Piller. Bataryalar… Tüm hayatımızın gizli kahramanları. Onları o kadar kişiselleştirdik ki Amerikalı bir komedyenin de şaka yollu bahsettiği gibi: Elektronik cihazlar bozulur ama “piller” ölür… “My battery died” diye bir tabir vardır ingilizce’de. Pilim bitti anlamına gelen. Ondan bahsediyor. İşin şakası gerçekten de “pilimiz bittiğinde” yaşadığımız o hayal kırıklığı. Bilirsiniz. Ama telefonlar, tabletler vs. söz konusu olduğunda şanslıyız zira “fişe” taktığımız anda anında kullanmaya başlayabiliyoruz. Fakat söz konusu “elektrikli araçlar” olduğunda. Bu konu “karbondan arındırılmış elektrikli bir dünyanın” önündeki en büyük problem.
Elektrikli otomobillerin menzili, şarjının çabuk bitmesi ve doldurulmasının da çok uzun sürmesi… Maalesef her alanda tüm gelişmeler katlanarak ilerlese de “piller” söz konusu olduğunda gelişim hızı inanılmaz yavaş. Son 20-30 yılda, 50 yılda “piller” konusunda tanık olduğumuz gelişim… Çok yavaş. Yakın zamanda da öyle devrimsel bir gelişme olmayacak gibi görünüyor…du… Evet. Bir umut ışığı doğmuş olabilir. Ne sayesinde peki? Kuantum Fiziği tabii ki… İlk günden beri üstüne basa basa neden tarihin en önemli çalışması, insanlığın en büyük başarısı dediğimi her gün daha iyi anlıyoruz. Evet. Kuantum Piller.
Atomaltı parçacıkların bildiğimiz garip davranışlarını kullanarak kuantum piller kendilerini çok daha hızlı şarj edebilirler. Ve ayrıca bu piller büyüdükçe de performansı da artacak. Bu elbette şu an için konsept aşamasında ancak yakın zamanda deneysel bir gösterimi gerçekleşti ve bazı çalışmalar da “kesintisiz taşınabilir enerjinin” çok da uzak olmadığını gösteriyor. Yani pillerin ölmediği bir çağ bizi bekliyor olabilir. Ama nasıl? Şimdi.
Biraz teknik olarak genel anlamda “pil” kavramını anlamaya çalışırsak bizde “pil, batarya” vs. biraz birbiri yerine kullanılıyor gibi gelse de aslında “pil” dediğimiz şey ilk aklımıza gelen tek kullanımlık ya da şarj edilebilir pillerdir. Ancak örneğin telefonumuzun içindeki “lityum-iyon” piller de batarya değil “pildir” aslında. Batarya ise birkaç pilden oluşan bir sistemdir sadece. Ama temel mantığını anlamak için bir pilde elektronlar ve iyonlar artı ve eksi kutup olarak bildiğimiz ve genelde “katot” ve “anot” olarak bilinen “elektrot” kısımlarından bir ayırıcı ile ayrı tutularak enerjiyi depolarlar. Bu pili bir cihaz içine yerleştirip cihazı açtığınızda da bu “yüklü parçacıklar” elektrotlardan geçerek bu depolanmış enerjilerini “elektrik” olarak taşırlar.
Şu anda ise bu teknolojinin zirvesi bildiğimiz gibi yeniden şarj edilebilir “lityum-iyon” pillerdir. Hatta bu teknolojinin mucitleri John Goodenough, Sanley Whittingham ve Akira Yoshino 2019 yılında “Nobel Kimya” ödülünü de kazanmışlardı. Bu pillerin en büyük özellikleri ise yüksek kapasiteleri ve uzun ömürleri. Ayrıca sıradan pillerden daha hızlı şarj da edilebiliyorlar. Ama. İşte bir yere kadar. Çok da hızlı şarj edemiyorsunuz zira çok hızlı şarj ettiğinizde içindeki “lityum iyonları” ters kutuplara yönelerek pili kullanışsız hale getirir ve hatta patlaması bile söz konusudur. Yani şu anda elektrikli otomobillerle ilgili en büyük problem de bundan kaynaklanıyor. Yavaş şarj etmek zorundayız.
10 yıl kadar önce ise işte Robert Alicki ve Mark Fannes isimli “teorik fizikçiler” “kuantum pilleri” fikrini ortaya attıklarında aslında temel amaçları bu sorunları çözmek değildi. Felsefe ile birlikte bir önceki videoda değindiğimiz bir sorunu anlamaya çalışıyorlardı. Hatırlarsanız orada da söylemiştik “su molekülü ıslak değildir” ancak bir araya geldiklerinde “suyu” oluştururlar. Islaklık suyun bir özelliğidir. Demiştik. Onlar da işte tam da bu konuya kafa yoruyorlardı. Bir maddenin özelliklerini parçacıklarında göremiyoruz. Kuantum Evreninden Klasik Evrene geçişte “neler” oluyor? Madde özelliğini nasıl kazanıyor?
Şimdi bu tip sorulara “piller”, teknoloji, elektrikli arabalar filan “ne alaka?” diyenler olabiliyor. Burada pek diyen olmaz biliyorum ama soru işareti olan “transistörlerle” ilgili videomuzu bir izlesin İşte asıl önemli sorular bunlar. Neyse. Normalde tabi doğrudan “pil” üretmekle, geliştirmekle sorumlu olanlar bu sorularla ilgilenmezler, bu da gayet normal. Zira klasik bir pil içinde trilyonlarca elektronun hareketi söz konusu. Bu da zaten bizi kuantum evreninden uzaklaştırıyor. O yüzden geleneksel pil araştırmaları genellikle zaten termodinamik gibi araştırmaların konusudur.
Termodinamik. Müthiş bir çalışma alanı. Buharlı motorlar, piller ve enerji kaynaklarını açıklar. Hatta bir noktada kara delik ve genel anlamda evrenin çalışma biçimini anlamak için de kullanılıyor. Kuantum filan yokken o vardı. Ve neden başarılı olmuştu biliyor musunuz? Kuantum olmadığı için. Evet. Detaylara, parçacıkların çalışma biçimine bakmadığı ve daha da garibi “bilimi” çok da umursamadığı için başarılı oldu en başta. Termodinamik önce teknoloji sonra bilimin geldiği garip alanlardandır. Makineler çalışıyordu ve çok da düşünmeye gerek yoktu.
Ama tabi “bilim” geliştikçe bu teorilerin, bu başarılı çalışmaların kapsamını da geliştirmek istediler. Ve termodinamiğin “atomaltı parçacıklar” için de aynı şekilde başarılı olup olmadığını görmek istediler. Acaba maddenin kuantum evreninden doğmasını termodinamik açıklayabilir miydi? İşte “piller”, kendi kendine enerji depolayabilen bir olgu, bu soruların cevaplarını test edebilmek için uygun bir uygulama alanıydı. Ve Alicki ve Fannes de buradan yola çıkarak kuantum yasalarına uygun bir pil geliştirmeye koyuldular.
Çok genel anlamda kuantum pillerin mantığı da aslında sıradan pillerle aynı. Durağan haldeyken düşük enerji durumunda olmayı tercih eden fakat belirli müdahalelerle yüksek enerji durumuna gelen “şeylerden” oluşuyor. “Şey” dediğimiz de “kübitler”. Evet. Kuantum bilgisayarlarından da tanıdığımız “süperpozisyon” halindeki parçacıklar. İstediğiniz parçacık olabilir. Elektronlar, iyonlar, molekküler… Hangisi olduğu önemli değil. Önemli olan bu “kübitlerin” “dolanık” olması. Evet. Kuantum dolanıklığı ile enerji depolama ve kullanımı. Nerelere geldik böyle değil mi? Ne kadar parçacık dolanık halde olursa depolama kapasitesi de o kadar artıyor.
Fakat tabi bir sıkıntı var. Termodinamik bu enerjiye bir sınır koyuyor. Belirli bir kütleden “kullanılabilir” şekilde elde edebileceğiniz enerjinin bir sınırı var. Bu da kuantum pillerini aslında bildiğimiz lityum iyon pillerden çok da avantajlı hale getirmiyor. Bu noktada umutlarını yitirmeye başlayan araştırmacıların imdadına başka bir teorik fizikçi yetişiyor. Ve diyor ki. Evet. Depolama konusunda çok büyük bir beklentimiz olmayabilir bu açıdan. Ama büyük bir sorunun çözümü önümüzde duruyor. Kuantum dolanıklığı aslında şarj etme süresini “çok daha hızlı” ve belki de “anlık” hale getirebilir diyor…
O kadar anlık ki. Elektrikli bir aracınız var ve bildiğiniz köprü gişelerinden geçer gibi bir “istasyondan” geçiyorsunuz ve o anda arabanızın şarjı fulleniyor. Bu istasyonlardan belirli aralıklarla yerleştirdiğinizde. Evet. Sınırsız seyahat… Müthiş bir ihtimal değil mi? Şimdi bu ihtimal çok “fantastik” gibi gelebilir ama bir haber vereyim.
Buna yönelik ilk “gösterim” yapıldı bile. Gerçek hayatta kullanılmaya şu an için çok uzak olsa bile geçtiğimiz aylarda Avusturalya’daki Aelaide Üniversitesinden James Quach ve ekibi bu mantıkla çalışan basit bir kuantum pili geliştirdiler. Organik bir materyalin atomları ile üretilen bu piller “ışık hızında” şarj edilebiliyordu. Evet. Ufak bir sorun var ama. Ürettikleri bu prototip bir kumandayı ancak çalıştırabilecek bir kapasiteyi şarj edebildiler. Yani. O yüzden hemen yarın kullanamayacağız ama. Deney başarılıydı.
Bu konsepti ortaya atan Alicki ve Fannes bile bu uygulama karşısında bayağı şaşırdılar. Zira onlar başta da konuştuğumuz gibi başka bir şey arıyorlar, kuantum teorilerini test ediyorlardı. O nedenle kendileri bu başarılı deney sonucunda bile çok fazla yol kat edilemeyeceğini düşünüyorlar. Bunun gerçek hayatta kullanılabilmesine çok olanak vermiyorlar. Tanıdık geldi mi bir yerden. Max Planck’i hatırlıyorsunuz değil mi? Albert Einstein onun çalışmalarına dayanarak “fotoelektrik etki” konusunda “pek bir işe yarayacağını düşünmüyorum” demişti…
Bazen bir dahi olsanız bile çalışmalarınızın “etkilerini” görmek çok zor olabiliyor. Hangi kapılar açtığını… Bununla birlikte IBM ve Google’ın başını çektiği kuantum bilgisayarları çalışmaları da bu alanda çok yardımcı olabilir gibi görünüyor. Zira henüz kuantum bilgisayarları tam olarak istediğimizi yapamıyor olsalar da bu bilgisayarların kendisi bile birer “pil” olarak görev yapabilecek durumda. Bilgi işleme konusunda gidilecek yol olsa da “enerji depolama” konusunda gayet başarılılar. Bunun da ötesinde daha da iyi bir ihtimal bu bilgisayarların kendi enerjilerini üreten birer makineye dönme olasılığı…
Biraz düşünelim bunun üstüne de. Enerjisi kendinden, herhangi bir süper bilgisayardan trilyonlarca kat daha güçlü makineler… Yapay zeka ile birlikte düşündüğümüzde. Hani diyoruz ya yapay zeka yoldan çıkarsa fişini çekeriz olur biter diye. İşte… O iş öyle olmayabilir. Bu da dipnot olarak burada dursun. Kuantum Pillere dönersek. Çalışma mantığını henüz araştırmacıların bile tam olarak çözemediği bu yeni sınırsız ve anlık enerji kaynakları ciddi anlamda modern yaşamın sayısız sorununu çözebilir. Pili bitmeyen elektrikli araçlar, pili bitmeyen makineler, bilgisayarlar, mobil cihazlar…
Gerçekten her şeyi dönüştürme ihtimali olan bir olasılık bu. Bugünkü dünyayı ilkel gösterecek bir olasılık… Kablolardan kurtulma hayalimizi de gerçekleştirebilir. Ama tabi önce bir geri yaslanıp neler olup bittiğini takip etmemiz lazım. Çok çok küçük de olsa bir gün bir kuantum pil ile herhangi bir cihazın çalıştığını gördüğümüzde, ufacık bir lamba bile olsa. O küçücük ışık tüm geleceğimizi aydınlatabilir. Bekleyip göreceğiz. Bilim tarihi ve felsefesini arkamıza aldığımız bu kanalda sizin için bu tip gelişmeleri takip ediyor, önemli bir gelişme olduğunda ise derleyip size sunuyor olacağım. Takipte kalın ve destek olmayı unutmayın.
Her zaman söylediğim gibi. Ürettiğim ve üreteceğim tüm içerikler tamamen ücretsiz ve her zaman, herkese açık olacaktır. Bilgi özgür olmalıdır. Destekleriniz daha fazla ve daha iyi içerikler için çok önemli…
