Bilim

Madde çok az sayıda ve çok küçük yapı taşlarından oluşur. Canlı veya cansız her şey, bir metrenin on milyarda biri büyüklüğündeki atomlardan, atomlar kendilerinden on bin kat küçük çekirdek ile bir milyar kat küçük elektronlardan, çekirdek ise kendinden on kat küçük nötron ve protonlardan oluşur. 
Atom çekirdeğindeki proton ve nötronlar temel parçacık olan kuarklardan meydana gelir. Proton ve nötronların içinde üçer adet kuark bulunur.
Newton 1600'lerin sonunda üç fizik yasasını ortaya koymuş ve evrensel çekim yasasını keşfetmiştir. Evrensel çekim yasasıyla evrendeki bütün cisimlerin, birbirini mesafelerinin karesinin tersiyle ve kütleleriyle doğru orantıda çektiğini savunmuş, böylece gökyüzünde ve yeryüzünde olan olayları birleştirebilmiştir.
Evrende dört temel kuvvet bulunur. Bunlardan biri Newton'un ilk keşfettiği kütle çekim kuvveti, diğerleri ise küçük boyutlarda etki yaratan elektromanyetik kuvvet, nükleer zayıf kuvvet ve nükleer yeğin kuvvettir.

Boğaziçi Üniversitesi fizik bölümünden mezun olduktan sonra

doktora çalışmaları için Stockholm'a gittim.

Stockholm Üniversitesi'nde asistanken CERN deneylerine katılmaya başladım

ve yaklaşık 30 yıldır CERN deneylerindeyim.

10 yıldır İstanbul Teknik Üniversitesi'nde fizik mühendisliği bölümünde profesörüm

ve CERN'deki CMS deneyine aktif olarak katılıyorum.

Bildiğiniz gibi CERN Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi

ya da Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı,

İsviçre'nin Cenevri kentinde bulunan laboratuvar,

dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısına sahip

ve dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarı.

Burada 2012 yılında Higgs bozonu keşfedilmişti.

Biz de İTÜ grubu olarak bu Higgs bozonu keşfine katılmıştık.

Sende yaptığımız çalışmaları daha detaylı olarak ileriki derslerde anlatacağım.

Büyük patlamadan günümüze evrenin kısa tarihi dersini

fizik öğrencileri için hazırlamadık.

Konuyla ilgisi olan herkesin anlayabileceği bir şekilde hazırladım.

Ve bu dersleri temelde 50 Sorda Maddenin Evrimi kitabından hazırladım.

Bu kitap da konuya meraklı herkesi düşünerek hazırlanmış bir kitaptı zaten.

İlk derste maddenin özellikleriyle başlayacağız.

Maddeyi oluşturan atomlar arasındaki kuvvetlerden bahsedeceğiz.

Ve 400 yıllık modern bilim tarihine kısaca değinerek günümüzde madde dediğimiz zaman ne anlıyoruz?

Ve daha sonraki derslerde kuantum, özel görellik, genel görellik gibi konulara girdikten sonra evrenin tarihine bakacağız.

Çünkü evrenin büyük patlama kuramını anlayabilmek için birazcık kuantumdan bahsetmemiz,

biraz özel görellikten, biraz genel görellikten bahsetmemiz gerekiyor.

Son derslerde büyük patlama kuramını bütün detaylarıyla ele alabilmemiz için

bu ilk derslerde temel bilgilerimizi biraz sağlamlaştırmamız gerekiyor.

Günümüz bilimi artık madde kavramına çok farklı yaklaşıyor.

Ama günlük dilde kullandığımız madde, maddecilik, materyalizm gibi tanımlar aslında eski bilimsel gözlemlerden

ya da eski bilimsel kuramlardan günlük dile yerleşmiş durumda.

O yüzden bunları birazcık açmak gerekiyor.

Şimdi madde dediğimiz zaman ne anlıyoruz?

Aslında örneğin ışık, radyasyon bir madde midir?

Fotonlar parçacık olduğu halde bunlara madde diyebilir miyiz?

Bu derslerde bunları biraz daha açacağız.

İşte biz gözlemlemediğimiz zaman her yerde olan elektronlar madde midir?

Ancak bilim, fizik ya da genel olarak bu tip her şeye fiziki varlık olarak yaklaşmakta.

Yani şöyle ki, örneğin elektronlara madde parçacığı deriz fizikte.

Ancak elektronlara ışınım deriz, madde parçacığı demeyiz.

Son 400 yıllık modern bilimin ortaya koyduğu bir gerçek var ki,

evrende fiziki olmayan hiçbir güç, kuvvet ya da varlık ya da töz henüz gözlemlenmedi.

Ve bizim bütün bilimsel kuramlarımızı oluşturan temel ilkelerin içinde de

bu tip fizik ötesi varlıklar yer almıyor.

Örneğin 400 yıl önce Descartes gibi bazı filozoflar

işte fizik ötesi ya da fiziksel olmayan tözlerden bahsederlerdi.

Örneğin res cogitans derdi Descartes'in.

Düşüncenin yer aldığı zemin için diyelim.

Oysa günümüz bilimi buna gerek olmadığını ispatlamış durumda.

Tabi bu biraz çembersel bir argüman gibi gözüküyor.

Fiziğin ele aldığı her şey fiziksel.

Dolayısıyla ele almadığı şeyler olabilir mi diye sorular gelebilir.

Hani fiziksel olmayan şeyler var mı evrende?

Bilim, yöntem bilimsel bir yani yönteme dayalı bir akıl yürütme biçimi.

Ve deneme yanılmaya dayalı ve sürekli sorgulanmakta.

Tabi ki fiziksel olmayan bir takım şeyler araştırılıyor ama bulunmadı.

Ve evreni açıklamak için, evrenin 13.7 milyar yıllık tarihini açıklamak için de

fiziksel olmayan herhangi bir şeye ihtiyaç duymuyoruz.

Dolayısıyla bu derslerde bu materyalist temel üzerinden devam edeceğiz.

Şimdi günlük dilde madde dediğimiz zaman gözümüzde gördüğümüz her şeye madde deriz.

Peki gözümüzde görmediğimiz şeyler var mı?

Ama mikropların içindeki, çekirdeğindeki DNA moleküllerini gözümüzde göremeyiz.

Çünkü bu gözümüzün hassas olduğu dalga boyundan 10 milyonda bir kez daha küçüktür.

Bizim gözümüz 400 nanometre ile 600 nanometre arasındaki dalga boylarını hassastır.

Şekilde görüldüğü gibi, güneşten gelen elektromanyetik ışınımın,

yani günlük dilde kullandığımız anlamıyla ışığın,

her dalga boyunda farklı yoğunluklarda geldiğini görüyoruz.

Bizim güneşimizin yüzey sıcaklığı yaklaşık 6000 derece olduğu için de

bunun tepe noktası yaptığı yere bizim gözümüz evrimleşmiş durumda.

Dünyadaki bütün canlıların gözü ya da görme organları diyelim,

duyarlı olduğu organlar, bitkiler de dahil,

bu dalga boyu aralığına yaklaşık olarak evrimleşmiştir.

Çünkü başka bir dalga boyu aralığında hassas olan canlılar doğal seçilim yoluyla hayatta kalamazlar.

Eğer güneşimizin sıcaklığı, yüzey sıcaklığı daha düşük olsaydı,

bu durumda daha yüksek dalga boylarına hassas olacaktık.

Ya da çok daha soğuk bir yıldızın etrafında evrimleşmiş olsaydık da,

çok daha küçük dalga boylarını görürdük.

Hatta belki molekülleri bile görebilirdik.

Ama gözümüz 400 ile 600 nanometre arasında evrimleşmiş durumda.

Şimdi çevremizde çok farklı maddeler görüyoruz.

İşte kelebekler, kuşlar, tahtalar, masalar, insanlar.

İnsanlar binlerce yıl bunların farklı farklı tözlerden oluştuğunu düşündüler.

Oysa günümüzden 2500 yıl önce İonyalı felsefeciler,

maddenin sonunda bölünemeyen bir küçük parçası olduğunu savlamışlardı

ve bunları atom demişlerdi bölünemeyen anlamında.

Onlara göre evrendeki bütün madde en küçük yapı taşlarından meydana geliyordu.

Tabi bu 2500 yıllık bir tartışma sonucu kazanılmış bir haklılık.

Ancak bu tartışmalar boyunca iki tarafın da haklı olduğu noktalar vardı.

Sonuçta çevremizde gördüğümüz her şey aslında temel yapı taşlarından oluşur.

Madde ve Evrendeki Dört Temel Kuvvet

https://video.neoskola.net/subtitles/NBA6bJRpa6s3kLMEa-tr-1745166925565.srt

Merhaba, ben Kerem Can Koçak. Boğaziçi Üniversitesi fizik bölümünden mezun olduktan sonra doktora çalışmaları için Stockholm'a gittim. Stockholm Üniversitesi'nde asistanken CERN deneylerine katılmaya başladım ve yaklaşık 30 yıldır CERN deneylerindeyim. 10 yıldır İstanbul Teknik Üniversitesi'nde fizik mühendisi bölümünde profesörüm ve CERN'deki CMS deneyine aktif olarak katılıyorum. Bildiğiniz gibi CERN Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi ya da Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı, İsviçre'nin Cenevri kentinde bulunan laboratuvar, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısına sahip ve dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarı. Burada 2012 yılında Higgs bozonu keşfedilmişti. Biz de İTÜ grubu olarak bu Higgs bozonu keşfine katılmıştık. Sende yaptığımız çalışmaları daha detaylı olarak ileriki derslerde anlatacağım. Büyük patlamadan günümüze evrenin kısa tarihi dersini fizik öğrencileri için hazırlamadık. Konuyla ilgisi olan herkesin anlayabileceği bir şekilde hazırladım. Ve bu dersleri temelde 50 Sorda Maddenin Evrimi kitabından hazırladım. Bu kitap da konuya meraklı herkesi düşünerek hazırlanmış bir kitaptı zaten. İlk derste maddenin özellikleriyle başlayacağız. Maddeyi oluşturan atomlar arasındaki kuvvetlerden bahsedeceğiz. Ve 400 yıllık modern bilim tarihine kısaca değinerek günümüzde madde dediğimiz zaman ne anlıyoruz? Bunlardan bahsedeceğiz. Ve daha sonraki derslerde kuantum, özel görellik, genel görellik gibi konulara girdikten sonra evrenin tarihine bakacağız. Çünkü evrenin büyük patlama kuramını anlayabilmek için birazcık kuantumdan bahsetmemiz, biraz özel görellikten, biraz genel görellikten bahsetmemiz gerekiyor. Son derslerde büyük patlama kuramını bütün detaylarıyla ele alabilmemiz için bu ilk derslerde temel bilgilerimizi biraz sağlamlaştırmamız gerekiyor. Günümüz bilimi artık madde kavramına çok farklı yaklaşıyor. Ama günlük dilde kullandığımız madde, maddecilik, materyalizm gibi tanımlar aslında eski bilimsel gözlemlerden ya da eski bilimsel kuramlardan günlük dile yerleşmiş durumda. O yüzden bunları birazcık açmak gerekiyor. Şimdi madde dediğimiz zaman ne anlıyoruz? Aslında örneğin ışık, radyasyon bir madde midir? Fotonlar parçacık olduğu halde bunlara madde diyebilir miyiz? Bu derslerde bunları biraz daha açacağız. İşte biz gözlemlemediğimiz zaman her yerde olan elektronlar madde midir? Ancak bilim, fizik ya da genel olarak bu tip her şeye fiziki varlık olarak yaklaşmakta. Yani şöyle ki, örneğin elektronlara madde parçacığı deriz fizikte. Ancak elektronlara ışınım deriz, madde parçacığı demeyiz. Ama bu ikisi de maddidir. Yani ışık da maddidir aslında. Son 400 yıllık modern bilimin ortaya koyduğu bir gerçek var ki, evrende fiziki olmayan hiçbir güç, kuvvet ya da varlık ya da töz henüz gözlemlenmedi. Ve bizim bütün bilimsel kuramlarımızı oluşturan temel ilkelerin içinde de bu tip fizik ötesi varlıklar yer almıyor. Örneğin 400 yıl önce Descartes gibi bazı filozoflar işte fizik ötesi ya da fiziksel olmayan tözlerden bahsederlerdi. Örneğin res cogitans derdi Descartes'in. Düşüncenin yer aldığı zemin için diyelim. Oysa günümüz bilimi buna gerek olmadığını ispatlamış durumda. Tabi bu biraz çembersel bir argüman gibi gözüküyor. Fiziğin ele aldığı her şey fiziksel. Dolayısıyla ele almadığı şeyler olabilir mi diye sorular gelebilir. Hani fiziksel olmayan şeyler var mı evrende? Bunlar yok. Bu tabi bizim bilimsel inancımız. Bilim, yöntem bilimsel bir yani yönteme dayalı bir akıl yürütme biçimi. Ve deneme yanılmaya dayalı ve sürekli sorgulanmakta. Tabi ki fiziksel olmayan bir takım şeyler araştırılıyor ama bulunmadı. Ve evreni açıklamak için, evrenin 13.7 milyar yıllık tarihini açıklamak için de fiziksel olmayan herhangi bir şeye ihtiyaç duymuyoruz. Dolayısıyla bu derslerde bu materyalist temel üzerinden devam edeceğiz. Şimdi günlük dilde madde dediğimiz zaman gözümüzde gördüğümüz her şeye madde deriz. Peki gözümüzde görmediğimiz şeyler var mı? Var tabi. Örneğin mikroplar. Mikroskopla bu mikropları görebiliriz. Ama mikropların içindeki, çekirdeğindeki DNA moleküllerini gözümüzde göremeyiz. Çünkü bu gözümüzün hassas olduğu dalga boyundan 10 milyonda bir kez daha küçüktür. Bizim gözümüz 400 nanometre ile 600 nanometre arasındaki dalga boylarını hassastır. Şekilde görüldüğü gibi, güneşten gelen elektromanyetik ışınımın, yani günlük dilde kullandığımız anlamıyla ışığın, her dalga boyunda farklı yoğunluklarda geldiğini görüyoruz. Bizim güneşimizin yüzey sıcaklığı yaklaşık 6000 derece olduğu için de bunun tepe noktası yaptığı yere bizim gözümüz evrimleşmiş durumda. Dünyadaki bütün canlıların gözü ya da görme organları diyelim, duyarlı olduğu organlar, bitkiler de dahil, bu dalga boyu aralığına yaklaşık olarak evrimleşmiştir. Çünkü başka bir dalga boyu aralığında hassas olan canlılar doğal seçilim yoluyla hayatta kalamazlar. Eğer güneşimizin sıcaklığı, yüzey sıcaklığı daha düşük olsaydı, bu durumda daha yüksek dalga boylarına hassas olacaktık. Ya da çok daha soğuk bir yıldızın etrafında evrimleşmiş olsaydık da, çok daha küçük dalga boylarını görürdük. Hatta belki molekülleri bile görebilirdik. Ama gözümüz 400 ile 600 nanometre arasında evrimleşmiş durumda. Şimdi çevremizde çok farklı maddeler görüyoruz. İşte kelebekler, kuşlar, tahtalar, masalar, insanlar. İnsanlar binlerce yıl bunların farklı farklı tözlerden oluştuğunu düşündüler. Oysa günümüzden 2500 yıl önce İonyalı felsefeciler, maddenin sonunda bölünemeyen bir küçük parçası olduğunu savlamışlardı ve bunları atom demişlerdi bölünemeyen anlamında. Onlara göre evrendeki bütün madde en küçük yapı taşlarından meydana geliyordu. Ve haklı çıktılar. Tabi bu 2500 yıllık bir tartışma sonucu kazanılmış bir haklılık. Ancak bu tartışmalar boyunca iki tarafın da haklı olduğu noktalar vardı. Oraya ileriki derslerde geleceğiz. Sonuçta çevremizde gördüğümüz her şey aslında temel yapı taşlarından oluşur. Bunlara atomlar diyoruz. Madde çok az sayıda ve oldukça küçük yapı taşlarından oluşur. Canlı veya cansız her şey, hava, su, ateş, toprak, bir metrenin 10 milyarda biri büyüklüğündeki atomlardan, atomlar kendilerinden 10 bin kat küçük çekirdek ile 1 milyar kat küçük elektronlardan, çekirdek ise kendinden 10 kat daha küçük nötron ve protonlardan oluşmaktadır. Atom çekirdeğindeki proton ve nötronlar ise temel parçacık olan kuarklardan meydana gelir. Proton ve nötronların içinde 3'er adet kuark bulunur. Şimdi böylesine küçük parçacıkların davranışları, günlük hayattaki gözlemlediğimiz maddenin davranışlarından çok farklıdır. Artık burada başka fizik yasaları devreye girer. Bunların bütününe kuantum fiziği diyoruz. Örneğin bu parçacıkların konumları ile hızları aynı kesinlikle belirlenemez. Buna Heisenberg belirsizlik ilkesi denir. Aynı hassasiyetle ölçülemez. Hatta bu sadece insanların ölçümü ile de ilgili bir olay değildir. Doğa da kendisi böyle kurgulanmıştır. Örneğin atomun etrafındaki olasılık bulutu halinde var olan elektron çekirdeğe çok yaklaşırsa, konumundaki belirsizlik çok küçük olacağından, ışık hızını geçmek durumunda olacak ve dolayısıyla çekirdeğe düşemeyecek. Elektronların belli yörüngelerde olmasının bir nedeni de budur. Bütün bu ilkeler aslında daha ileriki derslerde kuantum mekaniğini biraz daha yakından görürken ele alacağız. Burada sadece vurgulamak istediğim nokta şu ki, madde dediğimiz zaman günlük hayatta gördüğümüz maddenin davranışları küçük ölçeklerde aynı değil. O yüzden fizikçiler mikro dünyayı ile makro dünyayı ayrı ayrı ele alırlar. Bunlar için ayrı fizik yasaları kullanırlar. Ama bu tabii ki başka bir fizik demek anlamına gelmez aslında. Fizik yasaları her düzeyde aynıdır. Mikroda da makroda da aynıdır ama mikro dünyaya geçerken, yani daha küçük nesnelerin davranışlarını incelemeye geçerken, başka fizik yasaları, başka fizik kuvvetleri diyelim, daha baskın hale gelir. Bu meseleyi en iyi örnek, bir bardağa su doldurup suyu ters çevirince gözlemlediğimiz olgudur. Örneğin suyun büyük kısmı dökülür bardağa ters çevirdiğimizde ama içinde birkaç damla kalır. Çünkü kütleçekim suyu dökmüştür. Ancak bardağın içindeki moleküler kuvvetler, bardağın tabanı ile su molekülleri arasındaki moleküler kuvvetler daha baskın hale gelmiştir. Çünkü su damlaları çok daha hafiftir. Böylece su bardağının içinde hala bir ıslaklık kalır. Özetle fizik yasaları tabii ki her düzeyde geçerlidir. Ama bazı düzeylerde bazı fizik kuvvetleri daha baskın hale gelir. Maddeyi anlamak için evrenin de evrim geçirdiğini aklımızda tutmak lazım. Bu derslerde de zaten bu evrimden bahsedeceğiz. Tabii bu canlıların evrimi gibi, biyolojik evrim gibi bir evrim değil. Canlıların evriminde doğal seçilim yasası belirleyici. Tabii ki evrenin evrimi farklı bir planda işlemekte. Ama şunu söyleyebiliriz ki bugün içinde yaşadığımız evren, 13.7 milyar yıl önce hiç de böyle değildi. Bunu ileriki derslerde daha detaylı ele alacağız. İçinde yaşadığımız evrenin yasalarını anlamak için insanlığın binlerce yıllık bir çabası var ama modern fizik aslında 400 yıl önce Galileo ile başlıyor. Biz de o yüzden üniversitede fizik derslerinde ilk derslerde Galileo'nun hareket denklemlerinden başlarız. Galileo'ya gelene kadar Aristoteles fiziği hakimdi. Neredeyse 2000 yıl boyunca o zamanın okullarında Aristoteles fiziği anlatılırdı. Bu bugün bildiğimiz anlamda bir fizik değildi. Ama Aristoteles'in en önemli ilkelerinden biri şuydu ki, aslolan hareketsizliktir ve bir şeyi harekete geçirmek için kuvvet uygulamak gerekir derdi Aristoteles. Ve bu ilke üzerinden hareketi bir türlü açıklayamamışlardı. 2000 yıl boyunca insanlar örneğin bir taş atıldığı zaman taş neden havada gidiyor bunu açıklayamamışlardı. Çünkü taş havada giderken ona bir kuvvet uygulanmıyordu. Bu konuda çok çeşitli fikirler öne sürüldü. Tabi hepsi başarısız oldu. Bunu çözen Galileo'ydu. Galileo bunu tersine çevirdi. Aslolan harekettir dedi. Bir nesneyi durdurmak için kuvvet uygulanmak gerekir dedi. Daha sonra Newton bunu eylemsizlik prensibi olarak tekrar ele alacaktı. Ve böylece Galileo'nun bu temel tezinden yola çıkarak geliştirdiği hız, ivme gibi kavramlarla hareket denklemlerini kurdu. Ve Galileo aynı zamanda tabi bir deneyciydi de. Bir takım deneyler yaptı. Ve nesnelerin dünya üzerinde düşerken aynı ivmeyle düştüklerini yani belli bir mesafeyi aynı zamanda aldıklarını ya da günlük dilde söylersek iki farklı ağırlıktaki nesneyi yüksek bir yerden bırakırsak ikisi de aynı zamanda yere düşerler. Bu gözlemine dayanarak bir anlamda yerçekimi ivmesini keşfetmiş oldu. Ama buna son şeklini verecek Newton'du tabi ki. Ama böylece Galileo sayesinde dünyayı anlamanın bir yolunu, evreni anlamanın bir yolunu, gözlem ve gözleme dayalı matematik kullanarak yaptığımız kuramlar olduğu anlaşılmıştı. Bunun üstünden bilimsel devrimler peş peşe geldi. Tabi ondan önce, Galileo'dan önce Kopernik'in güneş merkezli evren sistemi vardı. Ve Galileo da onun izleyicisiydi tabi ki. Ve hatta kiliseyle başı derde girmişti. Ve bu tartışmalar sırasında Galileo görelliği icat etti. Herkesin yanlış bildiği bir olay vardır. Görelliği Einstein icat etti zannedilir. İşte çünkü Einstein'ın bir özel görellik kuramı var, bir de genel görellik kuramı var. Bunlara da ileriki derslerde değineceğiz. Oysa görelliği Galileo icat etti. Ya da şöyle demek lazım, fizikte ilk defa Galileo kullandı. Aslında Aristoteles'ten beri biliniyordu ki hız dediğimiz şey nesnenin bir özelliği değildir. Örneğin kütle nesnenin bir özelliğidir. Nesnenin bir kütlesi vardır. Hacim öyle, her nesnenin bir hacmi vardır. Oysa bir nesnenin bir hızı vardır diyemeyiz. Şimdi biz burada etrafımıza baktığımız zaman her şey çok durgun gözüküyor. Deniz kenarında işte denize bakıyoruz. Çok sakin bir havada. Dünya kıpırtısız gözüküyor. Halbuki o sırada dünya güneşin etrafında saatte 110 bin kilometre ile gitmekte. Bu kıtalar arası uçağın 400-300 katı kadar bir hıza tekabül ediyor. Hatta bütün güneş sistemi galaksinin etrafında bunun daha 8-10 katı büyük bir hızla dönmekte. Ve dönerken attı karınca gibi güneş sistemimiz yukarı aşağı salınmakta. Şimdi bütün bunları fark etmiyoruz. Neden? Çünkü biz de dünya ile birlikte dönüyoruz. Dolayısıyla hız bir nesnenin özelliği değildir. Sadece göreceli olabilir. Galileo bunu keşfetmişti. Çünkü Galileo'ya yapılan itirazlardan biri de şuydu. Eğer Kopernik ilkesi doğruysa yani dünya güneşin etrafında dönüyorsa o zaman dünya kendi etrafında da dönmeli. Ve çok büyük bir hızla dönmeli. Tabii ki bu hızı çok kolay hesap edebiliriz. Dünyanın büyüklüğü o zaman da biliniyordu. Ve yüksek bir binadan atılan taş geriye düşmeliydi. Şekilde görüldüğü gibi eğer dünya çok hızlı dönüyorsa yüksek bir binadan bırakılan taş o sırada dünya daha ileriye gittiği için binanın gerisinde kalmış olacaktı. Galileo'ya yapılan itirazlardan biri buydu. Oysa Galileo görelliği icat ederek hızların toplanması gerektiğini fark etti. Ve böylece farklı eylemsizlik sistemlerinden birinden birine fizik yasalarının ötelenmesi gerektiğini keşfetti. Özetlersek dünyanın dışından bakan birisi için aslında binanın tepesinden bırakılan taş eğik atış yapıyor. Şekilde görüldüğü gibi. Ve binanın üstünde oturan kişi aşağıya bakarak taşın sürekli binanın dibine doğru düştüğünü görüyor. Şimdi burada yanlış anlaşılan konulardan biri de görelliğin farklı insanlar için farklı gerçekliğe tekabül etmesidir. Aslında bunun tam tersi. Görellilik tek bir fiziksel gerçek olduğunu gösteriyor. Yani taş hep aynı noktada aşağıya düşerken ama binanın tepesinden bakan kişi onun aşağıya doğru düştüğünü görüyor. Dünyanın dışından bakan kişi onun eğik atış yaptığını görüyor. Bu tıpkı uçaklardan bırakılan bombaların yerde duran bir insana göre eğik atış yapması oysa uçağın içinden bakan birine göre de aşağıya doğru düşmesi gibi bir olay. Şimdi bütün bu hareket denklemleri bir kere anlaşıldıktan sonra Newton 1600'lerin sonlarında 3 fizik yasasını ortaya koydu. Newton yasaları denir buna. Detaylarına pek girmemize gerek yok. Ve daha da önemlisi evrensel çekim yasasını keşfetti. Yani evrendeki bütün cisimlerin birbirini mesafelerinin karesinin tersiyle ve kütleleriyle doğru orantıda çektiğini ortaya attı. Ve böylece gökyüzünde olan olaylarla yeryüzünde olan olayları birleştirebildi. Öyle ki ayın neden dünyaya düşmediğini ya da buradan atılan bir topun neden dünyanın etrafında çok hızlı atılırsa bir roketin nasıl dünyanın etrafında yörüngeye girebileceğini ya da işte gözlem yoluyla ortaya koyduğu Kepler'in 3 yasasının kuramsal açıklamasını Newton ortaya koyabildi. Böylelikle modern fizik başlamış oldu. Bugün geldiğimiz nokta şunu gösteriyor ki evrende temelde 4 kuvvet var. Bunlardan biri Newton'un ilk keşfettiği kütle çekim kuvveti. Diğerleri daha küçük boyutlarda da etkileyen elektromanyetik kuvvet ve nükleer zayıf kuvvet ile nükleer yayın kuvvet. Etrafımızda gördüğümüz bütün her şeyi oluşturan kuvvetler bunlar. Bunlar aynı zamanda temel etkileşimler deriz fizikte. Örneğin kolumuzu kaldırıyorsak, kütle çekimine karşı bir kuvvet uyguluyorsak kaslarımızın içindeki temel kuvvetler bunu sağlıyor. İşte elektriksel kuvvetler, örneğin elektromanyetik kuvvetler ya da moleküllerin atomlarımızın içinde bulunan nükleer ve yayın kuvvetler. Bunları ileriki derslerde daha çok göreceğiz. Ve örneğin yıldızların yanmasından sorumlu olan nükleer kuvvetler. Evrende sadece 4 temel kuvvet var. Evrenin 13.7 milyar yıllık tarihini bilmemize karşın ve evrendeki bütün kuvvetleri bilmemize karşın ya da bildiğimizi iddia etmemize karşın maddenin tüm yasalarını biliyoruz da diyemeyiz. Bunun nedeni de şu. Aslında Newton'dan bu yana çözülmemiş bir problem var. Buna 3 cisim problemi de denir ya da n cisim. Yani 3 ve 3'ten fazla sayıda cisim problemi de denir. Şöyle ki atomlar arasında bütün kuvvetleri bilmemize rağmen pek çok atom bir araya geldiği zaman nasıl oluyor da bir cam kristali oluşabiliyor? Bunun bir fizik yasası yok. Buna belirme özelliği diyoruz. Ve burada artık karmaşık sistemler fiziğine giriş yapılıyor. Bu hala tam olarak anlaşılmamış bir konu. Başka bir konu da şu ki tam olarak anlaşılmamış. Kuantum fiziğinden mikro dünyadan makro dünyaya geçişte nasıl oluyor da bu kuantum fiziğindeki temel yasalar diyelim, günlük hayatta karşımıza çıkmıyor. Örneğin bir gözlem yapılmadığı zaman ya da bir etkileşime girilmediği zaman elektronlar her yerde olabilir. Oysa bizleri oluşturan atomların içindeki elektronlar böyle davranmıyorlar. Yani bir elektron aynı anda hem burada hem Ankara'da olabilecekken makro dünyadaki bizler hem burada hem Ankara'da olamıyoruz. Hem İstanbul'da hem Ankara'da olamıyoruz. Dolayısıyla hala tam olarak anlaşılmamış pek çok olay var fizikte tabii ki. Bunlar fiziğin güncel problemleri. O anlamda maddenin tüm yasalarına hakimiz demek için biraz erken.

https://video.neoskola.net/1738762872989.srt

Atomlarımız ve atomlarımızın içindeki parçacıklar, proton ve nötronlar bölünebilirler. Günümüz fizik bilgisine göre temel parçacık olarak kuarklar ve elektronlar ise bölünemezler.
Tıpkı Demokritos'un söylediği gibi, modern fiziğin de bölünemeyen en küçük varlığı vardır. Bu düzey 10-35 metrelik Planck boyutu anlamına gelir ve bir anlamda evrenin pikseli olduğunu da gösterir.
Vücudumuzdaki atomlar, yaklaşık 7-8 milyar yıl önce, şimdiki Güneş sistemini oluşturan süpernova patlamasını oluşturan çok büyük bir yıldızın merkezinde oluşmuştur. 
Ağır bir atom çekirdeğindeki nötron birden protona dönüşebilir ve yanında bir elektron bir de nötrino çıkartır. Bu olaya bozunma denir. Bozunma sonucu elementler başka elementlere dönüşür, bu sırada ışınım ve radyasyon yayarlar.

https://video.neoskola.net/1738762872661.srt

Bu derste atomları, molekülleri ve elementleri biraz daha yakından inceleyeceğiz.

Geçen derste bahsettiğimiz gibi çevremizde gördüğümüz her şey,

yani madde dediğimiz nesneler atomlardan oluşur.

Atom fikri M.Ö. 500'lü yıllarda Leikipos ve onun öğrencisi Demokritos tarafından ortaya atılmıştı.

Elimize kalan bilgilere göre, belki onlardan önce de başka bilginler,

bu konuda fikir yürütmüşlerdi ama bunlardan haberimiz yok.

Şimdi bunların fikir yürütmesi şöyleydi.

Bir maddeyi alalım, ikiye bölelim, onu da ikiye bölelim, onu da ikiye bölelim.

Sonsuza kadar bölersek, elimizde sonsuz küçük parça kalır.

Ve bu sonsuz küçükleri tekrar bir araya getirirsek, sonlu bir madde elde edemeyiz.

Onlar tabii sadece fikir yürütmeyle bu tip düşünceler öne sürebiliyorlardı.

Ellerinde ne bir fizik kuramı vardı, ne de gözlem araçları vardı.

Ancak buna karşı çıkan başka filozoflar da oldu.

Çünkü atomların olması için, yani bir maddenin bölünemeyen en küçük parçasının olması için,

boşlukta yer almaları gerekiyordu bunların.

Çünkü atomlar, örneğin bir ev kurar gibi, tuğlaları bir araya getirerek bir ev kurarsınız.

Atomları bir yere getirerek de bir madde ortaya çıkarmak için bu atomların boşlukta bulunması gerekirdi.

Oysa Aristoteles gibi filozoflarsa boşluğu kabul etmiyorlardı, başka haklı gerekçelerle.

O yüzden bu tartışma neredeyse 2500 yıl kadar sürdü.

Artık biliyoruz ki maddenin bölünemeyen en küçük parçacığı vardır.

Çünkü atom tabiri artık 2500 yıl önce kullanıldığı anlamıyla atom tabirini biz bugün proton,

nötronların çekirdeğini oluşturduğu ve etrafında elektronların bir olasılık bulutu olarak yer aldığı bir nesne olarak tanımlıyoruz.

Bizim atomlarımız bölünebilir ve atomlarımızın içindeki parçacıklar da bölünebilir.

Protonlar ve nötronlar da bölünebilir.

Temel parçacık olarak kuarklar ve elektronlar şu anki fizik bilgimize göre bölünemiyorlar.

Ama bu demek değildir ki Leukippos'un ya da Demokritos'un fikri doğruydu.

Yani sadece atomların bölünemeyecek kadar küçük parçacıklara sahip olduğundan hiçbir nesnenin bölünemeyeceğini ispat edemeyiz.

Ancak geçen derste de bahsettiğimiz bir Heisenberg belirsizlik ilkesi meselesi vardır fizikte.

Bu Heisenberg belirsizlik ilkesi nesnenin hızıyla ya da bir parçacığın hızıyla konumunun çok kesin değerlere sahip olamayacağını göstermişti.

Ve konumuyla momentumun çarpımı Planck sayısı dediğimiz çok küçük bir sayıdan daha büyük olmalı.

Şimdi dolayısıyla kuarklar ve elektronlar bölünebiliyor olsalar bile bu evrenin en küçük piksel anlamına gelen Planck sayısından daha küçük bir noktaya gidemiyoruz şu anki fizik bilgilerimizde.

Dolayısıyla modern fiziğin de aslında tıpkı Demokritos'un söylediği gibi bölünemeyen en küçük bir varlığı var.

Bu düzey işte 107-35 santimetrelik bir Planck boyutu anlamına geliyor.

Bu bir anlamda evrenin pikseli olduğunu da gösteriyor.

Hani bir fotoğrafı büyütürsünüz büyütürsünüz en sonunda bir piksele ulaşırsınız.

İşte fotoğrafınız ne kadar yüksek çözünürlüklüyse piksel o kadar küçük olabilir.

Ama günümüz fiziğin de en küçük boyutlara ne kadar girerseniz girin o pikselden daha aşağıya giremezsiniz.

Yani Planck boyutundan 107-35 santimetreden daha küçük bir noktaya giremezsiniz.

Bu bir anlamda işte Demokritos'un bölünememezlik kavramına yaklaşıyor.

Öte yandan bu 2500 yıllık tartışma boyunca boşluk kavramı da önemli bir meseleydi.

Zaten o yıllarda fizikle felsefenin çok böyle keskin ayrımları yoktu.

İki tarafında haklı gerekçeleri vardı boşluk konusunda.

Hatta öyle ki ileride göreceğimiz gibi bu Newton'la Cartesianler arasında da bir tartışmaya sebep oldu.

Descartes'in izleyicileri olan Cartesianler ile Newton arasındaki tartışmayı daha sonra tekrar gelelim.

Atomlar dediğimiz zaman bildiğimiz nesnelerden çok farklı nesnelerden bahsediyoruz.

Örneğin vücudumuzdaki atomlar en az 7-8 milyar yıl yaşında.

Vücudumuzdaki atomlar yaklaşık 7-8 milyar yıl önce şimdiki güneş sistemini oluşturan

süpernova patlamasına neden olan çok büyük bir yıldızın merkezinde oluştular.

Şöyle ki yıldızlar en temelde hidrojenden meydana gelirler.

Çünkü elementler tablosunu hatırlarsanız bir elementin diğerinden farkı atom çekirdeğindeki proton sayısıdır.

İşte hidrojen, helyum, lityum diye gider.

Hidrojenin bir protonu vardır, helyumun iki protonu vardır, lityumun üç protonu vardır ve böylece gider.

Şimdi bu vücudumuzdaki atomlar ya da çevremizde gördüğümüz atomların çok büyük bir kısmı

ağır atomlar hariç bu dediğim 7-8 milyar yıl önce güneş sistemini oluşturan o büyük yıldızın içinde oluştular.

Çünkü hidrojenden başlayarak fizyon dediğimiz bir olayla atomlar birleşerek daha ağır elementler oluştururlar.

Hidrojen atomları birleşerek helyum oluşturur.

Daha sonra yine birleşerek lityum oluşturur ve bu böyle gider.

Yaklaşık 4.5 milyar yıl önce bu büyük yıldız patlayınca uzaya saçılan parçalıklar atomlar

kütle çekim etkisiyle tekrar bir araya gelerek bizim güneş sistemimizi ve gezegenleri oluşturdular.

Ve yaklaşık 4 milyar yıl önce de dünyada yaşam başladı ve bizleri yaratan evrim sonunda bu hale kadar geldi.

Daha ağır atomlar ise fizyon dediğimiz parçalanmayla daha hafif atomlara dönüşerek sonunda demire kadar gelirler.

Şimdi bu olayı biraz daha ileride daha ayrıntılarıyla ele alacağız.

Bu arada elementler tablosunun nasıl ortaya çıktığını anlatayım.

Tabi bu bilgeler günümüze kadar birden gelmedi.

Hani insanlar birden bunları keşfetmediler.

Ta 1750'lerde örneğin Bernoulli isimli bir fizikçi bir takım termodinamik olaylarını açıklamaya çalışırken

işte ısı, akışkanlık filan gibi bu atom kavramından yararlanmıştı.

Dalton 19. yüzyılın başında ilk elementler tablosunu ortaya attı.

Lavazia yine 1789'da pek çok element buldu.

Tabi onların bazıları tam gerçek element değildi.

Şimdi element dediğimiz zaman periyodik tablodaki atomlardan bahsediyoruz.

Dediğim gibi elementler periyodik tabloda birinci elementten başlayarak

92 protona sahip uranyuma kadar periyodik tabloda görebilirsiniz.

Çocuk tablonun sütunları ise belli kimyasal özelliklere tekabül eder

ve bunlar da ancak kuantum fiziğinin gelişmesiyle açıklanabilmiştir.

Çünkü atom etrafındaki elektronlar belli yörüngelerde bulunabilirler

ve son yörüngede bulunan elektron sayısı aynıysa

o kimyasal özellikler belli elementler için aynı özelliklere sahip olurlar.

19. yüzyılın sonlarında şekillenmeye başlayan atom kuramı

20. yüzyılın başlarında tam olarak anlaşıldı aslında.

Örneğin 1897'de G. G. Thomson maddeden bir elektron çıktığını keşfetti.

Ve böylece atomlar yüksüz olduğu için G. G. Thomson ilk atom modelini kurdu.

Onun modeline göre artı ve eksi yükler atomun içinde böyle üzümlü kek gibi dağılmışlardı.

1905'te Einstein yazdığı üç önemli makaleden birinde

Brown hareketini molekül kuramıyla daha doğrusu atom kuramıyla açıklayarak

atomların varlığını dair en son tartışılmaz kanıtı ortaya koymuştu.

Artık 1905'te herkes atomların varlığını anlamıştı.

O zamana kadar büyük bir tartışma konusuydu dediğim gibi.

1911'de Rutherford, G. G. Thomson'un bu üzümlü kek modelini bir anlamda yıktı.

Çünkü artı yükler atomun içinde böyle eşit bir şekilde dağılmamıştı.

Rutherford'un yaptığı deneyler sonucu şu ortaya çıktı ki

artı yük atomun çekirdeğinde toplanmıştır.

Atom, Molekül ve Elementler

https://video.neoskola.net/subtitles/LAJLAAyu5PqykPkok-tr-1745167213666.srt

Bu derste atomları, molekülleri ve elementleri biraz daha yakından inceleyeceğiz. Geçen derste bahsettiğimiz gibi çevremizde gördüğümüz her şey, yani madde dediğimiz nesneler atomlardan oluşur. Atom fikri M.Ö. 500'lü yıllarda Leikipos ve onun öğrencisi Demokritos tarafından ortaya atılmıştı. Elimize kalan bilgilere göre, belki onlardan önce de başka bilginler, bu konuda fikir yürütmüşlerdi ama bunlardan haberimiz yok. Şimdi bunların fikir yürütmesi şöyleydi. Bir maddeyi alalım, ikiye bölelim, onu da ikiye bölelim, onu da ikiye bölelim. Sonsuza kadar bölersek elimizde sonsuz küçük parça kalır ve bu sonsuz küçükleri tekrar bir araya getirirsek sonlu bir madde elde edemeyiz. Onlar tabii sadece fikir yürütmeyle bu tip düşünceler öne sürebiliyorlardı. Ellerinde ne bir fizik kuramı vardı ne de gözlem araçları vardı. Ancak buna karşı çıkan başka filozoflar da oldu. Çünkü atomların olması için, yani bir maddenin bölünemeyen en küçük parçasının olması için boşlukta yer almaları gerekiyordu bunların. Çünkü atomlar hani örneğin bir ev kurar gibi tuğlaları bir araya getirerek bir ev kurarsınız, atomları bir yere getirerek de bir madde ortaya çıkarmak için bu atomların boşlukta bulunması gerekirdi. Oysa Aristoteles gibi filozoflarsa boşluğu kabul etmiyorlardı başka haklı gerekçelerle. O yüzden bu tartışma neredeyse 2500 yıl kadar sürdü. Artık biliyoruz ki maddenin bölünemeyen en küçük parçacığı vardır ama bu atom değil artık. Çünkü atom tabiri artık 2500 yıl önce kullanıldığı anlamıyla atom tabirini biz bugün proton, nötronların çekirdeğini oluşturduğu ve etrafında elektronların bir olasılık bulutu olarak yer aldığı bir nesne olarak tanımlıyoruz. Bizim atomlarımız bölünebilir ve atomlarımızın içindeki parçacıklar da bölünebilir. Protonlar ve nötronlar da bölünebilir. Temel parçacık olarak kuarklar ve elektronlar şu anki fizik bilgimize göre bölünemiyorlar. Ama bu demek değildir ki Leukippos'un ya da Demokritos'un fikri doğruydu. Yani sadece atomların bölünemeyecek kadar küçük parçacıklara sahip olduğundan hiçbir nesnenin bölünemeyeceğini ispat edemeyiz. Ancak geçen derste de bahsettiğimiz bir Heisenberg belirsizlik ilkesi meselesi vardır fizikte. Bu Heisenberg belirsizlik ilkesi nesnenin hızıyla ya da bir parçacığın hızıyla konumunun çok kesin değerlere sahip olamayacağını göstermişti. Ve konumuyla momentumun çarpımı Planck sayısı dediğimiz çok küçük bir sayıdan daha büyük olmalı. Şimdi dolayısıyla kuarklar ve elektronlar bölünebiliyor olsalar bile bu evrenin en küçük piksel anlamına gelen Planck sayısından daha küçük bir noktaya gidemiyoruz şu anki fizik bilgilerimizde. Dolayısıyla modern fiziğin de aslında tıpkı Demokritos'un söylediği gibi bölünemeyen en küçük bir varlığı var. Bu düzey işte 107-35 santimetrelik bir Planck boyutu anlamına geliyor. Bu bir anlamda evrenin pikseli olduğunu da gösteriyor. Hani bir fotoğrafı büyütürsünüz büyütürsünüz en sonunda bir piksele ulaşırsınız. İşte fotoğrafınız ne kadar yüksek çözünürlüklüyse piksel o kadar küçük olabilir. Ama günümüz fiziğin de en küçük boyutlara ne kadar girerseniz girin o pikselden daha aşağıya giremezsiniz. Yani Planck boyutundan 107-35 santimetreden daha küçük bir noktaya giremezsiniz. Bu bir anlamda işte Demokritos'un bölünememezlik kavramına yaklaşıyor. Öte yandan bu 2500 yıllık tartışma boyunca boşluk kavramı da önemli bir meseleydi. Hem fizik hem felsefe için. Zaten o yıllarda fizikle felsefenin çok böyle keskin ayrımları yoktu. İki tarafında haklı gerekçeleri vardı boşluk konusunda. Hatta öyle ki ileride göreceğimiz gibi bu Newton'la Cartesianler arasında da bir tartışmaya sebep oldu. Ama burada bir parantez açalım. Descartes'in izleyicileri olan Cartesianler ile Newton arasındaki tartışmayı daha sonra tekrar gelelim. Atomlar dediğimiz zaman bildiğimiz nesnelerden çok farklı nesnelerden bahsediyoruz. Örneğin vücudumuzdaki atomlar en az 7-8 milyar yıl yaşında. Atomlar ölmüyor öyle kolay kolay. Vücudumuzdaki atomlar yaklaşık 7-8 milyar yıl önce şimdiki güneş sistemini oluşturan süpernova patlamasına neden olan çok büyük bir yıldızın merkezinde oluştular. Şöyle ki yıldızlar en temelde hidrojenden meydana gelirler. Yani en temel atom olan hidrojen. Çünkü elementler tablosunu hatırlarsanız bir elementin diğerinden farkı atom çekirdeğindeki proton sayısıdır. İşte hidrojen, helyum, lityum diye gider. Hidrojenin bir protonu vardır, helyumun iki protonu vardır, lityumun üç protonu vardır ve böylece gider. Şimdi bu vücudumuzdaki atomlar ya da çevremizde gördüğümüz atomların çok büyük bir kısmı ağır atomlar hariç bu dediğim 7-8 milyar yıl önce güneş sistemini oluşturan o büyük yıldızın içinde oluştular. Çünkü hidrojenden başlayarak fizyon dediğimiz bir olayla atomlar birleşerek daha ağır elementler oluştururlar. Hidrojen atomları birleşerek helyum oluşturur. Daha sonra yine birleşerek lityum oluşturur ve bu böyle gider. Yaklaşık 4.5 milyar yıl önce bu büyük yıldız patlayınca uzaya saçılan parçalıklar atomlar kütle çekim etkisiyle tekrar bir araya gelerek bizim güneş sistemimizi ve gezegenleri oluşturdular. Ve yaklaşık 4 milyar yıl önce de dünyada yaşam başladı ve bizleri yaratan evrim sonunda bu hale kadar geldi. Daha ağır atomlar ise fizyon dediğimiz parçalanmayla daha hafif atomlara dönüşerek sonunda demire kadar gelirler. Şimdi bu olayı biraz daha ileride daha ayrıntılarıyla ele alacağız. Bu arada elementler tablosunun nasıl ortaya çıktığını anlatayım. Tabi bu bilgeler günümüze kadar birden gelmedi. Hani insanlar birden bunları keşfetmediler. Ta 1750'lerde örneğin Bernoulli isimli bir fizikçi bir takım termodinamik olaylarını açıklamaya çalışırken işte ısı, akışkanlık filan gibi bu atom kavramından yararlanmıştı. Dalton 19. yüzyılın başında ilk elementler tablosunu ortaya attı. Lavazcı'ya yine 1789'da pek çok element buldu. Tabi onların bazıları tam gerçek element değildi. Şimdi element dediğimiz zaman periyodik tablodaki atomlardan bahsediyoruz. Dediğim gibi elementler periyodik tabloda birinci elementten başlayarak 92 protona sahip uranyuma kadar periyodik tabloda görebilirsiniz. Periyodik tablonun sütunları ise belli kimyasal özelliklere tekabül eder ve bunlar da ancak kuantum fiziğinin gelişmesiyle açıklanabilmiştir. Çünkü atom etrafındaki elektronlar belli yörüngelerde bulunabilirler ve son yörüngede bulunan elektron sayısı aynıysa o kimyasal özellikler belli elementler için aynı özelliklere sahip olurlar. 19. yüzyılın sonlarında şekillenmeye başlayan atom kuramı 20. yüzyılın başlarında tam olarak anlaşıldı aslında. Örneğin 1897'de G. G. Thomson maddeden bir elektron çıktığını keşfetti. Elektron eksi yüklü parçacıktır ve böylece atomlar yüksüz olduğu için G. G. Thomson ilk atom modelini kurdu. Onun modeline göre artı ve eksi yükler atomun içinde böyle üzümlü kek gibi dağılmışlardı. 1905'te Einstein yazdığı üç önemli makaleden birinde Brown hareketini molekül kuramıyla daha doğrusu atom kuramıyla açıklayarak atomların varlığını dair en son tartışılmaz kanıtı ortaya koymuştu. Artık 1905'te herkes atomların varlığını anlamıştı. O zamana kadar büyük bir tartışma konusuydu dediğim gibi 2500 yıllık bir tartışma konusuydu. 1911'de Rutherford G. G. Thomson'un bu üzümlü kek modelini bir anlamda yıktı. Daha doğru bir model ortaya koydu. Çünkü artı yükler atomun içinde böyle eşit bir şekilde dağılmamıştı. Rutherford'un yaptığı deneyler sonucu şu ortaya çıktı ki artı yük atomun çekirdeğinde toplanmıştır. Atomun çekirdeğindeki proton artı yük taşır, elektron eksi yük taşır ve dolayısıyla atom yüksüzdür. Öte yandan elementlerin bir de izotopları vardır. Aynı proton sayısına sahip elementler farklı nötron sayısına sahip olabilirler. Örneğin hidrojen atomunun 0, 1 ya da 2 nötronu sahip olmak üzere 3 izotopu vardır. Bu izotoplar aynı kimyasal özelliklere sahip olurlar çünkü elektron dizilimleri aynıdır. Proton ve nötronların etrafındaki elektronlar aynı yörüngelerdedir. Oysa nükleer özellikleri farklıdır tabii çünkü çekirdekte farklı nötron sayıları vardır izotopların. Örneğin karbon atomu 6 protondan ve 6 nötrondan oluşur. O yüzden doğal halde karbon 12 deriz bu atomu. Oysa bir de izotopu vardır karbon 14 ve karbon 14'ün yarılanma süresi 5700 yıldır. O nedenle 5000 yıldan fazla olmayan organik maddelerde bu yarılanma süresini ölçerek yaş tayini yapabiliriz. Şimdi yarılanma süresi nedir? Bizim bildiğimiz anlamda bir yarılanma süresi değildir. Örneğin bir insan 30 yaşına kadar yaşayabilir ya da 80 yaşına kadar ya da 100 yaşına kadar yaşayabilir. Ama atomlar özellikle de ağır atomlar yani çekirdeğinde çok fazla sayıda proton ve nötron bulunan atomlar bozulma dediğimiz olayla bu nötron sayılarını değiştirebilirler. Bozulma günlük hayatta pek görmediğimiz bir kavram. Örneğin bir otobüs yolda giderken birden bir arabaya ve yanında bir bisiklete dönüşmez. Oysa bu mikro dünyada sürekli olmaktadır. Örneğin bir ağır bir atom çekirdeğindeki nötron birden protonu dönüşebilir. Ve yanında işte bir elektron çıkartır bir de nötrino çıkartır. Bu olaya bozulma diyoruz. Böylece elementler başka elementlere dönüşür. Fakat tabii ki günlük hayatta böyle bir olay görmüyoruz. Ve bu başka elementlere dönüşürken yanında tabii bir radyasyon da yayarlar, bir ışınım yayarlar. Bunu ışınım konusunda daha detaylı inceleyeceğiz bozulma olayını. Şimdi atomların çekirdeğindeki proton ve nötronlar elektronlara göre çok daha ağırdır. Elektronların iki bin katı kadar ağırdır protonlar. O nedenle atomun ağırlığını yüzde doksan dokuz nokta dokuzunu çekirdek oluşturur. Buna rağmen atomlar oldukça boştur. Çünkü atomun çekirdeğiyle elektron arasındaki mesafe neredeyse yüz binde birdir. Büyük bir boşluk vardır yani çekirdekle elektron arasında. Bu boşluğu ortadan kaldırırsak çok büyük maddeler çok küçük bir hacme sığabilirler. Örneğin nötron yıldızları böyle yıldızlardır. Güneş kadar bir yıldızı nötron yıldızına dönüştürürsek hacme ağrı daha kadar olur. Dolayısıyla madde dediğimiz şey bir anlamda boşluktan oluşur. Ama masanın üstüne bir kitap koyduğumuz zaman aşağıya çökmüyor tabii. Bunun nedenini de tabii kuantum fiziği bize açıklıyor. Paylı dışarılama ilkesi denilen bir ilke vardır. Fermiyon dediğimiz parçacıklar ki elektron bir fermiyondur. Örneğin aynı özelliklere sahip olmaz birbirlerini dışlarlar. Bir nedeni de budur atomların birbirinin içinden geçmemesi. Nesnelerin birbirinin içinden geçmemesi. Ama bu noktada birazcık anlamaya başlıyoruz ki aslında mikro dünyaya indiğimiz zaman olaylar çok farklılaşıyor artık. Günlük hayatta tamamen boşluktan oluşan bir nesne bile bize katı gibi gelebiliyor. Atom kuramı 20. yüzyılın başlarında yavaş yavaş ortaya çıktıktan sonra ve atomların ne olduğu anlaşılmaya başlandıktan sonra merkezde çekirdek etrafında elektron olmak üzere fizikçiler bir problemle karşılaştılar. Şimdi elektron atomun etrafında dönüyor ama elektron yüklü bir parçacık. Dönen yüklü bir parçacık ışınım yapar ve böylece iğme kaybeder. Daha doğrusu enerji kaybeder ve böylece çekirdeğin üstüne düşmesi gerekirdi. Dolayısıyla elektronlar şekilde görüldüğü gibi çekirdeğe düşmek durumundaydı. Bu problem 20. yüzyılın başlarında fizikçileri epey uğraştırdı. Ama o sırada Planck kuantum kavramını ortaya atmıştı. Kuantum lafı Latincedeki paketten gelir. Yani aslında nicelik anlamında da kullanılır ama ya da nicecik gibi. Ama aslında Planck'ın kastettiği şuydu. Geçen derste gösterdiğim güneşten gelen elektromanyetik dalganın yayılım eğrisine baktığımız zaman dalga boyuna göre hangi miktarda geldiğine baktığımız grafiğe kara cisim ışınması deriz. Kara cisim kendisi bir şey yansıtan değil de kendi ışık yayan ya da elektromanyetik yayan cisimdir. Örneğin bir demiri 1500 dereceye kadar ısıtırsanız akkor haline geldiği zaman artık bir kara cisimdir. Güneşimiz de bir kara cisimdir. O ilk derste gösterdiğim kara cisim eğrisi gibi davranır. Bütün kara cisimlerin dalga boyun grafiği. Şimdi 1900'ün başındaki fizik bunu açıklamaya yetmiyordu. Yani 19. yüzyıl fiziği kara cisim ışınmasını açıklayamıyordu. İşte Planck çok devrimci bir kavram ortaya attı. Dedi ki kara cisim içinde elektromanyetik ışının ancak paketler halinde ele alınabilir. Yani kuantalar ya da kuantumlar çünkü kuanta kuantumun latince çoğulu anlamına geliyor. Kuantumlar paketler olarak ele alınabilir dedi ve böylece kara cisim ışınmasını açıklayabildi. Ve 1905'de Einstein bu kavramı kullanarak fotoelektrik etki dediğimiz başka bir olguyu açıkladı. Fotoelektrik etki de daha önceden beri bilinen bir olguydu. Şu anda günlük hayatta örneğin güneş pillerinde kullandığımız olgudur. Işınlım geldiği zaman daha doğrusu foton bazı nesnelere çarptığı zaman elektron koparır onlardan. Ancak şu fark edilmişti ki gelen ışınlımın yoğunluğu elektronların kinetik enerjisini arttırmıyordu. Daha doğrusu gelen fotonun dalga boyuna bağlıydı çıkan elektronların kinetik enerjisini. Bunu da hiçbir fizik açıklayamıyordu o zamana kadar. İşte Einstein Planck'ın bu kavramını kullandı. Kara cisim ışınında kullandığı kuantum kavramını kullandı. Bu ne anlama geliyor? Işığında sadece kara cisimde değil her yerde aslında paket paket geldiği anlamına geliyor. Hatta Einstein bunu ortaya attığı zaman Planck'ın kendisi bile karşı çıkmıştı. Yani aslında kuantum kavramını başlatan Planck olmasına rağmen onu sadece kara cisim ışınmasına özgü bir şey olarak görüyordu Planck. Einstein bunu genelleştirdi. Bütün her şey enerji yani bütün ışık aslında paket paket geliyor dedi Einstein. İşte Bohr 1910'da Einstein'ın bu kavramını kullanarak elektronun çekirdeği düşme problemini çözdü. Dedi ki Bohr tıpkı Einstein'ın belirttiği gibi sadece fotonlar değil her şey kesik kesiktir. Yani kuantum dünyası kesiklidir ve elektronlar her yörüngede olamazlar. Ancak belli yörüngelerde olabilirler. Örneğin dünyanın etrafına bir yörünge oturtmak istersek fırlattığımız uydunun hızına göre istediğimiz yörüngeleri oturtabiliriz. Bizim anladığımız klasik fizikte kesikli yörüngeler yoktur. Dünya ile ay arasındaki yörünge her noktada olabilir diye düşünürüz klasik fizikte. Oysa kuantum fiziğinde böyle değildir. Elektronlar her yörüngede olamaz. Ancak kesikli yörüngelerde olabilirler. Böylelikle kuantum fiziğinin ilk temel ilkesi başlamış oldu. Yani enerji paket pakettir ve her şey aslında paket pakettir. Yani açısal momentum da paketlidir. Kuantum dünyasında her şey paketler olarak gelir. Böylelikle elektronların kesikli yörüngelerde oluşan atom modeliyle aslında elementler tablosu da açıklanmış oldu. Ta 18. yüzyıldan başlayarak 19. yüzyılın başlarından başlayarak sınıflandırılan bu elementler belli kimyasa özelliklere sahip elementler aslında ancak kuantum fiziğinin bu kesikli yörüngeler fikriyle tam olarak anlaşılabildi.

https://video.neoskola.net/1738428140686.srt

Bir nötronun bir protona bozunması olayının ne zaman gerçekleşeceği hiçbir zaman bilinemez. Bu radyoaktivite olayı 20. yüzyılın başlarında keşfedilmiştir.
Bir elementin ne zaman bozunup başka bir elemente dönüşeceği ancak istatiksel olarak bilinebilir. Milyonlarca elementten yarısının hangi sürede bozunacağı bilinebilir. Tek bir atomun ne zaman bozunacağı ise hiçbir şekilde bilinemez.
Temel etkileşim kuvvetleri, bozunumdan sorumlu olan kuvvettir. Temel etkileşim kuvvetleri, kütleçekim, elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve yeğin nükleer kuvvetten oluşur. 
Bir elma ağacın üstündeyken daha yüksek bir potansiyel enerjiye sahiptir. Düştükçe kütleçekim potansiyel enerjisi eksiğe doğru gider. Atomlar ve evrendeki bütün fiziksel sistemler en düşük enerji seviyesine düşme eğilimindedir.

https://video.neoskola.net/1738428140466.srt

Geçen bölümde bahsettiğim gibi bozulma günlük hayatta görmediğimiz bir şey.

Domatesin bozulması gibi bir şey değil.

Örneğin bir nötronun durup dururken protona bozulduğunu görüyoruz.

Ve bunun ne zaman olacağını da hiçbir zaman bilemiyoruz.

20. yüzyılın başlarında keşfedilen bu olay tabii ki bir radioaktivite olayı.

Örneğin bir radyoaktif atom, atomun içindeki nötron birden protona bozularak başka bir elemente dönüşüyor.

Çünkü atomun içinde başka bir proton ortaya çıkıyor ya da başka bir element oluşuyor.

Bozunma ve Temel Etkileşim Kuvvetleri

https://video.neoskola.net/subtitles/Nvuc5JCJ4J52LsSMR-tr-1745188589253.srt

Şimdi bozulma dediğimiz şey nedir? Geçen bölümde bahsettiğim gibi bozulma günlük hayatta görmediğimiz bir şey. Domatesin bozulması gibi bir şey değil. Örneğin bir nötronun durup dururken protona bozulduğunu görüyoruz. Ve bunun ne zaman olacağını da hiçbir zaman bilemiyoruz. 20. yüzyılın başlarında keşfedilen bu olay tabii ki bir radioaktivite olayı. Örneğin bir radyoaktif atom, atomun içindeki nötron birden protona bozularak başka bir elemente dönüşüyor. Çünkü atomun içinde başka bir proton ortaya çıkıyor ya da başka bir element oluşuyor. Buna nükleer periyot deniyor. Radyoaktivite 19. yüzyılın sonlarında keşfedilmişti ama doğası hemen anlaşılmamıştı. O yüzden William Röntgen bu olaya ilk sıçınları demişti. Röntgen incelediği bir elementin o sırada ne olduğu tam olarak bilmiyordu. İlginç bir ışınım çıkardı ve bu ışınımın da işte maddeden geçtiğini keşfetmişti. Hatta karısının elinin Röntgen'ini çekmişti. Şimdi aradan geçen yüz küsur yıldan sonra bile hastanelere gidip Röntgen çektiriyoruz. Bu radyoaktivitenin aslında bozulumdan kaynaklandığı 20. yüzyılın başlarında yavaş yavaş anlaşıldı. Yapılan deneylerde nötronun bir protonu dönüştüğü ve yanında bir elektron çıkardığı keşfedilmişti. Sonra anlaşıldı ki bu Röntgen'in radyoaktivite dediği şeyde aslında bu ilk sıçınları da bir çeşit bozulumdu. Fakat bir sorun vardı. O da şu ortaya çıkan proton ve elektronun enerjisi başlangıçtaki nötronun enerjisinden daha küçüktü. Dolayısıyla iki ihtimal vardı. Ya keşfedilmemiş bir parçacık daha söz konusuydu. Ya da enerji korunmuyordu. Dünyaca ünlü fizikçilerin bazıları mesela Niels Bohr bile enerji korunumundan vazgeçmeyi düşünmüştü. Oysa enerji korunumu çok temel ilkelerden biridir fiziğin. Pauli buna karşı çıktı ve gözlemlenemeyen bir yüksüz parçacık olduğunu öne sürdü atomun içinde. O zamana kadar 1930'larda atomun içinde yüksüz bir parçacık olduğu bilinmiyordu. Şimdi biz biliyoruz atomun içinde nötronlar var ama o yıllarda nötron keşfedilmemişti. O yıllarda keşfedilen tek şey foton ki parçacık olduğunu Einstein saptamıştı. Elektron ve atomun merkezindeki artı yüklü parçacık ki buna şimdi proton diyoruz. Sadece bunlar biliniyordu. Pauli bunun üzerine yüksüz bir parçacık öne sürdü ve bunun adına nötron dedi. Gerçekten de 1932'de Chadwick nötronu keşfetti. Fakat sorunlar bitmedi çünkü nötron çok ağırdı. Yani atomdan çıkan bu ışınım ki artık beta ışınımı diyoruz buna yani elektronlar yanında bir de nötron çıkarsaydı bu olguyu beta ışınımını yine açıklamaya yetmiyordu. O zaman nötron ismi nötrino olarak değiştirildi. Yani beta ışınımındaki ışınımın yanında çıkan parçaca nötrino denmeye başlandı. Ve nötron da atom çekirdeğindeki parçacık olarak tescil edildi. Ancak nötrinolar çok zor etkileşime geçen parçacıklar. Maddeyle çarpıştıklarında öyle hemen etkileşime girmiyorlar. Ve çok zor saptanan parçacıklar. Şu anda vücudumuzdan milyarlarca nötrino geçiyor örneğin. Ve bize hiçbir zarar vermeden geçip gidiyorlar. Hatta dünyayı da geçip gidiyorlar. Uzaydan pek çok nötrino akımı geliyor. Nötrinolar ancak 20 yıl sonra, 1953'te Reins tarafından keşfedildi. Çünkü Reins'ın setabını bir nükleer santralinin kenarına kurmuştu. Bu nükleer santralden milyarlarca nötrino gelir. Ve bunlardan birkaç tanesi etkileşime girebilir. Nötrinoların dışında tabii pek çok parçacıklar yavaş yavaş keşfedilmeye başlanmıştı. 1930'lara gelindiğinde, yani 30'ların sonlarına gelindiğinde artık atom çekirdeğindeki parçacıklar biliniyordu. Atom kuramı oldukça sağlamlaştırılmıştı. Fakat atomların dışında da pek çok parçacık olduğu yavaş yavaş ortaya çıkmaya başladı. Öncelikle kozmik ışınlar incelenmeye başlandı. Bunlar direkt olarak parçacık fiziği deneyleri değildi. Atmosferde bir takım atmosferin elektriksel özelliklerini saptamaya çalışan fizikçilerin yaptıkları deneylerdi. Burada gördüler ki bir takım yüklü parçacıklar var uzaydan gelen. Ama bunlar ne protonun ne de elektronun kütlesine sahipler. Çok daha farklı kütledelerdi parçacıklar. İşte bunlara yavaş yavaş isimler verilmeye başlandı. Örneğin mezonlar denildi, keonlar denildi. Böyle böyle 1960'lara gelene kadar pek çok yeni parçacık saptandı. Ama bu parçacıklar atom oluşturan parçacıklar değildi. Atomu oluşturan sadece proton, nötron ve elektrondu. Parçacık fiziğine daha sonra daha detaylı gireceğiz. Şimdi tekrar atomlara dönelim. Atomların bozulması olayına dönelim. Atomlar bozulur dedik. Yani elementler özellikle ağır elementler örneğin uranyumdan başlayarak kurşuna kadar bozularak giderler. Ama bu bir insanın örneğin ölmesinden ya da canlıların ölmesinden çok farklı bir olay. Şöyle ki bir elementin ne zaman bozulup başka bir elemente dönüşeceğini ancak istatistiksel olarak bilebiliriz. Yani milyonlarca elementi alıp bunun yarısının hangi sürede bozulacağını biliriz. Sonra tekrar bu yarısı tekrar bozulur tekrar bozulur. Öyle ki örneğin karbonu 14'ten bahsetmiştik. Bunun ortalama yarı ömrü 5700. Ancak tek bir atomu ele aldığımız zaman bu ne zaman bozulacak hiçbir şekilde bilemeyiz. Yani tek bir atomun içindeki nötron hemen bir saniye sonra da bozulabilir. Milyonlarca yıl sonra da bozulabilir. Dolayısıyla burada kuantum fiziğinin bir özelliği daha karşımıza çıkıyor. Tamamen kendiliğinden oluşu. Yani bir anlamda evet istatistiksel bir yasamız var. Milyonlarcasını bir araya getirdiğimizde yarısı şu kadar sürede bozulur bunu biliyoruz. Ama tek bir atomu ele aldığımızda bu ne zaman bozulacak bilemiyoruz. Bu o yüzden günlük dilde kullandığımız ömür kavramı ile karıştırmamalı. Atomların yarı ömrü dediğimiz şey ile canlıların ömrü dediğimiz şey birbirinden çok farklı olaylar. Bozulumdan sorumlu olan kuvvete temel etkileşim kuvveti diyoruz. Şekilde görüldüğü gibi bunu ki farklı sandalda durup da birbirine top atan insanlar gibi düşünebiliriz. Sandaldaki iki insan parçacıklar olsun. Ortadaki top da temel etkileşim kuvveti olsun. Mikrodünyada anolojimizden farklı olarak bu top aynı zamanda sandaldakileri çekebilirdi, itebilirdi. İşte bu temel etkileşim kuvvetleri geçen derslerde bahsettiğimiz dört temel etkileşim kuvveti aslında. Kütle çekim, elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve yayın nükleer kuvvet. Ancak kütle çekim kuvvetinin bu tip bir kuantum kuramı yok. O yüzden onu şimdilik bir kenara bırakalım. İleride kuantum kütle çekim meselesine tekrar geleceğiz. Çevremizde gördüğümüz her şey bu temel etkileşim kuvvetlerinin sonucu oluyor. Örneğin yıldızların yanması diyelim içindeki nükleer yayın ve zayıf nükleer kuvvetlerden meydana geliyor. Şimdi bu temel etkileşim kuvvetlerinin erişimleri birbirinden çok farklı. Güçleri de ya da şiddetleri de birbirinden çok farklı. Kütle çekimi bir kenara bırakırsak aslında kütle çekim en zayıf temel etkileşim kuvveti. Örneğin yayın nükleer kuvvetin 10 üzeri 40 katından daha küçük. Dolayısıyla hiç hesaba katılmaması gerekir bir anlamda. Ama elmaların da örneğin ağaçtan yere düştüğünü görüyoruz. Peki neden elmanın içindeki elektronlar bu kütle çekimi kuvvetinden çok çok daha fazla kuvvetli, daha şiddetli olduğu halde elma nasıl yere düşebiliyor? Ya da bir mıknatıs, buzdolabına yapıştırılan bir mıknatısı nasıl çekebiliyoruz? Şöyle ki bu nükleer kuvvetler, örneğin elektromanyetik kuvvet hem itici hem çekici olabiliyor. Hepinizin bildiği gibi artı ve eksi yükler birbirini çeker. Elektrik yüklerinden bahsediyoruz. İşte artı yükler birbirini iter. Ya da mıknatısın kuzey kuzey kutbunu bir araya getirirsek birbirini iter de kuzey güney kutbunu bir araya getirirsek birbirini çeker. Ancak kütle çekim kuvveti sadece bir çekim kuvveti. Evrendeki her şey birbirini çeker. Dolayısıyla itmez. O nedenle maddedeki çekim kuvvetleri, diğer kuvvetler, temel etkileşim kuvvetleri birbirini iptal edebiliyorlar. Bütün dünya atomlardan oluştuğu halde atomlar yüksüz. Çünkü içindeki elektrik yükleri artı ve eksi yükler. Oysa dünya, dünyaya düşen bir elmayı çeken kütle çekim kuvveti ne kadar zayıf olursa olsun sadece çeken kuvvet olduğu için elmalar yere düşüyor. Burada bir şey daha vurgulamak lazım. Evrendeki bütün fiziksel sistemler en düşük enerji seviyesine düşerler. Buna ileride tekrar geleceğiz çünkü bu noktaya. Elma ağacın üstündeyken daha yüksek bir potansiyel enerjiye sahip aşağı düştükçe negatif kütle çekimi potansiyel enerjisi eksiye doğru gider. Dolayısıyla elma yere düştüğü zaman daha düşük bir enerji seviyesine düşmüş olur. Bu aynı şey tabii atomlar içindeki elektromanyetik ve diğer nükleer zayıf kuvvetler içinde geçerli. Atomlar ve evrendeki bütün enerji sistemleri, bütün fiziksel sistemler en düşük enerji seviyesine düşme eğilimindedir. Şimdi bu bilgilerden sonra ışınımı biraz daha detaylı incelememiz lazım bu girişten sonra. Gelecek bölümde radyoaktiviteye yani Türkçesi ışınlama ağırlık vereceğiz.