Görünmezlik gerçek mi oluyor?

Hem dalga hem de parçacık (foton) özelliğine sahip olan ışık, boşlukta saniyede yaklaşık 300.000 kilometre (ışık hızı, doğanın temel sabitlerinden biridir) yol almaktadır. Durgun kütlesi sıfır olan, sonsuz bir ömre sahip olan ve başka şeylere bozunup dönüşmeyen ışık bir enerji çeşididir. Işığın özellikleri, radyo dalgalarından gamma ışınlarına kadar gidebilen elektromanyetik dalganın boyuna göre değişir. Doğadaki dört temel kuvvetten olan elektromanyetik kuvvetin alan parçacığı olan ışık(foton) evrenin oluşumuyla ilgili bilgileri de içermektedir.

Atom çekirdeğinin etrafındaki ilk yörüngedeki iki elektronun varlığı da çekirdek etrafında bir hale yani bir ışık hüzmesi oluşturduğu bilgisi de ışıkla ilgili başka bir bilgidir.  Kara delik gibi kuvvetli bir çekim alanına giren ışığın kızıl ötesi bölgeye kayması bilgisi de astrofizik biliminin önemli bilgilerindendir.  Süpereşi (Süpersimetri, maddenin ½ spinli yapıtaşları (fermiyonlar; örn.elektron, proton) ile tamsayılı spinli kuvvet taşıyıcıları (bozonlar; örn.foton)  arasındaki ilişkiyi öngörmektedir. Süpersimetride her fermiyonun  0 spinli ve her bozonun ½ spinli birer süpereşi vardır.)  fotino olan yüksüz parçacık foton, yaşamın temel kaynaklarındandır ve bilim insanları tarafından ilgili bir şekilde incelenmektedir.

Bilindiği gibi bir cismin görünür olması, o cismin kendi üzerine düşen ışığı yansıtmasına bağlıdır. Bu temel bilgiden hareketle, bilim insanları görünmezlik için gerekli bilgileri toplamaya başlamışlardır. Bu bağlamda, yeni gelişmekte olan metamalzeme teknolojisi yardımıyla görünmezmiş gibi davranan malzemelerin yapılması mümkün olmaktadır.

Metamalzemeler doğada bulunmayan ama üretilebilen ve ışık kırılma özellikleri negatif olan malzemelerdir. Metamalzemeler Londra Imperial College’da çalışan Prof. Sir John Pendry tarafından teorik olarak 2000 yılında ortaya atılmış, daha sonra bu malzemelerin deneysel olarak varlığı Prof. Schultz ve ekibi tarafından 2001 yılında; dielektik fotonik kristallerde de ilk kez Bilkent Üniversitesi, Fizik bölümü öğretim üyelerinden Prof. Dr. Ekmel Özbay ve ekibi tarafından 2003 yılında gösterilmiş ve imal edilmiştir. Farklı atomlar bir araya getirilerek üretilen doğaüstü malzemelerle (meta malzeme) ışığa istenildiği gibi yön verilebilmektedir. Metamalzemeler iletişimden füze algılama sistemlerine, kendi kendini temizleyen boyadan, ışığa maruz kaldığında mikropları yok eden yüzeylere kadar birçok farklı alanlarda kullanılabilmektedir.

Yukarıdaki fotoğraflardaki kişiler aslında görünmezlik sağlayan kıyafetler giymiyorlar. Bu resimdeki Japon araştırmacıların kullandığı yöntemin adı optik kamuflaj. Bu yönteme göre, üretilen giysilerin sırtında yer alan bir kamera sayesinde arka plan algılanıyor ve kıyafetin ön tarafına aktarılıyor. Bu yolla giysiyi giyen kişi sanki şeffafmışçasına görülüyor. Bu yöntem askeri anlamda kamuflaj olarak kullanılmasının yanı sıra elini görünmez yapan bir cerrah, ameliyat sırasında elinin arkasındaki bölgeyi de net görebileceğinden daha rahat çalışma olanağı bulabilmektedir.

Görünmezlik üzerinde ülkemizdeki diğer bir çalışma da ODTÜ Kimya Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Levent Toppare önderliğindeki araştırmacılar tarafından yapılmaktadır. Bu çalışmalar sonucunda, yerli kaynaklarla radarda görünmezlik teknolojisinde kullanılabilecek yeni radar soğurucu kaplamalar geliştirilmiştir. Yeni malzemeler, gemi, uçak, helikopter, denizaltı gibi askeri araçların radarda görünürlüğünü binde 1′e kadar düşürmektedir. Hiçbir koşul altında alev almayan, suya, tuza, yosuna, sürtünmeye ve darbeye dayanıklı malzemeler en fazla 2 milimetre kalınlıkta oldukları için uygulandıkları platformlara fazla bir yük getirmemektedir.

Görünmezlik kalkanı iki farklı şekilde çalışmaktadır. Normal durumda ışık meta yüzeyden yansımaktadır. Görünmezlik modunda ise ışık meta malzemenin ve onun içindeki her şeyin etrafından dolaşarak diğer uçta malzemenin arkasından görüntü oluşturmaktadır. Görünmezlikle ilgili yapılan bu çalışmaların yanı sıra Harvard Üniversitesi’nden fizik profesörü Lene Vestergaard Hau ve ekibi, ışıkla ilgili ilginç başka bir deney üzerindeki çalışmalarına devam etmektedirler. Bu deneyde iki konum arasında hareket eden ışık palsı maddeye dönüştürülmekte, sonradan tekrar ışığa çevrilebilmektedir. Işıktan farklı olarak madde istenildiği gibi kullanılabilmekte ve optik bilginin kontrol edilebilmesinde kolaylık sağlayabilmektedir.  Bilindiği gibi ışık boşlukta yaklaşık 300.000 km/sn (c), suda ise yaklaşık 224.000 km/sn hızla hareket etmektedir. Daha yoğun hızlarda ışığın daha yavaş hareket ettiği bilgisinden hareketle Hau ve ekibi daha önce hızını saniyede 17 metreye kadar düşürebildikleri ışık palsını, aşırı soğutulmuş sodyum buharında durdurmayı başarabildiler.

Sodyum bulutunun içindeki atomlar çok sıkışık bir durumda bulunmaktadır. Böylece, yaklaşık mutlak sıfır sıcaklığına (-273 oC) doğru soğutulan sodyum (Bose-Einstein) bulutuna gönderilen ışık ışınının bir çeşit madde hali oluşmaktadır. Bu madde halini bulut içinde başka bir yere nakleden ekip, daha sonra bu maddenin tekrar ışığa dönüşmesini sağlamışlardır. Bu buluş kuantum bilgisayarlarını geliştirmeyi, optik bilgiyi istenilen şekilde işlemeyi ve yeni bir hafıza birimi olarak insanlığa çeşitli yardımlar sağlayabilecektir.

Doğa olayları matematiksel olarak eksponasiyel bir forma sahipken, gözün algılaması logaritmiktir. Bu da çevremizdeki doğa olaylarını ne kadarlık bir doğrulukla algıladığımız konusunda çeşitli soru işaretleri doğurmaktadır. Başka bir deyişle bu durum belli bir frekans aralığındaki ışığa duyarlı olduğumuzu göstermektedir.  Bu konuda bize yardımcı olacak unsurlar ise yine doğadaki oluşumlardır. Güneş enerjisinden etkin bir şekilde faydalanmak için güneş gözesine düşen ışığın büyük bir kısmının yansıması gerekmektedir. Bunun için de bilim insanları sıralı olarak dizilmiş, birçok çıkıntısı bulunan güvelerin göz yapısından ilham almaktadır. Benzer şekilde insan gözü tarafından algılanamayan dairesel polarize ışık (Işık, elektrik alan ve manyetik alan bileşenlerini içeren elektromanyetik dalgalardan oluşur. Elektromanyetik dalgaların bu iki bileşeni, birbirlerine ve dalganın hareket yönüne dik olan iki düzlem üzerinde titreşirler. Bu dalgalar topluluğundan elektrik alan vektöründen sadece belli bir düzlem üzerinde olanlar ayrılırsa, düzlem polarize ışık elde edilmiş olunur. Dairesel polarize ışık, elektrik alan vektörü dalganın hareket yönü etrafında saat yönünün tersine ya da saat yönünde dönen bir dalgadır.) ise bazı tür karidesler tarafından görülebilmektedir.  Yine bazı karideslerin aynı zamanda vücutlarında bu tür ışıkları yansıtıcı yüzeylere sahip olduğu da bilinmektedir. Bu yolla karideslerin birbirleriyle iletişim kurduğu düşünülmektedir.

Loş ışıkta kedilerin ve köpeklerin insanlardan daha iyi gördükleri de uzun zamandan beri bilinmektedir. Dünyanın manyetik alanını hisseden başka bir deyişle gören ve bu sayede göç yollarını bulabilen canlılar ise kuşlardır. Bu durum ise akla pusulanın çalışma prensibini getirmektedir.

Tek renkli, yoğun ve aynı fazlı paralel dalgalar halinde genliği yüksek, güçlü bir ışık demeti olan lazerle de nefesten hastalık teşhisi yapılabilmektedir. Bazı hastalıklar nefeste değişik kimyasal bileşiklere neden olmaktadır. Örneğin, astım hastalığı, nefeste karbonil sülfat, karbon monoksit, hidrojen peroksit ve nitrik oksit oluşmasına, şeker hastalığıysa şeker moleküllerinin nefeste oluşmasına yol açıyor. Değişik dalga boyundaki ışınlar değişik bileşikleri etkiler ve bu bileşikler değişik renklerde ışın yayar bilgisinden hareketle, araştırmacılar bu renklere bakarak hastanın nefesinde hangi bileşiklerin bulunduğunu anlayabilmektedirler. Eğer bu teknik geliştirilebilirse erken tanı olasılığı artacak ve hastalık teşhisleri ışık sayesinde daha isabetli ve hızlı yapılabilecektir.

Kuramsal bir parçacık olan ve kütlenin oluşumuyla ilgili bilgileri içeren Higgs parçacığının tespiti için CERN’de yapılan deneylerde de protonlar ışık hızına çok yakın hızlara (0.9999c) çıkarılmaktadır.

Işıkla tedavi ise ışıkla ilgili başka bir uygulamadır. Özel olarak imal edilen ve ultraviyole filtreler içeren çok güçlü ışık kaynaklarının önünde oturmak kış depresyonu için tedavi edici bir yöntem olarak bilinmektedir. Bu ışık kaynaklarının normal, iyi ışıklandırılmış bir yerin aşağı yukarı 5 katı ışık verdiği gösterilmiştir. Tedavi sırasında sürekli ışığa bakmak gerekmemekte, yakınında oturup yarım saat kitap okumak bile depresyonun tedavisinde yeterli olmaktadır.

 Son olarak, yaşamın kaynağı olan ışık, bilim insanlarının çabaları sonucu bize hayatı kolaylaştırma yönünde daha çok faydalar sağlayacağı söylenebilir.

Doç. Dr. Özden Aslan Çataltepe

 

Kaynaklar:
http://www.seas.harvard.edu/haulab/slow_light_project/remote_revival/remote_revival.htm
http://www.sciam.com/article.cfm?id=what-visions-in-the-dark&sc=I100322
http://www.tubitak.gov.tr/home.do?ot=1&sid=342
http://www.tuba.gov.tr/haber.php?id=19
http://ceng.gazi.edu.tr/~gazice/index.php?option=com_content&task=view&id=54
http://www1.gantep.edu.tr/~habermerkezi/?p=1162
http://www.fen.bilkent.edu.tr/~ozbay/Papers/scipub.htm
Ekmel Ozbay, Zhaofeng Li, and Koray Aydin, “Super-resolution imaging by one-dimensional, microwave left-handed metamaterials with an effective negative index,” Journal of Physics Condensed Matter vol. 20, 304216 (2008).
Koray Aydin, Zhaofeng Li, Levent Sahin, and Ekmel Ozbay “Negative phase advance in polarization independent, multi-layer negative-index metamaterials“, Optics Express volume 16, 8835 (2008).
Elena Saenz, Kaan Guven, Ekmel Ozbay, Iñigo Ederra, and Ramon Gonzalo “Enhanced directed emission from metamaterial based radiation source,” Applied Physics Letters, volume 92, 204103 (2008).
kutuphane.taek.gov.tr/internet_tarama/dosyalar/cd/4115/pdf/136.pdf
http://ansiklopedi.turkcebilgi.com/polarimetri
http://www.chem.metu.edu.tr/
http://www.toppareresearch.com/#index
A Novel, Processable, n-Dopable Multichromic Polymer, F. Özyurt, G. Günbaş, A. Durmuş, L. Toppare, Organic Electronics, (In Press) 2007
Use of a Thiophene-based Conducting Polymer in Microbial Biosensing, D. Odacı, S. Kıralp, S. Timur, L. Toppare, Electrochim. Acta, (In Press) 2007
Optoelectrochemical Properties of the Copolymer of 2,5-di (4- methylthiophene-2-yl)-1-(4-nitrophenyl)-1H-Pyrrole, M. Ak, L. Toppare, Thin Solid Films (In Press) 2007
Characterization of Conducting Copolymer of Pyrrole via Pyrolysis Mass Spectrometry, A. Levent, J. Hacaloglu, L. Toppare, J. Macr. Sci., Pure Appl. Chem., (In Press) (2008
http://www.biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=5&soru_id=5124