KOZMOLOJİ ile uğraşan âlimler, ilimleriyle birlikte hayâllerini de çalıştırmak durumundadır. Düşünebiliyor musunuz, zamanın ve mekânın, diğer bir deyişle hiçbir şeyin olmadığı bir durumda büyük bir infilak ile (Big Bang) kâinat yaratılıyor. Bir noktalık hacim içinde yüz milyar derecenin üzerindeki sıcaklıkta mekân genişlemeye başlıyor.
Başlangıçta kütlesiz olduğu kabul edilen parçacıklar yani foton, nötrino ve karşı nötrinolar yaratılmıştır. Daha sonra sahneye elektronlar, pozitronlar, proton ve nötronlar çıkacaktır. Sıcaklık yüz milyar derecenin altına düşmüştür. Daha ortada maddenin temel bireyi atomun kendisini bırakın, çekirdeği dahi yoktur. Oluşması için sıcaklığın düşmesi yani zamanın ilerlemesi lâzımdır. Zaman dedikse, saatlerden, günlerden, aylardan bahsetmiyoruz; saniyenin altındaki zamanlardan…
Bir saniye sizce neyi ifade ediyor? “Bir” dediğiniz anda müddeti dolmuştur zaten. Gelin görün ki, “parçacık fizikçilerine” göre bu değer hayli büyüktür. İlk parçacıkların meydana gelmesi için 0,0108 saniyenin geçmesinin hesabı yapılmaktadır. Maddeye ait dört temel kuvvetten, atomun çekirdeğini oluşturan yani protonları ve nötronları birleştiren “güçlü kuvvetlerin” oluşması için bunların birleşmesini sağlayacak yakınlaşmanın meydana gelmesi lâzım. Yeterli mesafe yapılan hesaplara göre 10-13 santimetre yani santimetrenin on milyon kere milyonda biri!
Yukarıdaki değerleri Nobel ödüllü parçacık fizikçisi Steven Weinberg’ten (1933-2021) aldık. Amerikalı teorik fizikçi, atomu meydana getiren temel parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimlere ait çalışmalarıyla 1979 Nobel Fizik Ödülünü almıştır. Kâinatın yaratılışının ilk anlarını anlatan “İlk Üç Dakika” (çevirenler Zekeriya Aydın ve Zeki Arslan, TÜBİTAK Yayınları) adlı eserinde atomun meydana geliş safhalarını irdelemektedir.
Altıncı safhada, “Evrenin sıcaklığı şimdi 300 milyon Kelvin’dir. İlk andan beri 34 dakika 40 saniye geçmiştir. Elektronlar ve pozitronlar birbirlerini tümden yok etmişler, ancak protonların yükünü dengelemek için gerekli bir elektron fazlalığı (milyarda bir) kalmıştır. Evrenin enerji yoğunluğu, evrene bir saat 15 dakikalık bir karakteristik genişleme zamanı verir. Çekirdek süreçleri durmuştur. Çekirdek parçacıkları artık helyum çekirdekleri ve hidrojen çekirdekleri hâlindedir” der. Görüldüğü gibi, daha atomların meydana gelmesi için vakit henüz gelmemiştir. Elektronların çekirdeklerle birleşmesi lâzım.
Devam ediyor yazar: “Evren genişlemeye ve soğumaya devam edecek 700 bin yıl sonunda sıcaklık elektronlarla çekirdeklerin kararlı atomları oluşturabilecekleri bir değere düşecektir. Özgür elektronların eksilmesiyle birlikte evrenin içeriği ışınıma geçirgen hâle gelecek ve madde ile ışınım arasındaki çiftlenimin kesilmesi, maddenin gökadaları (galaksileri) ve yıldızları oluşturmaya başlamasına izin verecektir.”
İlk meydana gelen atom, hidrojen atomudur. Hidrojen, en hafif temel elementtir. Çekirdeğinde bir proton ile çekirdek etrafında turlayan bir elektrondan ibarettir. İkinci sıradaki helyumda ise iki proton ve iki elektron bulunur. Proton ve elektron adetleri arttıkça elementler ağırlaşırlar. Diğer element atomlarına hidrojenin ileri safhalardaki türevleri gözüyle bakmak mümkündür. Çünkü ağır elementler yıldız fırınlarındaki kimyasal reaksiyonların neticesinde meydana gelirler. Yıldızların esas maddesi ise hidrojendir.
Son otuz sene, hidrojen enerjisi elde edebilmek için yoğun çalışmalar yapılıyor. Hafif uçucu gaz olan hidrojen moleküllerinin yüksek basınç altında yoğunlaştırılarak “metalik hidrojen” adı verilen hâline dönüştürüldüğü iddiası var. Bunlar bir yana, havacılık ve uzay teknolojisinde kullanılan hidrojenin kritik nokta olan 33 Kelvin’in altında yani bir atmosfer basınçta eksi 253 santigrat derecede sıvılaşmaktadır. Kâinatın ilk dönemlerinde hidrojen atomlarıyla dolu uzayda yüksek basınç altında veya 33 Kelvin sıcaklığının altında mevcut manzarayı tahayyül edebiliyor musunuz? Yani sıvı hâldeki hidrojen okyanusunun dalgalandığı uzayı? Bu bize, Hud Sûresi’nin 7’nci ayet-i kerimesinde geçen “Arşı su üzerinde iken…” bilgisini hatırlatıyor.
Yıldızlardan gelen ışık ve ışımanın incelenmesi, yapıları hakkında fikir vermektedir. Başlıca maddenin hidrojen olduğu biliniyor. Orta ölçekli bir yıldız olan Güneş’imizin kütlesinin yüzde 73,5’ini hidrojen, yüzde 24,8’ini helyum teşkil eder. Kalan az oranda ise diğer elementleri ihtiva eder.
Kâinatın ilk dönemlerinde hidrojen atomlarıyla dolu uzayda yüksek basınç altında veya 33 Kelvin sıcaklığının altında mevcut manzarayı tahayyül edebiliyor musunuz?
Astronomi ilminin önemi
Mevzumuz Güneş’in yapısı ve enerjisi iken astronominin ilim ve teknolojiye olan faydasına değinmek lâzım. Çoğu insanlar gibi Millî Eğitim mensupları da gereksiz görmüş olacak ki 1979 yılında astronomi, zorunlu ders müfredatından çıkarıldı. Hâlbuki bu ilim dalı bize göre fen ve matematikten sonra gelen en önemli ilimdir. Bir insan, Arz’ın Güneş Sistemi ile olan alâkasını, yerini ve önemini belirlemeden, kendisinin bulunduğu coğrafya ile olan bağlantısını lâyıkıyla bilemez. Değerlendirmesi noksan olur.
Bir kere Güneş ve Ay, yeryüzündeki canlıların hayatlarını doğrudan etkilemektedir. Bu iki gök cismi olmadan bitki olsun, hayvan olsun, var olmaları mümkün değildir. İnsan neslinin istikbâli için de önemlidir. Her yıl nüfusu artan Arz’da barınma ve beslenme zorlukları şimdiden kendini hissettirmektedir. Beri yandan, enerji kaynakları mahduttur, tükenmeye doğru gitmektedir. Yanı başımızdaki Ay’da iskân plânları yapılmaktadır. Buradaki bakir kaynaklardan istifade etmek gelişmiş devletlerin atideki programları arasındadır. Uzayda belirli yörüngeler çizen meteorlardaki madenlere bile göz dikilmiştir. Aylarca süren yolculuklar göze alınarak Merih gibi iç gezegenlere uzay araçları yollanarak tetkikler ve sondajlar yapılmaktadır. Nükleer reaksiyonla çalışan hidrojen motorlarının icadıyla yepyeni uzay çağına kapı aralanacaktır. Gezegenler arası yolculuklarla yeryüzü, kıtalar arası ulaşım mesabesine indirgenecek. Bütün bu faaliyetlerde astronomi ilminin büyük payı vardır. Astronomiyi önemsemeyenler, göğü hoş bir manzaraya bakmaktan ibaret sayanlar, yeryüzünde çakılı kalmaya, yerde uzay çağının teknolojisinin hamallığını yapmaya mahkûm olurlar.
İlim ve tekniğin inkişaf ederek günümüz seviyesine gelmesi, astronomi ilmi sayesindedir. Bu tespite şaşılacaktır ama gerçek budur.
Çağımız teknolojisinin en mühim meselesi enerjidir. Nükleer enerji, ihtiyacın çoğunu karşılar durumdadır. Bu enerjiyi elde edebilmek nükleer fizik ilmi sayesindedir. Nükleer fizik de astronomi ilmindeki çalışmalardan etkilenmiştir.
Yirminci yüzyıl başlarında Güneş’in yapısı ile alâkalı birçok bilgi biliniyordu. Hidrojen deposu olan Güneş’in bunu yakarak uzaya ısı ve ışık yaydığı sanılıyordu. Fakat yıldızımızın yaşının 5 milyar olması, bu görüşle tezat teşkil ediyor. Yapılan hesaplar, yanan hidrojenin bu yaşa gelmeden tükenmesi gerektiğini gösteriyor. Güneş hâlâ ısı yaydığına göre bunun sırrı ne olabilirdi?
Fen adamları araştırmaya koyuldular. Alman fizikçi Hans A. Bethe (1906-2005), 1938’de yayınlanan “Yıldızlarda Enerji Üretimi” adlı makalesinde enerjinin temel kaynağının “termonükleer etkileşim zinciri” olduğunu açıklıyordu. İki tür termonükleer tepkime mevzubahisti. Güneş ve eşdeğer ısıya sahip yıldızlardaki hidrojen çevrimi ve daha sıcak yıldızlardaki karbon-azot çevrimi… Bethe, 1967’de “Yıldız Nükleosentez Teorisi” ile Nobel Fizik Ödülünü aldı. Aynı yıllarda benzer bir teori geliştiren ünlü Alman fizikçi, C. Von Weizsacher (1912-2007) ile yıldızlardaki tekrarlı füzyon mekanizmasına dair çalışmalar yaptılar. Neticeye göre Güneş’te üretilen enerji, 4 hidrojenin bir helyuma dönüşmesi ile açığa çıkıyordu. Hesaplara göre Güneş’in içinde her saniyede yaklaşık 674 milyon ton hidrojen, 670 milyon ton helyuma dönüşmektedir. Yani Güneş, saniyede 4 milyon ton kütle kaybına uğruyor. Kayıp bu kütle uzaya ısı, ışık ve radyasyon enerjisi olarak dağılmaktadır.
Güneş’teki nükleer faaliyetlerden ilham alan devletler, benzer enerjinin pratikte elde edilmesi için çalışmaya giriştiler. İlk nükleer santral ABD’de, 1942 yılında Chicago kentinde kuruldu. Elektrik üreten ilk nükleer santral İngiltere’de, 1956 yılında işletmeye açıldı. Günümüzde ABD, 94 adet nükleer reaktörüyle ilk sıradadır. Sırasıyla Fransa 56, Çin 49, Rusya 38, Japonya 33 ve Güney Kore 24 adet reaktörle takip ediyor bu listeyi.
Fransa elektrik ihtiyacının yüzde 70’ini, Slovakya ve Ukrayna yüzde 54’ünü, Macaristan yüzde 49’unu, Belçika yüzde 47’sini nükleer santrallerden karşılamaktadır.
Türkiyede ve dünyada bir ilk: Yeni Güneş Modeli
Güneş’in kütlesinin çoğunluğunu hidrojenin teşkil ettiğini, hidrojenin termonükleer tepkimesiyle ısı ve ışık yaydığını belirtmiştik. Mevcut bilgiler yüzey sıcaklığının 5 bin 500 santigrat dereceden merkeze doğru inildikçe arttığı, çekirdekte sıcaklığın 16 milyon dereceye ulaştığı şeklindedir (Şekil-1).
Şekil-1: Çekirdeğinde sıcaklığın 16 milyon derece olduğu varsayılan mevcut Güneş Modeli…
Bu model bize göre yanlıştır. Böyle muazzam bir sıcaklık içinde yalnız cüz’î bir kütlenin reaksiyona girip kalanının sırasını beklediğini söylemek, beraberinde birçok soruyu cevapsız bırakıyor. Öyle ya, toplam kütleye kıyasla önemsiz denecek bir miktar tepkimeye girerken, büyük kesim niçin durgun vaziyettedir? Çok daha büyük bir hacimde reaksiyon olmaması neden? Buna engel durum nedir? Hangi fizikî ve kimyevî şartlar topyekûn bir infilaka mâni oluyor? Üzerinde durulması gereken temel mesele bu. Bize göre, Güneş’in bütün hacimlerinin yüksek ısı altında olması görüşü yanlışı beraberinde getiriyor.
Atom modelini ele alalım: Çekirdekte “+” (artı) yüklü proton, etrafında “-” (eksi) yüklü elektron var. Atomun kararlı yani dengede olabilmesi için proton ve elektron sayılarının eşit, diğer bir ifadeyle artı ve eksi toplamlarının eşit olması lâzım. Var olmanın temel kanunu bu. Yaratıcı, zıtları yaratıp bir arada bulunduruyor. Hayatımızın her safhasında karşılaştığımız temel mevhum; iyi-kötü, günah-sevap, güzel-çirkin, siyah-beyaz, büyük-küçük, uzun-kısa, sıcak-soğuk gibi zıtlar kanunu.
Güneş’in yapısında da bu kanun caridir. Bünyesinde sıcak, çok sıcak bölgeler olduğu gibi soğuk, çok soğuk kısımlar da var. Güneş’i üç ana kısma ayırıyoruz (Şekil-2): Sıcak ve çok sıcak olan dış kısmını çevreleyen “gaz hidrojen katmanı” (ki termonükleer tepkimeler burada oluşuyor), ortada “sıvı hidrojen katmanı” (ki hidrojenin eksi 253 derecede sıvılaştığını biliyoruz) ve “soğuk sıvı hidrojen katmanı” ile “sıcak gaz hidrojen katmanı” arasında “geçirgen metalik hidrojen tabakası” var. Bu tabaka, izolasyon vazifesi görerek iki katmanın tedricî olarak etkilenmesini sağlıyor. Çekirdekte ise muazzam soğuk olan “katı hidrojen katmanı” var. Genel olarak ifade ettiğimiz bu üç katmandaki sıcaklıklar toplamı nötrdür. Yani sıfırdır. Dengededir.
Şekil-2: Yeni Güneş Modeli (Şematik)…
Gaz katmanının izolasyon tabakasına yaptığı basınç, sıvı katmanının bu tabakaya yaptığı basınca müsavidir. Yani basınç dengededir.
Gaz katmanında termonükleer tepkimeler sonucu kütle kaybı olduğunda, bu katmanda bir önceki hâle göre ısı ve basınç kaybı olacaktır. Geçirgen metalik hidrojen tabakasına her iki katmandan gelen basınç dengesi, sıvı hidrojen katmanı lehine bozulacaktır. Basınç farkının etkisiyle bir miktar sıvı hidrojen, geçirgen izolasyon tabakasından sızmaya başlar. Gaz katmanındaki yüksek ısıyla temas eder etmez buharlaşarak gaz kütleye karışır. Gaz katmana geçen miktar kadar sıvı hidrojenin kütlesinde azalma olacaktır. Bu azalma sıvı katmandaki toplam ısısının düşüşü demektir. Katı hidrojen katmanı ile sıvı hidrojen katmanı arasındaki ısı dengesi bozulur. Dengenin sağlanması, katı hidrojen küresinin dış yüzeyinden bir miktar kütlenin çözümlenerek sıvılaşması şeklinde olacaktır. Görüldüğü gibi, çekirdekteki katı hidrojen katmanından sıvıya, sıvıdan gaz hidrojen katmana tedricî olarak aktarım olur. Her safhada ısı dengesi vardır. Toplam sıcak kütle ısısı ile toplam soğuk kütle ısısı birbirine eşittir.
Basit ve özet olarak yapısını ve faaliyetini açıkladığımız bu yeni Güneş modeli, Türkiye’de ve dünyada bir ilk olarak kamuoyuna sunulmaktadır.
