SU Fizik Kurallarını Bozuyor - Feynman'ın Rahatsız Edici Cevabı
5 Mar 2026

Bu videoda Bugün size bir soru sorarak başlamak istiyorum.
Evrendeki en asi madde nedir?
Fizik kurallarına, o tıkır tıkır işleyen nizami kurallara bakıp, "Yok, ben almayayım" diyen o tek materyal hangisi?
Belki aklınıza süpernovaların kalbinde pişen egzotik bir element, tuhaf bir plazma veya garip bir kuark maddesi geliyor ama hayır.
Cevap tam şu an mutfak masanızda duran o su bardağının ta kendisi.
Basit, bildiğimiz sıradan su.
Size biraz can sıkıcı gelebilecek bir şey söylemek istiyorum.
Suyu ne kadar çok incelediysem o kadar çok huzursuz oldum.
Çünkü su kuralları öyle birazcık esnetmekle kalmıyor.
Onları paramparça ediyor.
Kimya ve fiziğin tüm mantıklı beklentilerine göre kesinlikle yapamaması gereken şeyler yapıyor ve onun bu imkansız şeyleri yapabilmesi şu an sizinle burada oturup bu konuyu konuşabilmemizin tek nedeni.
Bugün bu videonun sonunda çoğu insanın aklının ucundan bile geçmeyen bir şeyi anlamanızı istiyorum.
Suyun bu gezegendeki en tuhaf sıvı olduğunu görmenizi istiyorum.
Bu tuhaflık bir kimya kitabındaki ufak bir dipnot değil.
Hayatın ta kendisinin temeli ve bunun nedenini anlamanızı istiyorum.
İşin fiziğine gerçekten daldığınızda bulacağınız açıklama muazzam derecede güzel ama bir o kadar da ürkütücü.
Çünkü bu evrenin pamuk ipliğine, daha doğrusu hidrojen bağlarından yapılmış incecik bir bıçak sırtına bağlı olduğu anlamına geliyor.
Milyon kere gördüğünüz bir şeyle başlayalım.
Bir bardak suya bir buz küpü atıyorsunuz.
Ne oluyor?
yüzüyor.
Bunu çocukluğunuzdan beri o kadar çok gördünüz ki artık üzerine düşünmüyorsunuz bile.
Buna olağanüstü demek aklınızın ucundan bile geçmez.
Ama size şunu söyleyeyim.
Bunu evrendeki diğer tüm maddeleri incelemiş ama suyu hiç görmemiş başka bir gezegenden gelen bir kimyagere gösterseydiniz o kimyager oracıkta bayılırdı.
O uzaylı kimyager size bakar ve bu imkansız.
Katılar kendi sıvılarında yüzmezler.
Bu madde hakkında bildiğim her şeye aykırı." derdi.
Ve o uzaylı kimyager bu şokun da sonuna kadar haklı olurdu.
Çünkü evrendeki hemen hemen her şeyin uyduğu kural şudur.
Bir sıvı donup katılaştığında yoğunlaşır.
Moleküller yavaşlar.
birbirlerine daha sıkı paketlenirler.
Maddenin katı hali birim hacim başına sıvı halinden daha ağırdır ve doğal olarak katı olan dibe çöker.
Bir düşünün.
Demiri eritip bir kalıba döktüğünüzde ve soğumaya bıraktığınızda katılaşan demir henüz sıvı halde kalan demirin dibine çöker.
Alkolü dondurduğunuzda katı alkol dibe batar.
Cıva, altın, bakır, bizmut, azot, oksijen, kükürt, aklınıza ne gelirse.
Katı her zaman sıvının içinde dibe çöker.
Kural budur.
Tüm kimya ve fiziğin en güvenilir, en şaşmaz kalıplarından biridir bu.
Ama su çıkar ve ben uymuyorum der.
Su donduğunda genleşir.
Yaklaşık %9 oranında büyür.
Bunun ne anlama geldiğine bir bakın.
%9 hiç de küçümsenecek bir rakam değil.
Erzurum'un o meşhur soğuklarında kalın demir su borularını patlatmaya yetecek bir güçtür bu.
Dağlardaki devasa granit kayaları ortadan ikiye çatlatacak bir güçtür.
Buzluğa koyduğunuz ağzı kapalı, cam şişeyi tuzla buz eden güçtür.
Eminim aranızdan bazıları bunu acı bir tecrübeyle öğrenmiştir.
Tüm bu yıkıcı güç suyun evrendeki neredeyse her şeyin aksine katılaşacak kadar soğuduğunda büyümesinden kaynaklanır ve bu sıvı sudan daha az yoğun olduğu için yüzeyde kalır, yüzer.
Az önce kulağa ufak bir tuhaflıkmış gibi geldiğini söylemiştim.
Şimdi bunun neden ufak bir şey olmadığını göstereyim.
Su normal, saygıdeğer kurallara uyan bir madde gibi davransaydı ne olurdu biliyor musunuz?
Kışın ortasında Çıldır Gölünde, o koca ve derin gölün kenarındasınız.
Üzerindeki hava gittikçe soğuyor.
Gölün yüzeyi soğuk havayla temas ettiği için önce soğur.
Normal bir sıvı söz konusu olsaydı bu soğuyan yüzey katmanı altındaki daha sıcak sudan daha yoğun hale gelir ve dibe çökerdi.
Aşağıdaki o nispeten daha sıcak suda onun yerini almak için yukarı çıkardı.
Sonra o [müzik] yukarı çıkan sıcak suda soğur ve o da dibe çökerdi.
Buna konveksiyon diyoruz ve bu süreç devam eder.
Gölü karıştırır.
Tüm su kütlesini [müzik] yukarıdan aşağıya yavaş yavaş ve eşit bir şekilde soğuturdu.
Sonunda tüm göl donma noktasına ulaşırdı.
Peki ya sonra ilk buz kristalleri [müzik] oluşurdu ve sıvıdan daha yoğun oldukları için doğruca dibe çökerlerdi.
Yüzeyde daha fazla buz oluşur ve o da dibe batardı.
Göl dipten yukarıya doğru donmaya başlardı.
Katman katman.
O göldeki her bir balık, her bir bitki, her bir kurbağa yavrusu, her bir bakteri, katı bir buz kalıbının içine hapsolmuş her mikroskobik canlı.
Hepsi ölürdü.
Bahar gelip güneş yüzünü tekrar gösterdiğinde gölün dibindeki o buz üzerindeki su tabakası yüzünden yalıtılmış olurdu.
Erimesi olağanüstü derecede yavaşlardı.
Hatta bir kısmı hiçbir zaman erimezdi.
Yıllar geçtikçe gölün dibinde daha da fazla buz birikirdi.
Okyanuslarda kendi sığı bölgelerinde aynı kaderi paylaşırdı.
Jeolojik zaman dilimleri boyunca gezegenin suyunun muazzam bir kısmı her su kütlesinin dibinde kalıcı bir buz olarak hapsoldu.
Suda yaşam imkansız [müzik] hale gelirdi ve yaşamın yaklaşık 3,5 milyar yıl önce suda başladığını hesaba katarsak ortada hayat namına hiçbir şey olmazdı.
Balıklar yok, amfibiler yok, dinozorlar yok, memeliler yok.
Biz insanlar yokuz.
Bomboş donmuş ölü bir dünya.
İşin daha da kötüsü var.
O dipteki buzun gezegenin ısı dengesine ne yapacağına bir bakın.
Buz beyazdır.
Güneş ışığını uzaya geri yansıtır.
Normalde koyu renkli okyanus suları güneş ışığını emer ve ısınır.
Ama denizler diplerinde buz biriktirmeye başlasaydı o buz eninde sonunda yüzeye kadar ulaşırdı.
Artık güneş ışığını emmek yerine onu geri yansıtan devasa beyaz çarşaflarınız var.
Gezegen daha da soğur, daha fazla buz oluşur.
Daha fazla yansıma olur.
Gezegen daha [müzik] da soğur.
Bu kontrolden çıkmış bir geri bildirim döngüsüdür.
İklim bilimcilerin buz albedo geri bildirimi dediği şey tam olarak bu.
Suyun bu yoğunluk anormallaydı dünya kendi tarihinin çok erken bir döneminde kalıcı bir derin dondurucuya dönüşebilirdi.
Bembeyaz, sessiz ve ölü bir kartopu gezegen.
Şöyle diyebilirsiniz:
"E canım, Ekvator çevresi sıcak kalırdı herhalde.
Ama iklimi yumuşatacak sıvı okyanuslar olmadan, suyun o devasa ısı kapasitesi bir termal tampon görevi görmeden Ekvator'un yakınında bile sıcaklık dalgalanmaları vahşice olurdu.
Besinleri çözüp etrafa taşıyacak sıvı bir su olmadan yaşamın kimyasının üzerinde çalışabileceği hiçbir şey kalmazdı.
Ortam yok, çözücü yok, hayat yok.
Yani bu tek bir anormallik, buzun yüzmesi sadece ilginç bir detay değildir.
Dünya üzerindeki herhangi bir maddenin açık ara en önemli fiziksel özelliğidir ve suyun kurallara uymayı reddetmesinden kaynaklanır.
Ancak su sadece tek bir isyan hareketiyle yetinmez.
Aslında olan şudur ve o kadar zekicedir ki adeta özel olarak tasarlanmış gibi hissettirir.
Tabii hemen ekleyeyim.
Bu bilimsel bir ifade değil.
Su tıpkı düzgün huylu [müzik] terbiyeli her sıvı gibi soğuttukça yoğunlaşır ama sadece 4 dereceye kadar.
Su tam 4 derecede maksimum yoğunluğuna ulaşır.
Bu onun en ağır olduğu noktadır.
Ve sonra son derece tuhaf bir şey olur.
Onu 4 dereceden sıfıra doğru daha da soğutursunuz ve su küçülmeye, büzüşmeye devam etmek yerine genleşmeye başlar.
Hafifler.
4 derecenin altına inip soğudukça yoğunluğu azalır.
Bunun ne işe yaradığını görüyor musunuz?
En soğuk su, donmaya en yakın olan su altındaki sudan daha hafiftir.
Bu yüzden yüzeyde [müzik] kalır.
Dibe batmaz.
Dört derecedeki o ılık ve ağır su dibe çöker ve orada kalır.
Bu sayede göl dipten yukarı doğru değil yüzeyden aşağı doğru donar.
Yüzeyde bir buz tabakası oluşur.
Ve işte işin en güzel yanı.
Buz berbat bir ısı iletkenidir.
O yüzden buz kapağı adeta bir battaniye, yalıtkan bir şapka gibi davranarak altındaki sıvı suyu yukarıdaki dondurucu havadan korur.
Derinlerdeki su kabaca 4 derecede kalır.
Balıklar hayatta kalır.
Bitkiler hayatta kalır.
Buzun altında hayat ilkbaharın gelmesini sakince bekleyerek devam eder.
Bütün bunlar sırf suyun kural yıkan o tuhaf özelliği sayesinde olur.
Eğer şu an buna hayret etmiyorsanız demek ki ben işimi iyi yapamamışım demektir.
Şimdi tamam bu suyun bir tuhaflığı ilginç ama belki de tesadüftür diyebilirsiniz.
Ah, inanın bana bu sadece tek bir şey değil.
Buzun yüzmesi meselesi kabarık bir suç dosyasının sadece ilk maddesi.
İzin verin size suyun diğer vukularını da okuyayım.
Kaynamadan bahsedelim.
Sizi muhtemelen olduğundan daha fazla rahatsız etmesi gereken bir gerçek var.
Su 100 derecede [müzik] kaynar.
Bunu biliyorsunuz.
Herkes bilir.
Peki bu rakamın ne kadar akıl almaz derecede saçma olduğunu biliyor musunuz?
Su küçük bir moleküldür.
Bir oksijen atomu, 2 hidrojen atomu.
H2O moleküler ağırlığı sadece 18'dir.
Ufacıktır.
Oksijen periyodik tabloda grup 16 dediğimiz bir [müzik] element ailesine aittir.
Oksijenin bu gruptaki alt komşuları kükürt, selenyum ve tellürdür.
Ve bunların her biri tıpkı su gibi hidrojenle bir bileşik oluşturur.
Kükürt size o çürük yumurta gibi kokan hidrojen sülfürü H2S'te verir.
Selenyum hidrojen selenürü H2SE verir.
Tellür ise hidrojen tellürü H2TE verir.
Normalde kuralın örüntünün nasıl işlemesi gerektiğini söyleyeyim.
H2Se -60°cede kaynar.
H2SE -42 derecede [müzik] kaynar.
H2TE ise -2 derecede kaynar.
Eğilimi görüyor musunuz?
Moleküller ağırlaştıkça daha yüksek [müzik] sıcaklıklarda kaynarlar.
Bu son derece mantıklıdır.
Daha ağır moleküllerin daha fazla elektronu vardır.
Daha fazla elektron moleküller arasındaki o zayıf ama evrensel çekimler olan landın dağılım kuvvetlerinin daha güçlü olması demektir.
Yani daha fazla yapışkanlık, daha yüksek [müzik] kaynama noktası.
Temiz, pürüzsüz ve tahmin edilebilir bir kural.
Şimdi bu eğilimi ailenin en hafif üyesine, en az elektrona ve en düşük moleküler ağırlığa sahip moleküle doğru yukarı çekerseniz suyun -70 veya -80 derece gibi sıfırın çok altında bir yerde kaynaması gerektiğini tahmin edersiniz.
Suyun oda sıcaklığında bir gaz olması gerekirdi.
Bunun yerine su ı 100 derecede kaynıyor.
Bu sadece trendten sapmak değil.
Bu gezegenin dışına çıkmaktır.
Beklenen [müzik] kaynama noktası ile gerçek kaynama noktası arasındaki fark yaklaşık 170 derecedir.
Bu ufak bir hesap hatası değil.
Bu teori ile gerçeklik arasındaki [müzik] devasa bir çelişkidir.
Bir binanın iki katlı bir gecekonda olacağını tahmin etseydiniz ve o bina 50 katlı bir gökdelen çıksaydı, ya benim tahminimde çok büyük bir yanlışlık var ya da bu binada çok olağanüstü bir şeyler dönüyor derdiniz.
Ve bu sadece grup 16 ailesine özgü değil.
Aynı durumu azot ve florun hidritlerinde de görürsünüz.
Amonyak NH3 ve hidrojen florür HF daha ağır kuzenlerine kıyasla anormal derecede yüksek kaynama noktalarına sahiptir.
Örüntü aynıdır.
Her ailenin en hafif üyesinin [müzik] çılgınca yüksek bir kaynama noktası vardır.
Hidrojen oksijenle azotla veya florla bir araya geldiğinde çok özel bir şeyler oluyor demektir.
Ve o özel şeyin adı hidrojen bağıdır.
Ama biraz önden gidiyorum.
Oraya da geleceğiz.
Şunun ne anlama geldiğini bir düşünün.
Su kimyanın olması gerektiğini söylediği yerde yani -80 civarında kaynasaydı dünya yüzeyinde sıvı su olmazdı.
Oda sıcaklığında zaten olmazdı.
Kutup buzullarının en soğuk kraterleri dışında hiçbir yerde olmazdı.
Okyanuslar olmazdı.
Yağmur olmazdı.
Nehirler, göller, bulutlar, sis, çiğ hiçbiri ve kütlece yaklaşık %60'ı su olan siz kesinlikle var olmazdınız.
Bir şeyler su moleküllerinin birbirlerine olağanüstü, mantıksız bir inatla tutunmasını sağlıyor.
Bir şeyler suya kendi boyutundaki bir molekül için son derece absürt bir kaynama noktası veriyor.
Bu düşünceyi şimdilik aklınızın bir köşesinde tutun.
Şimdi ısıdan bahsedelim.
Ocağa bir çaydanlık dolusu su koyuyorsunuz.
Altını yakıyorsunuz.
Bekliyorsunuz.
Bekliyorsunuz ve biraz daha bekliyorsunuz.
Su kaynatmak çok uzun sürüyor değil mi?
Beklediğinizden çok daha uzun.
Bunun bir nedeni var.
Suyun tuhaf derecede yüksek bir özgül [müzik] ısı kapasitesi vardır.
Bunun halk dilindeki anlamı şudur.
Su tam bir enerji oburudur.
Suya durmadan ısı verebilirsiniz ama sıcaklığı ancak yavaş yavaş isteksizce artar.
Sanki su tüm o enerjiyi emiyor ve bir yerlere saklıyormuş gibi.
Size bir karşılaştırma yapayım.
Aynı kütlede bir demir alın.
O demire aynı miktarda ısı verin.
Demirin sıcaklığı suyun sıcaklığından neredeyse 10 kat daha hızlı fırlar.
Demiri ısıtmak kolaydır.
Bakır daha da beterdir.
Kum, kaya, hava hepsi sudan çok ama çok daha hızlı ısınır.
Su ise ısı enerjisini emer ve güneşin bağrında yatıp yerinden kıpırdamayı reddeden o tembel mahalle kedisi gibi sadece orada öylece durur, zar zor ısınır.
Enerjiyi bir sünger gibi emer.
suyu çeken bir sünger gibi.
Bu kısır döngüsel benzetme için kusuruma bakmayın.
Peki bunun ne önemi var?
Çok büyük önemi var.
Okyanusların tüm gezegenin iklimini ılımanlaştırmasının sebebi budur.
Antalya veya İzmir gibi kıyı şehirlerinin yazın çok sıcak, kışınsa Ankara veya Konya gibi iç kesimlerdeki şehirler kadar soğuk olmamasının nedeni budur.
Okyanus yazın çok fazla ısınmadan muazzam miktarda ısıyı emen ve kışın bu ısıyı yavaşça serbest bırakan devasa bir termal batarya görevi görür.
Suyun bu anormal ısı kapasitesi olmasaydı gece ile gündüz arasındaki, yaz ile kış arasındaki sıcaklık dalgalanmaları kelimenin tam anlamıyla vahşici olurdu.
Karada yaşam çok daha zor belki de imkansız olurdu ve sizin vücudunuzda aynı numarayı kullanıyor.
Dediğim gibi yaklaşık %60'ınız su.
Bu su iç sıcaklığınızı dengede tutuyor.
Spor yaptığınızda kaslarınız ısı üretir.
Vücudunuz normal bir özgül ısıya sahip bir maddeden yapılmış olsaydı sabahları otobüse yetişmek için her koştuğunuzda kendinizi canlı canlı pişirirdiniz.
Ama içinizdeki tüm o su aşırı ısıyı emerek sıcaklığınızı sabit tutar.
Sonra terlersiniz.
su buharlaşır ve o ısıyı alıp götürür.
Bu da beni bir başka anormalliğe getiriyor.
Suyun buharlaşma ısısı olağanüstü derecede yüksektir.
Yani sıvı suyu buhara dönüştürmek için çok fazla enerji gerekir.
Kendi boyutundaki bir molekülden bekleyeceğinizden çok daha fazlası teninizden ter buharlaştığında kaçan her bir gram su beraberinde yaklaşık 540 kalori ısıyı da alıp götürür.
Bu devasa bir miktardır.
Terlemenin sizi bu kadar etkili bir şekilde serinletmesinin [müzik] nedeni budur.
Suyun normal bir buharlaşma ısısı olsaydı terlemek bir soğutma mekanizması olarak neredeyse hiçbir işe yaramazdı.
Devam edeyim.
Su cıva hariç tüm yaygın sıvılar arasında en yüksek yüzey gerilimine [müzik] sahiptir.
Yüzey gerilimi suyun ince bir film tabakası [müzik] gibi yayılmak yerine damlacıklar oluşturmasını sağlayan şeydir.
Çelik bir dikiş iğnesini suyun yüzeyine dikkatlice yerleştirdiğinizde batmadan yüzmesini sağlayan şeydir.
Çelik sudan neredeyse 8 kat daha yoğun olmasına rağmen suyun yüzeyi gerilmiş bir zar elastik bir deri gibi davranır ve bir şeyler o yüzeydeki molekülleri alışılmadık bir güçle bir araya çekmektedir.
Aynı yüzey gerilimi kılcal hareket denilen olayı yönlendirir.
İnce bir cam boruyu suya daldırdığınızda su yer çekimine meydan okuyarak borunun içinde yukarı tırmanır.
Boru ne kadar darsa o kadar yükseğe tırmanır.
Bu insana sihir gibi gelir.
Su görünürde hiçbir pompa, hiçbir enerji girişi olmadan yokuş yukarı çıkıyordur.
Nasıl oluyor da oluyor?
Borunun kenarındaki su molekülleri cama çekilir.
Cam yüzeyindeki silikon ve oksijen atomlarıyla hidrojen bağları oluştururlar.
Böylece kenardaki su camı ıslatarak yukarı doğru sürünür.
Ancak o kenardaki su yükseldikçe sıvının içindeki hidrojen bağları ağa sayesinde arkasındaki suyu da çeker.
Yüzey gerilimi tüm o su sütununu bir arada tutar.
Sonuç sütunun ağırlığı yukarı yönlü yapışma ve yüzey gerilimi çekişini tam olarak dengeleyene kadar boruya tırmanan bir su sütunudur.
Ağaçlar işte böyle çalışır.
Bunun ne demek olduğunu bir düşünün.
100 metrelik devasa bir sekoya, ağacı, suyu köklerinden en tepedeki yapraklarına kadar tamamen kılcal hareket ve terleme yoluyla çeker.
Orada pompalar, kalpler veya mekanik aletler yoktur.
Sadece odunun içindeki kılcal damarlar adı verilen minik kanallar, suyun yüzey geriliminin o acımasız çekişi ve hidrojen bağı bütünlüğü vardır.
Su o kanalların duvarlarına tutunur ve tepedeki yapraklardan suyun buharlaşması tüm sütunu yukarı [müzik] çeken bir emiş gücü yaratır.
Suyun normal bir yüzey [müzik] gerilimi olsaydı bu sistem asla çalışmazdı.
Ağaçlar en fazla 1 ile 2 metre uzunluğunda olabilirdi.
Ormanlar olmazdı.
Balta girmemiş ormanlar olmazdı.
Büyük bitkilerin etrafında inşa edilmiş ekosistemler olmazdı.
Dünyanın kara yüzeyi bambaşka görünürdü ve ormanlara bağımlı olan türler ki bu türlerin çoğudur asla evrimleşemezdi.
Su aynı zamanda olağanüstü bir çözücüdür.
Suda diğer hemen hemen tüm yaygın sıvılardan daha fazla madde çözünür.
Suyun bazen evrensel çözücü olarak adlandırılmasının nedeni budur.
Gerçi bu biraz abartılı bir tabirdir.
Bunun nedeni yine suyun kutupluluğudur.
Su molekülünün o hafif pozitif ve hafif negatif uçları sofra tuzu gibi iyonik bileşikleri çevreleyip birbirinden ayırabilir ve diğer birçok molekülle hidrojen bağları kurarak onları çözelti içinde tutabilir.
Hücrelerinizin içindeki biyokimya [müzik] kesinlikle ve kesinlikle suyun devasa bir molekül yelpazesini çözme ve taşıma yeteneğine bağlıdır.
Şimdi bir durum değerlendirmesi yapalım.
Suyu yargıladığımız suç dosyası şu şekilde.
Donduğunda genleşiyor.
Saçma sapan yüksek bir sıcaklıkta kaynıyor.
Ucube derecesinde yüksek bir özgül ısıya sahip.
Ucube derecesinde [müzik] yüksek bir buharlaşma ısısına sahip.
Ucube derecesinde yüksek bir yüzey gerilimi var.
anormal derecede iyi bir çözücü ve bu anormalliklerin her bir tanesi dünyadaki yaşam için kesinlikle şart.
Şimdi kendine saygısı olan her fizikçinin sorması gereken soru şudur.
Bütün bunlar için tek bir açıklama mı var yoksa altı farklı açıklamaya mı ihtiyacımız var?
İşin en güzel kısmı burası.
Tüm bu tuhaf davranışları açıklayan tek bir açıklama, tek bir temel mekanizma var ve bunun adı hidrojen bağı.
İzin verin bunu size adım adım inşa ederek anlatayım.
Çünkü bu konu hakkıyla anlaşılmayı sonuna kadar hak ediyor.
Bir su molekülünün şekli tıpkı bir bumeranga benzer.
Oksijen atomu büküm yerinde oturur ve iki hidrojen atomu dışarıya doğru yaklaşık 104,5 derecelik bir açıyla uzanır.
Dümdüz bir çizgi [müzik] değildir.
Büküktür ve işte o bükülme çok kritiktir.
Konu elektronlar olduğunda oksijen inanılmaz derecede açgözlü bir atomdur.
Kimyagerler buna yüksek elektronegatiflik derler.
Yaygın elementler arasında sadece flor daha elektronegatiftir.
Bunun anlamı şudur.
Oksijen oksijen hidrojen bağlarındaki o ortak elektronları kendine doğru çeker.
Elektron bulutuna tek başına çöker.
Bu da molekülün hidrojen uçlarını elektrondan biraz fakir yani hafif pozitif bırakır ve oksijen ucunu elektrondan zengin yani hafif negatif bırakır.
Su molekülü dediğimiz şey polar yani kutuplu bir moleküldür.
Tıpkı minik bir çubuk mıknatıs gibi artı ve eksi tarafı vardır.
Birbirine yakın bir sürü polar molekülünüz olduğunda bir moleküldeki pozitif hidrojen komşu moleküldeki negatif oksijene karşı bir çekim hisseder.
İşte bu çekime hidrojen bağı diyoruz.
Ama durun burada kelimeleri dikkatli seçmem lazım.
Çünkü bu isim biraz yanıltıcı.
Hidrojen bağı sıradan bir kimyasal bağ değildir.
Tek bir su molekülünün içindeki [müzik] atomları bir arada tutan kovalent bağ o tireha bağı güçlüdür.
Onu kırmak çok fazla enerji gerektirir.
Hidrojen bağı ise bir kovalent bağın belki biri kadar güçlüdür.
nispeten zayıftır.
Ama ve asıl kritik ayrım da buradadır.
Diğer çoğu sıvıyı bir arada tutan o sıradan vaner wals kuvvetlerinden, London dağılım kuvvetlerinden çok ama çok daha güçlüdür.
Hidrojen bağı orta kategoridedir.
Gerçek bir bağ kadar güçlü değildir.
Ancak örneğin hidrojen, sülfür gibi bir sıvıyı bir arada tutan o derme çatma kuvvetlerden 10 veya 20 kat daha güçlüdür.
Ve suyu özel yapan şey şudur.
Her su molekülü aynı anda bir değil, 2 değil, tam 4 hidrojen bağı kurabilir.
İki tane verici [müzik] görevi gören hidrojen atomu üzerinden iki tane de alıcı görevi gören oksijen üzerindeki iki ortaklanmamış elektron çifti üzerinden.
Molekül başına dört bağ, çevresine uzanan ve dört komşusunu kavrayan dört yapışkan el.
Ve o komşular da tam olarak aynı şeyi yaparlar.
Her biri başka dört tanesini [müzik] yakalar ve onlar da dör tane daha.
Sonuç tüm sıvının içinden geçen üç boyutlu bir hidrojen bağları ağdır.
Her molekül komşularına bağlıdır.
O komşular da [müzik] kendi komşularına bağlıdır.
Ve bu böylece devasa sürekli değişen yanıp sönen bir bağlantı ağı oluşturur.
Çoğu sıvıda moleküller zayıf kuvvetlerle bir arada tutulur ve neredeyse bağımsız bir şekilde ortalıkta sallanıp dururlar.
Sudaysa sıvıya alışılmadık derecede bir iç yapı ve bütünlük kazandıran bu ağ, bu şebeke, bu hidrojen bağı iskelesi vardır.
Şimdi bunu parlak zekalı 12 yaşındaki bir çocuğa anlatıyormuşum gibi olabilecek en basit haliyle anlatayım.
Çünkü bir şeyi bu kadar basitleştirebiliyorsanız o konuyu gerçekten anladığınızı bilirsiniz.
Şimdi tıklım tıklım bir düğün salonunda veya büyük bir dans pistindesiniz.
Normal bir sıvıda dans çok rahattır.
İnsanlar etrafta dolaşır, nazikçe birbirlerine çarpar, sonra ayrılırlar.
Hafif bir çekim vardır.
Dışarıda olmaktansa içeride o salonda olmayı tercih ederler.
Ama kimse kimseye gerçekten tutunmuyordur.
İşte bu normal bir sıvıdır.
Su ise çok farklı bir danstır.
Suda herkes her an diğer dört kişiyle ele tutuşmaktadır.
Bağlısınızdır.
Tüm salon birbirine bağlıdır.
Birisi o salondan bir dansçıyı çekip çıkarmaya çalışırsa onu öylece tutup götüremez.
Önce o dört el sıkışmasını o bağa koparması gerekir.
Ve bir el sıkışması koptuğu anda dansçının boşta kalan eli anında başka birinin elini tutar.
A kendini sürekli yeniler.
Birini gruptan ayırmak için çok fazla çaba harcamanız gerekir.
Suyun kaynama noktasının bu kadar yüksek olmasının nedeni budur.
Bir su molekülünü gaz fazına göndermek için onun hidrojen bağlarını kırmalı, onu o ağdan söküp almalısınız ve bu da büyük bir enerji gerektirir.
Peki buz neden yüzer?
Burası harika.
Su donduğunda hidrojen bağları moleküllerin öyle rastgele bir düzende paketlenmesine izin vermez.
Onları çok spesifik bir yapıya zorlar.
Altıgen bir kafes yapısı bal peteği gibi tekrarlayan altı üyeli halkalardan oluşan bir model.
Ve kilit nokta şu:
Bu kristal yapının içinde boşluklar vardır.
Hidrojen bağları molekülleri kol mesafesinde tutar.
Her altıgenin ortasında boş alan olacak şekilde o altıgenleri dizer.
Sıvı sudaya durum farklıdır.
Herhangi bir anda bazı hidrojen bağları kırıktır.
Moleküller birbirini iter, döner ve birbirlerinin yanından kayıp geçerler.
Boşlukları doldururlar.
Ortalama olarak buzlu olduklarından daha birbirlerine yakındırlar.
Yani sıvı su aslında buzdan daha yoğundur.
Çünkü sıvı daha sıcak ve daha kaotik olmasına rağmen moleküllerini daha sıkı paketlemiştir.
Düzen boşluk yaratır.
Düzensizlik ise o boşluğu doldurur.
İşte buz bu yüzden yüzer [müzik] ve ben bunu çok şiirsel buluyorum.
Buzun o katı kristal yapısı sıvı suyun o kaotik yuvarlanışından daha açık, daha ferahtır.
Organizasyon onu hafifletir.
Kaos ise onu ağırlaştırır.
Bu sezgilerinizin size [müzik] söyleyeceğinin tam tersidir.
Ya o yüksek özgül ısı.
Hidrojen bağları tıpkı minik amortisörler gibi birer enerji emici olarak çalışır.
Suya ısı verdiğinizde o enerjinin büyük bir kısmı molekülleri hızlandırmak yerine hidrojen bağlarını kıpırdatmaya, esnetmeye, bükmeye ve kırmaya gider.
Moleküllerin hızı dediğimiz şey bizim sıcaklık olarak ölçtüğümüz şeydir.
Yani hidrojen bağları ısı enerjisini emer.
Sıcaklığın hızlıca yükselmesine izin vermeden onu o ağın içinde depolar.
Bu delik bir kovaya su doldurmaya benzer.
Kova daha dolamadan suyun [müzik] büyük bir kısmı deliklerden sızıp gider.
Yüksek yüzey gerilimi mi?
Yüzeydeki su molekülleri sadece altlarındaki ve yanlarındaki komşularıyla hidrojen bağları kurabilir.
Üstlerinde hiç molekül yoktur.
Yani bazı bağları eksiktir.
Bunu telafi etmek için yüzey molekülleri birbirlerini [müzik] ekstra bir güçle çekerler.
Birbirlerine sıkıca tutunarak sıvının en üstünde güçlü elastik bir deri oluştururlar.
Her bir anormallik istisnasız her biri aynı açıklamayla sonuçlanır.
Hidrojen bağları.
Şimdi gerçekten tehlikeli olduğunu düşündüğüm bir yanılgıya değineyim.
Birçok bilim öğrencisi de dahil olmak üzere pek çok insan suyun basit bir madde olduğunu düşünüyor.
Ne de olsa H2O alt tarafı 3 atom.
Yapabileceğiniz en küçük moleküllerden biri.
Ne kadar karmaşık olabilir ki?
Bu inanç kökten yanlıştır.
Su tüm bilim dünyasındaki en karmaşık ve en az anlaşılan sıvılardan biridir.
Bunu zerre kadar abartmıyorum.
Sadece suyun incelenmesine adanmış koca koca bilimsel konferanslar var.
Hayatlarının 30 yılını sıvı suyun iç yapısını anlamaya adamış araştırmacılar var ve size tüm dürüstlükleriyle bu işi henüz bitirmediklerini söyleyeceklerdir.
Londra'da bir bilim insanı tarafından yürütülen ve suyun bilinen anormal özelliklerini kataloglayan bir web sitesi var.
En son baktığımda listede 70'ten fazla madde vardı.
Suyun beklentilerin aksine yaptığı 70 farklı tuhaflık.
Basit bir molekül olduğu varsayılan bir şey için tam 70 kural ihlali.
Sorun tamamen hidrojen bağı ağından kaynaklanıyor.
Sıvı suda hidrojen bağları sürekli olarak yaklaşık bir piko saniye gibi bir zaman ölçeğinde oluşur ve kopar.
Bir pikosaniye saniyenin trilyonda biridir.
Saniyede milyon kere milyon kez bu ağ kendini yeniden düzenler.
Herhangi bir anda olası hidrojen bağlarının kabaca %80 ila 90'ı sağlamdır.
Geri kalanı ise kırıktır.
Ancak hangilerinin sağlam hangilerinin kırık olduğu sürekli değişir.
Bu ağ tabiri caizse [müzik] canlıdır.
Nefes alır, esner ve kendini hayal edebileceğiniz her şeyden daha hızlı bir şekilde yeniden yapılandırır.
Bunun anlamı sıvı suyun tek düze bir madde olmadığıdır.
Moleküler düzeyde su aslında bir mozaiktir.
Herhangi bir anda bazı bölgelerde moleküller çoğu hidrojen bağının sağlam olduğu düzenli neredeyse [müzik] buz benzeri bir dizilimdedir.
Bunlara düşük yoğunluklu yamalar denir.
Çünkü bu buz benzeri dizilim açık ve ferahtır.
Diğer bölgelerse daha düzensizdir.
Kırık bağlarla doludur ve moleküller birbirine sıkıca paketlenmiştir.
Bunlar da yüksek yoğunluklu yamalardır.
Sıvı su bu iki farklı yerel ortamın sürekli değişen bir karışımıdır ve aralarındaki denge sıcaklığa bağlıdır.
Yüksek sıcaklıklarda o düzensiz yüksek yoğunluklu [müzik] dizilim baskındır ve su aşağı yukarı normal bir sıvı gibi davranır.
Ancak suyu soğuttukça düzenli ve düşük yoğunluklu yamalar büyür ve daha yaygın hale gelir.
İşte o anormal davranışların gerçekten devreye girdiği an budur.
4 derecedeki o maksimum yoğunluk daha da soğutulduğunda genleşmesi artan özgül ısı.
Su soğudukça ve hidrojen bağı, ağ daha yapısal bir hale geldikçe bunların hepsi çok daha dramatik bir hal alır.
Hatta bazı bilim insanları suyun çok dikkatli bir şekilde soğutulduğunda sıvı kalabildiği normal donma noktasının altındaki o aşırı soğutulmuş derin bölgelerde suyun iki farklı sıvı fazı arasında gerçek bir faz geçişi olabileceğini öne sürdüler.
Yüksek yoğunluklu bir sıvı ve düşük yoğunluklu bir sıvı.
Yani iki farklı tür su.
Buna sıvı sıvı kritik noktası hipotezi deniyor ve şu an fizik dünyasında hala hararetle tartışılıyor.
Bunun doğru olup olmadığını kesin olarak bilmiyoruz.
Ve biliyor musunuz bu benim hoşuma gidiyor.
Doğanın bize masamızdaki bir bardak su kadar sıradan bir şeyin bile hala içinde gerçek gizemler barındırdığını hatırlatmasını seviyorum.
Pekala, şimdi sizi bir düşünce deneyine götüreyim.
Hem çok eğlenceli hem de gerçek bir [müzik] bilimsel bulmaca içeriyor.
Elinizde aynı boyutta, aynı şekilde aynı malzemeden yapılmış iki özdeş bardak var.
Birini yaklaşık 90 derecede kaynamanın hemen altında sıcak suyla dolduruyorsunuz.
Diğerini ise yaklaşık 30 derecede ılık suyla.
İkisini de aynı anda yan yana aynı rafa, aynı konuma ve her şeyiyle aynı şartlarda dondurucuya koyuyorsunuz.
Hangisi önce donar?
Bütün mantığınızla tabii ki ılık olan dersiniz, değil mi?
Zaten işe önden başlamış.
Sıcak suyun ılık suyla aynı duruma gelebilmesi için ta 30 dereceye kadar soğuması gerekecek.
O noktadan sonra ılık suyun yapması gereken her şeyi zaten en baştan yapması gerekecek.
Sıcak su çok daha uzun bir koşuya çıkıyor.
Yarışı sonuncu bitirmesi şart.
Bu saf bir mantık gibi görünüyor.
Ama işler bazen böyle yürümez.
Bazen sıcak su önce donar.
Buna empembaMA etkisi denir ve bu gündelik fiziğin en inatçı bulmacalarından biridir.
Adını 1960'ların başında Yemek Pişirme dersinde dondurma yapan Tanzanyalı bir okul çocuğu olan Erasemba'dan alıyor.
Tarif karışımın önce ısıtılmasını, soğumaya bırakılmasını ve ardından dondurucuya konmasını söylüyordu.
Ama Mpemba'ın acelesi vardı.
soğutma adımını atladı ve sıcak karışımını doğruca dondurucuya koydu.
Büyük bir şaşkınlıkla kendi dondurmasının sınıf arkadaşlarının soğutulmuş karışımlarından daha önce donduğunu gördü.
Öğretmeninden bunu açıklamasını istedi.
Öğretmeni ona, "Bu evrensel fizik değil, bu pemba fiziği." diyerek harika bir laf soktu.
Ama bu korkunç bir bilimsel tutumdu ve dünyanın nasıl işlediğinden emin olmanın ne kadar tehlikeli olabileceğini [müzik] gösteriyordu.
Mempemba pes etmedi.
Bu hikayenin en sevdiğim yanı da bu.
O sadece bir okul çocuğuydu.
Laboratuvarı yoktu.
[müzik] Fonu yoktu.
Merakı ve inadından başka hiçbir şeyi yoktu.
Ve inanın bana bilimdeki en önemli iki araç tam da bunlardır.
Denis Osborne adında bir fizik profesörü okulunu ziyaret ettiğinde Mepemba aynı soruyu ona da sordu.
Osborne gülmeyecek kadar bilgeliğe ve entelektüel dürüstlüğe sahipti.
Laboratuvarına döndü ve bunu test etti.
Farklı sıcaklıklardaki su kaplarını bir dondurucuya koydu ve ölçümler yaptı.
ve büyük bir şaşkınlıkla sıcak suyun bazen gerçekten de daha önce donduğunu gördü.
Osborn ve Empemba bulgularını 1969 yılında bir fizik dergisinde ortaklaşa yayınladılar.
Aslında bunu ilk fark eden Empemba değildi.
Milattan önce 340 civarında Aristoteles de bunu yazmıştı.
Francis Bacon [müzik] bahsetmişti.
Rene Decarts bahsetmişti.
Ama Tanganika'dan gelen bu okul çocuğu ciddiye alınmakta ısrar edene kadar kimse düzgün bir deney yapmamıştı.
Bu durum sağduyuya aykırı görünüyor, termodinamiğe aykırı görünüyor.
Size karşı dürüst olayım.
Bazı çok dikkatli deneyler empemba etkisini yeniden üretmekte başarısız oldu.
Bazı araştırmacılar bunun sadece bir yan etki olduğunu, buharlaşma, farklı konveksiyon akımları, çözünmüş gazlar, dondurucunun termostat davranışı ve diğer karıştırıcı değişkenlerin bir sonucu olduğunu savunan makaleler yayınladılar.
Hatta yaklaşık 20 yıl öncesine ait bir makale konuyu çok dikkatli bir şekilde inceledi ve kontrollü koşullar altında bu etkinin varlığına dair iyi bir kanıt olmadığı sonucuna biraz da üzülerek vardı.
Ve yine de diğer bazı deneyler bunu gözlemliyor ve birçoğu oldukça makul olan bir dizi teorik açıklama öne sürüldü.
Bir açıklama buharlaşmayı içeriyor.
Sıcak su daha hızlı buharlaşır.
Bu durum kaptaki toplam su kütlesini azaltır ve daha az su daha hızlı donar.
Basit ama etkinin sadece bir kısmını açıklıyor.
Bir diğeri konveksiyonu içeriyor.
Sıcak su daha büyük sıcaklık farkları nedeniyle daha güçlü konveksiyon akımlarına sahiptir.
Bu akımlar soğutmayı daha verimli bir şekilde dağıtarak suyun daha büyük bir kısmını donma noktasına daha hızlı getirebilir.
Ancak bizim açımızdan en büyüleyici [müzik] açıklama yine hidrojen bağları ile ilgili olanı.
Suyu ısıttığınızda sadece moleküllerin daha hızlı hareket etmesini sağlamazsınız.
Hidrojen bağı ağın yapısını değiştirirsiniz.
Bağları kırarsınız.
Kümeleri yeniden düzenlersiniz.
Güçlü ve zayıf hidrojen bağlarının dağılımını değiştirirsiniz.
Sıcak suyun soğuk suya göre farklı bir hidrojen bağlı küme konfigürasyonuna sahip olduğuna ve bu konfigürasyonlardan bazılarının aslında buz kristallerinin [müzik] çekirdeklenmesi için daha iyi tohumlar olduğuna dair kanıtlar var.
Bunu tekrar söyleyeyim çünkü çok önemli.
Suyu ısıtmak sadece enerji eklemez.
Moleküler ağı yeniden yapılandırır ve o yeniden yapılandırılmış suyu tekrar soğuttuğunuzda ılık suyun sahip olduğu o farklı ağ yapısının alamayacağı bir kestirme yoldan kristalleşmeye gidebilir.
Bir bardak su bir anlamda nerede olduğunu, nereden geldiğini hatırlar.
Mistik [müzik] ruhani bir şekilde değil, fiziksel, yapısal ve moleküler bir şekilde.
Hidrojen bağlarının dizilimi suyun termal geçmişi hakkında bilgi taşır ve bu bilgi onu soğuttuğunuzda nasıl davranacağını etkileyebilir.
Yine net olayım.
Bu henüz oturmuş bir bilim değil.
Möpemba etkisi için hala kesin bir açıklamamız yok.
Dünya üzerindeki en yaygın sıvıyı bile henüz tam olarak anlamadığımızı yüzümüze vuran utanç verici bir hatırlatıcı olarak öylece duruyor.
Şimdi sizi bir seviye daha derine kuantum alemine götürmek istiyorum.
Çünkü şu ana kadar size anlattığım her şey moleküller, bağlar, yapılar ve enerjilerle ilgili olduğu için temelde klasik fiziğe ait konulardı.
Newton'un detaylara şaşırsa da ruhunu kolayca tanıyabileceği türden bir fizik.
Ancak suyun bir de kuantum sırları var.
Ve işte işlerin gerçekten olağanüstü bir hal aldığı yer burası.
Hidrojen bağını hatırlayın.
Bir molekülün üzerinde bir oksijen atomu, komşu molekülde başka bir oksijen atomu ve tam ortalarında bir hidrojen atomu.
Biri kendi oksijenine kovalent bağla.
Diğerine ise hidrojen bağı ile bağlı.
O hidrojen atomu aslında etrafında tek bir elektron dönen bir protondan ibarettir.
Proton onun çekirdeğidir.
Şimdi bu proton iki kuyusu iki çukuru olan bir enerji manzarasında oturuyor.
Biri tam da ait olduğu kendi oksijeninin yanında.
Diğeri ise Schmeldeşil hidrojen bağının [müzik] diğer tarafındaki komşu oksijene yakın.
Klasik fizik kurallarına göre proton kendi kuyusunda kalır.
İki kuyu arasındaki bariyeri aşacak kadar enerjisi yoktur.
Ancak işin içine kuantum mekaniği girdiğinde her şey değişir.
Protonlar çok hafiftir ve kuantum mekaniği bize hafif parçacıkların sıradan anlamda sadece parçacık olmadığını söyler.
Onlar aynı zamanda dalgadırlar.
farklı yerlerde bulunma olasılıkları vardır ve incecik bir enerji bariyeriyle [müzik] karşılaşan hafif bir parçacık hiçbir klasik açıklaması olmayan bir şey yapabilir.
Bariyerin üstünden atlayacak enerjisi olmasa bile o bariyerin içinden tünel kazıp geçebilir.
Biz buna kuantum tünelleme diyoruz.
Bunun elektronlar için çalıştığını biliyorsunuz.
Tünel diyotlarının ve taramalı tünelleme mikroskoplarının çalışma prensibi budur.
Fakat protonlar elektronlardan yaklaşık 2000 kat daha ağırdır.
Tünellemeleri çok daha zordur.
Tünelleme olasılığı parçacığın kütlesi arttıkça üstel olarak düşer.
Yani mazur görün ama protonlar tünellemek için fazla şişmandır diye düşünürsünüz.
Ve yine de suda ve buzda bu yaşanır.
Protonlar hidrojen bağı bariyerinin içinden tünel açarak bir taraftan diğerine titreşerek geçerler.
Nedeni ince bir detayda gizli.
Bariyer çok incedir.
Metrenin milyarda birinin on biri kadar yani sadece bir angkom civarındadır.
Ve protonlar elektronları kıyasla ağır olsalar da bir oksijen veya azot atomuna kıyasla hala çok hafiftirler.
Onlar var olan en hafif çekirdektir.
Kuantum mekaniğinin devreye girip işini yapabilmesi için kıl payı da olsa yeterince hafiftirler.
Ve işler buzda daha da olağanüstü bir hal alır.
Çünkü buzda moleküller o katı altıgen kafesin [müzik] içine kilitlenmiştir.
Tünelleme sadece bir protonda teker teker gerçekleşmez.
Öyle olsaydı fazla basit olurdu.
Hayır.
Deneyler buzun o altıgen kafesinin temel yapı taşı olan altılı su molekülü halkalarında 6 protonun hepsinin aynı anda tünelleyebildiğini göstermiştir.
Hepsi aynı anda koordineli ve ortak bir kuantum hareketiyle pozisyon değiştirir.
Bu tıpkı bir kuantum halk oyununa benzer.
Her bir dansçı aradaki boşluktan geçmeden aynı anda diğerleriyle yer değiştirir.
Neden böyle oluyor?
Çünkü eğer tek bir proton kendi başına tünelleseydi bu kristal yapıda kusur dediğimiz bir şeye yani buz kurallarının ihlaline neden olurdu.
Buz kuralları her oksijenin yakınında tam olarak iki proton bulunması gerektiğini söyler.
Biri kendi molekülünden, diğeri ise bir komşunun hidrojen bağından.
Eğer sadece bir proton zıplarsa bir oksijenin etrafında üç proton birikirken diğerinde sadece bir tane kalır.
Bu çok büyük bir enerji faturası çıkarır.
Ama eğer bir halkadaki 6ı protonun hepsi aynı anda zıplarsa buz kuralları her yerde korunmuş olur.
Kimse gereğinden fazla ya da az protonla baş başa kalmaz.
Enerji bedeli ödemeden bu işi yapmanın tek yolu budur.
Yani kuantum mekaniği bir anlamda bir kuralı başka bir kuralı yıkarak uyguluyor.
Protonlar bireysel olarak atlayamazlar.
Çünkü bu durum kristalin yerel yük dengesini bozar.
sadece kolektif olarak atlayabilirler ve kolektif tünelleme çok cisimli bir kuantum [müzik] etkisidir.
Many quantum effect.
Bu sadece bir parçacığın tuhaf bir şey yapması değildir.
Altı parçacığın kusursuz bir koordinasyon içinde kuantum mekaniksel olarak dolanık bir şekilde hareket etmesidir.
Bu tür birbiriyle ilişkili çok cisimli kuantum davranışları normalde yalnızca çok egzotik sistemlerde görülür.
Süper iletkenlerde, süper akışkan helyumda, Boz Einstein yoğuşuklarında yani o Nobel ödülü kazandıran konularda bazı fizikçiler 20 Kelvin yani -253 derece Celcius'un altında buzun diyelektrik özelliklerinin [müzik] yani elektrik alanlarına verdiği tepkilerin, protonların bu kolektif kuantum tünellemesinin izlerini taşıdığına dair kanıtlar buldular.
Ve bu makroskobik bir kuantum olgusu.
Yani tek tek protonların kuantum davranışları birleşiyor ve sizin sıradan laboratuvar ekipmanlarıyla koca bir buz kütlesi üzerinde [müzik] ölçebileceğiniz bir etki yaratıyor.
İşin en derin kısmı şurası.
Protonlar Fermyondur.
Pauli dışlama ilkesine uyarlar.
Bu ilke iki özdeş fermiyonun aynı anda aynı kuantum durumunda bulunamayacağını söyler.
Peki o zaman 6 proton nasıl birlikte tünelleyebiliyor?
Önerilen cevap protonların eşleştiği yönünde.
Bir çift proton bir bozon gibi davranabilir ve bozonlar pauli dışlama ilkesine uymazlar.
Bozonlar aynı durumda üst üste yılığılabilirler.
Bozon yoğuşması süper iletkenlikte olan şeyin ta kendisidir.
Elektronlar Cooper çiftleri halinde eşleşir ve hepsi aynı taban durumuna düşerek sıfır elektrik direnci yaratırlar.
Yani bu çok düşük sıcaklıklarda süper iletkenlikle derinden akraba olan bir şey yapıyor.
Pratik bir anlamda değil.
Kimse sudan yapılmış bir süper iletken [müzik] yapmayacak.
Ancak alttaki o kuantum mekanizması kolektif kuantum davranışını sağlamak için fermyonların bozonik çiftler halinde eşleşmesi doğanın her iki durumda da kullandığı aynı numaradır.
Evren kendi fikirleri konusunda çok tutumludur.
İyi bir numara bulduğunda onu hiç beklemeyeceğiniz bağlamlarda tekrar tekrar kullanır.
Şimdi size bütün bunların fiziğin ötesinde neden önemli olduğunu anlatayım.
Bildiğimiz kadarıyla su bu anormal özellik kombinasyonuna sahip olan tek sıvıdır.
Diğer bazı maddelerin bir veya iki tuhaflığı olabilir.
Silisyum ve germanyum donarken hafifçe genleşir.
Galum da aynısını yapar.
Ancak hiçbirinde bu bu özelliklerin tam paketi yoktur.
hiçbir yoğunluk anormalliğini, o olağanüstü kaynama noktasını, yüksek özgül ısıyı, yüksek buharlaşma ısısını, yüzey gerilimini, çözücü özelliklerini, hidrojen bağı ağını ve kuantum etkilerini tek bir maddede birleştirmez.
Ve size bütün bu özelliklerin her birinin yaşam için ne kadar temel olduğunu göstermeye çalıştım.
Bağlantıları son bir kez daha dikkatlice kurayım.
Çünkü bu gerçekten çok önemli.
Yüksek kaynama noktası dünya yüzeyindeki sıcaklık aralığında suyu sıvı halde tutar.
O olmasaydı ne okyanus olurdu, ne yağmur, ne de nehirler.
Gezegen ay kadar kurak olurdu.
Yoğunluk anormalliği kışın göllerin tamamen donmasını engeller.
O olmasaydı ılıman ve kutup bölgelerinde sucul yaşam hayatta kalamazdı.
Tatlı su ekosistemi çökerdi.
Yüksek özgül ısı iklimi dengeler.
Gece ile gündüz yazla kış arasındaki o vahşi sıcaklık dalgalanmalarını önler.
O olmasaydı dünya yüzeyi gündüzleri fırın, geceleri dondurucu olurdu.
Yüksek buharlaşma ısısı terleme, solunum ve buharlaşarak soğumayı o kadar etkili kılar ki sıcak iklimlerde ya da efor sarf ederken canlıları hayatta tutar.
O olmasaydı sıcakkanlı yaratıklar aşırı ısınıp ölürdü.
Yüksek yüzey gerilimi kılcal hareketi yönlendirir.
Ağaçların suyu köklerinden alıp yer çekimine meydan okuyarak metrelerce yukarıdaki tepe noktalarına çekmesi bu sayede olur.
O olmasaydı karadaki o büyük bitkiler var olamazdı ve ormanların etrafına kurulan ekosistemler çökerdi.
Çözücü özellikleri hücrelerinizin içindeki o inanılmaz derecede karmaşık biyokimyaya izin verir.
Proteinler suda katlanır.
Enzimler reaksiyonları suda kataliz eder.
DNA suda kopyalanır.
Besinler suda çözünür ve suda dolaşır.
Suyun böylesine geniş bir madde yelpazesini çözme yeteneği olmasaydı yaşamın kimyası basitçe işlemezdi.
Gökbilimciler başka dünyalarda yaşam aradıklarında sordukları ilk sorunun sıvı su var mı şince olmasının nedeni budur.
Hayal gücünden yoksun olduğumuz için değil.
Yaşamın kesinlikle suyu kullanmak zorunda olduğu için değil.
Bilinen hiçbir maddenin tüm bu işlevleri aynı anda sağlayamadığı içindir.
Amonyak yaşam için olası bir alternatif çözücü olarak öne sürülmüştür.
Satürn'ün uydusu Titanda bulunan sıvı metanda öyle.
Ancak ne amonyak ne de metan doğru özellik kombinasyonuna sahiptir.
Amonyağın sıvı aralığı çok daha dardır.
Metanın ise neredeyse hiç kutupluluğu yoktur.
Bu nedenle biyolojinin gerektirdiği karmaşık moleküller için çok kötü bir çözücüdür.
Su eşsizdir.
Onun gibisi yoktur.
Ve tüm bu olağanüstü özelliklerin hepsi tek bir nedene dayanır.
Oksijenin elektronegatifliği, hidrojenin hafifliği, su molekülünün o bükük şekli ve bunun sonucunda oluşan o yoğun dinamik üç boyutlu hidrojen bağları ağı.
Bu temel faktörlerden herhangi birini birazcık bile değiştirirseniz o muazzam iskambil ev tamamen çöker.
Şimdi bazı insanlar tüm bunlara bakıyor ve bunun evrenin yaşam için özel olarak tasarlandığını kanıtladığını söylüyor.
Bu dürtüyü anlayabiliyorum.
[müzik] Bu uyum tesadüf olamayacak kadar mükemmel görünüyor.
Ama sanırım dürüst bir bilimsel cevap çok daha ilginç ve çok daha mütevazıdır.
Doğanın sabitlerinin neden böyle olduklarını bilmiyoruz.
elektron neden o yüke sahip olduğunu, güçlü nükleer kuvvetin neden o güce sahip olduğunu veya periyodik tablonun neden bu yapıya sahip olduğunu bilmiyoruz.
Sadece kuralların neyseler o olduklarını söyleyebiliyoruz.
Ve bu kuralların bir sonucu bu olağanüstü moleküldür.
Bu olağanüstü molekülün bir sonucu da biziz.
Bunu hem heyecan verici hem de rahatsız edici buluyorum.
Çünkü en derindeki nedeni anlamadığımızı gösteriyor.
Ve eğer biri size bunu anladığını söylüyorsa kibar olun ama aynı zamanda şüpheci yaklaşın.
Söylemek istediğim bir şey daha var ve o da bilimsel anlayışın doğasının kendisiyle ilgili.
Su bu gezegenin yüzeyindeki en yaygın maddedir.
Dünyanın %70'ini kaplar.
Günde onlarca kez onunla etkileşime girersiniz.
Tüm bilim dünyasında en iyi anlaşılan maddenin su olmasını [müzik] beklersiniz.
Ve yine de size göstermeye çalıştığım gibi su derinden, [müzik] gerçekten ve bazı de utanç verici derecede gizemli olmaya devam ediyor.
Hala Mapemba etkisini tartışıyoruz.
Hala sıvı suyun iki yapılı modelini tartışıyoruz.
Hala buzun içindeki kuantum tünelleme etkilerini keşfediyoruz.
Tüm kariyerlerini suya adamış ciddi fizikçiler var ve size düpedüz anlamadığımız çok şey olduğunu söyleyeceklerdir.
Dünyadaki en tanıdık şey bize hala fizik öğretiyor.
Bu insanı son derece alçak gönüllü yapan bir gerçek ve ilginç olan tüm problemlerin çoktan çözüldüğünü iddia eden herkesten şüphe duymanızı sağlamalıdır.
Çözülmediler.
Asla da çözülmezler.
En derin bilmecelerin bazıları en sıradan yerlerde saklanıyor.
Kara deliklerde veya kuarklarda değil, masanızın üzerinde duran bir bardak suyun tam içinde.
Bütün bunlar hakkında en olağanüstü bulduğum şeyin ne?
Ne olduğunu size söyleyeyim.
Bu anormalliklerin herhangi bir tanesi değil.
Bütün bu anormalliklerin tek bir kaynaktan, tek bir mekanizmadan, doğanın tek bir numarasından gelmesi.
Hidrojen bağı ve hidrojen bağı oksijenin elektronegatifliğinden ve hidrojenin hafifliğinden gelir.
Onlar da atomun temel yapısından, çekirdekteki proton sayısından, elektron kabuklarının dizilişinden gelir.
O da elektromanyetik kuvvetin gücünden ve elektronun kütlesinden gelir.
Yani bir ipliği çekiyorsunuz ve iş ta en dibe, fiziğin en derin seviyesine kadar gidiyor.
İçeceğinizin içindeki buzun [müzik] yüzmesinin nedeni nihayetinde elektronun yükünün ve kuantum mekaniği yapısının bir sonucudur.
Sizin şu an hayatta olmanızın nedeni doğanın temel sabitlerinin tam da olağanüstü kural yıkan özelliklere sahip bir molekülü üretecek değerlere denk gelmesidir.
Öyle birazcık olağanüstü değil, çılgınca, neredeyse absürt derecede olağanüstü.
Başka türlü olabilir miydi?
Sabitler farklı olabilir miydi?
Yaşam başka bir yol bulabilir miydi?
Bunlar tüm bilim dünyasının en derin soruları arasındadır ve hala cevapsızdırlar.
Açıkçası cevaba sahip olmamamızın bir mahsuru yok.
Hatta ben böyle olmasını tercih ederim.
Çünkü çözülmemiş bir problem düşünmek için bir davettir.
Ve düşünmek için bir davet evrenin bize sunduğu [müzik] en büyük hediyedir.
O yüzden bir dahaki sefere elinize bir bardak su aldığınızda, buz küplerinin yüzüp birbirine çarptığını izlediğinizde, sıcak bir günde terin buharlaşmasının getirdiği o serinliği hissettiğinizde, yağmurun pencereden süzülüşüne baktığınızda ya da bir göletin yüzeyinde yürüyen bir örümcek gördüğünüzde, sıcaklıkla hiçbir ilgisi olmayan o ürpertici hissi [müzik] yaşamanızı istiyorum.
O tuhaflığı hissetmenizi, o derinliği hissetmenizi istiyorum.
Çünkü su hayatınızda dokunacağınız en basit, en tanıdık, en temel madde fizik kurallarına karşı gelen asi bir isyanardır.
Ve o isyan olmasaydı siz bunu merak edecek burada olamazdınız.
Şimdi Feynman yolu izleyicileri olarak size bir sorum var ve ne düşündüğünüzü gerçekten [müzik] çok merak ediyorum.
Eğer su tüm o normal kurallara uysaydı yani donduğunda küçülseydi, -80 derecede kaynasaydı ve normal bir özgül ısıya sahip olsaydı, sizce yaşam kendine başka bir yol bulur muydu?
Kimya farklı bir mucize molekül icat edebilir miydi?
Yoksa evren karanlık, sessiz ve bomboş bir yer mi olurdu?
Yorumlarda buluşalım.

----
Su…
Her gün içtiğimiz, yüzdüğümüz ve kullandığımız en sıradan madde gibi görünür. Ama fizik açısından bakıldığında su, doğadaki en tuhaf maddelerden biridir.

Çoğu madde donduğunda yoğunlaşır ve batar. Ancak buz suyun üzerinde yüzer. Çoğu molekül bu kadar hafif olduğunda çok daha düşük sıcaklıklarda kaynar. Fakat su 100°C’ye kadar sıvı kalabilir. Çoğu madde soğudukça büzülür, ama su donarken genişler.

Kısacası su, fizik kurallarını adeta “bozuyor” gibi görünür.

Bu videoda suyun bu sıra dışı özelliklerini, Nobel ödüllü fizikçi Richard Feynman’ın düşünme tarzından ilham alarak inceliyoruz. Basit bir gözlemle — bir buz küpünün suda yüzmesiyle — başlayıp hidrojen bağlarının moleküler yapısına ve hatta buz kristallerindeki protonların kuantum davranışına kadar uzanan bir yolculuğa çıkıyoruz.


https://www.youtube.com/watch?v=ZB66qR91plw