Evrende Maddenin En Fazla Bulunduğu Hali Nedir? Plazma Cevabının Ardındaki Asıl Hikâye
Uzaya dair düşünürken benim zihnimde uzun süre hep aynı görüntü vardı: sonsuz bir boşluk, arada birkaç yıldız ve gezegenler. Dünya'da maddeyi düşündüğümüzde de aklımıza genellikle katılar, sıvılar ve gazlar geliyor. Fakat astronomiyle biraz daha fazla ilgilendikçe bu tablo bana oldukça yanıltıcı gelmeye başladı. Çünkü günlük hayatta alıştığımız madde halleri, evrenin geneli açısından neredeyse istisna sayılabilecek kadar sınırlı.
Bugün bildiğimiz kadarıyla evrende, özellikle gözlemlenebilir ve sıradan atomik maddeyi esas aldığımızda, en yaygın madde hali plazmadır. NASA, plazmanın gözlemlenebilir evrendeki maddenin yüzde 99'undan fazlasını oluşturduğunu belirtiyor; başka bir NASA kaynağında bu oran yaklaşık yüzde 99,9 olarak veriliyor. Yıldızlar, Güneş ve yıldızlar arasındaki çok seyrek maddelerin önemli bölümü plazma halindedir.
Ancak burada kritik bir ayrıntı var: “Evrendeki maddenin en fazla bulunduğu hali plazmadır” demek ile “Evrendeki her şeyin yüzde 99,9'u plazmadır” demek aynı şey değildir. Bence bu ayrım, konunun en fazla gözden kaçan tarafı.
Önce “madde” ile neyi kastettiğimizi netleştirelim
Bilimsel açıdan meseleye yaklaşırken ilk sorun kullandığımız kelimelerde ortaya çıkıyor. Evrenin yaklaşık yüzde 5'i normal ya da baryonik madde olarak tanımlanan, atomlardan oluşan maddedir. Yaklaşık yüzde 27'si karanlık madde, yüzde 68'i ise karanlık enerji olarak modellenmektedir. NASA'nın güncel açıklamalarında da bu yaklaşık dağılım korunuyor.
Dolayısıyla “maddenin en fazla bulunduğu hali” sorusuna cevap verirken karanlık maddeyi ve karanlık enerjiyi doğrudan katı, sıvı, gaz veya plazma kategorilerine yerleştirmek doğru olmaz.
Karanlık madde konusunda hâlâ büyük bir bilinmezlik var. Onu ışıkla doğrudan göremiyoruz; varlığını başta kütleçekimsel etkilerinden çıkarıyoruz. NASA da karanlık maddenin evrenin yaklaşık yüzde 27'sini oluşturduğunu ve galaksilerin büyük ölçekli yapısında önemli rol oynadığını belirtiyor.
Bu yüzden soruyu daha bilimsel biçimde şöyle sormak gerekiyor:
“Atomlardan oluşan normal maddenin evrende en yaygın bulunduğu fiziksel hali nedir?”
Bu sorunun cevabı oldukça net: plazma.
Plazma neden bu kadar yaygın?
Plazmayı basitçe “çok sıcak gaz” olarak tanımlamak eksik olur. Plazma, atomların veya moleküllerin önemli ölçüde iyonlaştığı; yani elektronların atomlardan ayrıldığı ve serbest yüklü parçacıkların bulunduğu bir madde halidir. Bu nedenle plazmanın davranışı sıradan nötr gazdan farklıdır. Elektrik ve manyetik alanlarla güçlü biçimde etkileşebilir.
Burada yıldızların rolü çok önemli.
Güneş'e baktığımızda aslında devasa bir plazma küresi görüyoruz. Aynı durum diğer yıldızlar için de geçerli. Yıldızların içindeki olağanüstü sıcaklık ve basınç koşulları, maddenin atomik yapısını günlük yaşamda gördüğümüz biçimden tamamen farklı bir hale getiriyor.
NASA'nın eğitim kaynaklarından biri, tüm yıldızların plazmadan oluştuğunu ve plazmanın gözlemlenebilir maddenin yüzde 99'undan fazlasını oluşturduğunu belirtiyor.
Bununla birlikte plazma sadece yıldızların içinde bulunmuyor. Yıldızlararası ve gezegenlerarası uzay da tamamen boş değil. Güneş rüzgârı, iyonlaşmış gazlar ve çeşitli astrofiziksel süreçler uzayın çok seyrek de olsa plazmayla dolu olmasını sağlıyor. NASA'nın açıklamalarında uzayın “boşluk” olarak düşünülmesinin önemli bir yanılgı olduğu özellikle vurgulanıyor.
Peki neden Dünya'da plazmayı neredeyse hiç görmüyoruz?
Bence sorunun ilginç taraflarından biri de burada başlıyor. Eğer plazma evrendeki normal maddenin ezici çoğunluğunu oluşturuyorsa, neden günlük hayatımızda katı, sıvı ve gazlarla karşılaşıyoruz?
Çünkü Dünya'nın yüzey koşulları evrenin tipik koşullarını temsil etmiyor.
Taş, su, hava, ahşap ve metaller bize maddenin doğal haliymiş gibi geliyor. Oysa bunlar Dünya'nın görece düşük sıcaklık ve basınç koşullarında ortaya çıkan durumlar. Evrenin büyük bölümünde ise yıldızların yüksek sıcaklıkları, güçlü radyasyon alanları, manyetik alanlar ve çok farklı yoğunluk koşulları hüküm sürüyor.
Bu açıdan bakıldığında aslında “normal” kavramı değişiyor. Dünya bizim deneyimimiz açısından normal olabilir; fakat kozmik ölçekte Dünya'nın koşulları oldukça özel.
Bu bana biraz şu durumu hatırlatıyor: Bir insan bütün hayatını aynı şehirde geçirirse, o şehrin iklimini dünyanın genel iklimi sanabilir. Astronomide de benzer bir bilişsel tuzağa düşüyoruz. Kendi deneyimimizi evrene genellemek kolay, fakat bilim bize bunun çoğu zaman yanlış olduğunu gösteriyor.
“Plazma yüzde 99,9” ifadesine neden dikkat etmek gerekiyor?
Burada eleştirel yaklaşılması gereken önemli bir nokta var.
NASA'nın bazı kaynakları plazmanın görünür veya gözlemlenebilir evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 99,9'unu oluşturduğunu söylerken, başka kaynaklarda yüzde 99 veya yüzde 99'dan fazla gibi daha yuvarlak ifadeler kullanılıyor.
Bu farklılık bir bilimsel çelişki anlamına gelmiyor. Çünkü kullanılan tanımlar, hesaplama yöntemi ve “görünür madde” kapsamı önem taşıyor.
Daha da önemlisi, yüzde 99,9 ifadesini doğrudan evrenin tamamına uygulamak hatalı olur. Çünkü evrenin enerji-madde bütçesinde normal madde yaklaşık yüzde 5 seviyesinde. Karanlık madde ve karanlık enerji bu hesaplamada çok daha büyük paylara sahip.
Dolayısıyla popüler bilim yazılarında sıkça görülen “Evrenin yüzde 99,9'u plazmadır” cümlesi, bağlamından koparıldığında yanlış anlaşılabilir.
Daha doğru ifade şudur:
Normal atomik maddenin çok büyük çoğunluğu plazma halindedir.
Uzaya dair düşünürken benim zihnimde uzun süre hep aynı görüntü vardı: sonsuz bir boşluk, arada birkaç yıldız ve gezegenler. Dünya'da maddeyi düşündüğümüzde de aklımıza genellikle katılar, sıvılar ve gazlar geliyor. Fakat astronomiyle biraz daha fazla ilgilendikçe bu tablo bana oldukça yanıltıcı gelmeye başladı. Çünkü günlük hayatta alıştığımız madde halleri, evrenin geneli açısından neredeyse istisna sayılabilecek kadar sınırlı.
Bugün bildiğimiz kadarıyla evrende, özellikle gözlemlenebilir ve sıradan atomik maddeyi esas aldığımızda, en yaygın madde hali plazmadır. NASA, plazmanın gözlemlenebilir evrendeki maddenin yüzde 99'undan fazlasını oluşturduğunu belirtiyor; başka bir NASA kaynağında bu oran yaklaşık yüzde 99,9 olarak veriliyor. Yıldızlar, Güneş ve yıldızlar arasındaki çok seyrek maddelerin önemli bölümü plazma halindedir.
Ancak burada kritik bir ayrıntı var: “Evrendeki maddenin en fazla bulunduğu hali plazmadır” demek ile “Evrendeki her şeyin yüzde 99,9'u plazmadır” demek aynı şey değildir. Bence bu ayrım, konunun en fazla gözden kaçan tarafı.
Önce “madde” ile neyi kastettiğimizi netleştirelim
Bilimsel açıdan meseleye yaklaşırken ilk sorun kullandığımız kelimelerde ortaya çıkıyor. Evrenin yaklaşık yüzde 5'i normal ya da baryonik madde olarak tanımlanan, atomlardan oluşan maddedir. Yaklaşık yüzde 27'si karanlık madde, yüzde 68'i ise karanlık enerji olarak modellenmektedir. NASA'nın güncel açıklamalarında da bu yaklaşık dağılım korunuyor.
Dolayısıyla “maddenin en fazla bulunduğu hali” sorusuna cevap verirken karanlık maddeyi ve karanlık enerjiyi doğrudan katı, sıvı, gaz veya plazma kategorilerine yerleştirmek doğru olmaz.
Karanlık madde konusunda hâlâ büyük bir bilinmezlik var. Onu ışıkla doğrudan göremiyoruz; varlığını başta kütleçekimsel etkilerinden çıkarıyoruz. NASA da karanlık maddenin evrenin yaklaşık yüzde 27'sini oluşturduğunu ve galaksilerin büyük ölçekli yapısında önemli rol oynadığını belirtiyor.
Bu yüzden soruyu daha bilimsel biçimde şöyle sormak gerekiyor:
“Atomlardan oluşan normal maddenin evrende en yaygın bulunduğu fiziksel hali nedir?”
Bu sorunun cevabı oldukça net: plazma.
Plazma neden bu kadar yaygın?
Plazmayı basitçe “çok sıcak gaz” olarak tanımlamak eksik olur. Plazma, atomların veya moleküllerin önemli ölçüde iyonlaştığı; yani elektronların atomlardan ayrıldığı ve serbest yüklü parçacıkların bulunduğu bir madde halidir. Bu nedenle plazmanın davranışı sıradan nötr gazdan farklıdır. Elektrik ve manyetik alanlarla güçlü biçimde etkileşebilir.
Burada yıldızların rolü çok önemli.
Güneş'e baktığımızda aslında devasa bir plazma küresi görüyoruz. Aynı durum diğer yıldızlar için de geçerli. Yıldızların içindeki olağanüstü sıcaklık ve basınç koşulları, maddenin atomik yapısını günlük yaşamda gördüğümüz biçimden tamamen farklı bir hale getiriyor.
NASA'nın eğitim kaynaklarından biri, tüm yıldızların plazmadan oluştuğunu ve plazmanın gözlemlenebilir maddenin yüzde 99'undan fazlasını oluşturduğunu belirtiyor.
Bununla birlikte plazma sadece yıldızların içinde bulunmuyor. Yıldızlararası ve gezegenlerarası uzay da tamamen boş değil. Güneş rüzgârı, iyonlaşmış gazlar ve çeşitli astrofiziksel süreçler uzayın çok seyrek de olsa plazmayla dolu olmasını sağlıyor. NASA'nın açıklamalarında uzayın “boşluk” olarak düşünülmesinin önemli bir yanılgı olduğu özellikle vurgulanıyor.
Peki neden Dünya'da plazmayı neredeyse hiç görmüyoruz?
Bence sorunun ilginç taraflarından biri de burada başlıyor. Eğer plazma evrendeki normal maddenin ezici çoğunluğunu oluşturuyorsa, neden günlük hayatımızda katı, sıvı ve gazlarla karşılaşıyoruz?
Çünkü Dünya'nın yüzey koşulları evrenin tipik koşullarını temsil etmiyor.
Taş, su, hava, ahşap ve metaller bize maddenin doğal haliymiş gibi geliyor. Oysa bunlar Dünya'nın görece düşük sıcaklık ve basınç koşullarında ortaya çıkan durumlar. Evrenin büyük bölümünde ise yıldızların yüksek sıcaklıkları, güçlü radyasyon alanları, manyetik alanlar ve çok farklı yoğunluk koşulları hüküm sürüyor.
Bu açıdan bakıldığında aslında “normal” kavramı değişiyor. Dünya bizim deneyimimiz açısından normal olabilir; fakat kozmik ölçekte Dünya'nın koşulları oldukça özel.
Bu bana biraz şu durumu hatırlatıyor: Bir insan bütün hayatını aynı şehirde geçirirse, o şehrin iklimini dünyanın genel iklimi sanabilir. Astronomide de benzer bir bilişsel tuzağa düşüyoruz. Kendi deneyimimizi evrene genellemek kolay, fakat bilim bize bunun çoğu zaman yanlış olduğunu gösteriyor.
“Plazma yüzde 99,9” ifadesine neden dikkat etmek gerekiyor?
Burada eleştirel yaklaşılması gereken önemli bir nokta var.
NASA'nın bazı kaynakları plazmanın görünür veya gözlemlenebilir evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 99,9'unu oluşturduğunu söylerken, başka kaynaklarda yüzde 99 veya yüzde 99'dan fazla gibi daha yuvarlak ifadeler kullanılıyor.
Bu farklılık bir bilimsel çelişki anlamına gelmiyor. Çünkü kullanılan tanımlar, hesaplama yöntemi ve “görünür madde” kapsamı önem taşıyor.
Daha da önemlisi, yüzde 99,9 ifadesini doğrudan evrenin tamamına uygulamak hatalı olur. Çünkü evrenin enerji-madde bütçesinde normal madde yaklaşık yüzde 5 seviyesinde. Karanlık madde ve karanlık enerji bu hesaplamada çok daha büyük paylara sahip.
Dolayısıyla popüler bilim yazılarında sıkça görülen “Evrenin yüzde 99,9'u plazmadır” cümlesi, bağlamından koparıldığında yanlış anlaşılabilir.
Daha doğru ifade şudur:
Normal atomik maddenin çok büyük çoğunluğu plazma halindedir.