logo
Menü
Giriş yap Üye ol
  • Anasayfa Anasayfa
Popüler Bilim

Popüler Bilim

Soru - Cevap

Soru - Cevap

Tasarla ve Yap

Tasarla ve Yap

Deneyler

Deneyler

Bilim Genç TV

Bilim Genç TV

Gökbilim

Gökbilim

Yeryüzü

Yeryüzü

Sesli Yayın

Sesli Yayın

Bilim Çizgi

Bilim Çizgi

Periyodik Tablo

Periyodik Tablo

Yeryüzü

Bunu Biliyor muydunuz?

Yarışmalar

Yarışmalar

  • Popüler Bilim Bilim Genç' i Tanıyın
    • - Bilim Genç Hakkında
    • - Ekibimiz
    • - İçerik Kullanım Şartları
    • - İletişim
  • Bilim Genç TÜBİTAK’ın dijital ortamda ücretsiz popüler bilim yayınıdır.

logo
Arama
Giriş yap
  • Popüler Bilim Popüler Bilim
  • Soru - Cevap Soru - Cevap
  • Tasarla ve Yap Tasarla ve Yap
  • Deneyler Deneyler
  • Bilim Genç TV Bilim Genç TV
  • Yarışmalar Yarışmalar
  • Gökbilim Gökbilim
  • Yeryüzü Yeryüzü
  • Sesli Yayın Sesli Yayın
  • Bilim Çizgi Bilim Çizgi
  • Bunu Biliyor muydunuz? Bunu Biliyor muydunuz?
  • Periyodik Tablo Periyodik Tablo
  • Popüler Bilim Bilim Genç' i Tanıyın
    • - Bilim Genç Hakkında
    • - Ekibimiz
    • - İçerik Kullanım Şartları
    • - İletişim
  • Bilim Genç TÜBİTAK’ın dijital ortamda ücretsiz popüler bilim yayınıdır.

Kitap Okumak ve Ekran Başında Vakit Geçirmek Beyni Farklı Etkiliyor

Mikroplastikler Bulaşıcı Hastalık mı Yayıyor?

Negatif Sayılar Neden Var?

Felçli Hastaların Konuşmasını Sağlayan Teknoloji

Kediler Neden Mırlar?

Sinir Sistemi Nedir? Sinir Sistemini Oluşturan Organlar Neler?

Okyanus Akıntıları 2050’de Durabilir! Peki Bu, Dünya İçin Ne Anlama Geliyor?

Uranüs’ün Halkalarının En Detaylı Görüntüsü

Yapay Zekâ Bilinç Kazanabilir mi?


Madde Neden Kararlıdır?

Dr. Mahir E. Ocak
22/03/2022

Maddenin neden kararlı olduğunu anlamak için kuantum mekaniği ile ilgili birkaç temel bilgiye ihtiyacımız olacak.

Madde Neden Kararlıdır?

Atom çekirdeklerinin çapı atomların çapından yaklaşık 100.000 kat daha küçüktür. Peki öyleyse atomların ve atomların bir araya gelmesiyle oluşan yoğun maddelerin daha küçük bir hacim kaplamasını engelleyen şey nedir? Eksi yüklü elektronlar neden kolaylıkla artı yüklü atom çekirdeklerine düşmez? Madde neden kararlıdır? Gelin hep birlikte öğrenelim.

Öncelikle atomun kararlılığı* ile başlayalım. Elektronlar atom çekirdeğine elektromanyetik kuvvetle bağlıdır. Toplam enerjilerinin iki bileşeni vardır: elektriksel potansiyel enerji ve kinetik enerji. Bir parçacığın konumundaki belirsizlik ne kadar azsa momentumundaki belirsizliğin o kadar çok olacağını söyleyen Heisenberg belirsizlik ilkesinden yola çıkılarak yapılan hesaplar, bir elektronun potansiyel enerjisi azaldıkça kinetik enerjisinin artacağını gösterir. Bu durum, atomlardaki elektronların toplam enerjisinin belirli bir değerin altına düşemeyeceği anlamına gelir. Sahip olabilecekleri enerjinin bir alt sınırının olması, atomlardaki elektronların ortalama olarak atom çekirdeğinden uzak konumlarda bulunmasını sağlar. 

Çok sayıda atomdan oluşan sistemleri ele almadan önce Pauli dışarlama ilkesinden bahsedelim.  Parçacık fiziğinin standart modelinde yer alan tüm parçacıklar iki gruba ayrılır: fermiyonlar ve bozonlar. Fermiyonlar olarak adlandırılan madde parçacıkları çeşitli kombinasyonlarda bir araya gelerek maddeyi oluşturur. Bozonlar olarak adlandırılan kuvvet parçacıkları ise fermiyonlar arasındaki etkileşimlere aracılık eder. Pauli dışarlama ilkesi, özdeş iki fermiyonun aynı kuantum durumunda bulunamayacağını söyler. Öncelikle Pauli dışarlama ilkesinin atomlardaki elektronlar için ne anlama geldiğine bakalım. Atomlardaki elektronlar orbital olarak adlandırılan enerji seviyelerinde bulunur. İki elektronun aynı kuantum durumunda bulunmasının imkânsız olması, bir orbitalde -spinleri birbirinden farklı olmak kaydıyla- en fazla iki elektron bulunabileceği anlamına gelir. Bu yüzden çok sayıda elektron içeren atomlarda tüm elektronların temel enerji seviyesinde (en düşük enerjili orbitalde) bulunması imkânsızdır. Uyarılmamış hâldeki (mümkün olan en düşük enerjiye sahip) bir atomda elektronlar en düşük enerjili orbitalleri, bir orbitalde en fazla iki elektron bulunacak biçimde, doldurur. Yüksek enerjili orbitallerdeki elektronlar ortalama olarak atom çekirdeğine daha uzak konumlarda bulunur.

Çok sayıda atomdan oluşan sistemlerde de enerji seviyeleri vardır. Pauli dışarlama ilkesi nedeniyle bu sistemlerde de özdeş parçacıklar (özdeş iki atom çekirdeği ya da özdeş iki elektron) aynı kuantum durumunda bulunamaz. Bu durum, maddenin uzayda büyük bir hacim kaplamasına neden olur. Freeman Dyson ve Andrew Lenard, 1967 yılında Journal of Mathematical Physics’te yayımladıkları bir makalede, Pauli dışarlama ilkesi doğru olmasaydı maddenin çok daha küçük bir hacim kaplayacağını kuramsal hesaplar yoluyla gösterdiler. Ellerimizi birbirine vurduğumuzda birbirlerinin içinden geçmiyorlarsa ya da bir sandalyenin üzerinde oturabiliyorsak, bunların nedeni özdeş iki madde parçacığının aynı kuantum durumunda bulunmasının imkânsız olmasıdır.

* Atomlar elektron yakalama ya da alfa ve beta ışınımları yoluyla başka tür atomlara dönüşebilir. Burada atomların kararlılığı ile -klasik fizik yasalarının geçerli olduğu bir sistemden bekleneceği gibi- elektronların kısa süre içinde atom çekirdeğine düşmemesini kastediyoruz.         

Konu
Madde

paylaş

En Çok Okunan Makaleler

Yıldızlar Nasıl Oluşur?

Soru - Cevap • 27-04-2015

Ağaçlar Şehirlerin Sıcaklığını Nasıl Etkiler?

Sesli Yayın • 16-03-2018

Arılar Nasıl Bal Yapar? Balın Yapısında Hangi Maddeler Var?

Soru - Cevap • 22-03-2018

ChatGPT Nedir? Nasıl Kullanılır?

Haberler • 02-03-2023

Bir Metni ChatGPT’nin Hazırladığı Anlaşılabilir mi?

Soru - Cevap • 19-04-2023

Türkiye’nin Zehirli Örümcekleri

Yeryüzü • 10-07-2019

Gelecekteki Tehlike: Su Kıtlığı

Haberler • 22-03-2021

Türkiye’nin İlk Uzay Yolcularını Tanıyalım: Alper Gezeravcı Kimdir? Tuva Cihangir Atasever Kimdir?

Haberler • 12-05-2023

Bakteri ve Virüs Arasında Ne Fark Var?

Soru - Cevap • 10-04-2020

İmposter Sendromu: Sahtekâr Değilsiniz!

Haberler • 29-09-2021

Bilim Genç Logo
Tekrardan Hoşgeldiniz!

Bilim Genç’in kozmik derinliklerinde yolculuğa başlamak için giriş yapın.

Bir hesabınız yok mu? Üye olun

Sayfayı Paylaş
Twitter'da paylaş telegram'da paylaş Whatsapp'da paylaş facebook'da paylaş
Bağlantıyı kopyala
baylaş