İnsanoğlu mikro âlemde derinleştikçe, atomu anlamaya çalıştıkça makro âlemde (kozmozda) aradığı sorulara cevaplar bulmaya başladı. Çünkü "âlemin anahtarı insanın nefsine takıldığı" gibi, makro âlemdeki fizikî sırlar da mikro âlemdeki atomun içine saklanmıştır. Bu zaviyeden atoma kozmozun anahtarı da diyebiliriz. Bilim bugün geldiği nokta itibarı ile yıldızların, kimyevî elementlerin hattâ kainatın yaratılışını belli teorilerle izah etmeye çalışmaktadır. Burada enteresan olan husus, bilim insanlarının, mikro âlemde atomu anlamaya çalışırken tevafuken kâinatın yaratılışına ait mekanizmaları da aydınlatacak ipuçlarına ulaşmalarıdır.
Maddeyi meydana getiren atomlarla ilgili 20. yüzyılın başlarında elde edilen ilk şaşırtıcı bilgi onun ne kadar küçük olduğu idi. Atom 1 mm'nin trilyonda birinden bile küçüktü ve bir kum tanesinde bile trilyonlarca atom vardı. Atomun içindeki partiküllerin (proton, nötron, elektron) keşfi ise yıllar aldı. Bugün gelinen noktada kâinatta en azından 1080 proton ve nötron olduğu tahmin edilmektedir. Bu çok büyük bir sayıdır. Ancak daha şaşırtıcı olanı bu partiküllerin kâinatın ilk yaratılış ânındaki doğru dizilebilme ihtimalinin düşüklüğüdür. Oxford Üniversitesi'nden matematikçi Roger Penrose, kâinatı meydana getiren proton ve nötronların Büyük Patlama (Bing Bang) ânında 1080 değişik ihtimalden sadece bir ihtimalle dizilmiş olabileceğini hesaplamıştır ve yalnızca o diziliş şekli, patlamadan sonra bugünkü kâinatı netice verecektir. Bu ihtimal sayısı o kadar büyüktür ki, eğer kainattaki bütün zerreleri sıfır olarak kullansak bu sayıyı düz olarak yazmak için yetmezdi (Üslü sayılarla 1080 yazabiliyoruz).
20. yüzyıl başlarından itibaren birçok bilim adamı daha çok simyacı olabilmek, madenleri altına dönüştürebilmek için atom üzerinde çalışmaya başladı. Bunlardan biri olan Rutherford, uzun deneyler sonunda, madenleri altına dönüştürmeyi başaramadı; ama bir atom modeli geliştirdi. Rutherford atomu güneş sistemine benzetiyordu. Fakat çekirdek hakkında pek bir şey bilinmiyordu. Rutherford elementleri birbirinden ayıran şeyin çekirdeklerindeki proton sayısı olduğunu fark etti. Tabiatta bulunan en hafif elementte 1, en ağır elementte 92 proton bulunuyordu.
Bu tespit her ne kadar tabiatta bulunan 92 elementi izah etse de, ciddi bir problem vardı. Aynı yıllarda Cavandish lâboratuvarlarında atomun ağırlığının ilk defa ölçülmesi ile çekirdekte proton dışında başka bir parçacığın olması gerektiği anlaşıldı. Zîrâ 2 protonu bulunan helyum, 1 protonu bulunan hidrojenden 2 değil tam 4 kat ağırdı. Demek ki her bir protona mukabil bir başka partikül vardı. Bu partikülün yüksüz olan nötron olduğunun anlaşılması tam 12 yıl aldı. Böylece 1932 yılında, atomun üç temel partikülünün keşfedilmesiyle nükleer fiziğin temelleri atılmış oldu.
Nükleer fiziğin karşılaştığı ilk problem, nasıl olup da atomun çökmediği meselesiydi. Çekirdeğin içindeki protonlar artı yüklüdür ve aynı yükler birbirini iter. O zaman onları orada tutan nedir? Araştırmalar neticesinde yeni bir kuvvet çeşidi keşfedildi: Güçlü nükleer kuvvet. O güne kadar sadece kütle çekim kuvveti ve elektromanyetik kuvvet biliniyordu. Her bir kuvvetin tesirli olduğu bir ölçek vardı ve o sınırlar dışında tesiri hissedilmiyor, bu şekilde denge sağlanmış oluyordu. Kütle çekim kuvveti büyük ölçeklerde hissediliyor; ama mikro ölçekte tesirini yitiriyordu. Güçlü nükleer kuvvet ise, sadece atom çekirdeği içinde tesirliydi. Her şeyde olduğu gibi kuvvetlerin de tesirlerine bir sınır konulmuştu. Aksi takdirde eğer kütle çekim kuvveti ile değil de güçlü nükleer kuvvetle dünya bizi çekseydi, bir insan bütün Samanyolu galaksisinden daha ağır olurdu. Güçlü nükleer kuvvet 1 mm'nin sadece trilyonda birinden küçük ölçeklerde tesirli olur ve atomun tutkalı olarak bilinir. Atom çekirdeğinde 2 kuvvet tesirlidir: Aynı yüklü protonları iten elektromanyetik kuvvet ve onları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet. Atom çekirdeği âdeta bu iki kuvvetin mübareze (üstün gelme çabası) meydanıdır. 2. Dünya Savaşı için yapılan hararetli çalışmalar neticesinde, tabiatta bulunan 92 elementin nükleer stabilitesi (kararlılık) tamamen aydınlanmış oldu. Atom çekirdeği içindeki mübarezede eğer elektromanyetik kuvvet galebe çalarsa, o atom radyoaktif elementtir (mesela 92 protonlu uranyum). Güçlü nükleer kuvvet galebe çalarsa, o atom kararlı bir elementtir (sodyum, bakır, gümüş vs. gibi). Dolayısıyla çekirdek hareketleri bu iki kuvvetin tesiri ile izah edilebilir.
Kuvvet dengeleri yönü ile tabiatta bulunan 92 element içinde bir tanesi çok dikkat çekiciydi: Demir. Demir atomunun çekirdeğinde 26 proton vardır ve bu sayı çekirdekteki iki farklı kuvvetin birbirini tam olarak dengelediği sırlı bir sayıdır. Bu da demiri tabiatta bulunan en kararlı element yapar. Diğer bütün elementler demirin kararlılığını arar. Atom numarası (yani çekirdeğindeki proton sayısı) 26'dan küçük olan elementler birleşerek (füzyon), 26'dan büyük olan elementler parçalanarak (fisyon) demire benzemeye meylettirilir. Belli bir atom numarasından sonra da güçlü nükleer kuvvet artık protonları tutamaz ve bu elementlere radyoaktif elementler denir (mesela 88 protonlu radyum ve 92 protonlu uranyum gibi).
Nükleer fizikçilerin hazırladığı stabilite grafiğinin tepe noktasında demir vardı. Astronomların yıldızların parlaklıklarına (her bir elementin ayrı bir parlaklığı vardır) göre hazırladığı elementlerin bulunabilirlik (bolluk) grafiğinin en üst noktasında yine demir bulunuyordu. Özetle en stabil element olan, yani çekirdeğinde iki kuvvetin en iyi dengelendiği demir, kâinatta en bol bulunan elementlerdendi. Ayrıca bu bütün elementler için geçerliydi. Az stabil olan radyum az bulunuyor, izafi olarak ondan daha stabil olan alüminyum daha bol bulunuyordu. Âdeta çekirdeğe atılan imza kozmoza da atılmıştı.
Elementlerle alâkalı bir başka ilginç gerçek ise, onların nerede yaratıldıkları idi. Bilim insanları Güneş'te nükleer füzyon neticesi yüksek basınç ve sıcaklıkta 1 protonlu hidrojenin 2 protonlu helyuma dönüştürüldüğünü ve Güneş ışığı açığa çıktığını buldular. Peki diğer elementler? Her ne kadar oksijen gibi birkaç elementin yaratılması için Güneş gerekli şartları haiz olsa da, Güneş'teki sıcaklık ve basınç ağır elementler için yeterli değildi. Güneş'te bile bu şartlar sağlanmıyorsa elementlerin dünyada teşekkül ettirilmediği anlaşılır. Demir gibi stabil elementlerin yaratılması için çok yüksek sıcaklık ve basınç gerekliydi. Bu da bir yıldız ölürken ortaya çıkan süpernovalarda bulunuyordu (Güneş süpernova yanında bir mum kadar kalır). Yakıtı tükenen, yani helyuma çevrilerek hidrojeni kalmayan yıldızlar, kendi ağırlıkları altında çöküyor ve muhteşem bir patlama ile süpernovalar meydana geliyordu. Ortaya çıkan sıcaklık ve basınç, en ağır elementlerin bile yaratılması için uygundu. Kısaca en kararlı element olan demir, diğer elementler gibi yıldızlarda yaratılıyor ve gökten yere indiriliyordu.
Süpernovalar 1 protonlu hidrojen ve 2 protonlu helyum dışındaki bütün elementlerin yaradılışı hakkında bir fikir verse de, kâinatın her yerinde bol miktarda bulunan bu iki elementin (meselâ Güneş'in dörtte biri helyumdur) yaradılışını izah edemiyordu. Bu iki elementin kâinatta bu kadar bol bulunması, süpernovalardan çok daha büyük bir enerji kaynağına işaret ediyordu ve bu şartlar da ancak Büyük Patlama ile sağlanabilirdi. İbretlik olan da, bu noktaya araştırmaları ile bilmeden kapı açan fizikçinin, maddenin ezeliyetini şiddetle savunan ateist fizikçi Richard Hoyle'un olması idi. O, Büyük Patlama'ya belki de istihza için Bing Bang ismini bizzat takmıştı. Netice olarak atom üzerindeki araştırmalardan yola çıkılarak, bilim insanları; kâinatın ezelî olmadığı, yaklaşık 14 milyar yıl önce büyük patlama ile bir başlangıcı olduğu bilgisine ulaştı.
-------
Nebi İlker SEVİM-Safvet SENÎH
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder