birgün

25° AÇIK

BİRGÜN PAZAR 11.04.2021 10:30

Uygun adımlar

Dünyada fizikten biyolojiye, sosyal bilimlerden tarihe, çok farklı dallardaki araştırmalarda karmaşık sistemlere dair büyük bir bilgi birikimi oluşuyor. Bu alanda Newton yasaları gibi kapsayıcı yasalara bir gün ulaşır mıyız bilinmez, ama önümüzdeki yıllarda çok ilginç keşifler yapılacağı kesin.

Uygun adımlar

KAAN ÖZTÜRK

1665 yılında Hollandalı fizikçi Christiaan Huygens hassas sarkaçlı saatler geliştirmeye çalışmaktaydı. Aynı kirişe astığı iki saatin davranışında tuhaf bir şey gözledi: Saatlerin sarkaçları bağımsız salınımlarla başlıyor, ama kısa bir zaman sonra uygun adımla beraberce sallanmaya geçiyorlardı. Uyum bir kere sağlandı mı da, kolay kolay bozulmuyordu. Ancak, bağlantısız yerlere asılan saatlerde uygun adıma geçiş görülmüyordu.

Huygens bu uyumun, saatlerin aynı kiriş ile temasta olmalarından kaynaklandığını keşfetti. Sarkaçlardan biri bir tarafa sallandıkça kirişi hafifçe diğer yöne doğru iter. Bu itmenin yarattığı titreşim ikinci sarkaca ulaşınca, bir salıncağı iter gibi, onun hareketini hafifçe hızlandırır veya frenler. Keza ikinci sarkacın hareketi de birincisine aynı şekilde etki yapar. Bu hızlandırma-frenleme etkisi sarkaçlar uygun adımlı olduğunda ortadan kalkar. Bu yüzden saatler, “konforlu” bir uyum bölgesine gelip orada kalırlar.

Bu etkiye bugün “senkronizasyon” adını veriyoruz. 350 yıl sonra hâlâ aktif olarak araştırılıyor, çünkü sadece mekanik saatlerle sınırlı olmayan bir olgu olduğuuygun-adimlar-863141-1. anlaşılıyor. Bağımsız olarak periyodik hareket yapan ve birbirine zayıf bir bağla bağlı olan birimlerin bulunduğu her sistemde görülebiliyor. Örneğin, bazı ateş böceği türleri, tünedikleri dallarda kendi ritimleriyle yanıp sönerken, bir süre sonra beraberce uyumlu bir yanıp sönmeye geçebiliyorlar. Veya bir salonda rastgele alkış tutan insanlar bir süre sonra ritmik şekilde el çırpmaya başlayabiliyorlar. Böcekler gözleriyle, insanlar kulaklarıyla çevrelerinden etkilenerek “konforlu” uyuma geçiyorlar.

Kadir Has Üniversitesi’nde öğretim üyesi olan arkadaşım Dr. Deniz Eroğlu, senkronizasyonun fiziği, matematiği ve uygulamaları üzerine araştırma yapıyor. Bu çalışmaları ile Bilim Akademisi Derneği’nin 2021 BAGEP ödülünü kazandı. Deniz’in çalışmaları, senkronizasyonun karmaşık ağlar üzerinde nasıl oluştuğuna ve nasıl bozulduğuna odaklanıyor.

Karmaşık ağların ne farkı olduğunu anlamak için Huygens’in saatlerine dönelim. Aynı kirişe iki değil on sarkaç bağlarsak, bunlar aynı bağlantıya sahip oldukları için beraberce senkronize olacaklardır. Her sarkaç, diğer sarkaçların hepsinden doğrudan etkilenir.

(Artık “sarkaç” yerine daha genel olarak “salınıcı” diyelim. Bu terim saatler, ateş böcekleri, alkışlar gibi her türlü periyodik olgu için kullanılabilir.)

Deniz’in çalışmaları ise, sistemdeki her salınıcının, sadece yakınındaki birkaç salınıcıdan etkilendiği durumları anlamaya yönelik. Böyle bir durumda bir salınıcı diğerini doğrudan değil, aradaki diğer salınıcılar aracılığıyla etkileyebilecektir. Bu gevşek etkileşim altında yine bir senkronizasyon oluşabilir, ama daha kırılgan olması, kolaylıkla bozulması da mümkün.

Deniz elektrik şebekelerini örnek olarak veriyor: Şebekedeki her jeneratör, dönerek elektrik üreten bir salınıcıdır. Elektrik hatlarıyla bağlı olmaları jeneratörleri senkronize eder ve alternatif akım fazlarının uygun adımlı olmasını sağlar. Bu da istenen bir şeydir, çünkü faz uyumsuzluğu üretim kaybına yol açar. Ancak her jeneratörün ülkedeki diğer bütün jeneratörlere değil sadece yakınındakilere bağlı olması, onları Huygens’in saatlerinden daha farklı kılıyor ve Deniz’in konusu olan “karmaşık ağ üzerindeki salınıcılar” sınıfına sokuyor.

Burada önemli soru, ağda yapılan değişikliklerin davranışı ne kadar değiştirebildiği. Yani, bazı bağlantılar kopsa ağın geri kalanının senkronizasyonu kalıcı olarak bozulur mu? Bu sebeple jeneratörlere aşırı yük biner de zincirleme arızalar olur mu? Bozulmaları engellemek için şebekeyi en ekonomik şekilde nasıl değiştirebiliriz? Benzer sorular pek çok farklı karmaşık sistem için de sorulabilir.

Bu soruların cevapları ağın yapısının inceliklerine bağlı elbette, ama karmaşık sistemler teorisi ve bilgisayar simülasyonları birleştirilerek bazı cevaplar bulunabiliyor. Örneğin, elektrik şebekesinin matematiksel ağ haritasını çıkarmak ve bunları bilgisayarda çeşitli şartlar altında zorlayıp sonuçlarına bakmak mümkün.

Başka bir karmaşık ağ beynimizdeki nöronlar arasında mevcut. Nöronların elektrokimyasal etkileşimlerle senkronize olmasının öğrenme gibi bilişsel süreçlerde rol oynadığı düşünülüyor. Ancak bu her zaman istenen bir şey değil: Sara nöbetlerinin beyindeki geniş ölçekli senkronizasyonla ilişkili olduğu uzun zamandır biliniyor. Parkinson hastalığı da bununla ilişkili olabilir: Görünür titremelerin nöron salınımlarıyla senkronize olduğu, dış müdahaleyle beyin senkronizasyonu bozulduğunda titremelerin de durduğu gözlenmiş. Deniz, EEG sinyallerini yapay öğrenme yöntemleriyle dönüştürerek, altta yatan ağ yapısının modellenebileceğini ve belki de nörolojik krizlerin öngörülebileceğini söylüyor.

Dünyada, fizikten biyolojiye, sosyal bilimlerden tarihe, çok farklı dallardaki araştırmalarda karmaşık sistemlere dair büyük bir bilgi birikimi oluşuyor. Bu alanda Newton yasaları gibi kapsayıcı yasalara bir gün ulaşır mıyız bilinmez, ama önümüzdeki yıllarda çok ilginç keşifler yapılacağı kesin.

Neden BirGün?

Bağımsız bir gazete olarak amacımız, insanlara hakikati ulaştırarak ülkede gerçek bir demokrasi ve özgürlük ortamının yeşermesine katkı sunmak. Bu nedenle abonelikten elde ettiğimiz geliri, daha iyi bir gazeteciliği hayata geçirmek, okurlarımızın daha nitelikli ve güvenilir bir zemin üzerinden bilgiyle buluşmasını sağlamak için kullanıyoruz. Çünkü banka hesabını şişirmek zorunda olduğumuz bir patronumuz yok; iyi ki de yok.

Bundan sonra da yolumuza aynı sorumluluk bilinciyle devam edeceğiz.

Bu yolculukta bize katılmak ve bir gün habersiz kalmamak için
Bugün BirGün’e Abone Ol.

BirGün; seninle güçlü, seninle özgür!

BirGün’e Destek Ol