Uzay Yolu dizisinde yıldızlararası yolculuk yapan gemiler ışık hızında yol alıyordu. Bunun için warp sürücüsünü kullanıyor, onu da madde ile antimaddenin bir araya gelerek ortaya çıkardığı enerjiyle çalıştırıyorlardı. Dan Brown’ın Melekler ve Şeytanlar filmindeyse Tom Hanks’in canlandırdığı Profesör, Vatikan’ı patlamaya hazır bir antimadde bombasından kurtarmaya çalışıyordu. Bilimkurgu dünyasında maddenin bu anlaşılmaz hali karşımıza oldukça sık çıkıyor. Peki ama antimadde tam olarak nedir?
Antimadde nedir?
Aslında tam olarak da adının söylediği şeydir. Evrenimizin çoğunluğunu oluşturan normal maddenin tam tersidir. Antimadde ilk defa 1928 yılında Paul Dirac’ın çok yüksek hızlarda hareket eden elektronların kuantum mekaniğini tariflemek için birtakım denklemler üzerinde çalışması esnasında gündeme gelmişti. Dirac, geliştirdiği denklemde kuantum mekaniği ve göreliliği de içine alacak şekilde yüksek hızda hareket eden elektronların davranışlarını tanımlamaya çalışmıştı.
Bu çalışmalarının neticesinde Dirac, 1933 yılında fizik Nobel ödülünü alsa da bir gariplik fark etmişti. Dirac’ın denklemi elektrona benzeyen fakat onun aksine pozitif elektrik yükü taşıyan bir parçacığın da hareketini göstermişti. Dirac buna antielektron adını vermiştir.
Antielektron birçok yönden elektrona benziyordu. Ama elektrik yükü tersti. Dirac’ ın bu fikri öne sürmesinden kısa bir süre sonra, antielektronun (artık pozitron olarak adlandırılmakta) mevcudiyeti tespit edilecekti.
Günümüzde yüklü her temel parçacığın kendi antiparçacığı olduğunu biliyoruz. Bu anti-parçacıklar kelimenin tam anlamıyla normal maddenin ayna görüntüleridir. Her anti-parçacık, kendisine karşılık gelen parçacıkla aynı kütleye sahiptir, ancak elektrik yükleri terstir.
Bir parçacık, antiparçacık ikiziyle karşılaştığında, iki parça da ortadan kaybolur. Sonrasında da kütleleri, foton veya gluon gibi yüksek enerjili parçacıklara dönüşür. Bir gramlık antiparçacık bir gramlık normal parçacıkla birleştiğinde ortaya kırk kilotondan daha fazla bir kuvvet çıkar. Bu da nükleer bombaların yarattığından iki kat daha şiddetli bir enerji seviyesi demektir.
Teorik olarak, yeteri kadar antiparçacığı bir araya getirdiğinizde “anti-her şey” yapabilirsiniz. Örneğin, iki antihidrojeni bir antioksijen ile birleştirerek antisu elde edebilirsiniz. Aslında, şartlar tersine çevrilseydi ve biz antiparçacık denilen şeylerden meydana gelmiş olabilirdik.
Antimadde ne kadar yaygındır?
Evrenin başlangıcında madde ve antimadde oranı eşitti. Sonucunda madde ve antimadde birbirlerine denk ama zıt versiyonlarıysa o zaman Büyük Patlama sonrasında aynı miktarda parçacık ve antiparçacığın ortaya çıkmış olmasını bekleriz. Ama bu senaryo gerçek olsaydı eninde sonunda bu parçacıklar birbirlerini bulup yok etmeleri ve evrendeki bütün maddenin de fotonlara dönüşmesi gerekirdi. Evren tercihini maddeden yana kullanmış gibi gözüküyor. Peki, ama neden? Bunun için iki olası neden var.
- 1. Olasılık: Büyük Patlama esnasında antimaddeden daha fazla madde yaratımı olmuştur. Madde ve antimadde birbirini yok etmiş geriye kalan az miktardaki madde de bugünkü evreni oluşturmuştur.
- 2. Olasılık: Büyük Patlama esnasında eşit miktarda madde ve antimadde yaratılmış, ama parçacıkların kendi doğalarından kaynaklanan bir sebep yüzünden ortada antimaddeden daha fazla madde kalmıştır.
Şimdilik bildiğimiz olasılıklar bu kadar. Ama yine de bildiklerimiz bilmediklerimizin yanında gölgede kalıyor.
Antimaddenin uzay yolculuğunda kullanılması mümkün mü?
NASA’nın antimaddeyle çalışan bir araç önerisi 1999 yılına dayanıyor. Buradaki fikir, protonların antiprotonlarla çarpışmasını sağlamaktı. Çarpışma, son derece enerjik olan gama ışınlarının yanı sıra başka parçacıklar da üretecekti. Bu yeni parçacıklar sayesinde de bir itme kuvveti yaratmak mümkün olacaktı. Böyle bir motorun, uzay mekiğinden 200 kat ve belki de çok daha yüksek bir itici güce sahip olacağı tahmin ediliyor.
Bu da elbette Güneş Sistemindeki seyahat süresini önemli ölçüde kısaltmak anlamına geliyor. Bugün insansız bir uzay aracının Mars’a ulaşması bir yıldan biraz daha az zaman alıyor. Ancak yaklaşık 10 gram antiproton, insanlı bir uzay aracının bir ayda Mars’a gönderilmesine yetecek yakıt olacaktır. Eğer bu motor bu kadar umut vaat ediyorsa neden inşa etmiyoruz? diye düşünebilirsiniz. Ne yazık ki çalışan bir prototip inşa etmeden önce çözülmesi gereken pek çok sorun var.
Antimaddenin maliyeti
Antimadde itici gücü geliştirmedeki temel sorun, evrende antimaddenin bulunmamasıdır. Bilim insanları 1977’de galaksinin merkezine yakın bir yerde olası bir antimadde birikintisi keşfettiler. Eğer bu mevcutsa, bu, antimaddenin doğal olarak var olduğu ve antimadde üretimine olan ihtiyacın artık gerekli olmadığı anlamına gelir. Ancak şimdilik bu antimaddeyi kendimiz üretmek zorundayız.
Antimaddeyi üretmek zordur, bu da onu şimdiye kadar yaratılmış en pahalı madde yapar. NASA’nın antimadde motorunda gramın milyarda birinin maliyetinin yaklaşık 62.500 dolar olduğu tahmin ediliyor. Tek sorun bu kadar da değildir.
Antimaddenin maddeyle temas ettiğinde yok olduğu göz önüne alındığında, onu kontrol altına almak da zordur. CERN, 2011’de antihidrojeni yaklaşık 17 dakika hapsetmeyi başardı ve bu konuda da bir rekora imza attı. Ancak hapsedilen miktar çok az sayıda atom içeriyordu.
Sonuç olarak NASA’nın, yakıt maliyetlerini bugün olduğundan çok daha düşük bir düzeye indirecek bir antimadde uzay aracı geliştirmesine muhtemelen daha zaman var. CERN’de bir yılda üretilen antiprotonların tamamı, 100 watt’lık bir elektrik ampulünü üç saniye boyunca yakmaya yetecektir.
Yıldızlararası varış noktalarına seyahat etmek için tonlarca antiproton gerekecek. Ancak bilim insanları pes etmeye hevesli gözükmüyorlar. Jüpiter’e ve hatta güneş radyasyonunun bittiği nokta olan heliopozun ötesine yolculuk yapmak için sadece biraz daha zamana ihtiyacımız var.
Yazının devamında göz atmak isterseniz: Hiçlik Nedir? Bilimdeki Dört Temel Hiçlik Tanımı!
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Ten things you might not know about antimatter; yayınlanma tarihi: 28 Nisan 2015; Bağlantı: https://www.symmetrymagazine.
- How Antimatter Spacecraft Will Work. Yayınlanma tarihi: 29 Ağustos 2023. Bağlantı: https://science.howstuffworks.com/antimatter.htm
- When matter and antimatter annihilate each other; Yayınlanma tarihi: 23 Ocak 2012; Bağlantı: https://astronomy.com
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de 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 veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
