Gizli Kritik nokta

Örgü-alanın taban enerjisi olarak tanımlanabilecek olan Vn(z) potansiyeli kendi üzerine dönüşümlü bir yapıya sahiptir. Zira her yeni adımda bir önceki potansiyel değeri esas alınmakta ve yeni değer süreksiz artışlarla oluşmaktadır. Demek ki, başlangıç şartları önemsizdir. Potansiyeli herhangi bir değerden başlayarak hesaplayabiliriz.



Yukarıdaki şekilde Vn(z) potansiyelinin a ve b nin belli bir değeri için karmaşa durumunu oluşturduğu görülmektedir. Vakumun simetrik yapısından aniden ortaya çıkan bu karmaşa durumuna simetrinin aniden kırılması denmektedir. Modern fizik kuramlarında gizli simetrinin aniden kırılması önemli bir yer işgal eder. Vakum dediğimiz örgü-alanın düzgün olan bölgesinde yüksek bir simetri hakimdir. Vakumda hiçbir küçük bölge diğer bir bölgeden ayırt edilemez. Çünkü ayırt etmek için herhangi bir referans (nirengi) noktamız yoktur.



Fakat vakumun doğal titreşimi sonucu çok küçük etkiler dahi büyük ve çok farklı sonuçlara yol açabilmektedirler. Belli şartlar altında örgü-alanda simetri aniden kırılmakta ve alanın bir bölümü “Acayip çekici” adı verilmiş olan noktaya doğru çekilmektedir. Örneğin, mutlak sıfır olan –273 derece C’ye yaklaşınca metallerin elektrik akımına karşı gösterdikleri direnç aniden sıfıra düşmektedir. Bu düşüş tedrici değil çok ani ve süreksiz bir şekilde olmaktadır.



Çok düşük sıcaklıklarda yapılan deneyler beklenmedik sonuçlar vermektedirler. Ani bir değişiklik sonucu oluşan yeni tür maddelerde bir “Kritik Kuantum noktası” bulunduğu gözlenmiştir. Bu nokta civarında maddenin birçok özellikleri değişmekte, sistem tam olarak uyumlu bir davranış içine girmektedir. Bu konu henüz çok yeni olduğundan hem deneysel hem de kuramsal çalışmalar sürmektedir.



Klasik çok parçacıklı termodinamik sistemler de bir Kritik noktaya sahiptirler. Örneğin su ile su buharı normal basınç ve sıcaklıkta iki ayrı faz oluştururlar. Fakat basıncı ve sıcaklığı arttırırsak belli bir noktada iki faz aradan kalkar ve su molekülü sıvı faz ile gaz fazı arasında sürekli titreşir. Yani hem sıvı hem de gaz fazındadır. Bu noktaya Kritik Nokta denir, Suyun kritik noktası 374 derece C ve 218 Atmosfer basınçtır. Yani, normal hava basıncının 218 katına ulaşmak gerekmektedir. Görülüyor ki hem sıcaklık hem de basıncın iki aşırı ucunda kritik noktalar bulunmaktadır. Hava, atmosferin en üst tabakalarında çok düşük basınca sahiptir. O bölgede hava molekülleri yer çekim kuvvetinden kurtulmakla kurtulmamak arası bir ara durum oluştururlar. İşte o bölgede hava basıncı Kritik bir alt değerdedir.



Şu halde iki farklı uçta bulunan Kritik noktalardan söz edebiliriz. Bunları “Alt Kritik nokta” ile “Üst kritik nokta” olarak tanımlayalım. Genel olarak bu iki kritik noktada sistem kararsız denge içindedir. Ufak bir etki ile bir fazdan diğerine geçebilir. Ancak, göz önüne alınan sistem ne olursa olsun, gizli bir kritik noktası daima bulunmaktadır. Bu gizli kritik noktaya doğru hareket eden sistemin gizli olan simetrisi de aniden kırılabilmektedir. Yukarıdaki grafikte sistemin kararsız bir denge içinde Gizli Kritik Nokta etrafında salınışını görmekteyiz.



Gizli kritik noktada hem itici hem de çekici kuvvetlerin etkin oldukları söylenebilir. Çünkü sistem karmaşa içine girse dahi, yine de tümüyle kontrolden çıkmamaktadır. Bu sayede yeni oluşumlar ve her boyutta sistemin kendisine benzeyen yapılar ortaya çıkmaktadırlar. Tek bir parçacık dahi örgü-alan içinde birçok düğüm noktasından oluşmuş olduğundan bağımsız bir nesne olarak değil, bir sistem olarak düşünülmesi gerekir.



Şu halde, “sistem” tanımını en genel anlamda alıp, örgü-alan içinde çatallaşmış herhangi bir yapı olarak anlayabiliriz. Bu yapıyı oluşturan “Acayip çekici” ise Gizli Kritik Noktadır. Bu noktayı her ne kadar matematikten çıkarmış olsak da, doğadaki çeşitli durum ve davranışların yorumunda büyük fayda sağladığını da kabullenmek zorundayız.

soru

Misafir -- 24.06.2009 - 19:58

Bazı maddelerin kritik sıcaklıklarında, belli koşullar altında dirençlerini tümüyle kaybetmek yerine, dirençlerinde artış göstermesine ne denir?

Direncin artışı

Bilgisev -- 29.06.2009 - 05:11

genelde üst-kritik noktada oluşur. Yani, sıcaklık artınca atomların titreşimi artar ve serbest elektronlar geçecek rahat bir yol bulamazlar. Bu durum Beyoğlu caddesinde yürümeye benzer. Düz yürümek isterseniz birine çarpmanız kaçınılmazdır. Sağ-sol yaparak yürümek de direncin artışı olarak tanımlanabilir.

Alt-kritik noktalarda genelde sıcaklık çok düşük olduğundan akım dirençsiz hareket edebilir, zira atomlar az miktarda denge durumlarından uzaklaşarak titreştiklerinden elektronlara engel olmazlar. Fakat alt-kritik noktada ani bir katılaşma ve "Bose-Einstein Yoğunlaşması" oluşur.