Atom konusunu inceleyin
Dalton’un atom teorisinin beş ana noktası vardı:
-Elementler, atom denen küçük parçacıklardan oluşmuştur
-Herhangi bir elementin tüm atomları birbirinin aynıdır
-Bir elementin atomları, başka bir elementin atomlarından farklıdır
-Bir elementin atomları, başka bir elementin atomlarıyla birleşerek bileşikler oluşturabilir. Herhangi bir bileşik, farklı elementlerinden hep aynı oranda içerir.
-Atomlar kimyasal bir süreç ile üretilemez, daha küçük parçalara bölünemez ve yok edilemez. Kimyasal reaksiyonlar sadece atomların birbirleriyle nasıl gruplandıklarını değiştirir.
Hava, su, dağlar, hayvanlar, bitkiler, vücudunuz, oturduğunuz koltuk, kısacası en ağırından en hafifine kadar gördüğünüz, dokunduğunuz, hissettiğiniz her şey atomlardan meydana gelmiştir. Elinizde tuttuğunuz kitabın her bir sayfası milyarlarca atomdan oluşur. Atomlar öyle küçük parçacıklardır ki, en güçlü mikroskoplarla dahi bir tanesini görmek mümkün değildir. Bir atomun çapı ancak milimetrenin milyonda biri kadardır.
Bu küçüklüğü bir insanın gözünde canlandırması pek mümkün değildir. O yüzden bunu bir örnekle açıklamaya çalışalım:
Elinizde bir anahtar olduğunu düşünün. Kuşkusuz bu anahtarın içindeki atomları görebilmeniz mümkün değildir. Atomları mutlaka görmek istiyorum diyorsanız, elinizdeki anahtarı dünyanın boyutlarına getirmeniz gerekecektir. Elinizdeki anahtar dünya boyutunda büyürse, işte o zaman anahtarın içindeki her bir atom bir kiraz büyüklüğüne ulaşır ve siz de onları görebilirsiniz.
Yine bu küçüklüğü kavrayabilmek ve her yerin nasıl atomlarla dolu olduğunu görebilmek için bir örnek daha verelim:
Tek bir tuz tanesinin tüm atomlarını saymak istediğimizi düşünelim. Saniyede bir milyar (1.000.000.000) tane sayacak kadar hızlı olduğumuzu da varsayalım. Bu dikkate değer beceriye karşın, bu ufacık tuz tanesi içindeki atom sayısını tam olarak tespit edebilmek için beş yüz yıldan fazla bir zamana ihtiyacımız olacaktır. Peki bu kadar küçük bir yapının içinde ne vardır?
Bu derece küçük olmasına rağmen atomun içinde evrende gördüğümüz sistemle kıyaslanabilecek kadar kusursuz, eşsiz ve kompleks bir sistem bulunmaktadır.
Her atom, bir çekirdek ve çekirdeğin çok uzağındaki yörüngelerde dönüp-dolaşan elektronlardan oluşmuştur. Çekirdeğin içinde ise proton ve nötron ismi verilen başka parçacıklar vardır.
Bu bölümde, canlı-cansız her şeyin temelini oluşturan atomun olağanüstü yapısını ve atomların nasıl birleşerek molekülleri, dolayısıyla maddeyi oluşturduğunu inceleyeceğiz.
ÇEKİRDEKTE SAKLI GÜÇ
Çekirdek, atomun tam merkezinde bulunmaktadır ve atomun niteliğine göre belirli sayılarda proton ve nötrondan oluşmuştur. Çekirdeğin yarıçapı, atomun yarıçapının onbin de biri kadardır. Rakam olarak verirsek; atomun yarıçapı 10-8 (0,00000001) cm, çekirdeğin yarıçapı ise 10-12 (0,000000000001) cm kadardır. Dolayısıyla çekirdeğin hacmi, atomun hacminin 10 milyarda biri eder.
Bu büyüklüğü (daha doğrusu küçüklüğü) yine gözümüzde canlandıramayacağımıza göre, kiraz örneğimizden devam edebiliriz. Biraz önce bahsettiğimiz gibi elinizdeki anahtarı dünya boyutlarına getirdiğinizde ortaya çıkan kiraz büyüklüğündeki atomların içinde çekirdeği arayalım. Ama bu arayış boşunadır, çünkü böyle bir ölçekte bile çok daha küçük olan çekirdeği gözlemleme olanağımız kesinlikle yoktur. Gerçekten bir şey görebilmek istiyorsak yeniden ölçü değiştirmek gerekecektir. Atomumuzu temsil eden kiraz yeniden büyüyüp iki yüz metre yüksekliğinde kocaman bir top olmalıdır. Bu akıl almaz boyuta karşın atomumuzun çekirdeği yine de çok küçük bir toz tanesinden daha iri bir duruma gelmeyecektir. Öyle ki, çekirdeğin 10-13 cm olan çapı ile, atomun 10-8 cm olan çapını kıyasladığımızda şöyle bir sonuç ortaya çıkar: Atomu bir küre şeklinde kabul ederek bu küreyi tamamen çekirdekle doldurmak istediğimiz takdirde bu iş için 1015 (1.000.000.000.000.000) atom çekirdeği gerekecektir.
Ancak bundan daha şaşırtıcı bir durum vardır: Boyutları atomun 10 milyarda biri olmasına rağmen, çekirdeğin kütlesi atomun kütlesinin % 99.95’ini oluşturmaktadır. Peki bir şey nasıl olur da bir yandan kütlenin yaklaşık tamamını oluştururken, diğer yandan da hemen hemen hiç yer kaplamaz?
Bunun sebebi şudur: Atomun kütlesini oluşturan yoğunluk tüm atoma eşit olarak dağılmamıştır, yani atomun bütün kütlesi atomun çekirdeğinde birikmiştir. Diyelim ki, sizin 10 milyar metrekarelik bir eviniz var ve bu evin tüm eşyasını 1 metrekarelik bir odada toplamanız gerekiyor. Bunu yapabilir misiniz? Tabii ki yapamazsınız. Ancak atom çekirdeği dünyada eşi-benzeri olmayan çok büyük bir güçle bunu yapabilmektedir. Bu gücün kaynağı önceki bölümde ifade ettiğimiz evrendeki dört temel kuvvetten biri olan “Güçlü Nükleer Kuvvet”dir.
Bu kuvvetin doğadaki kuvvetlerin en güçlüsü olarak, bir atomun çekirdeğini bir arada tuttuğundan, onu dağılmaktan kurtardığından bahsetmiştik. Çekirdekteki protonların hepsi pozitif yüklüdür ve elektromanyetik kuvvet nedeniyle birbirlerini iterler. Fakat güçlü nükleer kuvvet onların itme gücünden 100 kat daha büyük olduğundan, elektromanyetik kuvvet etkisiz hale gelir. Böylece protonlar bir arada tutunabilirler.
Kısacası gözle göremeyeceğimiz kadar küçük bir atomun içinde, birbiriyle etkileşim halinde iki büyük kuvvet bulunur. Bu kuvvetlerin hassas değerleri sayesinde çekirdek bir bütün olarak kalabilir.
Atomun boyutlarını ve evrendeki atom sayısını dikkate aldığımızda, ortada muazzam bir denge ve tasarım olduğunu görmemek mümkün değildir. Öyle ki, evrendeki temel kuvvetlerin çok özel bir biçimde, büyük bir ilimle ve kudretle yaratıldığı çok açıktır. İnkarcıların bu yaratılışı göz ardı edebilmek için sığındıkları tek yol, tüm bunların “tesadüfler” sonucu oluştuğunu iddia etmekten öteye gidememektedir. Oysa olasılık hesapları evrendeki dengelerin “tesadüfen” oluşma ihtimalinin “sıfır” olduğunu bilimsel olarak kanıtlamaktadır.
ATOMDAKİ BOŞLUK
Daha önce de üzerinde durduğumuz gibi, bir atomun çok büyük bir bölümü boşluktan oluşmaktadır. Burada her insanın aklına aynı soru gelir: Böyle büyük bir boşluk neden vardır? Şimdi şöyle düşünelim: Atom, en basit anlatımla içinde bir çekirdek ve onun çevresinde dönen elektronlardan oluşmaktadır. Çekirdekle elektronlar arasında başka hiçbir şey yoktur. Bu, “hiçbir şey olmayan” mikroskobik büyüklük, aslında atom ölçeğine göre çok geniştir. Bu genişliği şöyle örneklendirebiliriz: Çapı1 cm. olan küçük bir bilye , çekirdeğe en yakın
elektronu temsil ederse, çekirdek bu bilyeden 1 km. ötede bulunacaktır. Bu büyüklüğün kafamızda daha iyi canlanabilmesi için şöyle bir örnek verebiliriz:
“Temel parçacıklar arasında çok büyük bir boşluk egemendir. Eğer bir oksijen çekirdeğinin protonunu şu önümdeki masanın üstünde duran bir toplu iğnenin başı gibi düşünürsem, o zaman çevresinde dönen elektron Hollanda, Almanya ve İspanya’dan geçen bir çember çizer. Onun için, bedenimi oluşturan tüm atomlar birbirlerine değecek kadar bir araya gelseydi, artık beni göremezdiniz. Zaten, artık beni çıplak gözle hiçbir zaman gözlemleyemezdiniz: Neredeyse milimetrenin birkaç binde biri boyutunda ufacık bir toz kadar olurdum.”
İşte bu noktada evrende bilinen en büyük mekanla, en küçük mekan arasında bir benzerlik ortaya çıktığını fark ederiz. Öyle ki, gözlerimizi yıldızlara çevirirsek, orada da atomdakine benzer bir boşlukla karşılaşırız. Yıldızlar arasında da, galaksiler arasında da milyarlarca kilometrelik boşluklar mevcuttur. Ama bu boşlukların her ikisinde de insan aklını zorlayan, anlama kapasitesini aşan bir düzen hakimdir.
ÇEKİRDEĞİN İÇİ: PROTON VE NÖTRONLAR
1932 yılına dek, çekirdeğin proton ve elektronlardan oluştuğu sanılıyordu. Çekirdeğin içinde protonla beraber elektronların değil =olduğu ancak o tarihte keşfedilebildi. (Ünlü bilim adamı Chadwick 1932 yılında çekirdeğin içinde nötronun varlığını ispatladı ve bu keşfiyle Nobel ödülü kazandı.) İşte insanoğlunun atomun gerçek yapısıyla tanışması bu kadar yakın tarihte gerçekleşti. Atom çekirdeğinin ne kadar küçük boyutta olduğundan daha önce bahsetmiştik. Atom çekirdeğinin içine sığabilen bir protonun büyüklüğü ise 10-15 metredir.
Bu kadar küçük bir parçacığın insan hayatında pek bir önemi olamayacağını düşünebilirsiniz. Ancak, insan aklının kavramakta çok zorluk çektiği bir küçüklükte olan bu parçacıklar aslında çevrenizde gördüğünüz her şeyin temelini oluşturur.
EVRENDEKİ ÇEŞİTLİLİĞİN KAYNAĞI
Şu ana kadar tespit edilebilmiş 109 tane element vardır. Tüm evren, dünyamız, canlı-cansız bütün varlıklar, bu 109 elementin çeşitli biçimlerde birleşmeleriyle oluşmuştur. Buraya kadar tüm elementlerin birbirinin benzeri atomlardan oluştuğunu gördük; atomlar da birbirinin aynı parçacıklardan oluşuyordu. Peki madem elementleri oluşturan bütün atomlar aynı parçacıklardan oluşuyor, o halde elementleri farklı kılan, sınırsız çeşitlilikte maddeyi oluşturan nedir?
Elementleri temelde birbirlerinden farklı kılan şey, atomlarının çekirdeklerindeki proton sayılarıdır. En hafif element olan hidrojen atomunda bir proton, ikinci en hafif element olan helyum atomunda iki proton, altın atomunda 79 proton, oksijen atomunda 8 proton, demir atomunda 26 proton vardır. İşte altını demirden, demiri oksijenden ayıran özellik, yalnızca atomlarının proton sayılarındakı bu farklılıktır. Soluduğumuz hava, vücudumuz, herhangi bir bitki veya bir hayvan ya da uzaydaki bir gezegen, canlı-cansız, acı-tatlı, katı-sıvı her
şey… Bunların hepsi sonuçta proton-nötron-elektronlardan meydana gelirler .
FİZİKSEL VARLIĞIN SINIRI: KUARKLAR
Atomun çekirdeğindeki proton ve nötronlar kuark adı verilen daha küçük parçacıkların bir araya gelmesiyle oluşurlar.
Atomun yapısından kuark’ın yapısına: Modern hızlandırıcılar kullanılarak, atomu oluşturan en küçük parçacıkları incelemek mümkündür. Üstteki resim bu ilişkiyi boyutuna göre gösteriyor.
Günümüzden 20 yıl öncesine kadar atomları oluşturan en küçük parçacıkların protonlar ve nötronlar oldukları sanılıyordu. Ancak çok yakın bir tarihte, atomun içinde bu parçacıkları oluşturan çok daha küçük parçacıkların var olduğu keşfedildi.
Bu buluştan sonra, atomun içindeki “alt parçacıkları” ve onların kendilerine has hareketlerini incelemek üzere “Parçacık Fiziği” isimli bir fizik dalı ortaya çıkmıştır. Parçacık fiziğinin yaptığı araştırmalar şu gerçeği açığa çıkarmıştır: Atomu oluşturan proton ve nötronlar da aslında “kuark” adı verilen daha alt parçacıklardan oluşmaktadırlar.
İnsan aklının kavrama sınırlarını aşan küçüklükteki protonu oluşturan kuarkların boyutu ise daha da hayret vericidir: 10-18 (0,000000000000000001) metre. Protonun içinde bulunan kuarklar hiçbir şekilde birbirlerinden çok fazla uzaklaştırılamazlar; çünkü, çekirdeğin içindeki parçacıkları bir arada tutmaya yarayan “güçlü nükleer kuvvet” burada da etki etmektedir. Bu kuvvet, kuarklar arasında adeta bir lastik bant gibi görev yapar. Kuarkların arası açıldıkça bu kuvvet büyür ve iki kuark birbirinden en fazla 1 metrenin katrilyonda biri kadar uzaklaşabilir. Kuarklar arasındaki bu lastik başlar, güçlü nükleer kuvveti taşıyan gluonlar sayesinde oluşur. Kuarklarla gluonlar birbirleriyle son derece güçlü bir iletişim halindedir. Ancak, bilim adamları bu iletişimin nasıl gerçekleştiğini halen keşfedememişlerdir.
“Parçacık Fiziği” alanında hiç durmadan parçacıklar dünyasını aydınlatmak için araştırmalar yapılmaktadır. Fakat insanoğlu, sahip olduğu akıl, bilinç ve bilgiye rağmen kendisiyle birlikte her şeyi oluşturan özü ancak yeni yeni keşfedebilmektedir. Üstelik bu özün içine girdikçe konu daha da detaylanmakta, insan kuark ismini verdiği parçacığın 10-18 m.lik sınırında takılmaktadır. Peki bu sınırın da altında ne vardır?
Bugün bilim adamları bu konu ile ilgili çeşitli tezler öne sürerler, ama yukarıda da belirttiğimiz gibi bu sınır fiziksel evrenin son noktasıdır. Bunun altında bulunacak olan her şey madde ile değil, ancak enerji ile ifade edilebilir. Asıl önemli olan nokta ise, insanın tüm teknolojik imkanlarına rağmen yeni keşfedebildiği bir mekanda çok büyük dengelerin, fizik kanunlarının zaten bir saat gibi işliyor olmasıdır. Üstelik bu mekan evrendeki tüm maddenin ve insanın da yapı taşını oluşturan atomun içidir.
İnsan ise kendi vücudundaki organlarda, sistemlerde her saniye işleyen bu kusursuz mekanizmadan yeni yeni haberdar olmaya başlamıştır. Bunları oluşturan hücrelerin mekanizmalarını öğrenmesi ise ancak son birkaç on yıla dayanır. Hücrenin temelindeki atomların, atomların içindeki proton ve nötronların, ve bunların da içindeki kuarkların mekanizmalarındaki üstün yaratılış ise, inançlı olsun ya da olmasın herkesi hayrete düşürecek bir mükemmelliktedir. Burada asıl üzerinde düşünülmesi gereken konu ise, tüm bu kusursuz mekanizmaların insan yaşamındaki her saniye boyunca, insanın herhangi bir müdahalesi olmadan, tamamen kontrolü dışında muntazam bir şekilde çalışmasıdır.
ATOMUN DİĞER UCU: ELEKTRONLAR
Elektronlar tıpkı dünyanın güneş çevresinde dönerken, aynı zamanda kendi çevresinde dönmesi gibi, atom çekirdeğinin çevresinde dönen parçacıklardır. Aynı, gezegenlerde olduğu gibi bu dönüş, bizim yörünge adını verdiğimiz yollarda, çok büyük bir düzen içinde ve hiç durmaksızın gerçekleşir. Fakat dünyayla güneşin büyüklükleri arasındaki oran ile atomun içindeki oran çok farklıdır. Eğer elektronların büyüklüğü ile dünyanın büyüklüğü arasında bir kıyas yapmak gerekirse, bir atomu dünya kadar büyütsek, elektron sadece bir elma boyutuna gelecektir.
Yandaki resimde elektronların dalga hareketine göre çizdikleri dört farklı yörünge tipi gösterilmektedir. Elektronlar parçacık özelliğine göre de gezegenlerin Güneş’in çevresinde dönmeleri gibi yörüngeler çizerler. Fakat elektronların sahip oldukları bu farklı hareketler, onların tam olarak tanımlanmasını engellemektedir.
En güçlü mikroskopların bile göremeyeceği kadar küçük bir alanda dönüp-duran onlarca elektron, atomun içinde çok karışık bir trafik yaratır. Burada dikkat çeken en önemli nokta, çekirdeği elektrik yükünden oluşan bir zırh gibi kuşatan bu elektronların atomun içinde en ufak bir kazaya yol açmamalarıdır. Üstelik atomun içinde yaşanacak en ufak bir kaza atom için felaket olabilir. Ama böyle bir kaza asla gerçekleşmez; tüm işleyiş mükemmel bir düzen ve kusursuz bir sistem içinde devam eder. Çekirdeğin çevresinde saniyede 1.000 km. gibi akıl almaz bir hızla hiç durmadan dönen elektronlar, birbirleriyle bir kez bile çarpışmazlar. Birbirlerinden herhangi bir farkları bulunmayan bu elektronların farklı farklı yörüngelerde bulunmaları, son derece şaşırtıcıdır ve “bilinçli bir tasarım”ın ürünü olduğu apaçıktır. Kütleleri ve hızları birbirlerinden farklı olsaydı çekirdeğin etrafında farklı yörüngelere dizilmeleri doğal karşılanabilirdi. Nitekim Güneş Sistemimiz’deki gezegenlerin dizilişi bu mantıktadır.
Yani birbirinden kütle ve hız olarak tamamen farklı olan gezegenler, doğal olarak Güneş’in etrafında farklı yörüngelere yerleşmişlerdir. Ama atomdaki elektronların durumu bu gezegenlerden tamamen farklıdır. Tıpa tıp birbirlerinin benzeri olan elektronların niçin çekirdek etrafında farklı yörüngelere sahip oldukları, bu yörüngeleri nasıl şaşmadan takip ettikleri, akıl almaz küçüklükteki boyutlarda akıl almaz büyüklükteki süratleriyle nasıl çarpışmadıkları bizleri şaşırtır.
Elektronlar, nötron ve protonların neredeyse iki binde biri kadar ufak parçacıklardır. Bir atomda, protonlarla eşit sayıda elektron bulunur ve her elektron her bir protonun taşıdığı artı (+) yüke eşit değerde eksi (-) yük taşır. Çekirdekteki toplam artı (+) yük ile elektronların toplam eksi (-) yükü birbirini dengeler ve atom nötr olur.
Elektronların, taşıdıkları elektrik yükü itibariyle bazı fizik kurallarına uymaları gerekir. Bu fizik kuralları “aynı elektrik yüklerinin birbirini itmesi ve zıt yüklerin birbirlerini çekmesi”dir.
İlk olarak, normal koşullarda hepsi eksi yüklü olan elektronların bu kurala uyup birbirlerini itmeleri ve çekirdeğin etrafından dağılıp-gitmeleri gerekir. Ancak durum böyle olmaz. Eğer, elektronlar çekirdeğin etrafından dağılsaydı, tüm evren boşlukta dolaşan, proton, nötron ve elektronlardan ibaret olurdu. İkinci olarak; artı yüke sahip olduğu için çekirdeğin, eksi yüklü elektronları kendine çekmesi ve elektronların da çekirdeğe yapışmaları gerekirdi. Böyle bir durumda da çekirdek bütün elektronları çeker ve atom kendi içine çökerdi.
Ancak bu olumsuzlukların hiçbiri olmaz. Elektronların az önce belirttiğimiz (1.000 km/s) olağanüstü kaçış hızları, bunların birbirlerine uyguladıkları itici kuvvet ve çekirdeğin elektronlara uyguladığı çekim kuvveti o kadar hassas değerler üzerine kurulmuştur ki, bu üç zıt etken birbirini mükemmel bir şekilde dengeler. Sonuçta atomdaki bu muazzam sistem dağılıp parçalanmadan sürüp gider. Atoma etki eden bu kuvvetlerden tek bir tanesinin, olması gerekenden biraz daha fazla veya biraz daha az olması atomun hiçbir zaman var olmamasına neden olurdu.
Bu etkenlerin yanı sıra, çekirdekteki protonları ve nötronları birbirine bağlayan nükleer kuvvetler olmasaydı, eşit yüke sahip olan protonlar değil kenetlenmek, birbirlerine yaklaşamayacaklardı bile. Aynı şekilde nötronlar da çekirdeğe hiçbir şekilde
bağlanamayacaklardı. Bunun sonucunda çekirdek, dolayısıyla atom diye bir şey olmayacaktı.
Bu denge, bilim adamları tarafından yıllar boyunca araştırılarak çözülmeye çalışılmış ve sonunda gözlenen olaylara sadece çeşitli isimler takılmıştır: “elektromanyetik kuvvet”, “güçlü nükleer kuvvet”, “zayıf nükleer kuvvet”, “kütlesel çekim kuvveti”… Ancak, yazının girişinde de değindiğimiz gibi, kimse “Neden?” sorusu üzerinde düşünmemiştir. Örneğin, neden bu kuvvetler belirli şiddetlere, belirli kurallara göre hareket ederler? Neden bu kuvvetlerin etkili oldukları alanlar, takip ettikleri kurallar ve bu kuvvetlerin şiddetleri büyük bir uyum içindedir?
Bugüne kadar hiçbir bilim adamı atomdaki, dolayısıyla evrendeki kuvvetlerin sebebini, kaynağını ve niçin belli durumlarda belli kuvvetlerin ortaya çıktığını izah edememiştir. Bilimin yaptığı sadece gerçekleri gözlemlemek ve bunları ölçüp birer “isim” takmaktır.
ELEKTRONLARIN YÖRÜNGESİ
Elektronlar atomun içinde son derece karmaşık bir yörünge izlerler. Bu küçük alanda şehir trafiğinden çok daha kalabalık bir ortam oluşmasına rağmen, en ufak bir düzensizlik yaşanmaz.
En güçlü mikroskopların bile göremeyeceği kadar küçük bir alanda dönüp duran onlarca elektron, daha önce de belirtildiği gibi atomun içinde son derece karışık bir trafik yaratırlar. Ancak bu trafik, en sistemli şehir trafiğiyle bile kıyas edilemeyecek kadar düzenlidir ve elektronlar hiçbir şekilde birbirleriyle çarpışmazlar.
Çünkü elektronların her birinin ayrı bir yörüngesi vardır ve bu yörüngeler hiçbir zaman birbiriyle çakışmaz.
Atom çekirdeğinin çevresinde 7 tane yörünge vardır. Asla değişmeyen bu 7 yörüngedeki elektron sayısı da bir matematiksel formülle belirlenmiştir: 2n2. Atomların tüm yörüngelerinde bulunabilecek en fazla elektron sayısı işte bu formülle sabitlenmiştir (formüldeki “n” harfi, yörünge numarasını belirtir).
Evreni oluşturan sınırsız sayıdaki atomun elektron yörüngelerinin asla şaşmadan 2n2 formülüne uyarak belirli bir sayıda kalmaları bir düzenin göstergesidir. Elektronlar inanılmaz hızlarda hareket etmelerine rağmen, atomun içinde herhangi bir kargaşanın çıkmaması da yine bu eşsiz düzenin bir devamıdır. Bu, tesadüflerin asla açıklayamayacağı bir düzendir .
ELEKTRONLARIN KAPISINI AÇTIĞI RENGARENK DÜNYA
Kapkara bir dünyada yaşamak nasıl olurdu, hiç düşündünüz mü? Bedeniniz, çevrenizdeki insanlar, denizler, gökyüzü, ağaçlar, çiçekler, kısacası her şeyin kapkara olduğunu gözünüzde bir canlandırın. Böyle bir yeryüzünde yaşamayı hiç istemezdiniz öyle değil mi?
Peki, yeryüzünü renkli kılan nedir? Dünyamızı olağanüstü güzel kılan renkler nasıl oluşmaktadırlar?
Maddenin yapısında bulunan bazı özellikler bizim maddeyi renkli olarak algılamamıza yol açarlar. Evet; renkler, elektronların atom içindeki bazı hareketlerinin doğal bir sonucu olarak oluşur. Bu noktada “Elektronların hareketiyle renklerin ne ilgisi olabilir?” diye
düşünebilirsiniz. Bu ilişkiyi hemen kısaca açıklayalım.
Elektronlar sadece belirli yörüngelerde dönerler. Bu yörüngelerin 7 tane olduğundan az önce bahsetmiştik. Her bir yörünge belirli bir enerji seviyesine sahiptir. Söz konusu enerji seviyesi yörüngenin çekirdekten olan uzaklığına bağlı olarak değişir. Bir yörünge çekirdeğe ne kadar yakınsa elektronun enerjisi o kadar az, çekirdeğe ne kadar uzaksa enerjisi o kadar yüksek olur.
Elektronların yörüngelerinin her birinin altında da “alt yörüngeler” vardır. Elektronlar, bulundukları yörüngenin “alt yörüngeleri” arasında sürekli olarak hareket ederler.
Elektronun yörüngeler arasında seyahat etmesi için dışarıdan enerji alması gerekir. Bu enerjinin kaynağı ise “foton”dur.
Güneşten dünyamıza ulaşan ışınların yüzde yetmişi dünya üzerindeki canlılığın var olması için en uygun olan ışınlardır.
Foton, en basit anlatımıyla “ışık parçacığı”dır. Evrendeki yıldızların hepsi birer foton kaynağıdır, Dünyamız içinse en önemli kaynak elbette ki Güneş’tir. Fotonlar Güneş’ten saniyede 300.000 km. hızla tüm uzaya dağılırlar.
Güneş’ten dünyaya gelen bu fotonlar yeryüzündeki maddelerin atomlarına çarptıklarında
atomların elektronlarında seyahatler başlar. Bu enerji desteği sayesinde seyahat yapabilen elektronlar, kendi yörüngelerine geri döndüklerinde gözümüze gelen rengi oluşturacak fotonu dışarı yollarlar. Birkaç cümlede özetlediğimiz bu işlemlerin her biri hiçbir akşama göstermeden ilk yaratılıştan beri devam eder. Her bir aşaması çok büyük plan ve düzen içinde işler. Öyle ki elektronlar ve fotonlar arasındaki bu sistemin bir bölümünün bile işlememesi renksiz, hatta karanlık bir evrenin olmasına neden olurdu.
Karanlık evren yerine renkli bir evrenin oluşabilmesi için bir plan ve düzen içinde işlemesi gereken bu aşamaları tekrar sıralayalım:
Yeryüzüne güneşten gelen ışık, foton tanecikleri halinde yayılır. Yeryüzünde yayılan bu foton tanecikleri maddelerin atomlarına çarpar.
Fotonlar atomların içlerine pek ilerleyemez. Yörüngelerindeki elektronlara çarparlar.
Elektronlar kendilerine çarpan bu fotonları yutarlar.
Elektronlar yuttukları fotonların enerjisini de aldıkları için daha yüksek enerji seviyesine sahip olan bir yörüngeye geçerler.
Bu elektronlar eski durumlarına geri dönmek isterler.
Kendi yörüngelerine geri dönerken de dışarıya yine enerji yüklü bir foton gönderirler.
İşte elektronlardan yansıyan bu fotonlar o cismin rengini belirler. Tüm bu işlemlerin sonucunda bir cismin rengi gerçekte o cisimden yansıyarak gözümüze ulaşan bu ışık taneciklerinin bir karışımı olur. Genellikle kendi ışık yaymayan ve güneşten aldığı ışığı yansıtan bir cismin rengi, hem aldığı ışığa, hem de bu ışık üzerinde yaptığı değişikliğe bağlıdır. Beyaz ışıkla aydınlatılan cisim “kırmızı” görünüyorsa bunun sebebi güneş ışığından kendisine gelen karışımın büyük bölümünü soğurması ve yalnızca kırmızıyı yansıtmasıdır. Burada “soğurmak”tan kastedilen şudur:
Yukarıda da belirttiğimiz gibi atomdaki her bir yörüngenin altında bir de alt yörüngeler vardır ve elektronlar bu alt yörüngeler arasında seyahat ederler. Her yörüngenin belli bir enerji seviyesi vardır ve elektronlar bulundukları alt yörüngenin enerji seviyesi kadar enerji taşırlar. Yörüngeler çekirdekten uzaklaştıkça sahip oldukları enerji miktarları da artar. Elektron, bulunduğu alt yörüngeden yukarıdaki başka bir alt yörüngede, bir elektronluk boş yer olduğunda bir anda yok olur. Ve üst enerji seviyeli alt yörüngede ortaya çıkar. Yalnız elektronun bu hareketi yapabilmesi için enerjisini geçiş yaptığı alt yörüngenin gerektirdiği enerjiye çıkartması gerekir. Elektron, enerjisini Güneş’ten gelen foton parçacıklarını soğurarak (yutarak) artırır. Durumu birkaç örnekle daha anlaşılır hale getirebiliriz: Bir Morpho Kelebeğini ele alalım. Kelebekteki pigmentler, bütün güneş ışığını soğurup mavi rengi yansıtırlar. Yansıtılan bu renge ait ışık parçacıkları, gözdeki retinaya ulaştığında, mavi olarak algılanacak şekilde retinadaki koni hücreler tarafından elektrik sinyaline çevrilir ve beyne gönderilir. Ve mavi renk beyinde oluşur.
Yani bir cismin rengi, ışık kaynağından gelen ışığın özelliğine ve söz konusu cismin bu ışığın ne kadarını dışarı yansıttığına bağlıdır. Örneğin bir elbisenin rengi, güneş ışığında veya bir mağazada bakıldığında aynı değildir.
Bir cisim şayet beynimiz tarafından siyah olarak algılanıyorsa, demektir ki bu cisim Güneş’ten gelen bütün ışığı soğuruyor ve dışarı hiç ışık yansıtmıyor. Aynı şekilde eğer cisim Güneş’ten gelen ışığın tümünü birden yansıtıyor ve hiç ışık soğurmuyorsa beynimiz tarafından beyaz olarak algılanmaktadır. Bu durumda üzerinde dikkatle düşünülmesi gereken noktalar şunlardır:
1. Cismin rengi, ışık kaynağından gelen ışığın özelliklerine bağlıdır.
2. Cismin rengi, kendi yapısındaki moleküllerin elektronlarının hareketine, bu elektronların hangi ışığı soğurup hangisini soğurmayacağına bağlıdır.
3. Cismin rengi, retinaya çarpan fotonu beynimizin nasıl algılayacağına bağlıdır.
Bu noktada bir kere daha durup düşünelim.
Gözle görülemeyecek kadar küçük bir madde olan atomun çekirdeğinin etrafında inanılmaz bir süratle dönen elektronlar, mevcut yörüngelerinden bir anda kaybolup alt-yörünge adı verilen bir başka mekana geçiyorlar. Bu geçiş için alt-yörüngede boş bir yerin olması da şart. Bu esnada ihtiyaç duydukları enerjiyi foton soğurarak temin ediyorlar. Sonra asıl yörüngelerine geri dönüyorlar. Bu hareket esnasında insan gözünün algılayabileceği renkler oluşuyor. Üstelik sayıları trilyonlarla ifade edilebilecek kadar çok atom, her saniye hiç durmadan bunu yapıyor. Bizler de bu sayede hiç kesintisiz bir “görüntü” elde ediyoruz.
Güneş’ten gelen fotonlar yeryüzündeki maddelerin yapılarını etkileyerek, renkli bir dünya görmemizi sağlar.
Bu müthiş mekanizma, insan yapısı hiçbir makinenin işleyişine benzetilemez. Örneğin bir saat tek başına çok karmaşık bir mekanizmaya sahiptir ve saatin doğru olarak çalışabilmesi için tüm parçalarının (çarklar, dişliler, vidalar, somunlar, vs.) doğru yerlerde, doğru biçimde bulunması şarttır. Bu mekanizmada en küçük bir aksama, saatin işleyişine zarar verir. Fakat atomun yapısını ve elektronların yukarıda anlattığımız mekanizmasının işleyişini düşününce, bir saatin yapısının basitliği açıkça ortaya çıkıyor. Dediğimiz gibi bu mekanizma insan
eliyle yapılan hiçbir sistemle kıyaslanamayacak kadar karmaşık, mükemmel ve kusursuzdur. Kuskusuz akıllara durgunluk verecek kadar karmaşık olan ve böylesine kusursuz işleyen bir sistem, materyalist bilim adamlarının iddia ettiği gibi kendi kendine, tesadüfler sonucunda ortaya çıkmış olamaz.
Şimdi şöyle bir soru soralım: Issız bir çölde ilerlerken yerde işleyen bir saat görseniz, bunun toz, toprak, kum ve taşlardan şans eseri oluştuğunu düşünür müsünüz? Bunu hiç kimse düşünmez, çünkü saatteki tasarım ve akıl her yönüyle gözler önündedir. Oysa tek bir atomdaki tasarım ve akıl, yukarıda da söylediğimiz gibi insan yapısı herhangi bir mekanizmayla kıyaslanmayacak kadar üstündür. Daha önceden hiç bilmediğimiz, belki de öğrenmeyi hiç aklımıza getirmediğimiz renkler konusu, bilim ilerledikçe tüm detayları ve karmaşıklığıyla gözlerimizin önüne serilmiştir.
PARÇACIKLARIN PROGRAMLANMIŞ HAREKETİ
Buraya kadar, atomu oluşturan parçacıkların özelliklerini inceledik. Şimdi bu parçacıkların, daha önce bahsetmediğimiz ortak bir özelliğini ele alacağız: “Spin Dönüşü”.
“Spin hareketi” basit olarak nesnenin kendi ekseni etrafında dönmesi anlamına gelir. Evrendeki bütün sistemlerde spin hareketi çok önemli bir rol oynar. Atomun içindeki parçacıklardan uzaydaki yıldızlara kadar bütün sistemler bu hareket üzerine kurulmuştur. Spin hareketini dünya üzerinde araştıran bilim adamları ellerindeki tekniklerle bu görüntüleri yakalama imkanı elde etmişlerdir. Atom altında ise bu hareketi görüntülemek, günümüz teknolojisiyle henüz mümkün olmamıştır.
Atomu oluşturan parçacıkların kendi eksenleri etrafında olağanüstü bir hızla dönüşlerine “spin” adı verilir. Evrendeki pek çok sistemde spin hareketi önemli bir rol oynar. Atomun içindeki parçacıklardan uzaydaki yıldızlara kadar bütün sistemler bu hareket üzerine kurulmuştur. Parçacıkların spin hareketi ise ilk kez 1925 yılında fark edildi ve bu dönüş “Pauli Dışlama İlkesi” olarak anılmaya başlandı. Bu ilkeye göre, iki benzer parçacık aynı duruma sahip olamazlar, yani belirsizlik ilkesinin tanımladığı sınırlar içinde hem aynı konumda, hem de aynı hızda bulunamazlar. Bu kuralı şu şekilde açıklayabiliriz: Bildiğiniz gibi atom son derece küçük bir yapıdır ve o küçük yapının içinde de çok karmaşık bir trafik vardır. Eğer bu yapıyı oluşturan birbirine benzer parçacıklar aynı hızda ve aynı yönde hareket etselerdi ne olurdu, bir düşünelim: Önce, protonu oluşturan 3 kuarkı ele alalım. 3 kuark aynı anda, aynı hızda ve aynı yönde hareket ettikleri takdirde, artık 3 kuark diye bir şey kalmaz, hepsi de tek bir kuark halini alırlar. Böyle bir durumda da protonların oluşması mümkün olmaz ve çekirdek, dolayısıyla atom oluşamaz. Çünkü kuark bir enerjiden ibarettir ve aynı yönde ve aynı hızda hareket eden 3 ayrı enerji olabilmesi mümkün değildir. Bunların bir şekilde birbirlerinden ayrılmaları gerekir. Bu ayrım da ancak hareket farklılıklarıyla oluşabilmektedir. Ancak bu şartla, kuarklar (enerji paketçikleri), nötronları ve protonları oluşturabilirler. Şayet, kuarkların hepsi aynı yönde ve aynı hızda hareket etselerdi, ne protonlar, ne nötronlar, ne de çekirdek oluşabilirdi. Sonuç olarak, atomlar, moleküller dolayısıyla da madde var olamazdı.
Görüldüğü gibi, “spin” hareketi, şu ana kadar gördüğümüz diğer tüm özelliklerde olduğu gibi, evrenin oluşumunda son derece hayati bir öneme sahiptir. Stephen Hawking bu durumu şöyle ifade etmiştir:
“Eğer dünya, dışlama ilkesi olmadan yaratılsaydı kuarklar, birbirinden ayrı ve kesin tanımlı proton ve nötronları oluşturamazdı. Proton ve nötronlar da elektronlarla birlikte atomları oluşturamazlardı. Hepsi, oldukça düzgün, yoğun bir ‘çorba’ oluşturmak üzere bir araya çökerdi”.Bilim bugün atom altı parçacıkların bu olağanüstü hareketlerini keşfetmiştir, ama parçacıkların neden böyle hareket ettiklerini bir türlü açıklayamamaktadır. Bu şuursuz parçacıkların spin şeklinde hareket edebilmeleri için, bu hareketlerinin sonucunda atomu oluşturacaklarını idrak edebilmeleri gerekir.
