Filmlerde süper kahramanların veya büyücülerin en havalı numaralarından biri, katı duvarların içinden hayalet gibi süzülerek geçmektir. Marvel evrenindeki Vision’ı ya da Harry Potter’ın 9¾ Peronu’na dalışını düşünün; ne kadar da zahmetsiz görünüyor. Ancak gerçek hayatta bu deneme, muhtemelen canı yanan bir burun ve zihinde dönüp duran temel bir soruyla sonuçlanır: Eğer öğrendiğimiz gibi atomların %99.9’u boşluktan oluşuyorsa, neden elimiz bile bir duvarın içinden geçemiyor?
Haberi PodCast olarak dinlemek isterseniz;
Bu sorunun cevabı, bizi evrenin temel işleyişini yöneten iki görünmez ama inanılmaz güçlü bariyere götürüyor. Live Science‘a konuşan uzman fizikçilere göre, katı maddenin “katı” olmasını sağlayan bu iki temel prensip şunlardır: Elektromanyetik İtme Kuvveti ve Pauli’nin Dışlama İlkesi.
Gerçekte “Boşluk” Ne Anlama Geliyor?
Öncelikle şu meşhur “boşluk” kavramını netleştirelim. Lise fen derslerinden hatırladığımız klasik atom modeli, merkezde proton ve nötronlardan oluşan minik bir çekirdek ve onun etrafında belirli yörüngelerde dönen elektronları resmeder. Bu modelde ölçek o kadar şaşırtıcıdır ki, eğer bir atomu dev bir futbol stadyumu olarak hayal edersek, çekirdek sahanın ortasındaki tek bir bilye, elektronlar ise tribünlerde rastgele uçuşan birer toz zerresi olurdu. Geriye kalan her şey, devasa bir boşluktur. Peki, bu kadar boşluk varken, elimizdeki atomların boşlukları ile duvardaki atomların boşlukları neden iç içe geçmiyor?
Cevap, atomun gerçek doğasının klasik modelden çok daha karmaşık ve tuhaf olan kuantum mekaniğinde gizli.
1. Engel: Görünmez Kalkan – Elektromanyetik İtme
Kuantum dünyasında elektronlar, gezegenler gibi belirli bir yörüngede dönen küçük toplar değildir. Bunun yerine, bir “olasılık bulutu” oluştururlar. Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden fizik doktora öğrencisi Raheem Hashmani‘nin belirttiği gibi, bu bulut, elektronun herhangi bir anda bulunabileceği belirsiz bir alanı temsil eder.
Bu elektron bulutu, atomun dış katmanını sürekli olarak negatif bir elektrik yüküyle çevreler. Maryland Üniversitesi’nden fizikçi Steven Rolston, durumu basit bir dille açıklıyor: “Bir duvarın içinden geçmeye çalıştığımda, vücudumdaki atomların elektron bulutları ile duvardaki atomların elektron bulutları birbirini görür ve anında iter.”
Bu, iki mıknatısın aynı kutuplarını birbirine yaklaştırdığınızda hissettiğiniz o görünmez ama güçlü itme kuvvetinin aynısıdır. Eliniz duvara dokunduğunda aslında tam olarak “dokunmazsınız.” Elinizdeki ve duvardaki atomların negatif yüklü elektron bulutları, birbirine o kadar güçlü bir şekilde karşı koyar ki, bu itme kuvvetini beynimiz “katılık” ve “dokunma” hissi olarak yorumlar. Bu elektromanyetik kuvvet, atomların birbirine karışmasını engelleyen ilk ve en güçlü savunma hattıdır.
2. Engel: Kuantumun Temel Yasası – Pauli’nin Dışlama İlkesi
Peki ya bu elektromanyetik itme kuvvetini bir şekilde aşacak kadar atomları birbirine yaklaştırmayı başarsaydık ne olurdu? İşte o zaman evrenin daha da temel ve esnetilemez bir yasası devreye girer: Pauli’nin Dışlama İlkesi.
Bu ilke, adını aldığı fizikçi Wolfgang Pauli tarafından formüle edilmiştir ve oldukça nettir: Fermiyon adı verilen temel parçacıklar (elektronlar da birer fermiyondur) asla aynı anda aynı kuantum durumunda, yani kabaca aynı yerde bulunamazlar. Bu, evrenin temel bir “tek koltuk, tek kişi” kuralıdır.
Hashmani’nin açıkladığı gibi, iki atomun elektron bulutları üst üste binmeye başladığında, bu iki farklı atomdan gelen elektronların aynı fiziksel alanı paylaşmaya çalıştığı anlamına gelir. Pauli’nin Dışlama İlkesi bunu kesin bir dille yasaklar. Bu yasağı delme girişimi, atomların yapısını bozacak ve maddeyi kararsız hale getirecek muazzam bir enerji ve basınç gerektirir. Bu ilke olmasaydı, evrendeki tüm madde kendi içine çökerek kararlı bir yapı oluşturamazdı.
Bir Umut Işığı mı Var? Kuantum Tünelleme Olasılığı
Tüm bunlara rağmen kuantum mekaniği, kapıyı hiçbir zaman tam olarak kapatmaz. Parçacıkların aynı zamanda dalga gibi davrandığı gerçeği, “kuantum tünelleme” adı verilen akıl almaz bir olasılığı doğurur.
Bir dalga, aşacak enerjisi olmasa bile bir bariyere çarptığında aniden durmaz. Dalganın bir kısmı, üstel olarak azalarak bariyerin içine sızar. Eğer duvar yeterince inceyse, bu dalganın neredeyse sıfıra yakın bir kısmının diğer tarafta yeniden belirme ihtimali vardır. Bu, bir parçacığın (veya teorik olarak bir insanın tüm parçacıklarının) bir duvardan geçme olasılığının sıfır olmadığı anlamına gelir.
Ancak heyecanlanmadan önce, Hashmani’nin hesapladığı olasılığa bir göz atalım: “10 üzeri 10 üzeri 30’da 1 gibi bir şey.” Bu sayı o kadar büyüktür ki, evrendeki en güçlü hesap makineleri bile sonucu doğrudan “sıfır” olarak gösterir.
Rolston’un da dediği gibi, bu olasılık “Sıfıra olabildiğince yakın, ama sıfır değil.” Belki de evrenin trilyonlarca yıllık ömründe bir yerlerde, tek bir atom bir anlığına bir duvarın içinden tünellemiş olabilir. Ama bir insanın bunu başarması için, evrenin yaşından çok daha uzun bir süre boyunca her saniye deneme yapması gerekirdi.
Sonuç olarak, duvarların içinden geçemememizin nedeni atomların “dolu” olması değil, onları bir arada tutan ve birbirine karışmasını engelleyen görünmez ama mutlak güçteki fizik yasalarıdır. Hissettiğimiz katılık, boşluğun içindeki kuvvetlerin bir tezahürüdür.
