Fizikçiler, Newtonsal Olmayan Sıvıların Gizemini Çözdüler

En ilginç madde: açıklandı.

Eğer hiç Newtonsal olmayan bir sıvıyı iş başındayken gördüyseniz, onun ne kadar imkansız derecede havalı olduğunu bilirsiniz. Baskı altında olduğu zaman, akışkanlığını neredeyse hemen değiştirir, bu sayede ona bir sıvıyken yumruk atabilirsiniz ve bir katıya dönüşür, ayrıca onun bulunduğu bir havuzda kelimenin tam anlamıyla karşıdan karşıya yürüyebilirsiniz ve bu inanılmaz görünür.

Fizikçiler, Newtonsal olmayan akışkanların, onu nasıl idare ettiğinize bağlı olarak sıvı bir halden katı bir hale nasıl geçtiği hakkında esas konuyu anlamışsa da, muhalif taraflar, molekül seviyesinde neler döndüğü konusunda anlaşmazlık içindeydi; bu parçacıklar orada tam olarak ne yapıyor da, bir maddeyi çok tuhaf hale getiriyorlar?

Aradan onyıllar geçti, fakat şimdi yeni bir tez, muhtemel bir çözüm ortaya çıkardı, ve görünüşe göre cevap… herkes haklı!

Fakat biraz geriye gidelim ve bazı temellerin üzerinden geçelim. İlk olarak: Newtonsal olmayan bir sıvı tam olarak ne demektir? İsminden belli olduğu üzere, Newtonsal bir sıvının tam tersidir.

Newtonsal bir sıvı basittir; Newton tarafından mükemmel sıvı olarak tanımlanmıştır ve akışkanlığı çoğunlukla kendi sıcaklığı ve basıncı tarafından etkilenir. Bu yüzden eğer elinizde makul sıcaklık ve basınçta su varsa, ona ne kadar vurursanız vurun, bir sıvı gibi davranmaya devam edecektir.

Diğer taraftan Newtonsal olmayan sıvılar, farklı bir kanun dizisini izlerler. Sadece onun üstüne bir tür güç uygulamanız gerekir (bir yumruk gibi) ve sonra akışkanlığını, hallerini tamamen değiştirebilen bir şekilde değiştirir.

Akışkanlığın kilit noktası, bir maddenin ne kadar fazla sürtünme veya direnç sahibi olduğunda gizlidir, örneğin su çok akışkanken, bal değildir.

Jennifer Ouellette’in io9’da yazdığı üzere:

“SÜRTÜNME, AKAN BİR SIVININ ASLINDA BİRBİRİ ÜSTÜNDEN KAYAN BİR DİZİ KATMAN OLMASINDAN DOLAYI ORTAYA ÇIKAR. BİR KATMAN DİĞERİNİN ÜZERİNDEN NE KADAR HIZLI KAYARSA, O KADAR DİRENÇ OLUŞUR, VE BİR KATMAN DİĞERİNİN ÜSTÜNDEN NE KADAR YAVAŞ KAYARSA, O KADAR AZ DİRENÇ OLUŞUR. KOLUNU DAHA ÖNCE GİDEN BİR ARABANIN PENCERESİNDEN ÇIKARMIŞ OLAN BİRİSİ, ARABA NE KADAR HIZLI EDERSE, ORTADA O KADAR FAZLA HAVA DİRENCİ OLDUĞUNU ONAYLAYABİLİR (HAVA DA BİR AKIŞKANDIR).”

Fizikçiler geçmişte Newtonsal sıvıları bu şekilde açıklıyorlardı, fakat bu fazla basitti; neler döndüğünü gerçekten anlamak için, daha derine, molekül seviyesine inmemiz gerekir. İşte işler burada son derece karmaşık hale geliyor.

İki taraf da, Newtonsal olmayan akışkanların içinde gerçekleşen şeyin, muhtemelen koloit adı verilen mikroskobik parçacıklar ile ilgili olduğu konusunda hemfikir, fakat koloitleri inceleyen deneyler, koloitleri kapsayan modellerden çok farklı sonuçlar sağladı. Bir tarafta, deneysel sonuçlarla daha fazla ikna olan fizikçilerimiz var, ve diğer tarafta da modellere güvenenler.

Ouellette’in açıkladığı üzere, ‘deney’ grubu, sıvıda asılı halde duran koloitlerin arasında gerçekleşen sürtünmenin, onları bulundukları yerde hapsettiği, böylece bunların, akan bir sıvıdan çok bir katı haline geldiği şeklinde hipotez kuruyorlar.

Diğer taraftan ise ‘model’ grubu, Newtonsal olmayan bir sıvıyı yumrukladığınızda, bunun koloitleri birbirine daha çok yakınlaştırdığından, “ve aralarında bulunan sıvının dışarı çıkmaya zorlanarak, onları ‘su kümeleri’ adı verilen bir şeyin içine kısa bir süreliğine kilitleyecek kadar yavaşlatan bir direnç oluşturduğundan şüpheleniyorlar,” diyor.

Bu, hidrodinamik model olarak biliniyor.

Şimdi ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Kurumu (NIST) ile Georgetown Üniversitesi’ndeki bir takımın hesapladığına göre, iki açıklama da doğru olabilir.

Takım, bunu, bakteri boyutunda farklı yoğunlaşmalara sahip koloitlerin, ufak bir miktardan pek çok miktara değişen farklı baskı seviyelerine nasıl tepki verdiklerini ölçen bir deney tasarlayarak yaptı. Bu ölçümler, katı hale doğru gerçekleşen bir kalınlaşma (veya, adlandırıldığı şekliyle ‘makaslama gerilmesi kalınlaşması’) daha belirgin hale geldikçe, baskı seviyelerinin, koloitleri hidrodinamiğin egemen olduğu etkileşimlerden, sürtünmenin egemen olduğu etkileşimlere zorladığını ortaya çıkardı.

NIST’ten baş yazar John Royer, bir basın bülteninde şöyle söylüyor: “Bu geçiş, karışımlar daha az yoğun olduğu zaman hidrodinamik güçlerin, düşük parçacık toplanmalarında destekleyici bir rol oynamasıyla beraber, makaslama kalınlaşmasının, öncelikle sürtünme temasları tarafından oluşturulduğunu gösteriyor.”

Bunun doğru açıklama olup olmadığını kesin olarak söylemeden önce, takımın sonuçlarının tekrarlanması gerekiyor, fakat eğer fizikçiler bunu yapabilirlerse, nihayet Dünya üzerindeki en tuhaf maddelerden birini anlamış olacağız, ve bundan bazı iğrenç kurşun geçirmez yelekler elde edebiliriz.