Berk Üstündağ Yazio: Kristal Davranışlarından Ekonomik Çıkartımlar
Eylül ayındaki yazımızda Dünya ekonomisi ile zaman kristalleri arasında bir analoji yaparak yaşam-bilim-teknoloji üçgenine giriş yapmıştık. Kuvars başta olmak üzere etrafımızda ya da dekoratif doğal taş satan yerlerde gördüğümüz üzere kristallerin hem fiziksel hem de stratejik olarak dikkate değer özellikleri bulunmaktadır. Kristaller de diğer tüm malzemeler de olduğu gibi minimum enerjili kararlı bir konuma geçmek isterler. Bu kristalin türüne ve çevresel faktörlere göre milyonlarca yıla kadar uzayabilen bir süreçtir. Kristaller sürekli kendilerini tekrarlayan moleküler yapıya sahip
olduklarından, minimum enerjili konumları makro ölçekte gördüğümüz simetrik geometrik şekillerin ortaya çıkmasını sağlar. Bazı kristallerde birden fazla düşük enerjili durumu vardır. Örneğin kar taneleri oluşma süreçlerindeki fiziksel koşullar farklı kristal desenleri oluşturabilmektedir.
Kuvars kristali sertleştirilmiş çelikten de daha serttir. Diğer bir deyişle kuvars ile çelik çizilebilir. Elmas kuvarstan da sert olduğu için kuvarsı ve çeliği rahatlıkla çizer.
Kuvars kristali ikinci Dünya Savaşı sırasında telsiz haberleşmesi için stratejik bir malzeme haline gelmişti. Çünkü haberleşme cihazları ilk başlarda kondansatör ve endüktanstan (bobin) oluşan rezonans devresi kullanırken frekans kararlılığı ciddi bir sorun olarak ortaya çıkmakta, bu durum iletişim mesafe ve koşullarını etkilemekteydi. Birbirlerinden uzak alıcı ve vericilerin yeterli hassasiyetle aynı frekansa ayarlanabilmelerinde Kuvars kristalleri önemli bir rol oynadı.
Bunun için kuvars kristallerinin şekil açısından sınıflandırılması ve çok hassas boyutlandırılması gerekiyordu. Amerika Birleşik Devletleri ikinci Dünya Savaşında kuvars kristallerini stratejik bir malzeme olarak Brezilya’dan tedarik etti. Kuvars kristallerinin hassas bir şekilde boyutlandırılması ve rezonans frekans kalibrasyonu, beraberinde pek çok malzeme ve imalat teknolojisinin de gelişmesini sağladı. Günümüzde bilgisayar, pilli saat, cep telefonu gibi üzerimizde ve çevremizdeki pek çok cihazın çalışma frekansını kuvars kristalleri belirlemektedir.
Kristallerde piezo-elektrik özellik elektriksel gerilime karşı, yüzeyde mekanik kuvvet oluşumunu ya da mekanik kuvvet değişikliğinin de elektriksel gerilime dönüşmesini sağlamaktadır.
Bu özellik sayesinde hoparlörsüz ses üretiminin çok ötesinde, ultrason ile görüntüleme, araç park mesafe ölçer gibi yüzlerce farklı alanda uygulamalar gelişmiştir. Kristallerin piezo-elektrik özelliği ağırlık ve hareket ölçümünde de kullanılıyor.
Drone teknolojileri ve akıllı telefonlarımız gibi hareket ölçümü gerektiren cihazlarda mikro-elektromekanik sistem (MEMS)’ler mm mertebesinde büyüklükte çip (tümdevre) olarak kullanılmaktadır. Piezo-elektrik hareket ölçümü MEMS’lerde kullanılan hassas hareket algılama yöntemlerinden biridir.
MEMS hareket algılayıcıda sismik bir kütle hareketin ivmesi nedeniyle kristalin üzerindeki elektriksel gerilimi değiştirir. Böylelikle ivmenin ölçümü, zamana göre bir defa toplamı alınarak (integrali) hızın belirlenmesi, iki defa toplamını alarak (ikinci integrali) konum değişimi algılanmaktadır.
Sürekli bir zaman penceresinde toplama yapmak gürültüyü de toplayacağından kuvvetin neden olduğu ivemeden yola çıkarak hız ve konum belirlemede kullanılırsa birikimli bir hataya neden olur. Bu hata piezo-elektrik MEMS’lerde hareket ile kapasitif değişimini ölçenlere göre (VC) daha düşüktür (B.Ryden, Control Engineering, 2018).
Eylemsizliğe dayalı hareket algılama (INS) insansız hava araçları (İHA) ve güdümlü roketler gibi araçların yüksek hızla hareket düzeltmeleri için çok önemlidir.
Çünkü GPS ile uydu referansına göre konum belirleme sıklığı buna göre yavaştır. GPS işareti geldikçe birikimli hatanın düzeltilmesi sağlanır. Ayrıca GPS işaretlerinin bozulabildiğinin anlaşılması için de INS kullanılır.
Kristallerin hayatımızda süs eşyası olmaktan öte derin bir teknolojik etkisi olduğu açık. Peki varlığı son 10 yıl içinde teorik olarak ortaya konulup, son birkaç yıl içinde deneysel olarak da doğrulanan zaman kristallerinin de yaşamımıza bu tür bir etkisi olabilecek mi? GPS başta olmak üzere uzayda konum belirleme hassasiyeti ile zamanın ölçüm hassasiyeti birbirleri ile ilişkilidir. Zaman kristalleri, daha düşük maliyet ve daha yüksek hassasiyetle mevcut atomik saatlerin alternatiflerinin tasarımında kullanılabilir.
Kullandığımız akıllı telefon ve bilgisayarlardaki merkezi işlem biriminde (CPU) yer alan transistör sayısı bu zamana kadar üstel olarak arttı. 1971’de 2200 mertebesinden başlayan bu artış günümüzde 40.000.000.000 seviyesine geldi. Diğer bir deyişle, mikroişlemcilerdeki transistör sayısı Dünya’da yetişen buğdaylardaki dane sayısından fazla olduğu bir dönemdeyiz.
Bu artış yarıiletken üretim tekniğinde tabaka kalınlığının küçültülmesi ile sağlandı. Ancak bu yöntemle transistör sayısı ve dolayısı ile hızı artışının sınırına gelmiş bulunuyoruz. Çünkü ulaşılan 7nm mertebesindeki yarı iletken bileşen kalınlığı silikon malzemenin 5nm civarındaki teorik sınırına dayanmış halde. Yarı iletken ardışıl devrelere dayalı bilgisayarların gelişimindeki bu fiziksel sınırlamaya karşı artan ihtiyacın karşılanabilmesi için kuantum bilgisayar projelerine de giderek hız verildiği görülmekte.
Kuantum bilgisayarların en önemli sorunlarından biri mutlak 0Kelvine karşılık düşen yaklaşık -273°C’de çalışmaları. Bu sıcaklıkta fiziki ortam sağlanması şu an için ofiste bir kuantum bilgisayar hayalini engellemekte. Kuantum bilgisayarların temel çalışma ilkelerinden biri olan Josepshon etkisinin bulunduğumuz 2020 yılı itibarı ile zaman kristallerinde de tespit edilmiş olması önemli bir gelişme. Çünkü eğer zaman kristalleşmesi -273°C’den daha yüksek sıcaklıklarda da belirlenebilirse, bu aynı zamanda kuantum bilgisayarlarına da yeni bir açılım getirebilir.
Kristallerde olduğu gibi tüm doğal sistemler zaman içerisinde minimum enerji kayıplı duruma geçerler. Biyolojik sistemler de bu kurala uyarlar. Sistemler enerji kayıplarını azaltırken entropi artar. Bu davranış modeli ekonomik sistemlerde olayların neden-sonuç ilişkisine farklı bir gözlükle bakmamızı da sağlayabilir. Örneğin Türkiye’de 2001 yılında ekonomik sistem sağlıklı olmasaydı, Cumhurbaşkanı Ahmet Necdet Sezer’in MGK toplantısında dönemin başbakanına anayasa kitapçığını fırlatması derin bir ekonomik krize neden olur muydu?
Ekonomik sistemler aslında, birikmiş sorunların neden olduğu akışlara bağlı enerji dengesizliğini gidermek için ani değişen bir karakterde kendi olayını yaratır ya da bir olayı seçerek bu süreci başlatır ve yeni enerji dengesini yakalar.
Peki pandemi bu durumda ekonomik sistemin yeni denge noktasını belirlemek için seçtiği bir küresel olay olabilir mi? Endüstri devrimi ile başlayan küresel entegrasyona bağlı olarak 1870’lerden itibaren ABD’de oluşan finansal kriz ve ekonomik daralmalar, ABD içinde kalmayıp Dünya genelinde de etkili olmaktadır. Yukarıdaki grafikte ABD’de kamu borçlanmasının milli hasılaya oranının yıllara göre değişimi görülmektedir. Burada dikkate edilirse kesikli çizgi ile işaretli tüm ani artışlar önemli ekonomik daralma dönemlerini getirmiştir.
Büyük buhran dönemindeki artış sonrası deşarj olmaması İkinci Dünya savaşına girilmedeki ekonomik koşulları kolaylaştırdığı da söylenebilir. 2008 krizinde de benzeri bir durum söz konusudur. Bu durum ciddi bir küresel askeri riski olay olarak kullanması da beklenirken pandeminin araya girmesi tahmin edilen kısmın değişmesine neden olmuştur.
Sonuç olarak Pandemi sonrasında eğer ABD kamu borçlanmasının milli hasılaya oranı hızlanan bir artış gösterirse ekonomik enerji dengesi kendisine başka üzücü olaylar da seçtirtebilir ya da yolunu açar. Pandemi ile küresel ekonomik daralma (resesyon) yüzdesi, Dünya Bankası verilerine göre İkinci Dünya Savaşından beri en yüksek seviyede. Hatta mutlak daralma miktarı belki de tarihin rekor değerinde. Bu nedenle, pandeminin önüne geçilmesi için etkin bir aşı kadar, pandemi sonrasındaki dönemde küresel barış için yeni bir ekonomik düzene uluslararası mutabakatla geçiş planının ortaya konulması da önemli hale gelmiş gözükmekte.
Yorum Yazın