Başparmağınızla işaret parmağınızı birbirine yaklaştırmaya çalıştığınızda ne olur? Gerçekte ne kadar yaklaşırlar ve gerçekten birbirlerine “dokunurlar” mı? Dokunma dediğimiz şey tam olarak nedir? Daha da önemlisi fiziksel olarak neden iki nesnenin dokunması mümkün değildir?
“Dokunma nedir?” sorusu ilk bakışta saçma gibi gelebilir. Şu an bu satırları okurken muhtemelen bir sandalyede oturuyorsunuz, belki bir kanepeye uzanmışsınız ya da çimenlerin üzerinde vakit geçiriyorsunuz. Her durumda, vücudunuz bir şeylerle temas halinde olmalı. Sonuçta bir sandalyede oturuyorsanız, vücudunuzun sandalyeye dokunduğunu varsayabiliriz. En azından üzerinizdeki kıyafetlerin teninize değdiğini söyleyebiliriz. Ama gerçekten temas ediyorlar mı?
Yanıt, “dokunmak” ile neyi kastettiğinize bağlı. Atom ölçeğinde dokunmanın üç olası anlamı vardır: 1) iki nesnenin birbirini etkilemesi, 2) bu etkinin belirgin olması veya 3) iki nesnenin tam olarak aynı konumda bulunması. Ancak şunu unutmamak gerekir: Gündelik hayatta kullandığımız dokunma kavramı — yani iki nesnenin sert sınırlarının aynı noktada buluşması — atomik düzeyde geçerli değildir, çünkü atomların böyle sert sınırları yoktur.
Atomlar aslında katı ve sert yapılar değildir. Elektronların oluşturduğu, dalgalı ve yayılmış kuantum olasılık bulutlarıdır ve net bir sınırları yoktur. Bunun nedeni, atomların bazı bölgelerinde yoğunluk yüksekken, diğer bölgelerinde seyrek olmasıdır. Bir atomun A noktasında bulunduğunu söylediğimizde, aslında o atomun en yoğun olduğu kısmın orada yer aldığını kastederiz.
Bir elektronu bir kutuya koyduğunuzda, bu elektron tamamen değil, büyük ölçüde o kutunun içindedir. Dalga fonksiyonunun bir kısmı kutunun dışına sızar ve sonsuza kadar yayılır. Bu durum, taramalı tünelleme mikroskoplarında kullanılan kuantum tünelleme etkisini mümkün kılar.
Dokunma Aslında Nedir?
Şimdi, atomların bu dağınık ve sınırları belirsiz yapısını akılda tutarak, “dokunma”nın ne anlama gelebileceğine bakalım.
Atomlar Her Zaman Birbirine Dokunur
Eğer “dokunmak” dediğimiz şey, iki atomun birbirini etkilemesi anlamına geliyorsa, o zaman tüm atomlar her an dokunuyor demektir. Birbirinden bir kilometre uzakta duran iki atom bile dalga fonksiyonları aracılığıyla birbirine ulaşır. Bu kadar büyük bir mesafede etkileşim son derece zayıftır, neredeyse yok gibidir — ama sıfır değildir. Çünkü atomlar her yöne yayılan olasılık bulutlarına sahiptir. Teorik olarak evrendeki her atom, diğer tüm atomlarla bağlantı halindedir.
Peki bu “dokunma” ne demek? Fizikte cisimler yalnızca dört temel kuvvet aracılığıyla birbirini etkiler: elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve kütleçekimi. Atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronlar nükleer kuvvetlerle bağlanır. Elektronlar çekirdeğe elektromanyetik kuvvetle tutunur. Atomlar molekülleri, moleküller de günlük maddeleri yine bu kuvvetle oluşturur. Gezegenleri ve üzerindeki her şeyi ise kütleçekimi bir arada tutar.
İki atom bir metre uzakta dursa bile, bu dört temel kuvvetin hepsi aracılığıyla birbirine dokunur. Ama sıradan koşullarda, elektromanyetik kuvvet diğerlerini açık ara geride bırakır.
Peki bu etkileşim neye yol açar? Eğer iki atom birbirine çok uzaksa, aralarındaki bağ o kadar zayıf olur ki hiçbir anlamlı sonuç doğurmaz. Ama yeterince yaklaştıklarında işler değişir. Kimya tam da bu noktada devreye girer. Atomlar birbirine elektromanyetik olarak yaklaşmaya başladığında, aralarında neler olup bittiğini inceler.
Eğer atomlar reaktif değilse ve aralarında kovalent, iyonik ya da hidrojen bağı oluşmuyorsa, aralarındaki çekim genellikle Van der Waals kuvvetine dönüşür. Bu durumda, iki atom birbirinde geçici kutuplaşmalar yaratır ve bu kutuplar birbirini elektrostatik olarak çeker. Zayıf ama gerçek bir etkileşimdir.
Bu tanımı esas alırsak, yeryüzündeki tüm atomların birbirine dokunduğunu söyleyebiliriz. Ama bu bilgi pratikte işe yaramaz. Şimdi, dokunmanın ikinci tanımına geçebiliriz.
Atomlar Kimi Durumlarda Dokunur
Eğer “dokunmak”, iki atomun birbirini fark edilir şekilde etkilemesi anlamına geliyorsa, o zaman atomlar gerçekten dokunur. Buradaki mesele şu: “Fark edilir etki” tam olarak nerede başlar? Bu sınır net değildir.
Bunu anlamanın bir yolu, atomun dış sınırını elektronlarının yüzde 95’inin bulunduğu bölgeyle tanımlamaktır. Bu yüzey, atomun büyük kısmını kapsar. Yüzde 100’lük alanı hesaba katmaya kalkarsak, sınır öyle genişler ki, teorik olarak Dünya’dan bile büyük olur. Bu nedenle pratikte yüzde 95’lik bölgeyi esas alırız. Bu yaklaşımda, atomlar ancak bu bölgeleri üst üste geldiğinde “dokunmuş” sayılır.
Başka bir yöntem de, atomun sınırını iki atomun kovalent bağ kurduğu noktaya göre belirlemektir. Örneğin, bir H₂ molekülünde iki hidrojen atomunun merkezleri 50 pikometre uzaklıktadır. Bu mesafede aralarında kovalent bağ oluşur. Bu durumda, bu uzaklık atomların “dokunduğu” nokta kabul edilir.
Eğer “dokunmak”, iki atomun tam olarak aynı noktada bulunması anlamına geliyorsa, o zaman oda sıcaklığında atomlar asla dokunmaz. Bunun nedeni Pauli dışlama ilkesidir. Bu ilke, vücudumuzdaki tüm atomların çöküp tek bir noktada toplanmasını engeller.
Başparmağınızla işaret parmağınızı birbirine bastırdığınızda, araya oldukça büyük bir kuvvet uygulayabilirsiniz. Ancak bu kuvvet büyük olsa bile, temas alanı da geniş olduğundan, oluşan basınç göreli olarak düşüktür.
Bu yüzden, başparmağınızı ve işaret parmağınızı ne kadar bastırırsanız bastırın, parmaklarınızı oluşturan atomlar birbirine, aynı parmak içindeki atomların bağ uzunluklarıyla karşılaştırıldığında, gerçekten çok yakın mesafelere gelemez.
Bu Hiçbir Şeye Dokunamayacağımız Anlamına mı Geliyor?
Sonuç olarak, gündelik anlamda — yani sert sınırların buluştuğu klasik anlamda — atomlar hiçbir zaman dokunmaz. Çünkü böyle sınırları yoktur. Ama “dokunmak” kavramını atom düzeyinde anlamlı hale getiren her diğer tanımda, atomlar kesinlikle dokunur.
Aslına bakarsanız şu ana kadar gerçekten dokunduğunuz tek kişi anneniz. Siz annenizin içinde büyürken, babanızdan ve annenizden gelen DNA sizi büyütmek için kimyasal yollarla tepki veriyordu. Bu esnada da elektronları paylaşıyorlardı. Dolayısıyla sahip olduğumuz veya dokunabildiğimiz tek kişi ebeveynlerimiz ve çocuklarımızdır diyebiliriz.
- Do atoms ever actually touch each other?. Yayınlanma tarihi: 16 Nisan 2013; Bağlantı: Do atoms ever actually touch each other?
- Ask Ethan: Do my atoms really “touch” each other?. Yayınlanma tarihi: 27 Ocak 2023. Bağlantı: Ask Ethan: Do my atoms really “touch” each other?
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
