Madde

En uzak yıldızdan en küçük toz taneciğine kadar evrende bulunan her şey inanılmaz çeşitlilikte maddeden yapılmıştır. Yaklaşık 200 yıl kadar önce ısı, bir çok bilim adamı tarafından maddenin özel bir çeşidi olarak görülüyordu. Fakat ısının küçük madde parçalarının hareketi olduğu artık biliniyor. Aynı şekilde, ses de maddenin belirli bir hareketidir. Tüm değişik madde çeşitlerinin ortak bir özelliği vardır; kütle. Kütle, herhangi bir madde içindeki malzeme miktarıdır ve harekete karşı direnç gösterir. Örneğin bir kamyon, oyuncak arabadan çok daha fazla kütleye sahiptir ve hareket ettirilmesi çok daha zordur. Evrende her parça madde, diğer tüm madde parçalarını çeker, ancak maddenin miktarı önemlidir; büyük bir parça, küçük bir parçayı bir diğer küçük madde parçasından daha güçlü çeker.

Eski yunan filozofları maddenin doğasını şiddetle tartışmışlar ve tüm görünen karmaşıklığına rağmen dünyanın basit olduğu sonucuna varmışlar. İ.Ö 600' lü yıllarda Thales, bütün maddelerin sudan yapıldığını ortaya attı. Empeodeles (İ.Ö 5 yy) tüm maddelerin farklı oranlarda karışmış olarak, dört temel madde ya da elementten oluştuğuna inandı; toprak, su, hava ve ateş. Bir sonraki yüzyılda Aristo, cennetten geldiğine inanılan "eter" adını verdiği beşinci bir maddeyi ekledi. Leucippus'un (İ.Ö 5.yy) da sadece bir çeşit madde olduğuna dair bir teorisi vardı. Buna göre eğer madde defalarca kesilirse , kalan son kısmın kesilemeyecek madde parçacığı olduğunu düşündü. Daha sonra Democritus, İ.Ö 400'lü yıllarda, kesilemeyen bu parçacıklara "bölünemeyen" anlamına gelen "atom" adını verdi. Fakat atomlara inanmayan Aristo, kendisini izleyen 2000 yıl boyunca en yetkin filozof olarak kabul edildiği için onun elementler ile ilgili düşüncesi hüküm sürdü.

Maddenin en küçük temel taşı nedir? Bu soruyla başlayan araştırma serüveni 1897'de Thomson'ın elektronu bulmasıyla başladı. Ardından proton,nötron,pozitron, müon, pion, nötrino diye adlandırılan parçacıkların bulunmasıyla devam etti. 1955’ lere kadar bilinen tüm parçacıklar bunlardı. Ancak bu tarihten sonra devreye hızlandırıcıların da girmesiyle olaylar ilginç boyutlara ulaştı. 1960 'larda yapılan hızlandırıcılarda çok sayıda bilinmeyen parçacık gözlemlendi.

1970'li yıllara gelindiğinde elektronun boyutu belirlenememekle birlikte nötron ve protonun her ikisinin de çaplarının yaklaşık olarak 2x10^-15 metre olduğu saptandı. Boyut belirlemesinden öteye bu parçacıkların kuark denen daha küçük parçacıklardan oluştuğu görüldü.

Kuarklar, proton ve nötron gibi çekirdek parçacıklarını, taşıdıkları "renk yükü" sayesinde çeşitli bileşimlerle oluşturan en temel madde parçacıklarıdır. (Not : Yükün, artı ya da eksi olarak iki işareti olabilir. Kuarkların üç durum alabilen başka bir önemli özelliği daha vardır ; fizikçiler bu özelliğe "renk" adını vermişlerdir)

Gell-Mann ve Zwelg'e göre baryonlar üç kuarktan, mezonlar ise kuark ve antikuarklardan oluşmuştur. Önceleri hipotez olarak öne sürülen kuarklar, "Omega" parçacığının keşfiyle gerçeğe dönüştü.

Elektron, kütle olarak kuarklardan çok daha küçük olmasına rağmen, yük ve diğer fiziksel özellikleri bakımından maddeyi oluşturan en küçük yapı taşı olarak kabul edilememektedir.

Sonuç olarak, insanoğlu maddeyi oluşturan en küçük yapıtaşını belirlerken konu, tarihi gelişimi içinde aşağıdaki aşamalardan geçmiştir denilebilir.

Molekül - atom - çekirdek - nükleon - kuark - ?

Peki ilk madde nasıl oluştu? Bu soruya insanoğlu belki de hiç yanıt bulamayabilir. Ancak Big Bang'e dönersek ;

Evren'in oluşumunun başlangıcında, sıcaklık 20 milyar dereceye çıktığı zaman saniyenin yüzbinde biri kadar bir süre içinde oluştuğu düşünülen bir madde olan "kuarklar ve gluonlar plazması" maddenin bildiğimiz biçimini almasından tam önce var olmuştur.

Başlangıçta enerji son derece yoğundu ve patlamaya benzeyen bir olay oldu: "Big Bang" madde çok çabuk olarak bildiğimiz biçimini aldı. Evren, nükleonlar (atom çekirdeklerini oluşturan parçacıklar) dan ve elektron,nötrino, foton vb. öbür parçacıklardan oluştu. Atomlar ise çok sonra, sıcaklık ve yoğunluğun yeterince düşerek elektronların nükleonlar çevresindeki çekim alanına girmesi ile oluştu. Maddenin bu ikinci dönüşümü, birincisi kadar önemli olamaz. Kimi yerlerde bu dönüşüm oluşmamıştır. Örneğin, nötron yıldızlarındaki madde , yalnız nötronlardan oluşmuş durumda kalmıştır; bu yıldızlar da atom çekirdeklerini oluşturacak nükleon gruplarının çevresinde dolanan eksi yüklü elektronlar yoktur.

Yararlanılan Kaynaklar : Bilim ve Teknik Dergisi / Ağustos 1987/ Haziran 1989/ Ekim 1994/ Aralık 2002

Bu makaleyi hazırlarken,herkesin anlayabilmesi için olabildiğince bilimsel terimlerden uzak durmaya çalıştım. Daha ayrıntılı bilgi isteyenler, vermiş olduğum kaynaklara bir göz atabilirler...