ELEKTRONUN KEŞFİ BİR

Değerli arkadaşlar, çoğumuz belli eğitim aşamalarını geçerek hayata devam ediyoruz. Herhangi Bir okulda (orta,lise vs) pek çok konuyu öğrenmek durumunda kaldık. Kimimiz meraklı olduğu için kimimiz de sınıfı geçmek için bu bilgileri öğrendik. Öğrendiğimiz ne çok şey var. Fizik,kimya,edebiyat vs binlerce çeşit konu yığınla bilgi. Ne yazık ki kullanılmayan bilgi zamanla unutulma eğilimindedir hele birde istemeyerek öğrenilmişse…

Elektronun keşfi ile ilgili bir yazı yazmak istedim. Evvelden beri ilgimi çok çekerdi. Hatta sanırım lise birde hocama kafama takılan bir soruyu sormuştum ne yazık ki cevabınıda alamamıştım. Soru şuydu “madem aynı yükler birbirini itiyor, çekirdekteki protonlar niye fırlayıp gitmiyor?” 

Tabi yıllar sonra sorumun cevabını çeşitli kitaplardan buldum. Öğrenmekten haz duyduğum bu bilgiyi sizlerle de paylaşmak istedim. Şimdi konuya girmek için biraz tarihi geriye saralım. İnsanoğlu herhalde aklının sebebiyle çok meraklıdır. Tarih boyunca atalarımız pek çok şeyi merak etti ve cevaplar bulmaya çalıştı.”nereden geldik,nereye gidiyoruz? ”  herhalde en merak edilenleri idi  ve bu sorular  dinleri doğurdu demek mümkün. Yıldızları merak ettiler, canlıları, dağları vb. Sonra her şey nasıl başladı sorusundan herşeyin temeli nedir? sorusuna cevap arandı. Buradan ana madde diyebileceğimiz her topluma göre değişen ama hemen hepsi sonradan yanlış olduğu kanıtlanan geçici cevaplar buldular. Kimi toplum “su,ateş,toprak,odun” dedi kimi biraz daha farklı maddeyi asıl madde kabul etti. Ancak su iki asıl maddenin (bugün buna element diyoruz) yani hidrojen ve oksijenin yaptığı bileşiktir. Toprak içinde onlarca element ve yüzlerce bileşiğin olduğu karışım, aynı şekilde odunda benzer yapıdadır ateş ise maddenin hallerinden biri olan plazma hali. Görüldüğü üzere atalarımız ne yazık ki fena yanılmıştı hiçbiri ana madde değildi. Lafı uzatmadan,sorunun daha doğruya yakını bizim topraklarda soruldu.Trakyada “Aldera kasabasında” yaşayan Yunanlı filozof Demikritos cevabı “atom” diye verdi bu kendi dilinde bölünemez anlamındadır yani bu filozof maddenin en küçük ve esasını atom denilen bir yapıya bağladı.Fakat sanılmasın ki tüm dünya bunu kabul etti,hayır bu bilgi çok dar bir çevrede kaldı.

19 yy da artık bilhassa Avrupa'da bu varsayımsal bilgi yaygınlık kazanmıştı. Elbette yine aydın kesim içinde ancak hala kabul etmeyen bilim insanları vardı. Ancak 20 YY'ın ilk çeyreğinde üst üste gelen buluşlar bu görüşün evrensellik kazanmasını sağladı.

Avrupa coğrafi  keşiflerin getirdiğ farklı bilgi ve altın zenginliği (gümüşü de  eklemek gerekir)  ile yoğun bir buluşlar dönemine girdi. Hem astronomi, matematik, fizik, biyoloji gibi farklı alanlarda çok önemli buluş ve keşifler gerçekleştirildi oluşturulan bu bilgi birikimi daha karmaşık soruların sorulması ve cevabına zemin hazırladı.

Bu çetrefil konulardan biri maddenin yapısı idi. Önce atomun çok küçük bir yapısı olduğu ve çekirdek denen yoğun bölüm olduğu vede elektron denilen parçacıkların bu yoğun kütle çevresinde döndüğü anlaşıldı. Hatta bu atomların öyle çok fazla çeşitlilik de olmadığı ancak gördüğümüz her şeyi bu az sayıda ki atomların bileşik ve karşımından olduğu ortaya çıkmıştı. İlk başlarda 92 adet diye düşünülen ayrı özellikteki atomlar (elementler,bugün böyle adlandırılıyor bu elementlerde atomlardan oluşuyor ancak maddenin özelliği bozulmadan en küçük parçası anlamını taşıyor. Demir, altın, oksijen vs elementtir ancak su,toprak,çelik,ekmek,şarap,çiçek vs element değildir) daha sonra 103 ncü element olan Lavrensiyum bulunmuştur veya oluşturulmuştur. 92 nci element uranyum du. Bu element doğada az da olsa bulunuyordu. Fakat diğerleri yani 93 ve sonrası evrende yoktur ve laboratuvarda tabiri caizse “imal edilmiştir”. Günümüzde bu sayı 120 kadar çıkmıştır ve artma olasılığı da mevcuttur.

Şimdi atoma biraz daha yakından bakalım. Genellikle güneş sistemine benzetilen atom, daha sonraki elde edilen bilgilerle pek de öyle olmadığı anlaşılmıştır. Ortada ki çekirdekte proton denilen ve artı yüklü olan parçık(lar) vardır. Dengeli bir atomda daima proton sayısı elektron sayısına eşittir. Normal elementlerde proton sayısı kadar da nötron adı verilmiş adı üzerinde yüksüz parçacık(lar) bulunur. Ancak tek bir elektronu olan ve tek protonu olan ve evrenin en fazla bulunanı olan hidrojen bir istisnadır. Normal hidrojen de durum budur ama bir nötronu olanıda vardır buna Döteryum denir iki nötronu olana ise trityum denir sonuncusu radyoaktiftir. İşte böyle normal elementin fazladan nötronu bulunanına o elementin “izotopu” denir, bu durumda hidrojenin iki izotopu vardır. Diğer elementlerden bir veya daha fazla izotopu olan çoktur. Hidrojen önemli bir elementtir birincisi evrenin çok büyük kısmını oluşturur %75 . Fakat aynı zamanda en hafif element olduğu için gaz halinde iken zor tutulur bu nedenle uzaya karışır. Yeryüzünde ki hidrojen genelde bileşikler halinde bulunur. Bilindiği gibi suyun iki elementinden biridir bu nedenle okyanusların %11 hidrojendir ama yer kabuğunda bu oran çok düşer %0.15.  Ay gibi gök cisimleri var olan atmosferini koruyamamıştır çünkü yerçekimi gücü zayıf kalmıştır. Hidrojen yeryüzünde ki yaşamın kaynağı diyebileceğimiz güneş te çok bol bulunur öyle ki her saniye 600 milyon ton hidrojen yakılır ve 574 milyon ton helyuma dönüşür 4 milyon ton ise  E=mc2  formülü gereği enerjiye dönüşerek bizim ve dünyada ki canlıların yaşamasını sağlar.

yukarıda da gördüğümüz gibi en basit elementten enerji ile daha karmaşık elementler güneş bünyesinde yapılır fakat bunun da bir sınırı vardır bizim güneşimiz en son demiri imal eder ve orada kalır. Demirin elektron sayısı 26 dır. 27 olan ise  “kobalt” tır ama artık kobalt güneş de imal edilmez fakat dünyada kobalt ve üstü elementler (altın, bakır, çinko vs) vardır bu durumu nasıl açıklayacağız? Bunun cevabı vardır; bu elementler aslında güneş sistemi dışıdır yani bizim mahalleden değil!  Elektron ve proton sayısı arttıkça daha fazla enerji  gerekir. Bu enerji ise uzayda boldur. Birinci kaynak “nova” denen güneş patlamaları dır.  Bu patlamalarda inanılmaz yükseklikte enerji açığa çıkar  ayrıca “süpernova” patlamasında daha yüksek ve en son olarak da(şimdilik) Quasar” denilen devasa enerji kaynakları vardır burada oluşan daha yüksek elementler çok yüksek hızlarla ve milyarlarca yıl içinde çok uzaklardan gelip dünyanın oluşumuna katkıda bulunmuşlardır bizde  muhakkak ki  bu yolcuların sonucuyuz zira bu elementler olmasa yeryüzünde bugünkü anlamda yaşam olmazdı. Buna büyük kütleler halinde uzaya fırlamış (meteor) parçaların inanılmaz mesafeleri kat edip dünyaya çarpması ile katkıda bulunduğunu eklememiz gerekiyor (kuyruklu yıldızların bir kısmı güneş sistemi dışı kaynaklıdır).

Artık konumuza dönmemiz lazım,atomun yapısını kısaca gördük. Fakat bu parçalar nihai parçalar değildir. Bir protonda değişik daha ufak parçacıklardan oluşmuştur (temel parçacıklar). Ancak elektron böyle değildir, elektron temel parçacıklardan kabul edilir (ışık parçacığı olan foton gibi ) Bir elektron tipik olarak, yarıçapı 10 üzeri eksi 10 metre (buna bir angstrom denir) olan bir yörüngede döner. Çekirdeğin boyutu ise bu yörüngeye göre inanılmaz küçüktür (10 üzeri eksi 15 yani bir fermi denir bu büyüklüğe) şöyle benzetirsek elektronu bir metre boyutuna getirsek,  çekidek 12 km uzakta olurdu…

Kısacası atom çok çok küçük dünyadır.

protonun kütlesi 1,67çarpı 10 üzeri 27 kg. dır.

elektronun kütlesi ise 9,1095çarpı 10 üzeri 31 kg. dır.

Görüleceği üzere elektronlar çok daha küçük ve az kütlelidir. Elektronlar fizikçiler tarafında “lepton”adı verilen bir gruba dahil edilir. Bu grubun daha bir düzine kadar daha üyesi vardır. Proton ve nötron ise fizikçilerin “hadron”adını verdiği gruba dahildir. Bu grubun yüzlerce üyesi olduğu kabul edilir.

Elektronların stabil olduğu kabul edilir yani bunlar zaman içinde daha küçük parçalara ayrılmazlar. Fakat aynı durum proton ve nötron için geçerli değildir. Eğer bu parçalar bir atom bünyesinde kalırsa ömürlerinin 10 üzeri 30 yıl olduğu düşünülür. Bazı parçacıkların ömrü çok daha kısadır. Öyle ki saniyenin milyarda biri zaman yaşayıp dönüşen parçacıklar vardır. Fizikçiler için bir parçacık diyelim ki onda bir saniye yaşıyorsa uzun ömürlü kapsamına alırlar çünkü o parçacığın diyelim onda bir saniyede ışık hızı ile aldığı yolu hesap ederler bu durumda o parçacık yaklaşık 30.000 km mesafe kat eder. Fakat yaşamı süresince sadece birkaç milim kat eden parçacıklar vardır bu durumda bu parçacık ne kadar zaman yaşamış bir hesap edin!...

• NOT:Bu yazıyı burda kesiyorum yoksa hiç kimse okumaz,devamı gelecek yazıya.