Sabundan şampanyaya baloncukların inanılmaz bilimi

Bu eğlenceli konuşması ve canlı demosunda bilim insanı Li Wei Tan, bizlerle baloncukların sırlarını paylaşıyor - yılmadan geometrik kusursuzluk arayışlarından tıp alanına ve tasarımcıların yüzen penguenlerden esinlenerek lojistik alanındaki uygulamalarına kadar. Bu matematiksel harikalar hakkında daha fazlasını öğrenin ve günlük hayatımızda saklı bu sihri keşfe çıkın.

Birkaç yıl önce Paris'i ziyaret ediyordum

ve harika bir yaz akşamında
Seine nehrinin yanından geçiyordum ki

nehir yatağında yüzen
dev baloncuklar gördüm,

tıpkı bunun gibi.

Bir anda patladı ve gözden kayboldu.

Onları izleyen bir kalabalık eşliğinde
iki kişi bu baloncukları yapıyordu.

İnsanlardan bağış toplayarak

ve bir çift çubuk satarak
geçimlerini sağlıyorlardı.

Ben oradayken bir adam
10 avro karşılığında bir çift çubuk aldı,

şaşırdım kaldım.

Baloncukları gerçekten seven
bir bilim insanıyım.

Dev baloncuklar yapmak için
doğru yöntemin

doğru sabunlu su karışımı
olduğunu iyi biliyorum,

o çubuklar değil,

onlarla da olabilir

ama siz evde kolayca yapabilirsiniz.

Çubuklara odaklanınca asıl aracın
baloncuklar olduğunu göremiyoruz.

Baloncuklar sadece çocukların oyun
oynarken yaptığı bir şey gibi görünse de

göz kamaştırıcı olduğu zamanlar var.

Baloncukların arkasında
inanılmaz bir bilim yatıyor,

sorun çözmeye yarayan araçlar mesela.

Benim de sizinle paylaşmak istediğim,

baloncuk yapmaya dair birkaç hikâye

ve mikroskopik olanları yok etme bilimi.

Zaten ekranda olduğu için
sabun köpüğüyle başlayalım.

Oldukça basit bir içeriği var:

doğru şekilde harmanlanmış
hava, su ve sabun.

Sabun köpüğünün sürekli
renk değiştirdiğini görebilirsiniz.

Bunun sebebi köpüğün değişik açılarda
ışıkla etkileşim içine girmesi

ve yoğunluğunun değişmesi.

Yaygın bileşenlerden su molekülleri

iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu
ile oluşturuluyor, yani H2O.

Çoğu yüzeyde, su damlaları
içe doğru bükülür,

dolayısıyla yarı küre şeklini alır.

Bunun sebebi su damlalarının
yüzeyinin elastik bir tabaka olması.

Yüzeydeki su molekükü
merkezdeki molekül tarafından

sürekli içe doğru çekilir.

Bu elastiklik kalitesine de
yüzey gerginliği diyoruz.

Sabun eklendiğinde gerçekleşen

sabun molekülünün suyun
yüzey gerginliğini azaltması,

böylece daha elastik bir hâl alıyor
ve baloncuk oluşması kolaylaşıyor.

Baloncuğu matematiksel bir
problem çözücü olarak düşünebilirsiniz.

Hiç yılmadan geometrik
bir kusursuzluk yakalamaya çalışır.

Örneğin belli bir hacimde
en az yüzey alanında

oluşacak şekil küredir.

Bu yüzden de tek bir baloncuk
her zaman küre şeklinde olur.

Size göstereyim. İşte bakın.

Bu tek bir baloncuk.

İki baloncuk birbirine değdiğinde

ortak bir duvar paylaşarak
bazı bileşenlerini korurlar.

Buna daha fazla baloncuk eklendiğinde

geometrik düzenleri değişir.

Burada dört baloncuk birbirine ekleniyor.

Merkezde bir noktada buluşuyorlar.

Altı baloncuk birbirine eklendiğinde

merkezde sihirli bir küp oluşuyor.

(Alkışlar)

İşte bu yüzey geriliminin eseri,

en etkili geometrik düzeni
bulmaya çalışıyor.

Şimdi size başka bir örnek vereyim.

Bu çok basit bir düzenek.

İki kat plastikten

ve birbirine bağlı dört noktadan yapıldı.

Bu dört noktanın birbirine eşit uzaklıkta
dört şehri temsil ettiğini varsayın,

biz de bu şehirleri birbirine
bağlayacak yollar yapmak istiyoruz.

Sorum şu: Bu dört yolu bağlayacak
en kısa uzunluk ne?

Bu soruyu, düzeneği sabunlu suya
batırarak cevaplayalım.

Unutmayın, sabun baloncuğu her zaman

kusursuz bir geometrik düzenle

yüzey alanını küçültmeye çalışır.

Çözüm umduğunuz gibi olmayabilir.

Bu şehirleri birbirine bağlayacak
en kısa uzunluk

iki şehir arasındaki uzaklığın 2,73 katı.

(Alkışlar)

İşte şimdi gördünüz.

Sabun baloncukları her zaman
kusursuz bir geometrik düzenle

yüzey alanlarını küçültmeye çalışır.

Şimdi baloncuklara
başka bir açıdan bakalım.

Kızım Zoe hayvanat bahçesine bayılıyor.

Güney İngiltere'deki Marwell'de
Penguen kısmı onun en sevdiği yer,

orada penguenleri suyun altında
hızla yüzerken izleyebiliyor.

Bir gün penguenin bedeninin

yüzerken arkasında baloncuklardan
bir iz bıraktığını fark etti

ve nedenini sordu.

Penguen gibi hayvanlar ve kuşlar

suyun altında çok fazla
zaman geçirdikleri için

suyun yoğunluğunu azaltmak amacıyla
baloncuklardan faydalanacak şekilde

çok yaratıcı bir yöntemle evrildiler.

İmparator penguenlerin
deniz seviyesinin birkaç yüz metre altına

dalabildikleri düşünülüyor.

Dalışa geçmeden önce

tüyleri altına hava sakladıkları

ve sonra bir baloncuk bulutu olarak
bu havayı saldıkları düşünülüyor.

Bu da içinde oldukları suyun
yoğunluğunu azaltıyor

ve yüzmek onlar için kolaylaşıyor

ve en az yüzde 40
daha hızlı yüzebiliyorlar.

Bu özellik gemi üreticileri
tarafından da fark edildi.

Büyük gemilerden bahsediyorum,

okyanusun diğer yanına
binlerce konteyner taşıyan gemilerden.

Geçenlerde hava kayganlaştırma sistemi
denilen bir sistem geliştirdiler,

penguenlerden esinlendiler.

Bu sistemde çok fazla baloncuk üreterek

geminin her yanına salınması sağlanıyor,

tıpkı gemi hareket hâlindeyken

su rezistansını azaltan bir halı gibi.

Bu özellik geminin enerji tüketimini

yüzde 15'e kadar azaltabiliyor.

Baloncuklar tıpta da kullanılabilir.

İlaçlar üzerinde de rol oynayabilir,

örneğin vücudun belli bir kısmına

invasif olmayan bir ilaç
veya gen aktarımı söz konusu olduğunda.

Bir mikrobaloncuk düşünün,

ilaç ve manyetik maddelerle dolu olsun,

kan dolaşımımıza enjekte edilsin.

Bu baloncuklar hedeflenen
bölgeye gidecektir.

Peki gidecekleri yeri nasıl biliyorlar?

Çünkü oraya bir mıknatıs yerleştiririz.

Örneğin elimin bu kısmı.

Mikro baloncuklar elimin
bu kısmına geldiğinde

onu ultrason yardımıyla patlatabilir

ve ilacı tam da istenilen
yere verebiliriz.

Baloncuk yaratmanın
bilimsel yanından bahsetmiştim.

Ancak bazen onları kaldırmamız gerekiyor.

Aslında bu benim işimin parçası.

Tam olarak iş ünvanım
''mürekkep formülasyon bilimcisi.''

Fakat sizin tükenmez kalem için
kullandığınız mürekkep değil bu.

Harika uygulamalar üzerinde çalışıyorum,

organik fotovoltaikler, OPV'ler

ve OLED dediğimiz
ışık yayan organik diyotlar gibi.

İşimin konumuzla alakalı kısmı
çalıştığım şirketin ürettiği mürekkepten

nasıl ve ne amaçla baloncuk
çıkaracağımızı anlamak.

Formülasyon karıştırma süreci boyunca

veya hazırlama süreci,

çözücü ve katkı maddeleri gibi
aktif bileşenleri karıştırıyoruz,

amacımız, mürekkep kullanılırken

istediğimiz özelliklerde
formülasyonları elde etmek.

Tıpkı sizin içecek hazırlamanız

veya pasta yapmanız gibi

bazı hava baloncuklarının o mürekkep
içinde sıkışması kaçınılmaz.

Burada benim Paris'te
gördüğüm baloncuklardan

daha farklı bir şeyden bahsediyoruz.

O mürekkepler içinde sıkışan baloncuklar

birkaç milimetre arasında değişiyor

veya birkaç mikron

hatta birkaç nanometre.

Burada bizi ilgilendiren

içeride sıkışmış oksijen ve nem.

Böyle bir ölçekte
onları kaldırmak kolay değil.

Ama önemli,

örneğin akıllı telefonunuzun
ekran görüntüsü için kullandığımız

ışık yayan organik diyot mürekkepleri.

Pek çok yıl dayanması gerekiyor

ama eğer kullandığımız mürekkep
oksijen ve nem almışsa

ve bunlar çıkarılmamışsa

hemen piksellerde siyah noktalar
görmeye başlarsınız.

Mikro baloncukları çıkarırken
karşılaştığımız zorluklardan biri

pek de işbirlikçi olmamaları.

Orada öylece kalıyorlar,

pek hareket etmeden mürekkep içinde.

Peki onları nasıl çıkaracağız?

Kullandığımız bir teknoloji

gözenekli bir duvarla
ince, uzun ve küçük bir tüpten

baloncukları geçmeye zorlamak,

sonra da tüpleri
bir vakum bölmesine alıyoruz,

böylece baloncuklar mürekkepten
ayrılmaya zorlanıyor

ve çıkarılıyor.

Ürettiğimiz mürekkepten baloncukları
çıkarmayı başardığımızda

kutlama zamanı demektir.

Artık bir şişe şampanya patlatabiliriz.

Bu harika olacak!

(Gülme sesleri)

Woooo!

(Alkışlar)

Şampanya şişesinden baloncuklar
fışkırdığını görüyorsunuz.

Bunlar karbon dioksitle
doldurulmuş baloncuklar,

şarabın fermantasyon sürecinde
üretilen bir gaz.

Biraz doldurayım.

Bu şansı kaçıramam.

Sanırım bu yeterli.

(Gülme)

Burada bir sürü mikro baloncuk görüyorum,

kadehin altından şampanyanın
üstüne hareket ediyorlar.

Patlamadan önce,

aroma moleküllerinden oluşan
çok küçük damlacık göreviyle

şampanyanın tadını zenginleştiriyorlar,

bizim şampanya tadından
çok daha fazla zevk almamızı sağlıyorlar.

Baloncuk tutkunu bir bilim insanı olarak

onları görmeyi,

onlarla oynamayı

ve onlar üzerinde çalışmayı çok seviyorum.

Ah tabii bir de içmeyi.

Teşekkürler.

(Alkışlar)