Evrenin yapı taşları: Atomdan maddeye uzanan yolculuk

İnsanlık, bütün tarihi boyunca maddeyi anlamak ve onu faydalı hâle dönüştürmek için uğraştı. Birçok bilimsel devrim ve sanayi devrimleri tarih boyunca bunun üstüne kurulmuştur. İnsanoğlu taşı kırdı, metalleri eritti, elementleri ayırdı, sonunda atomun içine kadar girdi.

Bugün parçacıkları dev hızlandırıcılarda çarpıştırıyor, yıldızların hangi elementlerden oluştuğunu ışıklarına bakarak anlayabiliyoruz. Fakat bütün bu birikimin önünde hâlâ insanı duraksatan bir soru var: Madde nasıl oluyor da bir yerde cansız bir kaya, başka bir yerde o kayayı inceleyen, yaşını hesaplayan, geçmişini merak eden bir insan hâline geliyor?

Elinize bakın. Bir kalemi tutan, bir çocuğun saçını okşayan, bir makinenin parçalarını birleştiren o el atomlardan oluşuyor. Aynı tür atomlar toprakta, denizde, havada da bulunuyor. Bedenimizdeki karbon, doğanın geri kalanındaki karbondan farklı bir element değil.

Bizi meydana getiren parçaların hiçbirinde tek başına bir hatıra, bir düşünce veya bir özlem yok. Buna rağmen, belirli biçimlerde bir araya geldiklerinde hayatın ve düşüncenin ortaya çıktığı yapılara katılıyorlar. Farkı yaratan, parçalar kadar bu parçalar arasındaki kimyasal ilişkiler.

ATOMUN GÖRÜNMEYEN DÜNYASIBu ilişkilerin başlayabilmesi için önce atomların varlığını sürdürebilmesi gerekiyor. Okul kitaplarında atomu küçük bir güneş sistemi gibi çizeriz. Ortada çekirdek, çevresinde dönen elektronlar. Oysa elektronlar gezegenler gibi hareket etmiyor ve genel olarak belirli enerji seviyelerinde bulunuyorlar ve tek bir noktada asla durağan değiller.

Atomların neden belirli boyutlara, enerji düzeylerine ve kararlı yapılara sahip olduğunu kuantum fiziğiyle açıklayabiliyoruz. Masanın üzerinde duran bardağın biçimini koruması bile, çıplak gözle göremediğimiz dünyanın kurallarına dayanıyor.

Gündelik hayatımızın sağlamlığı, sezgilerimize pek de uymayan bir fiziğin varlığına bağlı. Elektronun kütlesi, elektriksel etkileşimin gücü ve çekirdeği bir arada tutan etkileşimler, bu yapıların özelliklerini belirliyor.

Bunların farklı değerlere sahip olduğu bir dünyada yalnızca atomların boyutları değişmeyebilirdi. Aynı zamanda kimyasal bağların enerjileri, tepkimelerin gerçekleşme koşulları ve oluşabilecek yapılar da farklılaşabilirdi.

Dolayısıyla doğanın temel değerlerini konuşurken uzak bir matematik meselesinden söz etmiyoruz. Konu, bir proteinin biçiminden hücrelerimizin çalışmasına kadar uzanıyor. YILDIZLARDAN BEDENİMİZE UZANAN KARBONKömürün, grafitin ve elmasın temel elementi olan, aynı zamanda bedenimizin de yapı taşları arasında bulunan karbon, evrendeki en ilginç elementlerden biridir.

Zincirler, halkalar ve karmaşık moleküler iskeletler oluşturabilmesi, bildiğimiz yaşamın çeşitliliğine büyük bir imkân sağlamaktadır. Karbon elementinin üretimi ise yıldızlarda nova süreci içinde meydana gelen bir olgudur.

Yıldızların içinde üç helyum çekirdeğinin birleşerek karbon oluşturduğu süreçte, karbon çekirdeğinin özel bir uyarılmış enerji durumu önemli rol oynuyor. Fizikte Hoyle durumu olarak bilinen bu özellik, yıldızlardaki karbon üretimini kolaylaştırıyor.

Bedenimizdeki karbonun hikâyesi, böyle bir nükleer süreçten geçiyor. Bir düşünün: Şu anda bu satırları okuyan gözünüzün, onları anlamlandıran beyninizin yapısındaki karbon, geçmiş yıldız kuşaklarının üretimine uzanıyor. Yani bedeninizdeki karbon belki milyarlarca yıl önce yıldızlarda yaratıldı.

Elbette bir yıldızın içindeki çekirdek tepkimesi ile yıllar sonra bir insanın çocukluk hatırası arasında doğrudan kısa bir yol yok. Bu süreçte gezegenlerin oluşumu, kimyasal süreçler, yaşamın ortaya çıkışı ve evrim var. Fakat bütün bu uzun yolculuk aynı fiziksel dünyanın içinde gerçekleşiyor.

Kendi hayatımızın başlangıcını doğum tarihimiz olarak biliyoruz ancak bizi oluşturan malzemenin geçmişi bizden çok daha eski. Üstelik elementlerin bulunması da yeterli değil. Moleküllerin oluşması, yapıların korunması, gerektiğinde değişmesi ve maddelerin taşınabilmesi gerekiyor.

DNA’nın bilgi taşıması, proteinlerin görevlerini yerine getirmesi, hücrelerin enerji kullanması bu ilişkiler sayesinde mümkün oluyor. Yaşam, malzemelerin bir araya yığılmasıyla açıklanabilecek bir durum değil. Bir hücrenin kimyasal bileşenlerini aynı kaba koymak, kendiliğinden canlı bir hücre elde etmek anlamına gelmiyor.

Düzenin nasıl kurulduğu, sürdürüldüğü ve çoğaltıldığı da bu sorunun önemli bir parçası. PARÇACIKTAN HÜCREYE UZANAN BAĞQueen Mary University of London’dan fizikçi Kostya Trachenko’nun 2023 yılında Science Advances dergisinde yayımlanan çalışması, bu noktaya farklı bir yönden yaklaşıyor.

Temel fiziksel sabitlerin sıvıların akış özelliklerine koyduğu sınırları, hücresel yaşam açısından inceliyor. Çalışmanın düşündürdüğü ihtimal şu: Yıldızlarda element üretimine elverişli bazı koşullar korunurken, sıvıların özellikleri bildiğimiz hücresel süreçlere uygun olmayabilir.

Yani yıldızları ve elementleri olan bir evren tasarlamak, içinde canlıların da gelişebileceğini göstermeye yetmiyor. Bu da ilginç soruları beraberinde getiriyor. Burada suyun kendisinden daha geniş bir mesele var. Hücre içindeki moleküllerin karşılaşabilmesi, besinlerin taşınması ve kimyasal süreçlerin birbirini tamamlayabilmesi fiziksel koşullara bağlı.

Bir sıvının akmaya gösterdiği direnç değiştiğinde yalnızca hareketin hızı değil, bazı süreçler arasındaki denge de değişebilir. Böylece parçacık fiziğinde ele aldığımız değerler, canlılığın günlük işleyişine kadar uzanıyor.

Bir yanda elektron, diğer yanda kalbin pompaladığı kan. Aralarındaki ilişki belki de fiziksel bulguları anlamamız için önemli ipuçları taşıyor. Bundan, bütün sabitlerin en küçük değişiminde hayatın mutlaka yok olacağı sonucu çıkmıyor.

Hangi değerin değiştiği, diğerlerinin nasıl etkilendiği ve hangi yaşam biçimini ele aldığımız önemli. Araştırılması gereken geniş bir alan var. Bildiğimiz fiziksel değerlerin neden bu değerler olduğu da temel sorularımızdan biri.

Daha kapsamlı bir kuram, bugün ayrı ayrı ölçtüğümüz bazı özellikler arasında henüz göremediğimiz ilişkiler kurabilir. Bilimin ilerleyişi, çoğu zaman bağlantısız sandığımız olayların ortak açıklamasını bulmakla gerçekleşiyor.

BİLİM VATAN VE TEMEL BİLİMLERTürkiye’de bilim eğitiminin de bu bağlantıları görünür kılması gerekiyor. Atomu öğretirken hücreye, hücreyi anlatırken enerjiye, enerjiyi tartışırken yıldızlara uzanabilmeliyiz. Gençlerin yalnızca formülleri hatırlaması yeterli olmaz.

Aynı zamanda o formüllerin hangi dünyayı açıkladığını merak etmeleri gerekir. Üniversitelerimizde temel bilimlere ayrılan emek ve kaynak, geleceğin teknolojilerine de zemin hazırlar. Bilim Vatan, soruların peşinden gidebilen araştırmacılarla ve onların çalışmasını sürdürebildiği kurumlarla güçlenir.

Şimdi yeniden elinize bakın. Onu oluşturan atomlar tek başlarına düşünmüyor. Fakat o atomların katıldığı canlı yapı, geçmişini hatırlıyor, geleceğini tasarlıyor, kendi oluşumunu araştırıyor. Bence üzerinde uzun uzun durmamız gereken gerçek bu.

Bir yıldızın içinde oluşan karbon atomu, milyarlarca yıl sonra o yıldızın nasıl oluştuğunu sorgulayan bir beynin parçası olabiliyor. Belki de evrenin en şaşırtıcı hikâyesi, maddenin bir gün kendi geçmişini araştırabilecek kadar karmaşık bir düzene ulaşmasıdır.

Bu yüzden bilimsel araştırmalar her ülke için elzemdir. Bu araştırmalarla evrenimizi daha iyi anlayabilir, çevremizde gerçekleşen olaylara ilişkin bilgimizi ve müdahale imkânlarımızı geliştirebiliriz.