Buradasınız

MADDE

MADDE1

Prof.Dr. Ahmed Yüksel ÖZEMRE

Madde, görünen âlemde, 1) enerji ile birlikte objektif bütün olayların temelini oluşturan, ve 2) kendisine ölçülebilir fizikî özellikler izâfe edilebilen nesnedir.

Maddenin makroskopik zâtî özellikleri gravitasyon ve eylemsizlik'tir. Gravitasyon: maddî nesnelerin biribirlerini çekme özelliği, eylemsizlik ise: maddenin sükûnet şartlarının ya da hareketinin değişmesine karşı gösterdiği dirençtir. Bir cismin kütlesi onun eylemsizliğinin ölçüsüdür. Özel Rölâtivite Teorisi’nin tahkîk edilmiş sonuçlarına göre kütle ile enerji arasında eşdeğerlilik vardır. Maddeyi enerjiye, enerjiyi maddeye dönüştürmek mümkündür. Makroskopik ölçekte kütlenin enerjiye dönüşmesi nükleer reaktörlerde vuku bulmaktadır. Bir gram uranyum-235 atomunun fisyon yoluyla bir günde parçalanması sonucu açığa çıkan enerji 1 megawatt’tır. Bu, 3 ton kömürün yanmasıyla çıkan enerjiye denktir. Enerjinin maddeleşmesi ise mikroskopik ölçekte vuku bulmaktadır.
 
Maddenin mikroskopik özellikleri hakkında ilk düşünenler Eski Yunan'da, Leukipos ile Demokritos olmuştur. Bunlar maddenin sonsuzadek bölünemeyen tâneciklerden oluştuğunu ileri sürmüşler ve bu tâneciklere atom ismini vermişlerdir (Eski Grekçe’de atomos: “bölünmeyen”). Leukipos ve Demokritos, atomların bir arada toplanarak maddeyi nasıl meydana getirdiklerinin akla-yatkın bir açıklamasını verebilmek üzere, bazı atomların toparlak ve bazılarının da çengelli olmaları gerektiğini ve çengelli atomların da biribirlerine karşı gösterdikleri sempati ve câzibe(!) dolayısıyla biribirlerine çengellenerek katı maddenin oluştuklarını savunmuşlardır. Bu model sıvıların oluşumunu, toparlak atomların bir araya gelip biribirlerinin üzerinden kaymalarıyla açıklıyordu.
Bu model yüzyıllar boyunca felsefî bir fikir cimnastiği olarak kalmıştır. Bugünkü anlayışa uygun element kavramı 1661’de Robert Boyle tarafından tanımlanmış; kimyasal reaksiyonları açıklayabilecek şekilde atom ve molekül kavramları ise 1808’de Dalton ve 1811’de Avogadro tarafından geliştirilmiştir. Atomun yalnızca kimyacıların değil fizikçilerin de ilgi odağı olması ise XIX. yüzyılın sonlarına doğru gerçekleşmiştir.

Madde, moleküllerin yapısına has (meselâ kohezyon kuvvetleri ve valans gibi) özelliklerin; uygulanan: sıcaklığın, basıncın, iyonlaştırma sürecinin fonksiyonu olarak gaz, sıvı, katı ya da plâzma hallerinde; ya da cüce yıldızlar ve nötron yıldızlarında vuku bulduğuna inanıldığı gibi soysuzlaşmış (dejenere) hâlde bulunabilir.

Gelişen gözlem ve deney imkânları, uzun süre parçalanmaz sanılan atom ve onun yapıtaşları hakkında tutarlı bilgi edinilmesini mümkün kılmıştır. Buna göre atom, etrafında elektronların dolandığı bir çekirdekten oluşmaktadır. Atomlar içinde en küçüğü, etrafında tek (negatif elektrik yüklü) elektronun dolandığı çekirdeğinde (pozitif yüklü) bir proton bulunan hidrojen atomudur. Eğer hidrojen atomunu bir trilyon kere büyütmek mümkün olsaydı:

  • tek bir protondan oluşan çekirdeğin çapı bir milimetre, ve kütlesi 1,7 milyon ton olurdu;
  • elektronun çapı bir milimetrenin binde birinden küçük, kütlesi de 900 ton olurdu;
  • bu elektron yaklaşık 100 metre çapındaki bir hacım içinde dolanırdı.

Bu misâl atomun ne kadar büyük bir boşluk içermekte olduğunu göstermektedir.

Diğer elementlerin çekirdeklerinde protonlardan başka nötron adı verilen, elektrik yüklü olmayan ve kütlesi yaklaşık protonunkine eşit tânecikler de bulunur. Bu olgular karşısında maddenin yapıtaşlarının proton, nötron ve elektrondan ibâret olduğu sanılmıştı. Fakat bir süre sonra gerek tânecik hızlandırıcılarında tâneciklerin çok yüksek hızlarda biribirleriyle çarpıştırılması sonunda, gerekse fezânın derinliklerinden gelen kozmik ışınlarda farklı fiziksel özelliklere sâhip bu kabil 200 kadar farklı tâneciğin varlığı ortaya çıkarıldı. Bu durumda acaba maddenin gerçek yapıtaşları nelerdi?

Bugün tabîattaki tâneciklerin

A) Elemanter tânecikler denilen:

1) Leptonlar
2) Kuvarklar, ve
3) Bozonlar

ile

B) Birleşik tânecikler denilen:

1) Baryonlar, ve
2) Mezonlar'dan

ibâret olduğu ortaya konmuştur.

Leptonlar: 1) elektron, 2) müon ve 3) tau ile bunların her birine tekābül eden 4) elektron nötrinosu, 5) müon nötrinosu ve 6) tau nötrinosundan oluşmaktadır. 6 farklı tür kuvark vardır. Bozonlar ise: 1) foton, 2) gluon, 3) aracı bozonlar (W+, W-, Z0), 4) graviton'dan oluşan âyar Bozonları ile 5) Higgs bozonu diye beş sınıfa ayrılmaktadır. Teorilerin varlıklarına işâret ettikleri graviton ile Higgs bozonunun varlığı henüz daha deneysel olarak ortaya konulabilmiş değildir.

Baryonlar: 1) proton ve nötronu ihtivâ eden nukleonlar ile 2) 1 cins lambda, 3 cins sigma, 2 cins ksi, 4 cins delta, 1 cins omega tâneciklerini ihtivâ eden hiperonlardan oluşmaktadır.

Mezonlar ise 3 cins pion, 3 cins kaon, eta, fi ve ro tâneciklerinden oluşmaktadırlar. Bileşik tâneciklerin hepsine birden hadronlar denilmektedir.

Ayrıca elektronların, kuvarkların ve nötrinoların karşıt-tânecikleri vardır. Elektronun karşıt tâneciği aynı kütleye fakat pozitif yüke sâhip pozitron'dur. Karşıt-nötron nötronla aynı kütleye sâhip, yüksüz fakat nötronun +1 olan baryonik sayısının aksine –1 baryonik sayısına sâhiptir. Bir tânecik ile bunun karşıt-tâneciği çarpışacak olursa bunların kütlelerinin tümü gamma ışınları şeklinde salt enerjiye dönüşür. Tabîatta kendi başına karşıt-madde'den yâni karşıt-tâneciklerden oluşmuş atomlar yoktur. Lâboratuvarda imâl edilen ilk karşıt-atom 1995 sonunda CERN'de (Cenevre'deki Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi'nde) imâl edilen 9 adet karşıt-hidrojen atomu olmuştur.

Maddenin yapıtaşları hakkındaki bu sınıflandırma Standart Model diye bilinen ve şimdilik geçerli olan teorik bir model çerçevesi içinde sentez edilmiş bulunmaktadır. Çok girift bir matematiksel formalizm üzerine inşâ edilmiş olan bu model Kuvantum Teorisi ile Rölâtivite Teorisi'ne dayanmaktadır. Bu formalizmin gücü, "aracı bozonlar"ın varlığını ve özelliklerini (deneyle var oldukları tesbit edilmeden önce) öngörebilmiş olmasından ileri gelmektedir. Bu model, gravitasyon olayı hâriç, tânecikler arasındaki bütün etkileşmeleri (ya da başka bir deyimle tâneciklerin biribirlerine uyguladıkları kuvvetleri) açıklayabilmektedir. "Standart Model", bu îtibârla, maddenin nihaî teorisini değil, yalnızca bugün madde hakkında elde etmiş olduğumuz bilgilerin bir sentezini temsil etmektedir. Teorik fizikçilerin rüyâsı ise, tabîatta biribirinden bağımsız gibi görünen ve maddenin değişik bileşenleri arasındaki bağı sağlayan
1) "gravitasyon etkileşmesi"nin,
2) bütün kimyaya hükmeden "elektromagnetik etkileşme"nin,
3) kuvarkların ve dolayısıyla da atom çekirdeklerinin kararlılığını sağlayan "kuvvetli etkileşme"nin, ve
4) beta radyoaktivitesinden, ve Kâinat'ta doğal olarak karşıt maddenin değil de yalnızca "madde"nin bulunmasından sorumlu olan "zayıf etkileşme"nin

aslında tek bir kuvvetin farklı şartlar altında dört ayrı tecellîsi olduğunun deneylerle uyumlu matematiksel bir çerçeve içinde tevhid edilmesidir. Bugün için bu henüz bir ütopya mesâbesindedir.

Kuvantum Mekaniği'nin fizikçilerin âleme bakış açılarında egemen olmasından önce, etkileşmenin, tâneciklerden yayıldığı varsayılan bir kuvvet alanı aracılığıyla vuku bulduğunu savunan bir model geçerliydi. Kuvantum Mekaniği iki tânecik arasındaki böyle bir etkileşmenin ancak, aralarında, bozon dediğimiz bir aracı tâneceğin değiş-tokuşu ile mümkün olduğunu bildirmektedir. Bu, tıpkı, biribiriyle konuşan iki insanın etkileşme bozonunun aralarında teati edilen "söz" olması gibidir.

Elektromagnetik etkileşmelerin bozonu foton; zayıf etkileşmelerinki W+, W-, Z0 tânecikleri; kuvvetli etkileşmelerinki gluonlar; ve gravitasyonunki de, henüz daha deneysel olarak ortaya konulamadığından, teorik bir tânecik olan graviton'dur. "Standart Model" W bozonuna belirli bir kütle izâfe edilmesini mümkün kılan Higgs bozonlarını da öngörmekteyse de deneysel olarak bunların varlığını tesbit etmek henüz mümkün olmamıştır.

Farklı tâneciklerin oluşumunu açıklamak üzere "Büyük Patlama Teorisi" diye bilinen bir senaryo ileri sürülmüştür. Bu senaryoya göre tabîattaki elementler Kâinat'ın hemen başlangıcında değil, yıldızların içinde oluşmuşlardır. Buna göre Kâinat'ın başlangıcı sayılan Büyük Patlama esnâsında protonlar, nötronlar ve elektronlar daha çok hidrojen ile helyum ve çok daha düşük mikdarlarda da lityum, berilyum ve bor gibi basit elementleri oluşturacak biçimde bir araya gelmişler ve bu iptidaî maddeden hareketle yıldızlar oluşmaya başlamıştır. Bu yıldızların içinde egemen olan büyük basınç ve sıcaklığın etkisiyle demir elementine kadar diğer elementler nükleer füzyon aracılığıyla oluşmuşlardır. Demirden daha ağır elementlerin ise süpernova diye adlandırılan bâzı yıldızların patlamaları sonunda oluşan fiziksel şartlarda oluşmuş oldukları düşünülmektedir.

Maddenin sırrı söz konusu olduğunda, eski yunan filozoflarının bu konudaki vehim ve hayâlleri ile, teori ile deneylerin biribirlerini yakından denetleyerek eriştikleri bugünkü olgunluk mertebesinin yansıttığı görüntü arasında büyük mâhiyet farkı vardır. Fizikçilerin maddenin elemanter yapıtaşlarının proton, nötron ve elektrondan ibâret olduğuna kānî olmalarından bir müddet sonra karşılarında yüzlerce yeni tânecik bulmuşlardır. Sonunda, elemanter tânecik olarak vehmettikleri proton ve nötronun aslında kuvarklardan oluşan birleşik tânecikler olduğunu keşfetmişlerdir. Bugün kuvarkların dahi daha da derinde saklı bir takım daha elemanter tâneciklerden oluştukları hakkında şüpheler ileri sürülmektedir. Madde nihaî sırrını fâş etmemektedir.
 

* * *
 

[1]Türkiye Diyânet Vakfı İslâm Ansiklopedisi'nin "Madde" bendi için hazırlanmış ve yayınlanmıştır.

 

Tasarım & Geliştirme | kerataif