TUZLU SU SALTWATER

102
William Irvine
Denemeler / Essays
103
William Irvine
Girdap Düğümleri
Havadaki duman halkaları ya da yunusların suda çıkardığı o güzelim kabarcıklar gibi
girdap çevrimleri, olağanüstü bir zarafet ve istikrarla kaynaklandıkları noktanın çok ötesine
yayılırlar (Resim 1). Çoğunlukla tezahür ettikleri biçime göre adlandırılmakla birlikte
–havada duman, suda kabarcık– girdap halkaları aslında ne dumandan ne de kabarcıklardan
oluşur. Maddi nesneler olmak bir yana bu halkalar, boruya benzer yoğunlaşmış
bir alan içinde kendi etrafında dönmekte olan bir akışkanın hareketinden ibarettir.
Bir küvetten akan suyun oluşturduğu dik girdap bunun bir örneğidir. Su, küvet deliğinden
yukarı uzanan girdap borusu etrafında daireler oluşturarak hareket eder,
oysa akarken dönmediği belki daha az fark edilir. Hafifçe yüzeye yerleştirilen bir
yaprak bunu kolayca gösterecektir –yaprak, girdabın etrafında daireler oluşturarak
hareket edecek, ama bunu yaparken dönmeyecektir. Oysa yaprak bizzat girdabın
üzerine yerleştirilirse, hızla dönecektir. Şimdi bu girdap sütununu alın, halka
haline getirin, uçlarını birleştirin –alın size bir girdap halkası.
Bir akışkana hayat veren, bu türden yoğunlaşmış bir dönme hareketidir –bu olmasaydı
bütün akışlar sıkıcı olurdu. İster bir uçağın çıkardığı rüzgârda isterse
bir nehirde bir kayanın aşağı akışında olsun, bir akışkanda canlılık varsa, orada
girdaplar vardır. İyi bilindiği üzere, bu gözlem, türbülanslı akışları dairesel fırça
darbeleriyle resmedebilmiş olan Leonardo da Vinci’nin gözünden de kaçmamıştı.
Girdaplar akışların yapıtaşını oluşturmakla kalmaz, bize akışın eksiksiz bir tanımını
da verirler –bu girdapların şeklini ve gücünü biliyorsanız eğer, genel olarak
akışkanın hareketini de bilebilirsiniz.
Peki ama bir halkada bir girdap oluşturabiliyorsanız, bu girdabı alıp düğümleyebilir
misiniz? Ya da bunun yerine, bir çift girdap halkasını birbirine bağlayabilir misiniz? Bir
akışkanın düğüm düğüm olabilme olasılığı, Kelvin’in “girdap atomu” hipotezini ortaya
atmasından beri, fizikçileri ve matematikçileri adeta büyülemektedir. Bu hipotezde
periyodik cetveldeki atomların, farklı düğüm tiplerinin (eterdeki) kapalı girdap döngülerine
denk düştüğü varsayılır. Bu hipotezin çekiciliğinin bir kısmı, böyle basit yapı taşlarından
yola çıkılarak periyodik cetvelin tüm karmaşıklığıyla oluşturulabileceği fikrini
öne sürmesinden gelir. Gerisi ise bir düğüm atmanın istikrarından kaynaklanır: Gerçekten
de birlikte düğümlenmiş bir telin çözülmesi, yine kolay kolay kesilemeyecek
olan eter benzeri ideal akışkanlar içinde bir dizi karmaşık hareketi ve girdabı gerektirir.
Yakın zaman önce, bir akışkanın düğüm düğümlülüğü (sarmallığı), akışkanlarda ve
plazmalarda potansiyel anlamda önemli bir korunan nicelik olarak yeniden ortaya
çıktı ve yeni temel kavrayışlara ulaşabilme potansiyeli doğurdu (Resim 2). Korunan
nicelikler fizikte etkili araçlardır. En bilinen örnekleri enerji, momentum ve açısal
momentumdur. Bunların önemi, zaman içinde sürüp gitmelerinden gelir. Enerji korunduğu
için yok edilemez, dolayısıyla onun nasıl aktığına ve biçim değiştirdiğine
bakmak, eğimli bir yerden yuvarlanan bir toptan tutun da bulut gelişimine kadar,
herhangi bir fenomenin altında yatan süreçler hakkında çok şey söyler. Benzer
şekilde, düğüm düğümlülüğün de akışkanın evrilmesi sırasında sürüp giden bir
korunan nicelik olduğuna inanılmaktadır –bu ise potansiyel olarak yeni kavrayışlar
sunabilir ve belki de tüm akışkan akışları kontrol etmeye yardımcı olabilir.
Bir akışkana düğümler ekleyerek, örneğin, hareketini sabitlemek mümkün olabilir
ve bu esasen bir cepteki kulaklık kablolarını andıran dolaşık bir ağın içinde kapalı
kalmasına yol açar. Gerçek akışkanlarda, doğanın iki girdabın birlikte kesmesine
ve dilimlemesine izin veren bir makas ve yapıştırıcı biçimi sağladığı fark edildiğinde,
işler daha da ilginç bir hal alır.
Tüm bu soruları sadece teoriye başvurarak çözmek çok zordur; ama akışkanlarda
kontrol edilebilir bir şekilde girdap düğümleri atmaya ilişkin deneysel yordamların
eksikliği, ihtiyaç duyulan deneysel ilerlemeye engel olmaktadır. Buradaki zorluk, tüm
bir akışı girdabın etrafından da düğümlemenin gerekmesinden kaynaklanmaktadır.
(Resim 1 / Figure 1)
(Resim 2 / Figure 2)
Çeviren Münevver Çelik
(Resim 1) Bir yunusun yarattığı halka baloncuk dikkate değer bir istikrar ve zarafetle ilerlemektedir.
(Bu kare akvaryumda oynayan bir yunusu gösteren bir Youtube görüntüsünden alınmıştır).
(Figure 1) A bubble ring created by a dolphin propagates with remarkable stability and elegance.
This image was taken from a youtube video of a dolphin playing in an aquarium.
(Resim 2) Suda girdap düğümü (solda) ve bir bilgisayar ortamında süper akışkan düğümü (sağda); ikisi de
Chicago Üniversitesi, Irvine Laboratuvarı’nda oluşturulmuştur. © 2015 William Irvine, Dustin Kleckner.
(Figure 2) A vortex knot in water (left) and a superfluid knot on a computer (right) generated in the Irvine Lab
at the University of Chicago. © 2015 William Irvine, Dustin Kleckner.