu harlaşma yada erime erime ısısı
Hal değişiminde yukarıda anlatılan süre dışında harcanan ısı enerjisi miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanır.
Q=m.c.DELTAt
  • Q = ısı
  • m = kütle
  • c = öz ısı
  • DELTAt= sıcaklık değişimi
Ad:  gra2.gif
Gösterim: 2336
Boyut:  2.6 KB

Hal Değiştirme ile İlgili Özellikler

  • Hal değiştirme süresince sıcaklık sabit kalır.
  • Bir madde için;
    • erime sıcaklığı=donma sıcaklığı
    • kaynama sıcaklığı=yoğunlaşma sıcaklığı
    • erime ısısı=donma ısısı
    • kaynama ısısı=yoğunlaşma ısısı
  • Her maddenin belirli bir basınç altında belirli bir erime noktası vardır. Erime sırasında hacmi artan maddeler de donma noktası basıncın artmasıyla artar. Erime sırasında hacmi azalan maddelerin donma noktası basıncın artmasıyla azalır, yani daha düşük sıcaklıklarda donar. Buzun üzerine basıldığında 0°C den daha düşük sıcaklıklarda da erimesi buna örnektir.
  • Her sıvının belirli bir basınç altında belirli bir kaynama noktası vardır. Basınç azaldıkça kaynama noktası düşer. Çünkü kaynama buhar basıncı ile dış ortam basıncın eşitlendiği anda başlar. Yükseklere çıkıldıkça atmosfer basıncı azaldığından kaynama noktası düşer.
  • Isı çoğaldıkça buharlaşma kolaylaşır.
  • Hava akımı buharlaşmayı kolaylaştırır.
  • Sıvı yüzeyi genişledikçe buharlaşma kolaylaşır.
  • Basınç azaldıkça buharlaşma kolaylaşır.
  • Erime, donma, kaynama, yoğunlaşma sıcaklıkları, özısı, hal değiştirme ısıları maddenin ayırt edici özelliklerindendir.
ISI: Bir maddenin bütün moleküllerinin sahip olduğu çekim potansiyel enerjileri ile kinetik enerjilerinin toplamına ısı denir. Isı bir enerji türüdür, diğer enerjilere dönüşebilir.
SICAKLIK: Bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. Enerji değildir.

Isı ile sıcaklık arasındaki ilişki, potansiyel enerji ile yükseklik arasındaki ilişkiye benzetilebilir. Nasıl ki EP=mgh bağıntısındaki h enerji değilse; Q=mcDt bağıntısındaki sıcaklığı ifade eden Dt de enerji değildir. Isı kalorimetre kabı, sıcaklık termometre ile ölçülür. Sıcaklık birimi günülük hayatta °C, teknikte °K'dir.
Kaynama dış basınca bağlı olup, basınç arttıkca kaynama noktası yükselir. Açık bir kapta su 100°C de kaynar. Kapalı kapta buhar basıncı artacağından kaynama noktası yükselir. Düdüklü tencerelerde sıcaklık 100°C üzerine çıkacağı için yemekler daha kısa sürede pişer.

Örnek
Süs balıklarına meraklı bir öğrenci bir Japon balığı alıyor. Balığı evde kaynatılıp soğutulmuş suya koyuyor. Kısa bir süre sonra balığın can çekişmekte olduğunu görüyor. Size göre balığa ne olmuştur? Balığı kurtarmak için ne yapmalısınız?
Süs balığı su içerisindeki yetersiz oksijenden dolayı can çekişmektedir. Çünkü evde suyu kaynatarak içerisinde bulunan minerallerle beraber oksijen miktarını da azaltmış olduk. Süs balığı bu su içerisin de gereksinimi olan oksijeni alamadığından dolayı can çekişmeye başladı. Balığı kurtarmak için hemen musluk suyu ile doldurulmuş başka bir kaba koymalıyız. Birazda içerisine tuz atmalıyız.



Son düzenleyen perlina; 14 Aralık 2016 17:55
Tanrı varsa eğer, ruhumu kutsasın... Ruhum varsa eğer!
_KleopatrA_ - avatarı
_KleopatrA_
Ziyaretçi
17 Aralık 2009       Mesaj #3
_KleopatrA_ - avatarı
Ziyaretçi

Evrende madde dört halde bulunur. Bunlar;


Ad:  plazma.JPG
Gösterim: 12417
Boyut:  52.7 KB
  1. Katı
  2. Sıvı
  3. Gaz
  4. Plazma
halleridir. Mikroskobik açıdan plazma, sürekli hareket eden ve etkileşen yüklü parçacıklar topluluğu olarak ifade edilir. Plazma içinde nötral atom ya da moleküllerin olması plazma halini değiştirmez.
Plazmanın birim hacmi içindeki negatif yüklü parçacıkların sayısı (genelde elektronlar) pozitif yüklü parçacık sayısına (genelde iyonlar) yaklaşık olarak eşit olduğundan, plazma elektriksel olarak nötraldir.

Maddenin Dört Hali
  1. Katı halde atomlar belirli uzaklıklara sahiptir.
  2. Sıvı halde atomlar arası uzaklık artar.
  3. Gaz halinde ise atomlar arasındaki bağ uzunlukları daha da artar.
  4. Plazma halinde ise atomlar iyonlaşır ve sürekli olarak birbirleri ile çarpışırlar.
İlk bakışta plazma halinin, özellikleri açısından gaz halinden çok farklı olmadığı izlenimi oluşmaktadır. Oysa ki plazma çok önemli özelliklere sahiptir.
Plazmanın temel karakteristik özellikleri aşağıda verilmiştir:
  1. Yukarıda açıklandığı gibi plazma elektriksel olarak nötraldir ve plazma çok iyi bir iletkendir. Bazen gümüşün ve bakırın iletkenliğinden 102 kat daha fazla iletkenlik gösterebilmektedir.
  2. Plazmanın içinde bir noktada bir pertürbasyon oluşursa, bu pertürbasyonun etkisi tüm plazmaya elektromagnetik dalga hızı ile taşınılır. Gaz halinde bu taşınım, akustik dalgaların hızıyla, akustik sinyalin taşınımına benzer. Gazların taşınımı sırasında parçacıklar arasındaki çarpışma kısa mesafelidir. Plazmanın taşınımı durumunda ise yüklü parçacıklar arasındaki etkileşim elektromagnetik dalgalar yardımıyla uzun mesafede olur.
  3. Plazma elektriksel olarak nötral olmasına rağmen elektrik ve magnetik alanlarla etkileşebilir.
  4. Plazma koşullarındaki kimyasal reaksiyonlar (plazma-kimyasal reaksiyonlar), gaz fazındaki kimyasal reaksiyonlardan büyüklük mertebesi açısından çok daha hızlıdır.
Evrende en çok bulunan hal plazma halidir ve evrenin %99’undan fazlası plazma halindedir. Evrendeki tüm yıldızlar, Güneş, Gezegenler ve gezegenler arası boşluklar, üzerinde yaşadığımız dünyamız plazma halinden başlayarak bu günkü hallerini almışlardır. Gerçekte plazma hali bir maddenin ilk halidir. Plazma, doğal olarak kendisi ile çevresi, elektrik ve magnetik alanlarla etkileşim biçimleri açısından kendine özgü niteliklere sahiptir. Plazma, iyonlar, elektronlar, yüksüz atom ve moleküller ile fotonlardan oluşan, bazı atomlar iyonlaşırken bazı iyonların elektronlarla birleşip atoma dönüştüğü, protonların sürekli olarak bir yandan ortaya çıktığı bir yandan da soğutulduğu bir karışım olarak düşünülebilir.
Dünyamızda bulunan maddelerin büyük çoğunluğu katı, sıvı ve gaz hallerindedirler. Maddenin plazma hali örneğin, yıldırımda, mum alevinde, kutup ışığında ve neon lambaları gibi elektrik boşalmalı lambalarda gözlenir.
Plazmanın temel bir farka karşın gazlarla ortak belli sayıda mekanik özelliği vardır: Coulomb çekim ve ritimleri çok uzaklarda etkili olduğundan plazmanın her parçacığı diğeri ile sürekli olarak etkileşim halindedir.
İlginç bir farklılık olarak gazların boşalan her şeyi doldurma özelliği varken plazmanın toplaşma özelliği olduğu görülebilir. Bir manyetik alanın etkisi ile elektrikli tanecikler alan çizgilerini etrafında helezonik yörüngeler çizerek harekete başlar.

Son düzenleyen perlina; 15 Aralık 2016 12:24
Avatarı yok
nötrino
Yasaklı
8 Haziran 2012       Mesaj #4
Avatarı yok
Yasaklı

Buzdaki Gizemlerin Çözülmesi

Singapur ve Çin'deki bilim adamları basınç altında buzun sıra dışı özelliklerinin, bağ yapan ve bağ yapmayan elektron çiftleri arasındaki Coulomb itmesinden kaynaklandığını söylüyor.
Donmuş su, basınç altında diğer materyallerden farklı davranır. Buz anormal derecede düşük sıkıştırılabilirlik özelliğine sahiptir ve uygulanan basınç faz geçişleri için kritik sıcaklığı arttırmak yerine düşürür. Bu anormallikler yıllardır bilim adamları için kafa karışıklığına sebep olmuştur ve bunların tatmin edecek düzeyde modellenmesi büyük bir zorluk olarak araştırmacıların karşısına çıkmıştır.

Yakın zamanda, Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden Chang Sun ve Jilin ve Xiangtan Üniversitelerindeki meslektaşları ile birlikte doğru bir şekilde bu özellikleri simule edebilmek için yeni bir metot geliştirdiler. Onların çalışması bu davranışın fiziksel temelini açığa kavuşturmada yardımcı oldu.

Onların modelinin anahtarı; buzun temel yapısal birimi olarak O…H-O yu dikkate almalarıdır. Sol taraftaki oksijen ortaklanmamış elektron çiftini kullanarak hidrojen bağı oluşturur ve bu şekilde hidrojen etrafındaki elektron yoğunluğunu kutuplaştırır. Aynı anda diğer taraftaki hidrojen, elektronunu sağ taraftaki oksijenle paylaşır ve gerçek bir bağ oluşturur.

Buzun aşırı derecede düşük sıkıştırılabilirlik özelliği ve uygulanan basıncın faz geçişleri için kritik sıcaklığı arttırması yerine düşürmesi bilim adamlarının kafasını karıştırmıştır.

Sun'ın modeli yaygın olarak kullanılan bükülmez, polarize olmayan modellere göre daha iyi çalışır. İspanya'da Madrid Compulense Universitesi’nde su ve buzun teorik kimyası alanında uzman olan Jose Abascal’a göre; bu tür modeller 'sabit bir moleküler geometriye sahiptir bu yüzden onlar doğal olarak moleküler geometrideki değişimleri açıklayamazlar.' Bu bükülmez modeller ' sabit bağ uzunluğu ve bağ açısına sahip iki adet nokta yükü şeklinde ifade edilebilir. Fakat uygulanan etki ile açı, uzunluk ve hidrojen bağının enerjisi ile elektron kutuplaşması ile ilgili değişimler vardır.

Sun'ın çalışmaları sonucu ortaklanmamış çift ve bağ çifti arasındaki itme O…H daki hidrojen bağının toplam bağı kısalttığı ve O-H grubundaki bağın toplam bağı uzattığı anlaşılmıştır. Yeterince yüksek basınçta, hidrojen bağı ve gerçek bağ uzunluğu eşit duruma gelir. Gerçek bağın bağlanma enerjisindeki değişim ağır basar ve bağ uzarken ve zayıflarken fiziksel miktarlardaki gözlenebilen etkilere sebep olur.Sun şimdi donan suyun neden genişlediğini içeren ve buzun başka anormaliklerini çözebilecek çalışmaların olacağını umuyor.

Kaynak : RSC (27 Mart 2012)
Son düzenleyen perlina; 14 Aralık 2016 16:33
perlina - avatarı
perlina
Ziyaretçi
14 Aralık 2016       Mesaj #5
perlina - avatarı
Ziyaretçi

Maddenin Halleri



BEĞEN Paylaş Paylaş
Bu mesajı 1 üye beğendi.
Avatarı yok
nötrino
Yasaklı
18 Mart 2017       Mesaj #6
Avatarı yok
Yasaklı

Bilim İnsanları Maddenin Yeni Halini Buldu: Zaman Kristalleri!


Ad:  zhang-space-time-crystal.jpg
Gösterim: 1287
Boyut:  94.4 KB
Aylardır, araştırmacıların en sonunda zaman kristallerini oluşturduğu yönünde bir spekülasyon devam etmekte. Bunlar; sadece uzayda değil, zamanda da tekrar eden atomik yapıda ve enerji olmaksızın sonsuz hareketlilik halinde olan gizemli kristaller. Araştırmacılar bu kez detaylı bir şekilde bu garip kristallerin nasıl yapıldığını ve ölçümlendiğini açıkladılar. İki ayrı araştırma ekibi, laboratuvar ortamında zaman kristalleri oluşturduklarını, yani maddenin tamamen yeni bir formunun varlığını kanıtladıklarını iddia ediyor.

Keşif, şu anda kulağa soyut gelse de fizik dünyasında yeni bir çağ başlatıyor; zira on yıllarca, metaller ve yalıtkanlar örnekleri gibi, maddenin “kararlı” hali üzerinde çalıştık. Ancak, öngörüldüğü üzere evrende maddenin “kararsız” pek çok garip hali bulunmakta, zaman kristalleri de bunlara dahil. İşte şimdi, bunun gerçek olduğunu biliyoruz. İlk kez elde ettiğimiz kararsız madde ile dünyayı algılayışımız değişecek, tabii beraberinde kuantum hesaplamaları gibi yeni teknolojileri de değiştirecek.

Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nden Araştırmacı Norman Yao “Bu maddenin yeni bir fazı, ancak aynı zamanda kararsız maddenin ilk örneklerinden biri; geçtiğimiz yüzyılın yarısı boyunca kararlı maddeleri inceledik, artık kararsız maddelerin dünyasını keşfedeceğiz” diyor. Zaman kristalleri kavramı birkaç yıldır konuşulmakta. İlk kez Nobel ödüllü teorik fizikçi Frank Wilczek tarafından “Zaman kristalleri en düşük enerji seviyesinde, ‘temel durumda’ bile hareket etmeye devam ettiği görülen yapılardır” ifadesiyle 2012’de ortaya atıldı.

Genellikle bir maddenin, sistemin “sıfır nokta enerjisi” diye de bilinen temel durumundayken hareket etmesi teorik olarak imkansızdır. Ancak Wilczek bu durumun zaman kristalleri için geçerli olmadığını öngördü. Normal kristallerin uzayda tekrar eden bir atomik yapısı var, elmastaki karbon kafes gibi ve bunlar temel halde oldukları için hareketsizler. Ancak zaman kristallerinin yapısı zamanda tekrar etmekte, sadece uzayda değil ve temel durumda da salınmaya devam etmekteler.

Bunu dokunduğunuzda sallanmaya devam eden jöle gibi hayal edin. Zaman kristalleri de bu şekilde, tek fark hareketin herhangi bir enerji olmadan ortaya çıkması, yani dokunmadan! Bir zaman kristalini, maddenin yepyeni formu olan “kararsız madde” yapan şey, kendi doğal, temel halinde devamlı salınan jöle gibi olması, sabit duramıyor olması. Esas önemli nokta ise, artık bunu öngörmenin ötesinde, zaman kristalinin yapılmış olması.

Yao ve ekibi, tam olarak bir zaman kristali yapmak ve onun özelliklerini ölçümlemek üzere ayrıntılı bir projeyi ortaya koyarken, zaman kristallerini çevreleyen çeşitli fazların nasıl olması gerektiğini de tahminliyorlar. Bu, maddenin yeni halinin katı, sıvı, gaz fazlarını detaylarıyla göstermek demek. Yao’nun ifadesiyle, “teorik fikirle deneysel uygulamanın köprüsü” bilimsel nitelikteki dergi Physical Review Letters’da yayımlandı. Maryland Üniversitesi ve Harvard’dan iki bağımsız çalışma grubu da kendi zaman kristallerini oluşturmak için projeyi detaylarıyla uyarlamaktalar. Tüm bu gelişmelerin hakemli dergilerde yayımlanmak üzere başvuruları yapıldı.

Maryland Üniversitesi, zaman kristallerini, her birinin elekron spinleri dolanmış haldeki 10 İtterbiyum (iterbiyum) iyonundan oluşan bir dizilimle oluşturmuş Bu dizilimi zaman kristaline çevirmenin yolu iyonları kararsız halde tutmak, bunun için de araştırmacılar onları iki lazerle vurmuş; ilk lazer manyetik alanı oluşturmak için, ikinci atomların dönüşünü saptırmak için.

Tüm atomların spinleri dolanmış halde olduğu için, atomlar kristali oluşturan stabil, tekrar eden yapıda bir döngüye geçmişler. Buraya kadar yeterince normal olsa da, bir zaman kristaline dönüşmek için sistemin zaman simetrisini yıkması gerekiyor. Araştırmacılar da İtterbiyum atom dizilimini incelediklerinde onun garip bir şey yaptığını fark etmişler. Periyodik olarak atomları vuran iki lazer sistemde normalde görülmeyecek, vuruş periyodunun iki katı süren bir tekrar oluşturmuş. Yao bu konuda şöyle diyor, “Jöleyi dürttüğünüzde ve bir süre sonra size bir şekilde tepki verse bu çok garip olmaz mıydı? İşte bu, zaman kristalinin esas niteliği. Periyodu ‘T’ olan bir periyodik yürütücümüz var, diyelim, ancak sistem bir şekilde senkronize oluyor ve ölçümlendiğinde ‘T’den daha geniş bir periyotta salınıyor.”

Farklı manyetik alanlarda ve lazer titreşiminde kristal faz değiştirilebilir tabii, bir buz küpünün erimesi gibi. Harvard zaman kristalini yaparken, araştırmacılar onu elmaslardaki azot boşluk merkezlerinin yoğun paketlemesiyle hazırladıklarında aynı sonuca ulaştılar. Indiana Üniversitesi’nden bu çalışmalara dahil olmayıp makaleye katılan Phil Richerme; zaman kristallerinin maddenin yeni bir hali olduğunun altını çizerek, birbiriyle asla kıyaslanamaz sistemlerde benzer sonuçların ortaya çıkmasının; konunun, sadece küçük, spesifik sistemlere indirgenecek basit bir merak olamayacağını açıklıyor.

Kaynak: ScienceAlert / Physıcal Revıew Letters (28 Ocak 2017)

Benzer Konular

10 Ocak 2017 / Ziyaretçi Cevaplanmış
16 Aralık 2016 / Misafir Cevaplanmış
16 Aralık 2016 / Misafir Cevaplanmış
24 Mayıs 2008 / Misafir Taslak Konular
4 Nisan 2009 / Misafir Taslak Konular