ATOMUN ÇEKİRDEĞİNDEN EVRENİN SINIRLARINA: 1 - Çekirdek Fiziği ve Atomun Temel Tanecikleri

    Karmaşık bir yapıyı anlamak için önce temeline inmemiz gerekir. Bizim konumuz Gezegenler, Yıldızlar, Evren… Temelde? Atom. Atomun Temel Tanecikleri olan Protonlar, Nötronlar, Elektronlar… ve onları oluşturan Kuarklar. Hadi gel Çekirdek Fiziği’ni en basit şekilde inceleyelim.

                Atom çekirdekleri “+” yüklü Protonlardan ve yüksüz Nötronlardan oluşuyor. Atomların kütlelerinin neredeyse tamamını çekirdeklerindeki bu Protonlar ve Nötronlar oluşturuyor. Protonlar ve Nötronlar kütle olarak birbirlerine çok yakın olsalar da Nötronlar, Protonlara göre çok azıcık daha ağır. Bu Proton ve Nötronlara ise yörüngelerdeki “-“ yüklü elektronlar eşlik ediyor. Elektronlar ise hem Protonlardan hem Nötronlardan çok daha hafifler.

                Peki bu atom altı taneciklerin yükleri ve kütleleri neden önemli?

                Evrendeki en hafif ya da diğer bir deyişle atom çekirdeğinde en az sayıda Proton bulunan atom Hidrojen atomu olduğuna göre; gel birlikte Hidrojen atomunun inceleyelim.

                Önce hidrojen atomunun çekirdeğini çizelim.

                Sonra içine bir Proton.

                Şimdi de çekirdeğe bir yörünge ve yörüngeye de bir elektron.

                İşte Hidrojen atomu bu şekilde gözüküyor. Şuraya da Hidrojen yazdık mı. Tamam. Hidrojen atomumuz hazır.

                Fakat biraz önce “Atomlar Proton, Nötron ve Elektronlar oluşur.” demiştim ya Hidrojen-1 atomunun çekirdeğinde Nötron bulunmuyor. Bu yüzden çekirdeğinde Nötron bulunan en basit atoma geçiş yapalım. Çekirdeğe bir tane de Nötron çizelim. Ama kuantum ölçeğinde bile hiçbir madde, başka bir madde ile iç içe bulunamıyor. Dolayısıyla Proton ve Nötron iç içe geçemeyeceği için Proton biraz kenara gelip Nötrona yer açsın. Bu kadar basit.

                Atomumuz artık Hidrojen-2 izotopu. Yani Döteryum.

                Burada pek belli olmuyor ama Nötronun kütlesi, Protondan çok az bir miktar daha fazla.

                Şimdilik Elektronu bir kenara bırakıp Döteryumun çekirdeğini daha yakından inceleyelim. Döteryum atomumuzun Çekirdeği,

                Proton ve Nötronumuz.

                Şimdi Proton ve Nötron arasındaki kütle farkını daha iyi görebilirsin. Göremedin mi? Neyse. Göremesen de arada Binde bir kadar çok çok çok küçük bir Kütle farkı var. Şimdilik bunu bilmen yeterli.            

                Proton ve Nötronları anlamaya çalışırken,

                en büyük iki kuark olan Yukarı kuark

                ve Aşağı kuarklardan yararlanacağız.

                Yukarı kuarkların yükü +2/3,

                Aşağı kuarkların yükü ise -1/3.

                Eee, Hani çok basit anlatacaktın. Derinlere indikçe iniyorsun! DEME! Birkaç saniye daha sabredersen tam şuranda bir ampul yanmasını sağlayacağım.

    Tekrar dönelim Protonlara. Protonlar, iki tanesi yukarı;

    bir tanesi aşağı

    olmak üzere 3 kuarktan oluşuyor. Yüklerini hatırlayalım. İki tane yukarı kuark için iki tane +2/3 ve bir tane aşağı kuark için bir tane -1/3.

    Hepsini toplayınca: iki, dört, bir çıkar: üç… +3/3.

    Yani +1.

    Nötronlar ise bir tanesi yukarı;

    iki tanesi aşağı olmak üzere yine üç kuarktan oluşuyor.

    Bir tane yukarı kuark için bir tane +2/3 ve iki tane aşağı kuark için iki tane -1/3.

    Hepsini toplayınca iki, bir çıkar: bir, bir daha çıkar: sıfır… 0/3.

    Yani 0.

“+” Yüklü Proton için sonuç “+1”, Nötr, yani yüksüz Nötron için sonuç “0” çıktı. Yaktım mı şimdi buradaki ampulü? Yaktım yaktım. Işığı buraya kadar geldi.

                Doğadaki en hafif element olan Hidrojenin atomunda bir proton, bir elektron vardı. Döteryumun, yani Hidrojen-2 izotopunda ise bir proton, bir nötron, bir de elektron vardı.

                Evrende Döteryum, iki adet hidrojen atomunun nükleer reaksiyon ile birleşmesi sonucu oluşuyor. İki adet hidrojen atomu birleşirken reaksiyona iki adet proton ve iki adet elektron girer. Fakat reaksiyondan bir adet proton bir adet nötron bir adet elektron çıkar. Peki bu nötron nereden geliyor? Ayrıca bir adet Proton ve bir adet elektron nereye gidiyor?

                Gel seninle bir denklem kuralım. Nükleer reaksiyon atomların çekirdeklerinde gerçekleştiğine göre. Şimdilik elektronları bir kenara bırakabiliriz.

               Bu birinci Hidrojen çekirdeğimiz.

              Bu da ikinci Hidrojen çekirdeğimiz.

              Uygun koşullar oluştuğunda –ki uygun koşullardan ileride bahsedeceğim. – Bu iki çekirdek birleşiyor. Bu birleşme sonucunda İki proton bir çekirdeğin içine girmeye zorlanıyor. Olması gereken bu.

              Fakat Fizik kanunları var. Ve diyor ki öyle kafanıza göre bir araya toplanamazsınız. Madem yan yana geldiniz biriniz eski kimliğini dışarıda bırakarak bundan sonra Nötron olacak. “Tamam” diyor bizim eski Proton ve Nötron olmayı kabul ediyor.

              Yani şöyle bir şey oluyor.

              Hatırladın değil mi? Bu bizim Döteryum. Ama keşke her şey bu kadar kolay olsa. Yine olmaz diyor Fizik kanunları. Siz ikiniz de Protonken yükünüz +ikiydi fakat şimdi +bir kaldı. Denge olmak zorunda. “Tamam” diyor bizim eski Proton. Nötr duruma geçerken elinde kalan “+” yükünü Pozitron olarak gönderiyor çekirdeğin dışına.

Pozitron mu ne? E anlatmıştım ya az önce. Anlatmadım mı? Peki… Proton ve Nötronu anlatmıştım.

Üç Kuarktan oluşan Proton ve Nötron gibi parçacıklara “Ağır Parçacık” anlamında Baryon deniyor.

Ayrıca iki kuarktan oluşan “Mezon”lar var Onları da anlatacağım fakat şimdi değil. Onların sırası sohbetimizin ilerleyen dakikalarında gelecek. Bir de “Hafif Parçacık” anlamına gelen Leptonlar ve Karşıt Leptonlar var.

Bunlar da hepinizin bildiği bir parçacık olan “-“ yüklü Elektron, Elektronun karşıt parçacığı olan “+” yüklü Pozitron ve yüksüz Nötrino. Bu parçacıklardan Elektron ve Nötrino, Lepton; Pozitron ise Karşıt Lepton. Üçünün de kütlesi Proton ve Nötron gibi parçacıklara göre çok çok çok daha az.

                Konumuza geri dönelim. Eski Proton Yeni Nötronumuz Pozitronu göndererek yükünden kurtuluyor.

Fakat Fizik kuralları en ufak bir dengesizliği bile kabul etmez. “Pozitronu gönderip yükünden kurtuldun fakat sen biraz kilo da almışsın. Sen Protonken kütlen biraz daha azdı.” diyor. Bir Pozitron, yani bir Karşıt Lepton gönderen Protonumuz bir de Lepton göndermeli ki Nötrona dönüşebilsin. Fakat burada karşısında bir engel var. Elektron gönderemez. Çünkü parçacık olan Elektron ile karşıt parçacık olan Pozitron bir araya gelirse birbirlerini yok ederek saf enerjiye dönüşür. Geriye tek bir seçeneği kalıyor o da nötrino göndermek.

Bir sürü zahmet çekip Fizik kanunlarını memnun etmeyi başaran Protonumuz Nötron olmaya hak kazanıyor. Ve inanın bana bu, çok büyük bir olay. Hepimiz yaşamlarımızı Nötrona dönüşmek için bu kadar çaba harcayan bu Protona borçluyuz. Ama bu, başka bir sohbetimizin konusu. GERİ SAR.

                Bir sürü zahmet çekip Fizik kanunlarını memnun etmeyi başaran Protonumuz artık Nötron olmaya hak kazanıyor.

Sonuç olarak “+1”  yüklü kütlece daha hafif olan Proton uygun koşullarda Nötrona indirgenirken Uzaya, Kütlenin Korunumu Yasası Gereği Nötrino ve pozitron gönderiyor.

                Çekirdekte her şey yoluna girdi. Fakat bu sefer de Elektronlar sorun çıkarıyor. Nükleer reaksiyon sonucunda çekirdekte tek Proton kaldıysa yörüngede de tek elektron olmak zorunda. O zaman dönelim tekrar Elektrona. Nükleer reaksiyon ile Nötrondan çıkan pozitron yoluna devam ederken çekirdeğin yörüngelerindeki elektronlardan biri ile birleşerek hem kendi yok oluyor hem de elektronu yok ediyor.

              Fakat evrende hiçbir şey yoktan var olmaz, vardan da yok olmaz. Sadece form değiştirir. Elektron da Pozitron da birer parçacık. Karşıt parçacıklar birbirleri ile temas edip birbirlerini yok ettiklerinde ortaya Gama Fotonu denilen bir enerji açığa çıkıyor. Madde, enerjiye dönüşüyor. Ve bu enerji de gezegenimizdeki hayatı mümkün kılıyor. Nötrino ise etliye sütlüye karışmadan yoluna devam ediyor.

              Ve sonuçta iki proton ve iki elektronun girdiği nükleer reaksiyondan

              bir proton bir nötron bir de elektron ve Nötrino açığa çıkıyor.

                Döteryumun Hidrojenin bir izotopu olduğundan bahsetmiştim. Helyumu oluşturmak için Hidrojen değil Döteryum gerekiyor. Bir Proton bir Nötron ve bir Elektrondan oluşan iki tane Döteryum birleşerek iki proton iki nötron iki elektrondan oluşan Helyum’u oluşturuyor.

                Fakat burada yeni bir sorun ortaya çıkıyor. Helyumun çekirdeğinde iki Proton, 2 Nötron oluşuyordu. Nötronlar zaten yüksüz. Protonların ikisi de “+” yüklü. Basit fizikten biliyoruz ki karşıt yükler birbirini çekerken aynı yükler birbirini iter. O zaman bu iki Protonun birbirini itmesi gerekiyor. Peki neden Protonlar birbirlerini iterek çekirdeği dağıtmıyorlar da bir arada duruyorlar.

                İşte tam bu noktada evrendeki en güçlü kuvvet devreye giriyor. Bu kuvvet, atomların çekirdeklerindeki proton ve nötronların birbirine bağlanmasını sağlayan kuvvet. Güçlü Nükleer Kuvvet işlerini Mezonlara yaptırıyor.

Şimdi de Mezonları anlamak için Helyumun çekirdeğine girelim.

Mezonlar Protonlarla Protonlar arasında,

Nötronlarla Nötronlar arasında

ve Protonlarla Nötronlar arasında gezerek

Güçlü Nükleer Kuvvetin bilgisini taşıyor ve bu parçacıkların birbirlerine bağlanmasını sağlıyorlar.

Güçlü Nükleer Kuvvet evrendeki en güçlü kuvvet olsa bile etkisi sadece atomun çekirdeği ile sınırlıdır. Zaten bu şekilde olmasa fizik, asla bildiğimiz gibi işlemezdi. Atomların çekirdekleri birbirini çeker evrendeki elementler durup dururken, ısıya, basınca, enerjiye ihtiyaç duymadan daha ağır elementleri oluşturur ve belki de evren daha çok erken safhalarda tekrar içe çökerdi. Neyse, şimdi “Olmasaydı ne olurdu?” kısmını hiç karıştırmayalım. GERİ SAR.

                Güçlü Nükleer Kuvvet evrendeki en güçlü kuvvet olsa bile etkisi sadece atomun çekirdeği ile sınırlıdır. Bu mesafe de 10^-15 metredir. Yani bir milimetrenin milyonda birinin milyonda biri. Güçlü Nükleer Kuvvetin ilginç yanı ise kuarklar birbirine yaklaştıkça birbirlerini daha az çekerken birbirleriden uzaklaşıp aradaki mesafe 10^-15  metreye yaklaştıkça artar. Öyle ki kuarkların birbirlerine en yakın olduğu noktada yok denilecek kadar azken 10^-15   metre mesafede tonlarca ağırlıktaki bir nesneye etki eden Kütle çekimi kuvveti kadardır. Yani eğer kuarkları ya da proton ve nötronları tutabiliyor olsaydın bile onları birbirlerinden 10^-15   metrelik mesafeden daha fazla, hatta bu mesafeye kadar bile ayıramazdın. Yine gereksiz bilgiler verip kafanı şişirmeye, aklını karıştırmaya başladım değil mi? Unut şimdi bu son söylediklerimi. GERİ SAR.

                Güçlü Nükleer Kuvvet evrendeki en güçlü kuvvet olsa bile etkisi sadece atomun çekirdeği ile sınırlıdır.

                Şu ana kadar Protonların pozitif yüklü, Nötronların Nötr, yani yüksüz, Elektronların Negatif yüklü olduğunu, Hidrojen atomunun bir adet Protondan oluştuğunu, Hidrojen atomlarının nükleer reaksiyon ile Döteryum oluşturduklarını, fakat Döteryum’un aslında yeni bir element olmadığını, sadece Hidrojenin izotoplarından biri olduğunu, Döteryumların ise nükleer reaksiyon ile Helyum elementini oluşturduğunu anlattım.

                Peki neden Döteryum yeni bir element değil de Helyum yeni bir element?

                Bunun çok basit bir açıklaması var. Atomların çekirdeklerindeki Protonlara bakıyoruz. Hidrojende bir adet Proton var.

Döteryumda da bir adet Proton var.

Yanına bir adet de Nötron geldi. Fakat Proton sayısı hala bir.

Helyumda ise iki adet Proton var.

Yanında da iki tane de nötron olması bir şey değiştirmiyor.

Çünkü önemli olan tek şey Proton sayısı. Sonra 3 Protonlu Lityum geliyor. Periyodik cetveli hatırlayın. Lityumdan sonra 4 Atom numaralı, yani 4 Protonlu Berilyum. 5 Atom numaralı Bor, 6 Atom numaralı Karbon diye devam ediyor.

                Farklı proton sayısına sahip elementlerin farklı isimleri ve özellikleri oluyor. Bir de Döteryumdan bahsederken izotop dedim. Başlamışken onu da anlatayım?

                İzotop, bir elementin çekirdeğindeki nötron sayısına göre bulunabileceği hallerin tümüne verilen isim oluyor. Atomun çekirdeğindeki Protonlar ile Nötronların sayısı toplanarak izotopun numarası belirleniyor. Az önce Karbon elementinde kalmıştık. Karbon elementinin çekirdeğinde 6 proton olduğunu zaten Atom numarasının 6 olmasından dolayı biliyoruz. Bu 6 protona minimum 3, maksimum 10 Nötron daha katılır. Dolayısıyla Karbon elementi evrende 8 farklı izotop halinde bulunabilir. 6 Proton + 3 Nötrondan oluşan Karbon izotopuna Karbon-9 , 6 Proton + 10 Nötrondan oluşan Karbon izotopuna Karbon-16 denir. Aradaki diğer Karbon izotoplarına da aynı şekilde Karbonun yanına Proton ve Nötron sayılarının toplamı ekleyerek söylenir. Bu izotoplar Proton ve Nötron sayıları birbirlerine ne kadar yakınsa o kadar kararlı, Ne kadar farklıysa o kadar kararsızdır. 6 Proton ve 6 Nötrona sahip Karbon-12 izotopu kararlı bir izotoptur. 6 Proton ve 10 Nötrondan oluşan Karbon -16 ve 6 Proton ve 3 Nötrondan oluşan Karbon-9 izotopu ise olabildiğince kararsızdırlar ve kararsız izotoplar kararlı olmak isterler. Bu sebeple ya enerji atarak ya da parçacık atarak kararlı hale gelmeye çalışırlar. En kararlı hale gelene kadar enerji ya da parçacık atma işlemi devam eder. Enerji ve Parçacık atarak daha kararlı hale gelmeye çalışan bu kararsız çekirdeklere Radyoaktif izotoplar denir. De ben yine coştum galiba. GERİ SAR.

                İzotop bir elementin çekirdeğindeki nötron sayısına göre bulunabileceği hallerin tümüne verilen isim oluyor.

Periyodik Cetveldeki elementlerin, Periyodik cetvele neye göre dizildiğini ve İzotopları da anlattığıma göre bu sohbetimizi sonlandırmanın vakti geldi sanırım. ÇEKİRDEK FİZİĞİ hakkında aslında anlatmam gereken ve anlatacağım çok şey var aslında. Fakat bunlar değil bir sohbete, birkaç sohbete bile sığacak şeyler değil. Şimdilik daha fazla anlatıp kafanı karıştırmak istemiyorum. İlerde bir zaman tekrar Çekirdek Fiziği hakkında sohbet ederiz. O zaman da Hadron, Baryon, Mezon, Lepton, Foton, Bozon, Gluon, Graviton, Çift yok oluş ve Çift var oluş ile enerjinin maddeye ve maddenin enerjiye nasıl dönüştüğü gibi konulara değiniriz.

Ama şimdi o kadar ilerisini boş verelim de bir sonraki sohbetimizden bahsedelim. Bir sonraki sohbetimizde Evrendeki elementlerin nasıl, ne zaman ve nerede oluştuklarından bahsedeceğim. Bir sonraki sohbetimizi kaçırmak istemiyorsan kanalıma abone olup zili çalmayı ve bu sohbetimizi beğendiysen de beğen butonuna basmayı ve videoma yorum yapmayı unutma.

                Bir sonraki sohbetimizde görüşmek üzere hoşça kal. Bilimle Kal.

İNSAN DÜŞÜNEN HAYVANDIR (Tanışma Videosu)

ARİSTO “İnsan, düşünen hayvandır.“ der. Immanuel KANT ise insan için “eleştiren hayvandır.”  der. SOKRATES,  "sorgulayan”; THALES ise “araştıran hayvandır.” der. GAZALİ, “İnsan için tutarsız bir hayvandır” derken Nietzche bir adım daha ileri giderek “İnsan, düpedüz hayvandır.” der. Mavi Ekran.jpg Nietzche’den bahsetmeyecektim. Benim hatam. GERİ SAR.

GAZALİ, “İnsan tutarsız bir hayvandır” derken KONFÜÇYUS ise “İnsan, öğrenen hayvandır. “ der.

İnsan, doğası gereği meraklıdır. Düşünür, eleştirir, sorgular, araştırır ve bunun sonucunda bir öğrenme oluşur. Öğrendikçe daha çok merak eder ve kaçınılmaz olarak daha çok soru sorar. Bu davranış beş yaşındaki çocuklarımız için de aynıdır doksan beş yaşındaki dedelerimiz için de. Sorular değişir, konular değişir… Ama sorma, sorgulama davranışı değişmez.

Wilhelm HEGEL “İnsan, sistematik bir hayvandır.” derken; Thomas KUHN “İnsan, teori kuran hayvandır.” der.

İnsan, cevaplarını öğrenmek için rastgele sorular sormaz. İlk soru belki anlık bir yaşantıdan, ya da anlık bir fikirden çıkar; fakat, sonraki sorular, bu, ilk sorunun cevabını, daha iyi anlayabilmek için sorulan sorulardır.

Beş yaşındaki bir çocuğu düşün. Yazın denize gidersiniz. Denizin üzerinde bir gemi görür ve onun nasıl batmadığını sorar. Anlayacağı şekilde anlattığınızda hemen ikinci soru gelir. “Peki ben neden batıyorum?” sonra durumu sorgular ve bir soru demeti daha gelir. “Ama gemi benden daha ağır değil mi?”, “Batması gerekmiyor mu?” , vesaire vesaire. Durum, bizim için de aynıdır. İlgi alanlarımız; merak duyduğumuz konular vardır ve sorularımızı, düşüncelerimizi ve dolayısıyla sorularımızı bu alanlara yoğunlaştırırız. Bu, bizi ruhsal açıdan doyurur ve mutlu eder.

İnsan hayvanına dönecek olursak; PLATON “İnsan, toplumsal hayvandır.” derken DESCARTES ise “İnsan, konuşan hayvandır.” der.

Doğru değil mi ama? Sadece düşünmek insana yetmez. Kafasında fikirler oluştukça, bunları, kendisi ile aynı alanlara ilgi duyan arkadaşlarına, tanıdıklarına ve dostlarına anlatmak ister. Aklında sorular belirdikçe, sorularını paylaşır; Araştırıp öğrendikçe, öğrendiklerini paylaşır; Yeni fikirler , teoriler oluşturdukça da fikirlerini ve teorilerini paylaşır.

Biz tekrar dönelim şu insan hayvanına… Albert CAMUS, “İnsan, itiraz eden hayvandır.” der. HERAKLIETOS, ise “İnsan, tartışan hayvandır.” der.

Sorularını, bilgilerini paylaşmak bir nebze mutlu etse de, bu da yetmez ona. Kendisini dinleyen insandan, bir onanma ya da itiraz bekler. Çünkü henüz, bebek olan fikirlerinin büyümesi ve olgunlaşması için, üzerinde daha çok düşünülmeye, daha çok konuşulmaya, güzel olan kısımlarının övülmeye; mantık hatası ya da gözlem eksikliği olan kısımlarının ise itiraza ihtiyacı vardır.

Bu arada sanırım hala kendimi tanıtmadım. Ben Mustafa ERİŞKİN, Bu kanalı fizik ve teknoloji konularında düşündüklerimi beni dinlemek isteyen arkadaşlarımla paylaşmak için kurdum.  –ki videomu bu dakikasına kadar izlediysen, sen de benimle aynı konulara ilgi duyan arkadaşlarımdan birisin demektir.–  Yani sanırım öyledir.

Biz yine İnsan Hayvanına dönecek olursak… Hepsinden önemlisi sevgi. Erich FROMM: “İnsan, seven bir hayvandır.” der.

Karnı tok olan ve kendini yeterince güvende hisseden her insan, sevilmeye ve takdir edilmeye ihtiyaç duyar.

Albert CAMUS’un itiraz eden ve HERAKLIETOS tartışan insan hayvanı olurken birbirimizi kırmamaya özen gösterelim. Çünkü en güzel insan seven insandır. Ve en güzel arkadaşlıklar sevgi ile kurulan arkadaşlıklardır. Birbirimizle olan bu yeni arkadaşlığımızın seviyesini korumak için lütfen, her insanın kendi kırmızı çizgisi olan Dinleri, İnançları ve Siyaseti tartışmalarımıza sokmayalım.

Peki sence insan bir hayvan mıdır? Ya da daha insan olabilmek için daha fazla düşünmek, daha fazla araştırmak, daha fazla öğrenmek mi gerekir? Şimdi, hiç oyalanmadan, bir sonraki videoya tıklamadan önce seni bu videoya yorum yapmaya davet ediyorum. Ve eğer uzaya,  fiziğe, bilime ve bilim kurguya meraklıysan kanalıma abone olup zili açmayı sakın unutma.