• Bilim insanları, ısının katı maddeler arasında nasıl yayıldığını gösteren ve 200 yıllık bilimsel bir yasa olan Fourier yasasının yanlış olabileceğini keşfetti.
• Bu araştırmanın aslında küçük bir soru ile başladığını belirten malzeme bilimci, bu soruyu ise “Ya ısı sadece insanların varsaydığı yolla değil de başka bir yolla ilerliyorsa?” olarak açıkladı.

Bilim insanları, ısının katı maddeler arasında nasıl yayıldığını gösteren ve yaklaşık 200 yıllık bir bilimsel yasanın aslında yanlış olabileceğini keşfetti. Fourier yasası olarak bilinen bu yasa, ısının katı maddeler aracılığıyla nasıl aktarıldığını veya nasıl iletildiğini açıklar. Ancak son yıllarda araştırmacılar, nano ölçekte ısının katı maddeler arasında nasıl yayıldığı gösteren hareketin aslında geçersiz olabileceğini keşfetti.

Massachusetts Üniversitesinde polimer fizikçi olan Kaikai Zheng ve ekibi, yarı saydam polimer ve inorganik camlar gibi şeffaf malzemelerde Fourier yasasına benzer yasaların makro işe yarayıp yaramayacağını merak etti. Aslında yarı saydam olan bu malzemeler, ışığın bazı dalga boylarının geçmesine izin verebilir. Işık, opak malzemelerde olduğu gibi tamamen emilmese de malzemenin yapısındaki durumlardan kaynaklı olarak sekerek dağılır. Bu durum Zheng ve ekibini, ısının bu katı malzemelerden geçmesinin yanı sıra, yarı saydamlıklarının da ısı enerjisinin termal radyasyon şeklinde malzemelerden geçmesine izin verebileceği hipotezinin ortaya atmasına yol açtı. Aslında radyan havada elektromanyetik dalgalar kızılötesi radyasyon olarak taşınır ve bunun bir örneği de Güneş ışınlarının Dünya’ya gelmesi ile beraber hissettiğimiz sıcaklık durumu.

Araştırmanın başlangıcını bir soru ile başladığını belirten Massachusetts Üniversitenden malzeme bilimcisi Steve Granick, “Aslında bu araştırma, basit bir soru ile başladı. Bu soru ise ‘Ya ısı sadece insanların varsaydığı yolla değil de başka bir yolla ilerliyorsa?’ idi.” ifadelerini kullandı. Araştırmacılar, yapacakları test için kullanacakları şeritleri özel yapım bir vakum odasının içine astı. Bu sayede vakum, malzemelerden hava yolu ile ısının yayılım olasılığını ortadan kaldırdı. Sonrasında ekip, malzemeleri ısıtmak için onlara saniyelik olarak lazer ışın darbeleri gönderdi ve üç yöntem kullanarak ısının her bir malzemeye nasıl yayıldığını ölçtü.

Ekip, yarı saydam malzemelerin ısıyı içten yaydığını belirtti. Çünkü yapısal kusurların ısı emici ve bunun kaynağı olarak hareket ettiğini, ısının yavaşça yayılmak yerine noktadan noktaya yayılmasına izin verdiğini öne sürdü. Massachusetts Üniversitesinden Steve Granick, “Fourier Yasası yanlış değil, sadece ısı iletimi söz konusu olduğunda gördüğümüz ve bildiğimiz her şeyi açıklamıyor.” ifadelerini kullandı.

Araştırmacılar, buldukları bu gelişmenin mühendislerin yarı saydam malzemelerde ısı yönetimi için yeni stratejiler tasarlamalarına yardımcı olabileceğini belirtiyor. Ekip, bu çalışmanın ısının katılarda nasıl yayıldığına dair daha geniş bir anlayış ortaya koyduğunu düşünüyor.

Çalışma, PNAS dergisinde yayımlandı.

Derleyen: Davut Bulut