Bir Üzüm Nasıl Olur da Mikrodalgada Alev Topuna Dönüşür?

bir mikrodalga fırının içine yanlışlıkla yaldızlı bir çay tabağı veya metal bir çatal bırakırsanız, içeriden kıvılcım çıkmasını bir ölçüde beklersiniz. çocukluktan beri mikrodalga fırın ile metal kelimelerinin yan yana gelmemesi gerektiği kulağımıza küpe edilmiştir.

fakat aynı cihazın içinde birbirine yakın duran iki üzüm tanesinin bir anda parlak bir ateş topunu andıran ışık üretmesi, üstelik ortada hiçbir metal olmamasına rağmen cihaza zarar verebilecek kadar yoğun bir enerji boşalması oluşturması, mutfakla ilgili bütün sezgilerimizi bozar.

internet kullanan hemen herkes son yirmi yılda en az bir kez mikrodalgaya üzüm koyma videolarına denk gelmiştir. görüntülerde genellikle bir üzüm ortadan ikiye kesilir fakat iki parçayı birbirine bağlayan ince kabuk koparılmaz. fırın çalıştıktan kısa süre sonra iki parça arasından parlak bir ışık yükselir ve havada alev gibi görünen bir yapı oluşur.

yıllarca bu olaya farklı açıklamalar getirildi. kimi bunun kurgu olduğunu, kimi üzümün içindeki şekerin yanarak alev oluşturduğunu savundu. daha bilimsel görünen açıklamalarda ise ortadaki ince kabuğun elektrik kablosu veya anten gibi çalıştığı söylendi.

olay o kadar yaygın bir internet numarasına dönüştü ki fizikçiler sonunda bu mutfak şakasını laboratuvara taşıdı.

ortaya çıkan sonuç, yanan şekerden veya sihirli bir kabuktan çok daha ilginçti. mesele, elektromanyetik alanların belirli geometrilerde küçücük bir bölgeye nasıl yoğunlaşabildiğiyle ilgili gerçek bir fizik problemiydi.

olayı anlamak için önce mikrodalga fırının ne yaptığına bakmak gerekiyor.

ev tipi mikrodalga fırınlar genellikle yaklaşık 2.45 gigahertz frekansında elektromanyetik dalgalar üretir. bu dalgalar yiyeceğin içindeki su gibi polar moleküllerle etkileşir ve mikrodalga enerjisinin bir bölümü ısıya dönüşür.

bu ışınım x-ray cihazlarındaki gibi iyonlaştırıcı değildir. yiyeceği radyoaktif hâle getirmez. fakat güçlü elektromanyetik alanlar, doğru boyut ve şekle sahip cisimlerle karşılaştığında beklenmedik biçimde yoğunlaşabilir.

üzümü bu hikâyede özel kılan şey biyolojisi, çekirdeği veya şekeri değildir.

üzüm büyük ölçüde sudan oluşur ve yaklaşık küresel bir şekle sahiptir. su, mikrodalga frekanslarında güçlü dielektrik özellikler gösterir. mikrodalga dalgaları su bakımından zengin bir üzümün içine girdiğinde dalganın etkin boyu ciddi biçimde küçülür ve üzüm çapı mertebesine yaklaşabilir.

bu durumda üzüm, yalnızca ısınan bir meyve olmaktan çıkar ve dielektrik rezonatör gibi davranmaya başlayabilir. yani belirli elektromanyetik alanları kendi içinde yoğunlaştırabilen küçük bir yapı hâline gelir.

tek bir üzüm benzeri kürede elektromanyetik alan daha çok cismin iç bölgelerinde yoğunlaşabilir. ikinci bir üzüm veya su dolu küre yaklaştırıldığında ise iki yapıdaki rezonanslar birlikte etkileşmeye başlar.

fizikte dimer adı verilen, birbirine yakın iki benzer parçadan oluşan bu sistemde elektromanyetik alan, kürelerin temas ettiği veya birbirlerine en çok yaklaştığı küçücük bölgede yoğunlaşır.

araştırmacıların elektromanyetik sıcak nokta veya hotspot adını verdiği bölge tam olarak burasıdır. bu ifade yalnızca sıcak bir nokta anlamına gelmez; elektromanyetik enerjinin çevresine göre çok daha yoğun olduğu küçük bir alanı anlatır.

yoğunlaşan elektrik alan, üzüm kabuğunda bulunan sodyum ve potasyum türlerini alan iyonlaşmasına uğratabilecek kadar güçlü olabilir. ortaya çıkan yüklü parçacıklar çevredeki havada yeni iyonlaşmaları tetikler ve görünür bir plazma oluşur.

plazma, elektronların atomlardan kısmen ayrıldığı, serbest elektronlar ve iyonlar içeren yüksek enerjili bir gaz hâlidir. güneş, yıldızlar, yıldırım ve bazı neon ışıkları plazmaya örnek verilebilir.

üzümlerin arasında görülen parlak yapı sıradan bir alev değildir. üzümün içinde gizli bir ateş bulunduğu veya şekerin tutuştuğu için ortaya çıkmaz. elektromanyetik alanın küçük bir bölgede yoğunlaşması, iyonlaşma zincirini başlatır ve havada görünür bir plazma oluşmasına yol açar.

bu olayın mekanizması 2019 yılında proceedings of the national academy of sciences dergisinde yayımlanan bir çalışmayla güçlü biçimde açıklığa kavuştu.

hamza k. khattak, pablo bianucci ve aaron d. slepkov; termal görüntüleme, bilgisayar benzetimleri ve farklı su zengini cisimlerle yapılan deneyleri birlikte kullandı.

araştırmacılar yalnızca ortadan ikiye bölünmüş üzümleri incelemedi. birbirine yakın duran bütün üzümlerle de plazma oluşabildiğini gösterdi.

bu sonuç, iki üzüm parçasını birbirine bağlayan ince kabuk köprüsünün zorunlu olmadığını ortaya koydu. kabuğun elektrik kablosu veya anten gibi çalıştığı yönündeki eski açıklama büyük ölçüde çöktü.

daha da önemlisi, deneylerde üzüm yerine su ağırlıklı hidrojel boncukları kullanıldığında da benzer elektromanyetik yoğunlaşmalar ve plazma oluşumu görüldü.

bu durum, olayın üzümün damar yapısından, şekerinden veya özel biyolojisinden kaynaklanmadığını gösterdi.

ana mesele; uygun boyut, küresel geometri, yüksek su içeriği ve iki cismin elektromanyetik olarak birbirine bağlanmasıydı.

araştırmacıları ilgilendiren şey yalnızca ortaya çıkan parlak görüntü değildi. normalde elektromanyetik alanları çok küçük bölgelere yoğunlaştırmak için nanometre ölçeğinde karmaşık fotonik sistemler kullanılır. üzüm büyüklüğündeki su dolu küreler ise benzer alan yoğunlaşmalarının çok daha büyük ve gündelik nesnelerde incelenebileceğini gösterdi.

yani internet numarası gibi görünen küçük bir mutfak olayı, elektromanyetik alanların nasıl davranabildiğini anlamak için gerçek bir araştırma aracına dönüştü.

mekanizmanın ilginç olması, olayın güvenli olduğu anlamına gelmez.

mikrodalga fırında üzüm veya benzer cisimlerle plazma oluşturmaya çalışmak evde denenmesi gereken bir deney değildir. oluşan plazma ve ark, mikrodalga fırının iç yüzeyine zarar verebilir; yanma, yangın ve sıcak maddeler nedeniyle yaralanma riski oluşturabilir.

bu yüzden üzümün nasıl kesileceği, nasıl yerleştirileceği veya cihazın ne kadar süre çalıştırılacağı bir mutfak tarifi değildir. konu, kontrollü laboratuvar çalışmaları sayesinde mekanizması anlaşılmış ilginç bir fizik olayıdır.

mikrodalgada parlayan üzümün içinde gizli bir ateş yoktur; sıradan bir meyve, görünmez elektromanyetik dalgaları küçücük bir noktaya sıkıştırarak onları ilk kez gözle görülebilir hâle getirir.

kaynaklar:

khattak, h. k., bianucci, p. & slepkov, a. d. (2019). linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimers. proceedings of the national academy of sciences, 116, 4000-4005.

u.s. food and drug administration — microwave ovens.

ge appliances — microwave cavity repair needed due to arcing, chipping, peeling or scorching.