Fizik

Katı, Sıvı, Gaz Ancak Maddenin Hali 3 Değil En Az 5’dir.

İlköğretim fen dersinde çevremizdeki doğal dünyanın temellerini öğrenirken büyük olasılıkla okulda maddenin üç hali olduğunu öğrenmişsinizdir: Katı, sıvı ve gaz. Etrafımızdaki dünyaya baktığımızda, bu üç durum gördüğümüz bir çok şeyi tanımlayabilir. Ancak durum, ders kitaplarında anlatıldığı kadar basit değil. Maddenin gerçekten üç baskın hali varken, hak ettikleri ilgiyi görmeyen çok daha az yaygın olan başka durumlar da vardır. 

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!

Maddenin 4 hali

Maddenin 4. Hali: Plazma

En azından ders kitaplarının plazmayı ilk üçe dahil etmemesi doğru değildir. Plazmalar maddenin diğer hallerine göre daha yüksek sıcaklıkta var olmaları nedeniyle gazlara benzerler ve içinde bulundukları kabı dolduracak biçimde genleşirler. Ancak gazlardan çok farklı bir özellik taşırlar. Plazma halindeyken madde o kadar sıcaktır ki daha önce belirli atomlara bağlı olan elektronlar artık kendi aralarında serbestçe hareket ederler. Bu davranış ışıma ve manyetik alanlara duyarlılık da dahil çok sayıda tuhaf duruma yol açar. Kısacası; gazı oluşturan atom veya moleküller, elektriksel olarak nötr iken plazmayı oluşturan parçacıklar elektrik yüklüdür.

Maddenin plazma durumunun isim babası Amerikalı Nobel Kimya ödülüne sahip kimyager Irwing Langmuir’dir. Langmuir, maddenin plazma durumuyla, Amerikan General Electrik Şirketinde, elektrik boşalmalarının gazlar üzerindeki etkisini incelerken tanışmıştır. Langmuir plazma sözcüğünü tıp bilimi terminolojisinden almıştır.

Plazmalar aslında diğer maddenin halleri gibi gündelik hayatımızda gözlemlenir. 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. Bu durumda aslında maddenin evrende en yaygın olarak görülen halinin plazmalar olduğu anlamına gelir. 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. Yıldızlararası ve galaksiler arası ortam tamamıyla plazma durumundadır.

Katı, sıvı, gaz ve plazma 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 ulaşabilir.

Maddenin 5. Hali: Bose-Einstein Yoğunlaşması

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 tekrarlanan deneylerde bilim insanları tarafından oluşturuldu. Colorado Üniversitesinden Eric Cornell ve Carl Wieman rubidyum atomlarını; MIT’den Wolfgang Ketterle sodyum atomlarını lazerler ve mıknatıslar yardımıyla mutlak sıfıra çok yakın bir sıcaklığa indirmeyi başardılar. Bu başarılarından dolayı da 2001 yılında Nobel Fizik Ödülünü aldılar.

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 kullanılır. Bilim insanlarının parçacık / dalga paradoksunu incelemelerine izin verir. Bose-Einstein Yoğunlaşması ayrıca kara deliklerde bulunabilecek koşulları simüle etmek için de kullanılır.

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. Kuantum spin sıvısı, Dejenere Madde; Süper İyonik Buz; Kuark-gluon plazması diğer haller arasında sayılabilir.

Maddenin her yeni halinin ayrıntılı bir açıklaması bu makalenin kapsamı dışındayken, şu anda (ve bu herhangi bir zamanda değişebilir), 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:

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu