Kuşlar Newton'u Atladı mı?

Şunu itiraf edeyim: bu hikaye beni gerçekten şaşırttı. Fizik bilgim bir anda güncellenmiş gibi hissettirdi. Üstelik ben fizikçi de değilim!

Neyden mi bahsediyorum? Muhtemelen lisede Newton'un üçüncü yasasını duymuşsunuzdur: her etkiye eşit ve zıt bir tepki vardır. Yürüyebilmemizin sebebi bu. Arabaların hareket etmesi, roketlerin çalışması, balonunuzu şişirip bıraktığınızda tavana çarpması—hepsi bu ilkeye dayanıyor.

Bu prensip 300 yılı aşkın süredir fizik dünyasının temel taşı. Tıpkı bir binadaki ana kolonlar gibi, üzerine inşa edilecek çok şey var.

Ama işler garipleşiyor. Dresden'deki araştırmacılar kuş sürülerinin bu yasayı görmezden geldiğini keşfetmiş. Üstelik hiçbir sorun yaşamadan.

Olayın Özü Ne?

Kuşlar o büyüleyici sürü halinde uçuşları sergilediğinde (gün batımında gökyüzünde dans eden o muhteşem formasyonlar), etraflarındaki herkesi takip etmiyorlar. Her kuş sadece yanındaki ve hafif önündeki kuşlara dikkat ediyor. Arkadaki kuşlar mı? O taraflar görünmez.

Aslında bu kuş açısından mantıklı. Önüne ve yanlarına bakmak, sürünün nereye gittiğini anlamanı sağlıyor. Arkanda ne var ki? Geride kalmış işte.

Ama fizik burada sorun çıkıyor: kuşlar arasındaki etkileşim karşılıklı değil. Kuş A, Kuş B'yi etkiliyor ama Kuş B aynı şekilde Kuş A'yı etkilemeyebilir. Aralarında eşit ve zıt bir tepki yok. Tek yönlü bir etki söz konusu.

Bilim insanları buna "karşılıklı olmayan etkileşimler" diyor. Doğada her yerde karşımıza çıkıyor: bakteri kolonilerinde, insan kalabalıklarında, hatta vücudumuzdaki hücre gruplarında. Klasik fizik bu tür durumlar için tasarlanmamış. Sanki tencere yemeği tarifiyle fırınlaması gereken bir şeyi yapmaya çalışıyorsunuz.

İyi Bir Çözüm

Fizikçi Marín Bukov liderliğindeki ekip pes etmedi. Yaratıcı bir çözüm buldu.

Yöntem gerçekten zarif. Sistemlere "hayali partnerler" ekleyebileceklerini fark ettiler. Gerçekte var olmayan, sadece denklemleri düzene sokmak için kullanılan matematik araçlar bunlar.

Şöyle düşünün: kuşlar arasındaki tek yönlü konuşmayı anlamak için, her gerçek kuşun önüne zıt yönde hareket eden hayali bir kuş ekliyorsunuz. Bu hayali kuşlar sadece matematik araçları, gerçek tüylerle kaplı yaratıklar değil. Ama onlar sayesinde, karşılıklı etkileşim varsaydığınız standart fizik araçlarını kullanabilirsiniz.

Biyofizikçi Ricard Alert'in açıklamasıyla: "Yeni teorinin püf noktası, sistemin her bileşeni için bir partner oluşturması—doğada var olmayan hayali bir partner. Orijinal karşılıklı olmayan etkileşimler, bu yardımcı serbestlik dereceleriyle karşılıklı etkileşimlerle değiştiriliyor."

Bisiklete yardımcı tekerlekler takmak gibi bir şey, ama bu tekerlekler sizi normalde gidemeyeceğiniz yönlere götürüyor.

Neden Önemli?

"Şaşırdık, doğa sandığımızdan tuhafmış" faktörünün ötesinde, bu keşif birkaç nedenden ötürü kritik.

Birincisi, bilim insanlarının biyolojik sistemleri çok daha iyi simüle etmesine yardımcı oluyor. Bakteri kolonilerinin yayılımını modellemek veya bir konserdeki kalabalığın davranışını tahmin etmek istiyor musunuz? Bu yeni çerçeve simülasyonları çok daha doğru hale getiriyor.

İkincisi—ve burası gerçekten heyecan verici—araştırmacılar bunun kuantum fiziğinde tamamen yeni keşiflere yol açabileceğini düşünüyor. Parçacıklar belirli aşırı koşullarda karşılıklı olmayan etkileşimlere sahip olabilirse, daha önce hiç görmediğimiz yeni kolektif davranış biçimleri ortaya çıkabilir mi?

Fizikçi Roderich Moessner'in dediği gibi: "Newton yasasının bu istisnaları tamamen yeni kolektif kuantum davranış biçimlerine yol açıyor mu? Bu konuda henüz çok az şey biliyoruz—ve işte bu yüzden bu kadar büyüleyici."

Daha Büyük Resim

Bu hikayeyi sevdim çünkü en temel doğa yasalarımızın bile tam olarak uymadığı sınır durumları olduğunu hatırlatıyor. Newton yanılmıyor—üçüncü yasası tasarlandığı durumlar için hâlâ sağlam. Ama doğa bu yasaların etrafında karmaşık sistemlerde çalışmanın yolunu bulmuş ve şimdi bunu nasıl yaptığını anlamamızı sağlayacak matematiksel çerçeveye sahibiz.

Bazen evren, ders kitaplarının bize verdığından daha yaratıcı.

Ve dürüst olayım: sürü halinde uçan sıvacı kuşlarının akşam gökyüzünde dans ederken, fizik tarihinin en ünlü kurallarından birini hiçe sayarak özgürce hareket ettiği fikrinde bir güzellik var. Üstelik kuşların hiçbiri bunun farkında değil.

İşte bu derim, takım çalışması.