|
Türbülans
Nuri BALTA [email protected] |
Sesli Dinle
|
Türbülans, şimdiye kadar üzerinde pek çok teori üretilen konulardan biridir. Euclide uzayında, bilebildiğimiz hiçbir kurala tam uymayan bir hareket türü olan türbülans hususunda birçok fizikçi ve matematikçi araştırma yapmışsa da, konu tam olarak aydınlığa kavuşturulamamıştır. İnançlı kuantum fizikçilerinden Werner Heisenberg bile, izafiyet ve türbülansın niçin varolduğunu hayatı boyunca sorgulamış, hattâ ölüm döşeğindeyken de bununla meşgul olmuştur. Türbülans, günlük hayatta sık karşılaştığımız fakat anlamakta zorlandığımız hâdiselerden biridir. Musluk hafifçe açıldığında, su, musluk ile lâvabo arasında giderek incelen hareketsiz bir sütun gibi görünür. Musluk biraz daha açılırsa, (bazen) düzgün akış bozulur ve periyodik kesik kesik fışkırmalar gözlenir. Daha da açılırsa, bu periyodik fışkırmalar düzensizleşmeye başlar. Musluk sonuna kadar açıldığında ise, tamamen düzensiz bir akış görülür. İşte bu son durum, fizikçilerin ‘türbülans’ olarak tarif ettiği hâdiseye karşılık gelir. Peki başlangıçta düzgün bir ip gibi akan su, son durumda neden düzensiz bir akış gösterir? İşte, Heisenberg dâhil, teorik fizikçilerin üstesinden gelemediği nokta budur. Hattâ düzgün akıştan türbülansa geçiş esnasında ne olduğu da hâlen tam olarak açıklanamamaktadır. Türbülans, her uzay-zaman boyutunda görülebilen, ilk bakışta düzensizliği tedâi ettiren, ama hakikatte düzensiz olmayıp bugün için bize ölçülmesi zor olan kompleks bir hâdisedir. Basit bir ifadeyle, ‘büyük girdaplar içindeki küçük girdaplar’ olarak tarif edilebilecek türbülans, istikrarsızlık ve kaos görüntüsü verir. Türbülans enerjiyi akıtır ve sürtünme oluşturur. Dolayısıyla ileri seviyede sönüm hususiyeti gösterir. Bir odun (veya kömür) ateşi dumanının hafif salınarak yükselişi de türbülans hâdisesine bir misâldir. Fakat belli bir yükseklikte bilinmeyen sebeplerle dumanın yükselişinde bir istikrarsızlık ve gelişigüzellik gibi gözüken girift ve çözülmesi zor hareketler ortaya çıkar; girdaplar meydana gelir ve bunların da içinde daha küçük girdaplar oluşur. Bu girdaplar yükselen dumanın enerjisini yitirmesinde rol oynar. Doğrusal (lineer) denklemlerle ifade edilebilen hâdiselerin bu şekilde (doğrusal) olmayan denklemlerle (non-lineer) ifade edilebilecek kompleks durumlara geçişlerini açıklamak, aslında bütün hâdiselerde mevcut düzenliliği ve kanunları keşfetmeye çalışan araştırmacılar için zorluk arz etmektedir. Aslında sebepler dairesinde madde, katı hâlden gaz hâline doğru gittikçe belirginleşen bir titreşim gösterecek şekilde yaratılmıştır. Ehâdiyetin tecellisi olarak, her bir moleküle kendine mahsus bir davranış şekli verilmiştir. Fakat belli şartlarda (düzgün akan bir akışkan içinde) moleküller, koşulmuş atlar gibi bir bütünlük içinde hareket ederler. Mühendisler gaz veya sıvı hâldeki bir akışkanın mekaniğini anlamaya çalışırken, sınır şartları bir ölçüde belirleyip ifade edebilirler. Düzgün akışkanların davranışları iyi kavranmıştır; öyle ki bunlar, sadece fiziğin bir kolu olmaktan çıkmış, mühendislerin de ciddi şekilde ilgi alanına girmiştir. Akışkan maddede belli bir fizikî parametrenin (ağırlık, sıcaklık, basınç gibi) değişmesi durumunda moleküller arasında bugün için önceden bilinemeyen birtakım hâdiseler tetiklenmektedir. Akışkanda, bir molekülün konumunun tahmin edilemeyen şekilde değişmesi, bir zaman sonra bütün sistemi öngörülemez duruma sokabilmektedir. Otomobil veya bisiklet yarışlarında yarışmacılardan birisinin bir anlık kural dışı hareketinin nasıl önü alınamaz kazalara sebebiyet verdiği bilinmektedir. Türbülansın anlaşılmasının pratik faydaları da vardır; meselâ, jet motorlarında yanmanın verimli olabilmesi yakıtın iyi karışmasına bağlıdır. Fakat türbülansa, bunun yanı sıra felâketlere yol açma hususiyeti de verilmiştir. Uçağın kanatları üzerinde türbülans meydana geldiğinde kaldırma kuvveti ortadan kalkar; bu durumda uçak sarsılmaya ve irtifa kaybetmeye başlar. Aşırı türbülansa giren bir uçak düşme tehlikesiyle karşılaşmış demektir. Uçaklar, yeryüzü-atmosfer arasındaki sıcaklık farklılıklarının, dolayısıyla hava hareketlerinin ve türbülansın fazla olduğu alçak irtifadan ziyade, bunların nispeten daha az meydana geldiği yeryüzünden uzak yüksek irtifada bu yüzden uçarlar. Petrol boru hatlarında da türbülans sebebiyle büyük bir sürtünme kuvveti oluşur ve akış zorlaşır. Akışkan içinde hareket eden uçak, denizaltı, pervane ve türbinli motorların tasarımları üzerinde daha yüksek verim almaya yönelik iyileştirmeler yapılmaktadır. Araştırmacıların çözmeye çalıştıkları bir başka konu da, damar içinde düzgün akan kanın, kalb kapakçıklarında neden türbülanslı bir akış yapmadığıdır. Bir ırmakta düzgün akan su bir kayaya denk geldiğinde türbülanslı bir akış rejimine girerken, kalb kapakçıklarına gelen kanın akışı türbülanslı hâle gelmemektedir. Bundan dolayı Allah’a çok müteşekkiriz, O’nun ilim ve kudretine hayranız. Fizikçi ve matematikçilerin türbülansı bir formüle bağlayamamalarını fazla garipsememek gerekir. Çünkü türbülans hakkında edinilen bilgiler hep araştırılan durumla sınırlı kalmış, genel-geçer bir keyfiyet kazanmamıştır. Bir Boeing 747 uçağının kanadı üzerinde deneme-yanılma metoduyla yapılan araştırmanın, bir F-16 savaş uçağının kanadı üzerinde aynı metotla yapılan araştırmaya birebir faydası yoktur. Dünyanın en süper bilgisayarları bile, akışkan cisimlerin hareketlerini ifade edebilmek için non-lineer denklemleri kullanmalarına rağmen, bir santimetre küplük türbülanslı bir akışın miktarını bile birkaç saniyeden daha uzun süre doğru olarak takip ve tahmin edemiyor. Kuantum fizikçisi R. P. Feynman’ın aşağıdaki ifadeleri insanın bu konudaki acziyetine tercüman olmaktadır: “Cereyan ettiği yer ve zaman ne kadar küçük olursa olsun, tabiattaki bir hâdiseyi anlamak için, bilgisayara sonsuz denebilecek kadar fazla sayıda mantık işlemi yaptırmanın gerekliliği benim kafamı her zaman kurcalamıştır. Küçük bir uzay-zaman parçasında ne olacağını önceden tahmin etmek için bilgisayarın neden böylesine sonsuz sayıda mantık işlemi yapması gerektiğini anlayamıyorum.’’ Evet, en küçük bir mekânın bile her an bir mantık ve matematiğin nüfuzu altında olduğu kâinatta, küçük bir uzay-zaman parçasının davranışını açıklamaktan aciz olan insan, bu koca kâinatı nasıl açıklasın? Bu kâinat en küçük parçası ile Allah’ın sonsuz ilmini ve ihatasını gösterdiği gibi, bütün varlığıyla da sonsuz kudret ve iradesini göstermektedir. Bu âlemde her şeyi bir kurala bağlayan Rabb’imiz, türbülans için de elbette bir kanun vazetmiştir. Sırrını koruyan bu konu genç araştırmacıların gayretini beklemektedir. _______________ Kaynaklar - Ruelle, D., 1996 - Raslantı ve Kaos. Popüler Bilim Kitapları, Tübitak Yayınları, Mayıs 1996, Ankara. - Gleick, J., 2003 - Kaos. Popüler Bilim Kitapları, Tübitak Yayınları, Ağustos 2003, Ankara. |
|
