Maddenin en küçük yapıtaşı! Peki, "madde" nedir? Elle tutup gözle gördüğümüz her sey! Aslinda, doğru olmasına doğru bu yanıtların hepsi ama biraz eksik... Örneğin ben bir maddeyim; yani benim de en küçük yapitasim atomlar. Yani atom denen minik "yaratiklar"dan oluştum. Ayni şekilde yediğimiz elma, oturduğumuz sandalye, yazi yazdığımız kalem ve hatta onun mürekkebi, içtiğimiz su, soluduğumuz hava... Bunların hepsi madde ve hepsi de atomlardan olusmus. Peki nedir bu atom? Etrafimizda gördügümüz tüm maddelerden sorumlu bu "minik" nesneler neye benzer? Herseyden önemlisi, acaba onlarin da yapitaslari var mi?

Aslına bakarsanız, bu sorular yüzyıllar öncesinden de sorulmuş. Hatta "atom" sözcüğünün ilk ortaya çikisi I.Ö. 460 yılına kadar uzanıyor. O dönemde yasamış Demokritus adli bir filozof, bir elmayı örnek vererek atomu ve anlamını açıklamış: Bir elma alin ve onu ikiye bölün. Sonra bu yarim elmalardan birini tekrar ikiye bölün ve böylece sürdürün... Demokritus'a göre, bu sekilde yarim parçalari bölmeye devam ederseniz, sonunda öyle bir an gelecek ki, artik bölemeyeceğiniz kadar küçük bir parça elde edeceksiniz (ama bıçağınız kesemediği için değil, bölmek mümkün olmadigi için!). Iste, bölünmesi olanaksiz bu parçaya Demokritus Yunancada 'bölünemez" anlamına gelen "atomos" adini vermiş.
Demokritus, bu kavramı ortaya atmış atmasına ama bunu o dönemin diğer bilim adamlarına inandıramamış. Özellikle de dönemin en büyük filozofu Aristo'ya. Zaten Aristo reddedince, bir bildigi vardir diye digerleri de inanmamış. Hatta Demokritus öldükten yüzyıllar sonra bile kimse atomdan bahsetmemiş.

Ta ki, 2000 yıl kadar sonraya, yani 1800'li yılların basına kadar. Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karsılaşmışlar. İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel öğelere ilişkin ilk kanitlari elde etmiş. Ondan sonra da kesifler ardi sira devam etmiş.
Atomun varlığı kanitlandiktan sonra da, yapisini anlamaya yönelik bir çok kuram ortaya atılmış. Bunlardan ilki J. J. Thomson adli bir İngiliz fizikçiden geliyor
Thomson, 1897 yilinda atomun bir parçasi olan eksi yüklü elektronları keşfetmiş. Thomson'a göre atomun içinde eksi yüklü elektronları dengeleyecek arti yüklü parçacıklar olması gerekiyordu. Thomson, atomu bir "üzümlü kek"e benzetmisti: Üzümler eksi yüklü elektronlar, kekin diğer kısımları ise arti yüklü madde.

Rutherford'un atom modeli, Güneş Sistem'imizin yapısına benziyor. Ortada Güneş, yani artı yüklü çekirdek ve çevresinde dolanan gezegenler, yani eksi yüklü elektronlar. Rutherford'un bu modeline göre çekirdek atomun çok küçük bir parçası: Örneğin atomun boyutunu Dünya kadar büyütsek bile içindeki çekirdek en fazla bir futbol stadyumu kadar kalıyordu. Rutherford daha da
önemli bir adim atarak, çekirdek içinde arti yüklü parçacıkları yani protonları keşfetmiş ve protonların elektronlardan 1836 kez daha ağır
olduğunu bulmuş.
Fakat bu model de bazı kuramsal sorunlar çıkarmış. 1912 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, bu kuramsal sorunları çözecek bir model oluşturmuş. Bor'un atom modelinde, yine ortada artı yüklü bir çekirdek, fakat sadece belli yörüngelerde dolanabilen eksi yüklü elektronlar var. Bundan sonraki gelişmeler, Bohr'un atom modelini düzeltmeye yönelik. Bu gelişmelerden biri, çekirdekte artı yüklü proton dışında, yüksüz "nötron" adi verilen parçacıkların da olduğu. Nötronları da 1932 yılında, James Chadwick, kendisinin yaptigi derme çatma bir detektörle keşfetmiş.
Atomun tam bir modelini oluşturmadaki en önemli yöntem, Kuantum Mekaniği adi verilen fizik dalının gelişmesiyle oldu. Bugünkü bilgilerimizin tamami bu fizik dalinin gelismesiyle elde edildi. Artik bugün atom ve yapisi hakkinda epeyce bilgiye sahibiz. Kuantum kuramina göre, atom, arti yüklü bir çekirdek ve etrafinda dalga gibi de hareket edebilen elektronlarin bulutundan olusan minik bir "nesne"...

Atomdan Öte köy varmı?

Aslında, atomlar her ne kadar maddenin yapıtaşları olarak tanımlansa da, gördüğümüz gibi onların da daha küçük yapıtaşları var. Demokritus'un elma örneğinde bir bıçak değil de, günümüzün modern mikroskoplarını kullandığımızı düşünelim. Tabii ki, elmayı keserek değil, büyüterek yapabiliriz bunu. Elmanın bir parçasının görüntüsünü mikroskop altında büyütelim. Önce elmanın detaylarına, daha büyütmeye devam edersek molekül adini verdiğimiz atom gruplarına ulaşırız. Moleküller, iki ya da daha fazla atomun "kimyasal bağ" adi verilen işlemle bir araya gelmesi sonucu oluşur. İste, madde dediğimiz nesnelerin kati (elma gibi), sivi (su gibi) veya gaz (hava gibi) olmasını sağlayan şey, bu moleküllerin bir araya geliş biçimi. Moleküller birbirleriyle çok siki sıkıya bağlanmış ve yerlerinden kıpırdayamıyorlarsa madde kati halde; atomlar, kopmamak şartıyla birbirleri etrafında hareket edebiliyorlarsa sıvı halde; atomların oluşturduğu moleküller serbestçe hareket edebiliyorlarsa gaz halinde oluyor.

Demek ki, biraz daha büyütürsek atomlara ulaşacağız. Tanımımız gereği, atomlar madde değil. Çünkü madde olabilmesi için en azından kati, sıvı veya gaz halinde olabilmeli. Fakat, bu hallerden birisi için kimyasal bir bağa, yani en az iki atoma gereksinim var. Dolayısıyla tek basına bir atom ne kati, ne sivi, ne de gaz yani ne de madde. Ancak bir araya gelirlerse madde oluşturuyorlar. Bu anlamiyla maddenin yapitasi! Atomu, mikroskobumuzda büyütmeye devam ettiğimizde (aslında bunu yapabilecek mikroskoplar yok, fakat bilim adamları başka islemlerle bunu yapabiliyorlar. Biz yine de yapabildigimizi varsayalim) basta da söyledigimiz gibi, Güneş Sistemi'ne benzer bir yapıyla karsılaşıyoruz. Ortada bir çekirdek ve etrafında dolanan elektronlar. Elektron bulutundan geçip içeri daliyoruz ve merkezde yer alan çekirdegi görüyoruz. Büyütmeye devam ediyoruz ve çekirdeğin içine bakıyoruz. Burada nötron ve protonlarla karsılaşıyoruz.
Elektronlar eksi yüklü ve hafif, protonlar arti yüklü ve agir, nötronlar ise yüksüz ve agir parçacıklar. Yük ve kütle gibi kavramlar atomları birbirinden ayirdetmekte kullanılıyor. Çünkü çok sayıda atom var ve bunların hepsinin, elektron, proton ve nötron sayıları farkli. Bir atomdaki elektronların sayisi, o atomun atom numarasını (AN) veriyor, bu sayi ayni zamanda o atomun çekirdeğindeki proton sayısına da esit. Proton ve nötron sayılarının toplami ise atomun kütle numarasını (KN) veriyor. Örneğin en basit yapiya sahip atomlardan biri olan helyumun atom numarası 2 ve kütle numarası 4 (yani 2 proton, 2 elektron ve 2 nötronu var) ve 4He2 seklinde simgeleniyor. Havada bulunan oksijen atomunun ise atom numarası 8 ve kütle numarası 16 vb...

Daha sonuna gelmedik. Son bir gayretle proton ve nötronun da içine bakıyoruz ve orada da daha temel parçacıklar görüyoruz. Bunlara da "kuark" adi veriliyor. İste, maddenin içine yolculuğumuzun "şimdilik" son durağı burasıymış gibi görünüyor. Buradan daha ileri gitmemiz mümkün degil.

Artik bir sonuç çıkarabiliriz: Maddenin en küçük yapıtaşı kuraklar. Kuraklar bir araya gelerek proton ve nötronları, bunlar ve elektronlar biraraya gelerek atomlari, atomlar molekülleri, moleküller de maddeyi (elma örnegi gibi) oluşturuyor.

Gördügümüz kadariyla atomdan öteye köy var, yani kuarklar! Peki kuarklardan öteye? Bunu henüz bilemiyoruz. Ancak bu, hiç bilemeyeceğimiz anlamına gelmiyor. Demokritus'tan bugüne katettigimiz yol, bilimin, her alanda olduğu gibi, maddenin temel yapisini anlamada da bize verecegi daha pek çok sey olduğunun bir göstergesi.