MAKROKOZMOS-MİKROKOZMOS İLİŞKİLERİ - 10

[ADAM]

MİKROKOZMOS - 4 (SON)



MİKROMEKANİK

Atomun, merkezindeki çekirdeğin çevresinde dönen elektronlardan ötürü Güneş Sistemi’ne çok benzemesi nedeniyle, bilinen astronomi kural ve yasalarına uyması beklenmiştir.

Özellikle elektrik çekimi ile genel çekim kuramları arasındaki benzerlik, elektronların atom çekirdeği çevresinde odaklarından birinde bu çekirdeğin bulunduğu eliptik yörüngeler çizmekte oldukları varsayımını getirmiştir. Fakat atomda, bilim bakımından sağlam ve mantığa uygun bir elektron hareketi tablosu oluşturmak yolundaki bütün girişimler fiyasko ile sonuçlanmıştır.

Böylelikle Rutherford Modeli’nin de yanılgılarla dolu olduğu ortaya çıkmıştır.

Buradaki güçlük ve karışıklık, elektronların, gezegenlerin aksine elektrikle yüklü olmalarından ileri gelmektedir. Çünkü genel bir fizik yasasına göre, dönen veya titreşim yapan bütün elektrik yükleri bu hareketleri sırasında elektromanyetik ışınlar biçiminde enerji yayınlar. O halde elektronların çekirdek çevresinde dönme hareketlerinden de elektromanyetik bir ışının doğması gerekir. Bu ışın yayınının neden olduğu enerji yitirilmesi nedeniyle de elektronun hareketinin giderek yavaşlaması, çekirdeğin çekim gücünü karşılayamaz olması ve spiral bir yörünge üzerinden çekirdeğe doğru inmesi gerekir. Elektronların bilinen elektrik yükleri ile dolanma frekansları göz önünde tutulacak olursa, tüm enerjilerini yitirip çekirdeğin üstüne düşmeleri olayı saniyenin yüz binde biri gibi çok kısa bir zaman içinde oluşmalıdır.

Demek oluyor ki, bilinen fizik yasalarına göre, gezegen sistemi benzeri bir atom yapısı doğar doğmaz ani bir ölümle karşılaşmak durumundadır.

Oysa atom sistemi çok kararlı olmakta devam etmektedir ve elektronlar hiçbir enerji kaybına uğramadan çekirdeklerinin çevresindeki dönüşlerini sürdürmektedir.

Bu çelişkinin nedeni şudur: Gerçekte mekaniğin bildiğimiz yasa ve kuramları, insanın doğal algıları kapsamında bulunan cisimler için deney ve gözlem yolu ile bulunmuştur. Astronomi biliminin başarılı adımları bu yasaların makrokozmos kütlelerinin hareketlerine güvenle uygulanabileceklerini ortaya koymuştur. Ancak olağan dışı küçüklükte parçacıklar söz konusu olunca, klasik mekaniğin temel yasa ve kavramlarında bazı değişiklikler yapma zorunluluğu ortaya çıkmaktadır.

Klasik mekaniğin temelini oluşturan ilkeler ancak gerçeğe çok iyi yaklaşmalar olarak kabul edilebilir. Öyle yaklaşmalar ki, başlangıçta hareketlerini açıklamak için tasarlanmış oldukları sistemlerden çok daha nazik sistemlere uygulanmalarına kalkışıldığı zaman, tam bir başarısızlığa uğramaktadırlar.

KUANTUM FİZİĞİ

Atom sistemlerinin davranışları üzerinde daha ileri araştırmalar ve bu arada ortaya çıkan kuantum fiziği ilkeleri, elektronların klasik yörünge tanımını altüst etmiştir.

Kuantum fiziğine göre, elektronların şurada ya da burada belli bir yörünge çizerek hareket etmekte olduklarını ileri sürmek olanaksızdır. Ancak bir elektronun belli bir şerit genişliği içinde hareket etmekte olduğu söylenebilir. Eğer henüz yapılmamış çok üstün güçte bir elektron mikroskobu ile atomdaki elektronların hareketleri gözlem altına alınabilseydi, ışık dalgalarının etkisi altındaki düzensiz hareketleri görülecekti. Bu hareketleri kapsayan şeridin eni de yaklaşık olarak elektron yörüngesinin çapı kadar olacaktı.

Bu demektir ki, aşağı yukarı atomun tamamı bir elektronun “olasılık mekanı”dır. Elektron hareketi artık sürekli bir çizgi ile değil, onun bulunabileceği bütün yerleri temsil eden noktacıklarla gösterilebilir.

Atomun içyapısında klasik mekaniğin “yörünge”, “belirli yön” ve “hız” gibi kavramlarını âdeta çöpe atmış olan bu yeni fiziğin şaşılacak gelişmesi, ışık kırınımı olayları ile uğraşan dalga optiği ile küçük parçacıkların hareketlerini inceleyen mikromekanik arasında büyük benzerlikler olduğunu ortaya koymuştur.

ATOMUN İLKEL PARÇACIKLARI

Elementlerin çoğu kimyasal özellik bakımından aynı fakat atom ağırlığı bakımından biraz farklı atomların karışımından oluşmaktadır. Bu tür atomlara izotop adı verilir. İzotopların atom ağırlığı hep tam sayıdır. Bu bulgu, daha 1815 yılında İngiliz bilim adamı William Prout’un ileri sürmüş olup bir türlü kanıtlanamayan «Bütün elementlerin atomları hidrojen atomundan yapılmıştır.» görüşünü, «Bütün atomların çekirdekleri çeşitli sayıda hidrojen çekirdeğinden yapılıdır.» biçiminde doğrulamaktadır.

Bu hidrojen çekirdeklerine, maddenin ilkel yapı taşı olmaları nedeniyle proton adı verilmiştir.

Çekirdekte protonlardan başka, elektrik yükü olmayan nötronlar da bulunabilir. Proton ve nötronlara birbirlerinden farklı iki çeşit parçacık gözü ile bakılmamalıdır. Bunlar, bugün “nükleon” adıyla anılan aynı parçacığın elektrik bakımından iki ayrı durumundan başka bir şey değildir; protonlar pozitif yüklerini yitirip nötron haline gelebildiği gibi, nötronlar da pozitif bir elektrik yükü alarak proton haline dönüşebilir.

Örneğin, oksijen atomunun çekirdeğinde kütlenin 16 değerinde olması, onun 8 proton ve 8 nötrondan yapılı olduğunu gösterir. Atom ağırlığı 238 olan uranyum çekirdeğinde ise, 92 proton ve 146 nötron bulunur.
Her ne kadar proton, nötron ve elektronlar herhangi bir maddenin yapısı için mutlaka gerekli yapı taşlarını oluşturmakta ise de, ilkel parçacıklar listesi bunlarla sona ermiş değildir.

ANTİMADDE

Doğada negatif elektrik yüklü elektronlara benzeyen fakat yükleri pozitif olan parçacıklar vardır. Bunun gibi, negatif elektrik yüklü proton benzeri parçacıkların da var olmasını gerektiren nedenler az değildir.

Bu konu üzerinde yapılmakta olan araştırmalar, antimadde ya da “madde karşıtı madde” varsayımını doğrulayan sonuçlara yönelmektedir. Ne var ki, bu konudaki incelemeler çok zor ilerleyebilmektedir; çünkü madde ile antimaddenin bir arada bulunması olanaksızdır.

Serbest negatif elektrik yüklü bir elektron ile, “pozitron” adı verilen serbest pozitif elektrik yüklü bir elektron bir araya gelir gelmez, her iki yük birbirini karşılıklı olarak hemen nötr hale getirir. Bu buluşmada her iki elektron da yok olur; daha doğrusu bağımsız birer parçacık olarak varlıkları sona erer. İki elektronun birbirini yok etmesinden sonra da, bu olayın geçtiği yerde şiddetli bir elektromanyetik ışınlanma oluşur.

Böylelikle doğan Gamma ışınları, yok olan parçacıkların ilkel enerjisini alıp götürür. Bu olay, ünlü Alman fizikçi Max Born tarafından “iki elektron arasında bir nikâhsız birleşme” olarak nitelenmiş, T. B. Brown ise bunu daha kötümser fakat daha gerçekçi sayılabilecek bir görüşle, “iki parçacığın karşılıklı intiharı” diye adlandırmıştır.

Bu olayın karşılığı olarak, güçlü bir Gamma ışını bir atom çekirdeğinin yanından geçtiği zaman, biri pozitif ve diğeri negatif yüklü olmak üzere iki parçacık yani bir elektronla bir pozitron oluşur.

Pozitronlar, bildiğimiz negatif elektrik yüklü elektron kavramının bilime girişinden yarım yüzyıl kadar sonra keşfedilmiştir. Öte yanda, negatif protonların varlığı kabul edilecek olursa, atom ve moleküllerin bir “ters yapısı” düşünülebilir. Bu atomların çekirdekleri negatif proton ve nötronlardan oluşmuş olacak, çevreleri de pozitronlarla kaplanacaktır.

Bütün bunlar birtakım fantezi görüş ve imgesel varsayımlar olmayıp, olabilirlikleri kanıtlanmıştır. Hatta antinötronların da varlığı ortaya çıkarılmıştır.


ATOM ÇEKİRDEĞİNDEKİ DEĞİŞİMLER

Bir atom çekirdeğinin bünyesindeki nötron ve proton sayısı arasındaki denge bir çekirdek bombardımanı nedeni ile bozulabilir ve çekirdeğe bir ya da daha çok proton veya nötron katılabilir.

Bu durumda elektriksel bir ayarlama zorunluluğu ortaya çıkar. Eğer nötron sayısı artmış ise bunlardan bazıları atomdan dışarıya bir elektron fırlatılması suretiyle proton haline gelir. Ender ve zor bir durum olmakla birlikte, eğer proton sayısı artmış ise bunlardan bazısı da dışarı pozitron fırlatılması suretiyle nötron haline dönüşür.

Atom çekirdeğindeki bu elektriksel denkleşme olayına “Beta Parçalanması” denir. Dışarı fırlatılan elektron ve pozitronlar da “Beta tanecikleri” olarak anılır.

Bu olay bütünüyle bir çekirdek olayıdır yani dışarıya fırlatılan elektron ve pozitronlar çekirdek çevresinde dönmekte olan elektronlar değil, çekirdekte oluşturulan parçacıklardır.

Bir çekirdeğin iç değişimi belli yasalara bağlı bir olaydır ve her zaman belli miktarda bir enerjinin serbest bırakılması ile birlikte oluşur. Bu enerji, dışarı atılan elektron ya da pozitrona geçer.

Ancak gözlemler, aynı maddeden böylelikle çıkan elektron ve pozitronların çok değişik hareket enerjileri taşıdığını göstermiştir. Wolfgang Pauli, aradaki bu farkın nedeni olarak “nötrino” adını verdiği ve hiçbir elektrik yükü bulunmayan, hiçbir aygıt ile saptanamayan, âdeta varsayımsal bir parçacığın daha bulunduğunu ileri sürmüştür.

Bir nötrino çekirdeği bir kere terk ettikten sonra artık yakalanamaz. Çünkü nötrinolar Gamma ışınlarının bile geçemeyeceği ağır ve kalın engellerden geçebilir. Son araştırmalar, bir nötrino kütlesinin, bir elektron kütlesinin onda birini geçmediğini göstermektedir.

Dolayısıyla nötrino artık varsayımsal bir parçacık olmaktan çıkmıştır.


DÖNÜŞÜMLER

akrokozmosta olduğu gibi mikrokozmosta da bütün temel parçacıklar birbirlerine bağlıdır. Bunlar, çeşitli biçimlerde birleşebilir ya da birbirlerine dönüşebilir.

Bir nötron, bir elektron ve bir nötrino fırlatarak bir proton haline gelir.

Bir proton da bir pozitron ve bir nötrino fırlatarak nötron haline dönüşür.

Bir elektron ve bir pozitron nasıl bir elektromanyetik ışına dönüşebiliyorsa, elektromanyetik bir ışından da bir elektron ile bir pozitron doğabilir.

Nötrinolar elektron Ya da pozitronlarla birleşerek, kozmik ışınlarda rastlanan ve adına “mezon” denilen kararsız parçacıklar oluşturur. Mezonlara önceleri yanlış bir varsayımla “ağır elektron” adı da verilmiştir. Bu yanlışlığın nedeni bir mezon kütlesinin bir elektron kütlesinden yaklaşık olarak 273 kere fazla oluşudur.

Amerikalı Martin Deutsch, bir pozitron ile bir elektronun karşılaştıkları zaman birbirlerini yok etmeden önce çok kısa bir an için “pozitronyum” adını verdiği yeni bir madde oluşturduklarını deneysel olarak saptamıştır. “Çekirdeksiz bir atom” olarak nitelenebilecek olan pozitronyumda, elektron ve pozitron ortak bir merkez çevresinde dönmektedir. Bu maddenin, hidrojen kütlesinden 20 kere daha küçük olduğu da bulunmuştur.

ATOMUN KALBİ

Çekirdekteki parçacıklar sürtünme güçleri ile bir arada durur. Bu güçler protonlar arasındaki iteleme dolayısıyla çekirdeğin patlayıp dağılmasını önlemektedir.

Çekirdeğin yoğunluğu suyun yoğunluğunun yaklaşık 240 trilyon katıdır. İçteki elektriksel itme güçleri sürtünme güçlerine üstün gelecek olursa, çekirdek kendiliğinden bölünme eğilimi gösterir ve çekirdeği oluşturan parçacıklar büyük bir hızla birbirlerinden uzaklaşır.

Ne yazık ki ilk atom bombasını oluşturan kişiler olarak tarihte adları olumsuz bir biçimde de anılmış John Wheeler ile Niels Bohr tarafından birer bilim adamı olarak yapılan deneylerin sonunda gümüşten daha hafif elementlerin atomlarında sürtünme güçlerinin, daha ağırlarında ise elektriksel itme güçlerinin daha etkili olduğu ortaya çıkarılmıştır. Dolayısıyla, gümüşten daha ağır olan tüm elementler genel olarak kararsızdır ve dışarıdan yeter güçte bir darbeye uğramaları halinde çok büyük bir miktarda iç enerjiyi serbest bırakarak iki ya da daha fazla parçaya bölünürler.

Çekirdek reaksiyonu yalnız bölünme biçiminde değil, gümüşten daha hafif elementler için birleşme şeklinde de gerçekleşebilir.  Ancak bu reaksiyonu harekete geçirmek çok güçtür. Şayet  bu güçlük yenilebilecek olursa, karşılığında büyük oranda enerji elde edilir. Örneğin bir oksijen ve bir karbon elementinin bileşiminde karbon monoksit elde edilirken, karışımın beher gramı için 920 kalori serbest bırakılır. Fakat kimyasal birleşme yerine bir çekirdek reaksiyonu oluşturulursa, karbon ve oksijenden silisyum elde edilir ve 14 milyar kalorilik yani kimyasal reaksiyondan 15 milyon kat fazla enerji serbest kalır.

Ne var ki, bir kimyasal reaksiyon birkaç yüz derece sıcaklıkta kolayca oluşabilirken, çekirdek reaksiyonunun başlayabilmesi için ısının milyonlarca dereceye varması gereklidir.

ATOMUN PARÇALANMASI

Uranyum ve toryum gibi elementlerin atomları tarafından yayınlanan X-ışınlarına benzer çok girgin ışınların, bu atomların kendiliklerinden yavaş yavaş parçalanmalarının sonunda doğduğu gösterilmiştir.

Bu şekilde parçalanan çekirdekler, helyum atomu çekirdeğinin aynısı olan Alfa taneciklerini oluşturur. Bu tür bir parçalanma sürekli olarak bir Alfa parçacığı ve iki elektron fırlatılarak yürür ve sonunda kurşun elementi atomunun oluşması ile oldukça kararlı kalır.

Aslında parçalanma bundan sonra da devam etmektedir ama öylesine yavaştır ki fark edilemez.

Alfa parçacıklarının kütleleri atomların kütlesine yakın, yükleri de pozitif olduğundan, bunlar başlangıçtaki pozitif atom gövdesinin parçaları olarak kabul edilebilir. Çok yüksek bir hızla hareket ederek ve küçücük gülleler gibi başka maddelerin atomlarının içinden geçen bu tanecikler, bu geçişleri sırasında atomun negatif yüklü elektronları tarafından çekilir ve pozitif yüklü çekirdeği tarafından itilir. Ancak elektronlar çok hafif oldukları için, yüksek hızla geçen Alfa taneciklerini önemli ölçüde etkileyemez. Buna karşılık kütleli pozitif bölümünün itişi ile bu tanecikler yollarından saparak dağılmak zorunda kalır.



Bütün bunları niçin anlattım?

Çevremizde oluşan olayların büyük çoğunlukla nitelik ve değişiklikleri atomların biçim ve hareketlerinden ileri gelmektedir.

Bu hareketlere uygun olarak insanlar da evrim geçirmekte, düşünüp değerlendirebilen bilinçlerini geliştirmektedir.

İster duygusal isterse akılcı bir yol izlensin, bu gerçek her zaman insanların karşısına çıkmaktadır ve çıkacaktır.

Eğer insan makrokozmos ile mikrokozmos arasında ortada bir yerde bulunmakta ise, bu madde evrenini en küçüğünden en büyüğüne kadar değerlendirmeye kalkıştığı oranda kendi durumunu ve önemini kavrayacaktır.

Bu değerlendirmeye en etkin bir biçimde girişmek istiyorsa, en güçlü dayanağı bilgelikle yoğrulmuş bilim ve akıl olacaktır.

Böyle davranınca, makrozmos ile mikrokozmos arasındaki birtakım ilişkilerden doğmakta olan olay ve olguları da kavrayacaktır.

İşte şimdi sıra o tür olay ve olgulardan örnekler vermeye geliyor.