Çevremizde gördüğümüz ve dokunduğumuz her şey, katı ve yoğun gibi görünse de, atom seviyesinde büyük ölçüde boş alanlardan oluşur. Daha da ilginç olanı, vücudumuzun % 99’unun boş alanlarla kaplı olmasıdır. Bu durum, evrenin temel yapısına dair hayret verici bir gerçeği ortaya koyar: Hepimiz aslında neredeyse “hiçlikten” oluşuyoruz.
Bu ifade ilk bakışta kulağa garip ya da imkansız gelebilir, ancak bilimsel olarak doğrudur. Vücudumuz, tümü %99’u boş alandan oluşan milyonlarca atomdan meydana gelir. Hepimizi sıkıştırarak bu boş alanları ortadan kaldırsaydınız, insanlığın toplam hacmi bir küp şekerden daha küçük olurdu. Ancak, kütlemiz aynı kalırdı.
Bu da o küçücük küp şekerin, dünyadaki tüm insanların toplam ağırlığını taşıyacak kadar yoğun olacağı anlamına gelir. Bu garip gerçek, atomların yapısıyla doğrudan ilgilidir ve evrenin temel düzeyde nasıl işlediğini anlamamız için önemli bir ipucu sunar.
Kütlesi olan ve belirli bir hacim kaplayan her şeyi madde olarak tanımlarız. Ancak, maddenin yapı taşlarını oluşturan atomlar, düşündüğümüz kadar “dolu” değildir. Tüm atomlar, çekirdek adı verilen küçük, yoğun bir merkezle çevrili bir elektron bulutundan meydana gelir.
Bir atomun çekirdeği, o atomun toplam hacmine göre inanılmaz derecede küçüktür. Çekirdek, atomun yaklaşık 100.000 kat daha küçük bir kısmını oluşturur. Bu büyüklüğü daha iyi anlamak için şu örneği düşünebiliriz. Eğer atomun çekirdeği bir fıstık kadar olsaydı, tüm atom bir futbol stadyumu büyüklüğünde olurdu.
Futbol stadyumunun kenarlarında, farklı elementlere göre sayıları değişen elektronlar bulunur. Elektronlar ve çekirdek arasındaki bu devasa boşluk, atomların yaklaşık %99’unun boş uzaydan oluşmasına neden olur. İşte bu nedenle, görünüşte dolu bir varlık olsak da, aslında büyük ölçüde boşluklardan ibaretiz.
Vücudumuzun % 99’u Boş İse Kütlemiz Nereden Geliyor?
Atomlarımızın büyük bir kısmı boşluk gibi görünse de, vücudumuzun kütlesi bu “boşluklardan” değil, atomları oluşturan temel parçacıkların enerjisinden kaynaklanır. Kütlemizin büyük bir kısmı, atom çekirdeğinde bulunan kuarkların ve gluonların enerjisinden gelir. Kuarklar, proton ve nötronları oluşturan temel parçacıklardır.
Ancak kuarkların kendi kütlesi, proton ve nötronların toplam kütlesinin yalnızca küçük bir kısmını oluşturur. Gluonlar ise tamamen kütlesizdir. Peki, proton ve nötronların kütlesi nereden gelir? Bu sorunun cevabı, kuarkların kinetik enerjisi ve gluonların bağlanma enerjisinde saklıdır. Bu enerjiler, proton ve nötronların toplam kütlesini belirler ve dolayısıyla vücudumuzun kütlesinin temel kaynağını oluşturur.
Atomların büyük bir kısmının boşluktan oluşması ise, başka bir kafa karıştırıcı konudur. Eğer vücudumuzun %99,9’u boş ise, neden nesnelerin içinden geçemiyoruz? Bunun cevabı, boşluk kavramını kuantum mekaniği açısından yeniden ele almamızı gerektirir.
Atomun çekirdeği çevresinde yer alan elektronlar, yalnızca bir parçacık olarak değil, aynı zamanda bir dalga olarak davranır. Kuantum mekaniği elektronun bu çift doğasını açıklar. Elektronun, çekirdek etrafında belirli bir noktada bulunmak yerine bir “olasılık bulutu” şeklinde var olduğunu söyler.
Elektronun kütlesi çok küçük olduğu için, dalga özelliği oldukça büyüktür ve atomun içinde geniş bir alan kaplar. Bu nedenle, atomun büyük bir kısmı boş gibi görünür. Elektronun dalgaları öyle büyük bir alan kaplar ki tam da bu nedenle atomun yüzde 99,9’u boş olmak zorundadır.
Evrendeki tüm atomlar neredeyse boş ise, katı neden katıdır?
Elektronlar, atom çekirdeği çevresinde yüksek hızlarda hareket eder ve kuantum mekaniği sayesinde belirli bir bölgede bulunma olasılıklarıyla tanımlanır. Bu hareket, yalnızca bir atom içinde değil, farklı atomların elektronları arasında da dikkatlice düzenlenmiştir.
İlginç bir şekilde, elektronlar birbirlerine asla doğrudan çarpmaz, karmaşa yaratmaz veya üst üste yığılmazlar. Bunun sebebi, kuantum mekaniği yasalarının elektronları belirli bir düzen içinde tutmasıdır.
Masaya dokunduğunuzda, parmaklarınızın atomlarındaki elektronlarla masanın atomlarındaki elektronlar arasında bir tür “elektromanyetik direnç” oluşur. Elektronlar negatif yüklü olduğu için birbirlerini iterler. Bu itme kuvveti, elektronlar birbirine yaklaştıkça artar ve sonunda atomlar arasında görünürde bir temas olmadan bir sınır oluşturur.
Aslında, parmaklarınızdaki elektronlarla masanın elektronları arasında hiçbir fiziksel temas gerçekleşmez. Ancak, elektronlar birbirlerine yaklaştıkça, yörüngelerindeki hareketler ve enerji seviyeleri değişir. Bu değişim, elektronların enerji seviyelerinin yükselmesine neden olur.
İki atomu daha fazla birbirine yaklaştırmaya çalışmak, elektronların bu yüksek enerji seviyelerinde kalmasını gerektirir ve bu durum, sizin kas gücünüzle aşılamayacak kadar büyük bir enerji gerektirir. İşte bu yüzden masaya dokunduğunuzda bir direnç hissedersiniz. Bu direnç, atomların elektronlarının birbirlerini itmesi sonucu oluşur. Bu olay, masayı sert bir nesne gibi algılamamızı sağlar.
Benzer şekilde, şu anda bir koltukta oturuyorsanız, aslında oturmuyorsunuz. Poponuzdaki atomlar ile koltuğun atomları arasında, birbirini güçlü bir şekilde iten elektromanyetik kuvvetler devrededir. Bu kuvvetler, atomların arasında yalnızca çok küçük bir boşluk bırakır.
Bu boşluk, günlük yaşamda hissedemeyeceğimiz kadar küçüktür, ancak kuantum düzeyine inip atomları inceleyebilseydiniz, atomlarınızın hiçbirinin koltuğa gerçekten dokunmadığını görürdünüz.
Sonuç olarak:
Sonuç olarak, atomların büyük ölçüde boşluk gibi görünmesine rağmen, “katılık” hissi tamamen kuantum mekaniği ve elektromanyetik kuvvetlerin etkileşimlerinden kaynaklanır. Bu mikro düzeydeki fiziksel gerçeklik, günlük yaşamımızda sert cisimleri deneyimlememizi mümkün kılar.
Vücudunuz, aslında, büyük ölçüde boşluktan oluşan bir evrendeki boş bir gezegen üzerinde yer alan, boşlukların algısal olarak yanıltıcı bir şekilde bir araya gelmesinden ibarettir. Atomların içindeki boş alanlar ve kuantum etkileşimler, sizin katı ve somut bir varlık olduğunuz yanılsamasını yaratır. Fakat bu, yaşamın inceliklerini ve kişisel önemimizi sorgulamamız gerektiği anlamına gelmez. Nihayetinde, boş bir evrende bile, sizin için değerli olan şeylere sahip olabilirsiniz — mesela sükse yapabileceğiniz o araba gibi!
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- The Human Body Is 99 Percent Empty Space. So Why Can’t We Walk Through Walls? yayınlanma tarihi: 26 Nisan 2018. Bağlantı.: The Human Body Is 99 Percent Empty Space. So Why Can’t We Walk Through Walls
- Due to the Space inside Atoms, You Are Mostly Made up of Empty Space. Yayınlanma tarihi: 28 Ocak 2020; Bağlantı: Due to the Space inside Atoms, You Are Mostly Made up of Empty Space
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 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 da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
