Ünlü bir fizikçi, gelecek nesillere aktarabileceği tek bir bilimsel bilgi olsaydı, bunun 'her şeyin atomlardan yapıldığı' gerçeği olacağını söylerdi. Çünkü atomların nasıl oluştuğunu anlamak, kütlesi olan her şeyi meydana getirdikleri için temel ve önemli bir sorudur.
Atomların nereden geldiği sorusunun tam olarak yanıtlanması için çok fazla fizik bilgisi gerekir ve hatta bu alanda çalışan uzmanlar bile bazı atomların nasıl oluştuğunu açıklamak için sadece iyi tahminlere sahiptir.
Atom Nedir?
Bir atom, proton ve nötron adı verilen parçacıklardan oluşan çekirdek adı verilen ağır bir merkeze sahiptir. Atomun, çekirdek etrafında yörüngede dönüyormuş gibi düşünebileceğiniz elektron adı verilen daha hafif parçacıkları bulunur.
Elektronların her biri bir birim negatif yüke, protonların her biri bir birim pozitif yüke sahiptir ve nötronların yükü yoktur. Bir atom, aynı sayıda proton ve elektrona sahiptir, bu nedenle nötrdür; yani toplamda yükü yoktur.
Evrendeki atomların çoğu, en basit iki türdendir: bir proton, sıfır nötron ve bir elektrona sahip olan hidrojen; ve iki proton, iki nötron ve iki elektrona sahip olan helyum. Elbette Dünya'da karbon ve oksijen gibi bunlar dışında da yaygın olan pek çok atom vardır, ancak bunlardan birazdan bahsedeceğiz.
Element, bilim insanlarının hepsi aynı olan, yani aynı sayıda protona sahip olan atom gruplarına verdiği addır.
İlk Atomlar Ne Zaman Oluştu?
Evrenin yaklaşık 14 milyar yıl önce başladığı düşünülen Büyük Patlama'dan yaklaşık 400.000 yıl sonra, evrenin hidrojen ve helyum atomlarının çoğu oluştu.
Peki neden o zaman oluştular? Gözlemlerden bilindiği üzere, Büyük Patlama'dan bu yana evrenin boyutu sürekli büyüyor. Hidrojen ve helyum atomları ilk oluştuğunda, evren şimdikinden yaklaşık 1.000 kat daha küçüktü.
Ve fizik anlayışına dayanarak, bilim insanları evrenin daha küçükken çok daha sıcak olduğuna inanıyor. Bu zamandan önce elektronlar, hidrojen ve helyum çekirdekleri etrafında yerleşmek için çok fazla enerjiye sahipti. Bu nedenle, hidrojen ve helyum atomları ancak evren yaklaşık 2.760 santigrat derece gibi bir sıcaklığa soğuduktan sonra oluşabildi. Tarihsel nedenlerle, bu sürece yanıltıcı bir şekilde rekombinasyon (yeniden birleşme) denir; oysaki sadece birleşme daha açıklayıcı olurdu.
Helyum ve döteryum (hidrojenin daha ağır bir formu) çekirdekleri, Büyük Patlama'dan sadece birkaç dakika sonra, sıcaklık 556 milyon santigrat derecenin üzerindeyken bile daha erken oluştular. Protonlar ve nötronlar ancak bu kadar yüksek sıcaklıklarda çarpışarak bu tür çekirdekleri oluşturabilirler.
Bilim insanları, evrendeki sıradan maddenin neredeyse tamamının yaklaşık yüzde 90 hidrojen atomu ve yüzde 8 helyum atomundan oluştuğuna inanıyor.
Daha Ağır Atomlar Nasıl Oluşur?
Hidrojen ve helyum atomları, daha soğuk sıcaklığın elektronların yörüngelere düşmesine izin verdiği 'rekombinasyon' sırasında oluştu. Ancak siz, ben ve Dünya'daki hemen her şey, sadece hidrojen ve helyumdan çok daha ağır atomlardan yapılmıştır. Bu atomlar nasıl yapıldı?
Şaşırtıcı cevap şudur: daha ağır atomlar yıldızlarda yapılır. Çekirdekte birkaç proton ve nötronu bir arada tutan atomları yapmak, çok sıcak yerlerde meydana gelen yüksek enerjili çarpışmalar gerektirir. Daha ağır bir çekirdek oluşturmak için gereken enerji, iki proton gibi pozitif yüklerin birbirine uyguladığı itici elektrik kuvvetini aşacak kadar büyük olmalıdır.
Proton ve nötronların, birbirlerine çok yaklaştıklarında onları bir arada tutacak kadar güçlü başka bir özelliği (farklı bir yük türü gibi) vardır. Bu özelliğe 'güçlü nükleer kuvvet' denir ve bu parçacıkları bir arada tutan işleme 'füzyon' adı verilir.
Bilim insanları, karbondan demire kadar olan elementlerin çoğunun, sıcaklığın 556 milyon santigrat dereceyi aşabileceği Güneşimizden daha ağır yıldızlarda füzyon yoluyla oluştuğuna inanıyorlar. Bu sıcaklık, evrenin sadece birkaç dakikalık olduğu zamanki sıcaklıkla aynıdır.
Ancak sıcak yıldızlarda bile demir ve nikelden daha ağır elementler oluşmaz. Bunlar ekstra enerji gerektirir, çünkü daha ağır elementler daha kolay parçalara ayrılabilir.
Bir süpernova adı verilen dramatik bir olayda, ağır bir yıldızın iç çekirdeği, yakıtı bittiğinde aniden çöker. Bu çökmenin tetiklediği güçlü patlama sırasında, demirden daha ağır elementler oluşabilir ve evrene yayılabilir.
Gök bilimciler, daha büyük atomları oluşturan diğer fantastik yıldız olaylarının ayrıntılarını hala çözmeye çalışıyorlar. Örneğin, çarpışan nötron yıldızları muazzam miktarda enerji ve altın gibi elementleri karadeliklere dönüşürken serbest bırakabilir.
Atomların nasıl yapıldığını anlamak, sadece biraz genel görelilik, nükleer, parçacık ve atom fiziği öğrenmeyi gerektirir. Ancak işleri karmaşıklaştırmak gerekirse, evrende normal atomlardan yapılmış gibi görünmeyen başka maddeler de vardır; bunlara 'karanlık madde' denir. Bilim insanları, karanlık maddenin ne olduğunu ve nasıl oluşabileceğini araştırıyorlar.
