Qalien Qrosjan kiçik şüşə muncuqların qayğısına qalırdı. O, onları yuyurdu, cımbızla yumşaq bir şəkildə qucaqlayır, təcrübə aparatına incəliklə yerləşdirirdi. O, lazımsız tərpənişlərdən nəyin bahasına olursa olsun qaçırdı: İncə bir şəkildə düzgün olmayan davranış muncuqların xüsusiyyətlərini naməlum şəkildə dəyişdirə bilərdi. Və daha da pisi, yalnız birini itirmək ona bir həftəlik iş xərcinə başa gələ bilərdi. O vaxtlar Klosterneuburqdakı Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutunda çalışan fizik Qrosjan deyir: “Mən adətən olduqca yöndəmsiz oluram, ona görə də meyllərimə qarşı mübarizə aparmalıyam”.

Təcrübəsində o, muncuğu birbaşa toxunmamaq üçün ultrasəs dalğalarının akustik qüvvələri ilə havaya qaldıraraq üzdürdü. Sonra ultrasəsi söndürdü, muncuğu dərhal yerə atdı və onun aşağıdakı lövhə ilə toqquşmasına icazə verdi – ping! -. Yuxarı sıçrayan ultrasəs onu millisaniyə sonra əlsiz tutma oyununda tutdu.

Qrosjan statik elektrik enerjisini öyrənir. Onun obsesif incəliyi saç qaldıran şarlar və yapışqan geyimlər kimi adi effektlərin arxasındakı fenomen üçün həddindən artıq görünə bilər. Lakin statik elektrik enerjisinin əsasları olduqca qeyri-müəyyəndir: Alimlər əsrlərdir onu öyrənsələr də, hələ də bir cisim elektrik yükünü digərinə ötürəndə nə baş verdiyini dəqiq bilmirlər. Əksər hallarda, “mexanizmin nə olduğunu həqiqətən bilmirik”, hazırda Barselona Muxtar Universitetinin tələbəsi Qrosjan deyir.

Statik elektrik dünyamızı böyük və kiçik miqyaslarda formalaşdırır. Bunun, Yer kürəsinin də daxil olduğu planetlərin toqquşan toz hissəciklərindən necə əmələ gəldiyini izah etdiyi düşünülür . İldırım yaradır, toz fırtınalarını gücləndirir və tozcuqların tozlandırıcılara yapışmasına kömək edir . Sənaye yanğınlarını alovlandıra, əczaçılıq istehsalını dayandıra, həssas elektron dövrələri qızışdıra və elmi təcrübələrə və kosmik tədqiqatlara mane ola bilər.

Ankaradakı Bilkent Universitetinin kimyaçısı Bilge Baytekin deyir ki, əsasları hələ də başa düşmək mümkün deyil. “Uzun illər işlədikdən sonra belə özünüzü uşaq kimi hiss edirsiniz.”

Baytekin və Qrosjan ümid edirlər ki, tezliklə vəziyyət dəyişəcək. Onlar statik elektrikin sirli tapmacasını həll etmək üçün biliklərini birləşdirən kiçik, bir qədər qəribə alim heyəti arasındadırlar. Sanki hər bir alimin əlində bu tapmacanın fərqli bir parçası var. Baytekin deyir: “Fiziklərin statik elektrik haqqında öz anlayışları var; kimyaçıların da statik elektrik haqqında bizim anlayışımız var; mühəndislər fərqli bir perspektivdən baxırlar”.

Tapmaca parçalarını bir yerə toplamaq üçün həmin heyət iyun ayında Florida ştatının Kokoa çimərliyində Amerika Elektrostatika Cəmiyyətinin iclasında bir araya gəldi. Orada Qrosjeanın akustik levitasiyası kimi yeni texnikalar statik elektrikin yapışqan əsaslarına marağı canlandırdı. İllinoys ştatının Evanston şəhərindəki Şimal-Qərb Universitetinin materialşünası Lorens Marksın sözlərinə görə, tədqiqatçılar sərt faktları müəyyən etməyə və əlaqələr qurmağa başlayırlar.

“Biz, həqiqətən də, inanılmaz irəliləyişlər əldə edirik… İnsanlar bunun edilə biləcəyini, bunun öhdəsindən gələ biləcəyimizi görməyə başlayırlar.”

Statik vəziyyətdə ilişib qalıb

Statik elektriklə bağlı bütün suallar üçün elm adamları bəzi əsas məsələlərdə həmfikirdirlər. İki cisim toxunduqda və ya sürtündükdə, onlar yük mübadiləsi aparırlar. Triboelektrik adlanan bu proses statik elektriklə nəticələnir. Bu prosesin arxasında duran subatom oyunçuları mənfi yüklü elektronlar və müsbət yüklü protonlardır. Bərabər sayda elektron və proton olan cisimlərin xalis yükü yoxdur. Lakin cisimlər toxunan kimi yük balansı dəyişir, çox vaxt təəccüblü dərəcədə mürəkkəb şəkildə.

Məsələn, əgər siz nə vaxtsa saçınıza bir şar sürtmüsünüzsə, onun ardınca rəqs etdiyini hiss edə bilərsiniz. Çünki sürtünmə şarda mənfi yük, saçınızda isə müsbət yük yaradır. Yüklər bir-birini itələdiyi kimi, saçlarınızın telləri də qarışıqlıq içində bir-birindən uzaqlaşır. Saçlarınız isə əks yüklər cəzb etdiyi üçün şarda qalır. Lakin həddindən artıq yük yığılarsa, diqqətli olun. Başqa bir əşyaya toxunduğunuz zaman artıq cisim boşaldıqca ağrılı elektrik şoku ilə üzləşə bilərsiniz.

Təcrübələr göstərir ki, şarın lateksi kimi bəzi materiallar mənfi yüklənməyə, saç kimi digərləri isə müsbət yüklənməyə meyllidir. Alimlər müəyyən bir cütlükdə hansı cismin mənfi yüklənəcəyini proqnozlaşdıran triboelektrik seriyası adlanan bir sıralama hazırlayıblar.

Amma bu nümunələri daha dərindən araşdırsanız, işlər tez bir zamanda qarışıqlaşacaq.

Məsələn, yük mübadiləsi zamanı dəqiq nəyin ötürüldüyü aydın olmur. Fərdi elektronlar bir cisimdən digərinə miqrasiya edə bilər. Yaxud bu sıçrayış ionlar – yüklü atomlar və ya molekullar – və ya hətta yüklü materialın daha böyük hissələri tərəfindən edilə bilər. Bu mexanizmlərin hər hansı biri protonlarla müqayisədə artıq və ya itkin elektronlarla yük balanssızlığına səbəb olardı.

Triboelektrik seriyası mükəmməl deyil — fərqli təcrübələr materialların bir qədər fərqli düzülüşünü ortaya qoyur. Daha da narahatedicisi odur ki, iyerarxiyanın arxasında daha dərin bir anlayış yoxdur: Heç kim bir materialın hansı xüsusiyyətlərinin onun mənfi və ya müsbət yüklənmə ehtimalını artırdığını bilmir. Seriya həmçinin eyni obyektlərin toxunulduqda niyə yüklənə biləcəyini izah etmir.

Məsələnin bir hissəsi statik elektrikin müəyyən mənada incə bir təsir olmasıdır. Özünüzü atom ölçüsünə qədər kiçildib yüklü bir materialın səthində gəzsəniz, hər 100.000 atomdan bir əlavə (və ya itkin) elektronla qarşılaşacaqsınız. Almaniyadakı Duisburg-Essen Universitetinin fizik Rolf Möller deyir ki, bu səviyyədə statik elektriki öyrənmək üçün “baş verən hər şeyin çox kiçik bir azlığı olan bir şeyi izləməlisiniz. Və bunu bu qədər çətinləşdirən də budur.”

Statik əhəmiyyət

Statik elektrikin öyrənilməsi, demək olar ki, elmin özü qədər qədimdir. Eramızdan əvvəl 360-cı ildə filosof Platon, sürtüldükdə digər cisimləri cəlb edən kəhrəbanın “möcüzələri” haqqında yazmışdır. Əslində, elektrik sözü yunanca kəhrəba mənasını verən ēelektron sözündən gəlir .

Bu mövzuya elmi maraq əsrlər boyu davam etdi. Məsələn, Benjamin Franklinin elektrik enerjisi ilə bağlı tədqiqatlarında statik elektrikə əsaslanan generatorlardan, məsələn, fırlanan şüşə kürədən dəri yastığa sürtünmə kimi istifadə olunurdu. O, məşhur şəkildə fırtına zamanı açarla yüklənmiş çərpələng uçuraraq ildırımın laboratoriyasında müşahidə etdiyi statik elektrik kimi bir elektrik fenomeni olduğunu nümayiş etdirdi.

Qrosjeanın kiçik muncuqlar üzərində təcrübə apardığı Avstriyada yerləşən qrupa rəhbərlik edən fizik Skott Vaytukaytis deyir: “Bu, o qədər poetikdir ki, o qədər qədimdir ki… və biz hələ də onun mənasını anlaya bilmirik”.

Bu gün bir çox alim statik elektrik enerjisini özlüyündə öyrənilməyə layiq bir fenomen deyil, aradan qaldırılması lazım olan bir problem hesab edir. Qrosjan deyir ki, “Şarjlar ağrıdır və onlar sadəcə [onlardan] qurtulmaq istəyirlər”. Statik elektrik həm elmdə, həm də sənayedə yanğınlara səbəb ola, həssas avadanlıqları məhv edə və təcrübələri poza bilər.

Və təsiri kosmosa da yayılır . Statik elektrikin yaratdığı baş ağrıları, yükü yaymaq üçün rütubətin olmadığı və zəif cazibə qüvvəsi elektrik qüvvələrinin daha çox görünməsinə səbəb olduğu kosmosda çoxalır.

Kollec Parkdakı Merilend Universitetinin planetşünas alimi Kristin Hartzell deyir ki, “Yer üzündə vacib olmayan qüvvələr vacib olmağa başlayır”. Ay roveri təkərləri və ya günəş panelləri tez bir zamanda yapışqan, yüklü tozla örtülə bilər ki, bu da performansa mane olur. Torpaq üzərində hərəkət edərək hərəkət edən astronavt bilmədən həssas avadanlıqları sındıra və ya kosmik gəminin içərisində təhlükəli ay tozunu izləyə bilər. Bu o deməkdir ki, statik elektrik NASA-nın Aya gələcək Artemis missiyaları üçün əsas məsələdir.

Bu fenomenin daha yaxşı başa düşülməsi alimlərə müəyyən şərtlər altında müxtəlif materialların necə yüklənə biləcəyini və bəlkə də bu yüklənməni necə idarə edəcəyini dəqiq proqnozlaşdırmağa kömək edə bilər. Baytekin deyir: “Biz əsasları anlamaq istəyirik, eyni zamanda sənayedəki insanlara və bu təsirlərdən əziyyət çəkən insanlara kömək etmək istəyirik”.

Ortaq məxrəc

Alimlər bir halda nə baş verdiyi barədə həmfikirdirlər: metalın metala toxunması. Müxtəlif metal növləri elektronlarına nə qədər möhkəm yapışdıqlarına və buna görə də elektronların səthlərindən çıxmasının nə qədər çətin olduğuna görə fərqlənir. 

Bir elektronu çıxarmaq üçün lazım olan enerji miqdarı iş funksiyası kimi tanınır və elektronların metalların qovuşduğu yerdə necə hərəkət etdiyinə təsir göstərir. Hər dəfə iki fərqli metal toxunduqda, elektronlar daha yüksək iş funksiyasına malik olana keçir və ona mənfi yük verir.

Alimlər bir gün anlayışlarını metallardan kənara çıxarmağa ümid edirlər. “Əsas məqsəd müxtəlif materiallar üzərində işləyən birləşdirici nəzəriyyəyə sahib olmaq olardı”, Hartzell deyir. “Bu, möhtəşəm olardı”.

Marks və həmkarı 2025-ci ildə “Fizika üzrə irəliləyişlər haqqında hesabatlar ” adlı məqalədə problemi həll etməyə kömək edə biləcəyini irəli sürüblər . Birincisi, statik elektrikin elektron, ion və ya daha böyük material parçaları olmasından asılı olmayaraq, yük hərəkət etdikdə əslində nəyin ötürüldüyünü təsvir edən bir “mexanizmi” olmalıdır. İkincisi, onun yükün hərəkət etməsinə səbəb olan bir “hərəkətverici qüvvəsi” olmalıdır. Məsələn, metallar qarşılaşdıqda, hərəkətverici qüvvə iki material arasındakı iş funksiyasındakı fərqdir. Nəhayət, rütubət və ya səthlərin pürüzlülüyü kimi yüklənməyə təsir edə biləcək müxtəlif xarici amillər mövcuddur.

Əgər bütün materiallar üçün bütün hərəkətverici qüvvələr və mexanizmlər işlənib hazırlana bilsəydi, vahid bir nəzəriyyə yaratmaq mümkün ola bilərdi. Lakin Marks deyir ki, buna çatmaq on il çəkə bilər.

Və hamı bizim buna nail olacağımızla razılaşmır. Klivlenddəki Case Western Reserve Universitetinin kimya mühəndisi Daniel Laks deyir ki, statik elektrik doldurma gündəlik vəziyyətlərdə dəqiq proqnozlaşdırmaq üçün çox mürəkkəb ola bilər. “Düşünmürəm ki, son cavab asan və sadə bir cavab olacaq. Düşünürəm ki, son cavab bu olacaq ki, bu, bir çox amillərdən çox asılıdır.”

Şmutsun gücü

Bu arada, alimlər getdikcə daha mürəkkəb üsullardan istifadə edərək yeni təcrübələr üzərində irəliləyirlər.

Məsələn, akustik levitasiya, sadəcə əşyalara toxunmaqla yarana biləcək gözlənilməz yüklənmənin qarşısını alır. Bu texnikadan istifadə edərək, Qrosjan, Vaytukaitis və həmkarları bir konkret suala toxundular: Niyə iki eyni material toxunduqda yüklənir? Komanda şüşə muncuqların eyni materialdan hazırlanmış bir lövhəyə dəydikdə necə yükləndiyini ölçməyə başladı.

Tapdıqları gözlənilməz idi. Hər bir muncuq sabit yüklənirdi və muncuqlar arasında kəskin fərq var idi. Məsələn, bir muncuq lövhəyə dəyəndə həmişə mənfi yük, digəri isə həmişə müsbət yük alırdı. Hər bir muncuğun fərqli davranmasına səbəb olan bir şey var idi – bəs nə?

Xüsusilə, tədqiqatçılar muncuqları 200° Selsiyə qədər qızdırıb soyumağa qoyduqda nəticələr dəyişdi. Waitukaitis və həmkarları mart ayında Nature jurnalında məlumat veriblər ki , təmizlənmiş dən təmizlənməmiş boşqaba dəyəndə demək olar ki, həmişə mənfi yüklənir.

Yaxından yoxlama zamanı məlum oldu ki, təmizləmə prosesi Yer atmosferində geniş yayılmış və əksər obyektlərin səthinə görünməz şəkildə yapışmış karbon birləşmələrini təmizləyir. Buna nə ad vermək olar? Vaytukaitis görüşdə dedi: “Əvvəlcə biz buna tullantı deyəcəkdik, sonra isə düşündük ki, bəlkə də şmutz. Bu maddəyə nə ad verirsinizsə deyin, onlar geniş yayılmış və qaçılmazdır.”

Təcrübə yükün necə hərəkət etdiyini göstərmədi, lakin səthdəki şeylərin vacib olduğunu ortaya qoydu. Və bu fikir artıq yayılmağa başlayır. Görüşdə Duisburq-Essen Universitetinin fizik Hermann Nienhaus göstərdi ki, silikonun üzərindəki atomların yalnız bir təbəqəsi metalla qarşılaşdıqda onun doldurulma davranışını dəyişdirə bilər. Nienhaus ilə əməkdaşlıq edən Möller deyir: “Bu, təkrarlana bilən bir təcrübə aparmaq üçün nə qədər diqqətli olmalı olduğunuz barədə bir fikir verir”.

Hətta sadə metal-metal korpusu belə əvvəllər düşünüləndən daha mürəkkəb olduğu ortaya çıxır. Möller, Nienhaus və həmkarları 2021-ci ildə Science Advances jurnalında bildirmişdilər ki, mis lövhəyə atılan qızıl kürəsinin doldurulması da kürənin vurma sürətindən asılıdır . Bunun səbəbi kürə və lövhə toqquşduqda bir az sıxılmasıdır. Daha yüksək sürətlərdə daha çox sıxılma olur ki, bu da təmas sahəsini və ötürülən yükü artırır.

Statik elektrik yalnız plastik və rezin də daxil olmaqla çox böyük molekullardan ibarət olan polimerlərlə daha da mürəkkəbləşir. Bunlar həm də karton qutuya girən bir pişiyin başına gələn ən böyük rüsvayçılığın arxasındakı materiallardır: araxislə bəzədilmiş xəz.

Polimerlərlə bağlı hətta bir obyektin keçmişi belə əhəmiyyətli ola bilər. Məsələn, tarix, sıx polimerin bir çox fərqli kvadratlarının bir-birinə toxunduğu təcrübələrə təsir göstərir. Waitukaitis və həmkarları 2025-ci ildə Nature jurnalında bildirmişdilər ki, müəyyən bir kvadratın əvvəllər neçə dəfə toxunulması onun necə yükləndiyini müəyyən edir .

Bu təcrübələr, şarj prosesinə təsir etdiyi bilinən xarici amillərin sayını artırır – rütubət, temperatur, səth əyriliyi, pürüzlülük, cismin ölçüsü və iki cismin bir-birinə toxunub-toxunmaması, sürtünməməsi və ya yuvarlanması kimi uzun bir siyahı.

Bu kimi mürəkkəbliklər keçmişdə qarışıqlığa səbəb ola bilər. Marks deyir ki, əvvəllər oxşar təcrübələr ziddiyyətli olub və bu da sahəyə “çox pis nüfuz” qazandırıb. Lakin son işlər göstərir ki, şərtlər ciddi şəkildə nəzarət edildikdə və müvafiq amillər müəyyən edildikdə nəticələr təkrarlana bilər.

Bu çağırışın cəlbediciliyi statik elektrikin sirlərini həll etməyə həvəsli olan bir qrup alim yetişdirib.

Qaldırma

Bu ehtiras o qədər dərin idi ki, görüşün dördüncü gününün səhəri tezdən bir çox iştirakçı sübh tezdən oyandı. Onlar qaranlıqda ayaqlarının altında qum sürüşərək çimərliyə getdilər – ehtimal ki, saysız-hesabsız elektrik yüklənməsinə səbəb olurdu.
Təxminən 25 kilometr uzaqlıqda raketin buraxılacağı şimala baxdılar. Statik elektrikin kosmik uçuşlar üçün əhəmiyyətini qeyd etmək üçün görüş raket atışlarının tez-tez baş verdiyi Florida ştatının “Kosmik Sahil”ində keçirildi. Tezliklə parlaq bir işıq yandı və izdiham sükut içində bürüdü.

Bu, raketin işığı ilə işıqlandırılan qaranlıq çimərlikdə dayanan eklektik bir qrup idi. Konfrans iştirakçıları arasında NASA mühəndisləri, sənaye partlayışları üzrə mütəxəssislər, skafandr dizaynerləri, nüvə silahları laboratoriyalarında çalışan tədqiqatçılar və daha çox mütəxəssis var idi.

Və bu, kollegial bir dəstə idi — elmi konfransların bəzən qəddar atmosferindən tempin dəyişməsi. Çıxışlar arasında lüks duş başlıqlarında suyun doldurulması, statik elektrikdən istifadə edərək sahiblərinə tullanan parazit yuvarlaq qurdlar və hətta gülməli şəkildə, elektrikə qoşulduqda turşunun yaydığı parıltı haqqında zarafatlı müzakirələr yer alırdı.

Vaytukaytis deyir: “Biz mehribanıq — bəlkə də bir qüsura qədər”. O əlavə edir ki, kimyaçılar və fiziklər ünsiyyət qurmaqda çətinlik çəkirlər və fikir ayrılıqlarını həmişə sorğu-sual etmirlər. “Kimyaçını başa düşməyəndə və ya nə etdiklərini soruşanda, bəlkə də bir az daha aqressiv şəkildə başa düşməyə çalışmaq əslində fayda verərdi”.

Güclü ictimai müzakirələrin keçirildiyi bir görüş deyildi. Məsələn, elektrik yükünün ötürülməsinin hərəkətverici qüvvəsi kimi təklif edilən fleksoelektrik fenomeni haqqında müzakirələri götürək. İdeya ondan ibarətdir ki, bir material digərinə basıldıqda deformasiyaya uğradığı üçün yüklərin kiçik miqyaslarda yenidən düzülməsi materiallar arasında yükün ötürülməsinə səbəb ola biləcək elektrik sahələri yaradır. Görüşdə Möller metal oksidinə dəyən metalda fleksoelektrikliyin sübutlarını bildirdi. Lakin təsir müvəqqəti idi – o, yük ötürülməsinin hərəkətverici qüvvəsi olmadığını və buna görə də statik elektrikin arxasında olmadığını söylədi.

Fleksoelektrikin tərəfdarlarının lehinə danışdıqlarını gözləmək olardı, amma belə bir müzakirə baş vermədi, bəlkə də nəticələr Möllerin təcrübəsinə xas idi. “Fleksoelektrikin nəticəyə heç bir təsirini görmürük”, Möller deyir. “Bunun digər təcrübələr üçün də eyni olduğunu deməyəcəyəm.”

Nəticələrə bu qədər çox amilin təsir etdiyi bir sahədə münaqişəni gizlətmək asandır. Təcrübələr uyğun gəlmirsə, bu, əsl elmi uyğunsuzluqdan qaynaqlana bilər və ya bir qrup metallarla, digəri isə polimerlərlə işləyirdi. Bu, konsensusa gəlməyi daha da çətinləşdirib.

Anlamağa doğru avarçəkmə

Görüşün son gecəsində onlarla triboelektrik həvəskarı yaxınlıqdakı Banana çayı laqununda icarəyə götürülmüş kayaklarla üzdü. Hər avarçəkmə zamanı suyun üzərində mavi bir parıltı görünürdü. Görüşün təşkilatçıları tərəfindən təşkil edilən gəzinti iştirakçılara Florida ştatının biolüminesans sularına bir baxış bucağı verdi .

Əllərini laqunun ilıq sularına salan iştirakçılar barmaqlarından parıldayan mavi rəngin sürüşməsinə heyran qaldılar. Təsir bioloji idi – statik elektrik iştirak etmirdi – amma eyni dərəcədə heyrətamiz idi.

Kayaklar tandem idi və hər qayıqda iki nəfər var idi. Kimyaçılar fiziklərlə, baş tədqiqatçılar tələbələrlə birlikdə avar çəkirdilər və hamısı eyni istiqamətdə hərəkət edirdilər. Onlar birlikdə üçqat yüklənmənin öyrənilməsindən daha çox su idman növlərində asanlıqla əldə edilə bilən bir şəkildə çalışdılar. Lakin ən azı bir konsensus nöqtəsinə nail olunub, deyə Möller bildirir. “İnsanlar problemin düşündüklərindən daha mürəkkəb olduğunu qəbul edirlər.”

Statik elektrikin elmi cəhətdən çətin bir mövzu olması uyğun görünür. Lakin ilişib qalmamaq üçün hələ də imkanlar var. Bu, çox güman ki, dahiyanə bir fikir deyil, yavaş, metodik iş tələb edəcək – tapmaca parçalarını bir-bir yerinə qoymaq üçün lazım olan diqqətdən fərqli olaraq. Marks deyir: “Bu, əslində sintez məsələsidir. Biz pazlın bütün parçalarını bilirik, sadəcə onları düzgün qaydada bir yerə yığmalıyıq.”