İlköğretim fen dersinde çevremizdeki doğal dünyanın temellerini öğrenirken büyük olasılıkla okulda maddenin üç hali olduğunu öğrenmişsinizdir: Katı, sıvı ve gaz. Ancak durum, ders kitaplarında anlatıldığı kadar basit değil.
İlk olarak maddenin en yaygın olarak bilinen dört hali olduğunu bilmeliyiz. Bunlar: Katılar, sıvılar, gazlar ve plazmadır. Beşinci hali ise, insan yapımı olan Bose-Einstein yoğunlaşmalarıdır. Plazma çevremizdeki dünyada doğal olarak oluşurken, Bose-Einstein yoğuşmaları laboratuvar koşulları gerektirir, ancak bu onların göz ardı edilmesi gerektiği anlamına gelmez!
En azından ders kitaplarının plazmayı ilk üçe dahil etmemesi doğru değildir. Plazma maddenin özel bir halidir. Maddenin diğer hallerinden farklı olarak, yüklü maddelerden yapıldığı için başka özel niteliklerle birlikte gelir.
Maddenin 4. Hali Olan Plazma Nedir?
Maddenin dördüncü bir halinin de varoluşu 1879’da bir İngiliz fizikçisi olan William Crookes tarafından ortaya atıldı. 1929 yılında da Amerikalı Nobel Kimya ödülüne sahip kimyager Dr. Irwing Langmuir tarafından “plazma” olarak adlandırıldı. Langmuir bu sözcüğü tıp bilimi terminolojisinden aldı.
Plazma terimi, iyonlaşmış gaz halini ifade ediyor. İyonlaşma durumdaki gaz, pozitif yüklü molekül veya atomlar (iyonlar) ve negatif yüklü elektronlar içermektedir. Plazmalar maddenin diğer hallerine göre daha yüksek sıcaklıkta var olmaları nedeniyle gazlara benzerler. Bu nedenle de bulundukları kabı dolduracak biçimde genleşirler. Ancak gazlardan çok farklı bir özellik de taşırlar.
Plazma, serbest olarak hareket eden elektronlar ve iyonlardan oluştuğuna göre, bir maddeyi bu duruma geçirmek için bir enerji gerekir. Bu enerji farklı kaynaklardan elde edilecektir. Bu nedenle iki tür plazmadan söz edebiliriz. Sıcak ve soğuk plazma.
Güneş sistemi ve diğer gök cisimleri sıcak plazmaya örnek olacaktır. Soğuk plazma ise laboratuvar koşullarında elektriksel boşalım veya ışık kaynaklarıyla oluşturulur. Plazmalar aslında diğer maddenin halleri gibi gündelik hayatımızda karşımıza çıkar.
Örneğin elektrik aracılığı ile plazma haline dönüşen gazlar florasan ve neon lambalarındaki ışığı oluşturur. Güneşten ve evrendeki tüm diğer yıldızlardan gelen ışık, nükleer füzyon ile oluşan plazmaların bir sonucudur.
Her iyonize olmuş sistem plazma değildir. Plazmanın en önemli özelliği sanki yüksüz olmasıdır. Bunun yanı sıra, bir sistemin plazma olabilmesi için birim hacim içinde yeteri kadar plazma yoğunluğu bulunması gerekir.
Aslında tahminlere göre Evrendeki maddenin yüzde 99’ u plazma durumundadır. Günlük yaşantımızda karşılaştığımız katı, sıvı ve gazlar aslında maddenin son derece ender durumlarıdır! Örneğin yıldızlar çekimsel olarak bir arada bulunan plazma yumağıdır.
Maddenin 5. Hali: Bose-Einstein Yoğunlaşması
Şu ana kadar aktardıklarımız maddenin dört klasik halini oluştursa da kuantum mekaniğini incelediğimizde durum değişir. Albert Einstein ve Satyendra Nath Bose’a göre madde çok düşük bir sıcaklıkta ( mutlak sıfıra yakın bir noktada) yoğuşuk denilen bir hale ulaşacaktır.
Bose-Einstein Yoğunlaşması süper akışkanlık ve süper iletkenlik gibi tuhaf özellikler sergiler. Önceleri sadece bir varsayım olan bu durum 1995 yılında ve daha sonra 1997 yılında deneylerde kanıtlandı.
Bu son derece düşük sıcaklıkta, moleküler hareket durmaya çok yaklaşır. Bir atomdan diğerine neredeyse hiç kinetik enerji aktarılmadığından, atomlar bir araya toplanmaya başlar. Artık binlerce ayrı atom yok, sadece bir “süper atom” vardır.
Bose-Einstein Yoğunlaşması, kuantum mekaniğini makroskopik düzeyde incelemek için kullanılmaktadır. Bilim insanlarının parçacık / dalga paradoksunu incelemelerine izin verir.
Bose-Einstein Yoğunlaşması ayrıca kara deliklerde bulunabilecek koşulları simüle etmek için de kullanılmaktadır. Detaylar için: Satyendra Nath Bose ve Maddenin 5. Hali Bose-Einstein Yoğunlaşması
Sonuç olarak;
Sonuç olarak maddenin bilim insanlarının gözlemlediği en az beş farklı hali vardır. Üstelik maddenin ilginç özellikler gösteren başka halleri olduğu da bilinmektedir. Geçtiğimiz yüzyılda atom fiziği, parçacık hızlandırıcılar, kuantum teorisi ve sürekli gelişen teknoloji, maddenin diğer birçok halini ortaya çıkardı.
Maddenin her yeni halinin ayrıntılı bir açıklaması bu makalenin kapsamı dışındadır. Ancak şu anda maddenin doğal biçimde oluşan 4 klasik halinin (katı, sıvı, gaz ve plazma) olduğunu söylemek yeterlidir. Ancak yapay koşullar sonucunda ortaya çıkan farklı hallerinin olduğunu bilmek de önemlidir.
Kaynaklar ve İleri Okumalar:
- Matter: Definition & the Five States of Matter; yayınlanma tarihi: 20 Ekim 2022; Bağlantı: https://www.livescience.com/
- All the States of Matter You Didn’t Know Existed; Yayınlanma tarihi: 19 Ağustos 2019; Bağlantı: https://www.popularmechanics.com/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
