Gelecek Burada Podcast serisine aşağıdaki platformlardan ulaşabilirsiniz:
Aslında hepimiz yıldız tozundan yapıldık. DNA’mızdaki karbon, dişlerimizdeki kalsiyum, kanımızdaki demir, içtiğimiz sudaki oksijen bunların hepsi ömrünü tamamlamış ve kendi içine çökmüş bir yıldızdan geliyor. Bu da bizi en az evrendeki her şey kadar yıldız tozu yapar.
-Carl Sagan
Giriş: Kara Delikler
Bilgi, deneyim ve ilham paylaşım platformu Gelecek Burada’ya hoş geldiniz. Evden keyfimizce çıkamıyoruz, rahatça tatile oraya buraya gidemiyoruz e böyle bir dönemde en mantıklısı çadırını alıp bir yerlerde yayılmak gibi görünüyor. Biz de birkaç gün önce kardeşimle kamp yaptık. Burada Sarıçiçek diye bir yer var işte şehrin baya bi dışında, yüksek göl falan var orada çadır attık geceyi orada geçirdik. Zifir karanlıktı diyemeyeceğim aslında çünkü neredeyse dolunay zamanı olduğu için ayın ışığı yerde gölgenizi oluşturacak kadar yansıyordu. Yine de bu yıldızları görmeye engel değil, şehir ışıklarından çok uzakta olduğumuz için gece uyuyana kadar muhteşem bir şey izledik. Eğer benimle beraber orada olsaydınız, başınızı kaldırıp gökyüzüne baktığınızda yaklaşık 6bin civarı yıldızı tek seferde görebilirdiniz. Hatta tüm evreni tek bakışta görme şansımız olsaydı her galakside yaklaşık 100 milyarla 1 trilyon arası yıldız olduğunu varsayarsak kelimelerle ifade edemeyeceğimiz güzellikte bir şeye şahit olurduk. Bazıları büyük, bazıları küçük, bazıları parlak, bazıları sönük bilmiyorum bir ilgisi var mı ama sönük yıldızlar bana hep bu yıldız ömrünü tamamlamış hissiyatı veriyor.
İnsanlar gibi yıldızların da belirli bir ömürleri var enerjileri tükeniyor ve ömrünün sonuna gelen yıldızlar süpernova isminde patlamalarla hayatlarını sonlandırıyorlar ve bu patlamalar sonucunda yıldızları oluşturan maddelerin bir kısmı uzaya toz olarak salınıyor. Yıldız tozu, böyle masalsı bir şeymiş gibi peri tozu gibi ama aslında ağır metaller içeren bir çeşit uzay tozu. Bir zamanlar Güneş’imiz gibi yıldızlar veya Dünya’mız gibi gezegenlerin de ham maddesi bu süpernovalardan açığa çıkan küller aslında. Her saniye ölen her yıldız galaksimize uzay tozu yağdırmaya ve yeni güzelliklere zemin hazırlamaya devam ediyor. İşte Carl Sagan “Hepimiz yıldız tozundan meydana geldik.” derken tam olarak buna işaret ediyordu, bir yıldızın ölümü başka bir yıldızın doğumuna sebebiyet verdiği gibi Dünya’daki canlıların hatta ayrıştırmayalım evrendeki canlıların atomlarında dolaşmaya devam ediyor.
Yıldız ölümlerini böyle güzelledim ama yeni yıldızların yanı sıra beyaz cüce, Pulsar gibi nötron yıldızları veya bir kara delik oluşması da ihtimaller dahilinde. Evet, içinde ne olduğunu bilmediğimiz, evrenin dipsiz kuyuları denilebilecek kara delikler aslında çok büyük kütleli yıldızların içine çökerek ölmesinden sonra oluşuyor. Bu içine çökme uzaydaki hiçbir maddenin ışık da dahil kaçamayacağı muazzam bir çekim alanı yaratıyor. Kara delikleri muhtemelen böyle bilinmez ve korkutucu oldukları için seviyoruz, bu NASA Dünya’nın yakınından geçecek meteor için uyardı haberlerine ilgi gösterdiğimiz gibi Dünya’nın yakınında bir kara delik olsa ne olurdu son anlarımızda ne yapardık ya da ne olduğunu anlamadan olup biter miydi kıyamet teorilerine bayılan herkes aklından bunları ara sıra geçiriyordur. Fakat şanslıyız ki kara delikler yakınlarında olmadığı sürece bir şeylere zarar veremiyor ve bize en yakını bile çok çok çok uzak en azından Dünya sınırları içinde endişelenecek bir durum yok.
Gelişme: Kütle-Enerji Formülünün Kısa Tarihi
Sizce Einstein insanlık tarihindeki en büyük buluşlardan olan E=mc2 formülü bulduğunda ileride yol açabileceği durumları ön görmüş müdür? Kütle-enerji eş değerliği formülü olarak da bildiğimiz E=mc2’de E: enerji, m: kütle, c: ışık hızı sabitine denk geliyor. Yani bir kütle durgun haldeyse daha doğrusu bir kütlenin içinde bulunduğu sistemin momentumu 0’sa enerji=kütle diyebiliyoruz. Yani Einstein’a göre küçük bir kütleden bile akıl almaz bir enerji elde etme şansımız var.
Einstein en başından beri atom çekirdeğindeki güçlü nükleer kuvvetin muazzam bir enerji açığa çıkarabileceğinin farkındaydı fakat bir türlü ispatlayamıyordu. Hatta kendisine karşı çıkanlara “Çok zengin bir insan tek bir kuruş harcamazsa veya kimseye vermezse kimse onun zengin olduğunu anlamaz hatta parası olup olmadığı konusunda bile bir yorum getiremez.” diyerek atomun çekirdeğinde gizli olan ama açığa çıkaramadığımız enerjiye akıllıca bir noktadan vurgu yapmıştı.
Durgun bir kütledeki enerjiyi 3 yolla açığa çıkarabiliriz. Bunlardan ilki enerji üretirken yaygın bir şekilde başvurduğumuz bir yol olan kimyasal reaksiyonlar. Fakat kimyasal reaksiyonlardan yararlanmak bu üçlünün içinde en verimsiz olanı, bir kutuyu yakarak ısı enerjisi elde etmeye çalıştığımızı varsayalım tepkimeye giren madde kütlesiyle tepkimeden çıkan madde kütlesi arasındaki fark epey az olacaktır, bu da enerjiye dönüşen kısmını ifade ediyor. Matematiksel olarak söylemek gerekirse de %0.000000001 virgülden sonra sekiz 0’ın olduğu bir oran geliyor karşımıza verimsizliğini açıklamak için daha fazla söze gerek yok diye düşünüyorum.
İkinci yol ise o kadar yaygın olmayan ama bildiğimiz nükleer reaksiyonlar. Fisyonda atom çekirdeği parçalanır, yani mesela bir Uranyum-235 Kripton ve Baryum’a ayrılırken %0.08 civarında bir kütle kaybı yani enerji kazancı yaşanıyor. Hala çok değil %1 bile değil fakat kimyasal reaksiyonlarla karşılaştırdığımızda tehlikeli de olsa çok daha kazançlı bir durum olduğunu görüyoruz. Tehlikeli diyorum çünkü yapay füzyonda serbest bir nötron saniyenin sadece yüzde birinde 10.000 civarı tepkime başlatarak kontrolsüz tepkimeler dizisine yol açabilir zaten atom bombasının temel çalışma ilkesi de bundan meydana geliyor.
Geçenlerde okuduğum hatta bunca zaman karşılaşmadığım için şaşırdığım bir şeye de yer vermek istiyorum. Leo Slizard Macar asıllı bir fizikçi, meslektaşı Enrico Fermi ile beraber nükleer reaktör fikrinin patentini alıyorlar, nükleer zincir reaksiyonu tasarlıyorlar yani. Daha sonra Slizard Einstein’dan Theodore Roosevelt’e Naziler’in atom bombası konusunda çalışmalar yaptıklarını ve onları yakalamak için bir şeyler yapmaları gerektiğini belirten bir mektup yazmasını rica ediyor. Einstein da işte bu iki fizikçinin yaptıkları çalışmaların uranyumdan enerji elde etme konusunda ufuk açıcı olduğunu kendisini heyecanlandırdığını fakat zincirleme nükleer tepkime oluşturulmasının bomba yapımının da yolunu açabileceği gibi konulardan bahsettiği bir mektup yazıyor ve Roosevelt’e gönderiyor. Yani okuduğum kaynağa göre Roosevelt başta ikna olmasa da danışmanlarıyla yaptığı münakaşalardan sonra erken davranmak istiyor ve diyor ki “Gereğinin yapılmasını emrediyorum.” Manhattan Projesi böyle ortaya çıkıyor, işte bu emrin verilmesi daha sonradan Hiroşima ve Nagasaki’de yüzbinlerce cana mal oldu.
Evet Einstein’in bu buluşu insanlık tarihine etki eden en önemli buluşlardan biri, peki Einstein olsaydınız sonuçlarını gördüğünüzde utanır mıydınız veya pişmanlık duyar mıydınız? Sonuçta atomlarda saklı gizli enerjiyi insanlığa sundunuz, nasıl açığa çıkarılacağını gösterdiniz, evet amacınız bu değildi ama dolaylı yoldan da olsa bu zincirin ilk halkasını siz başlattınız. Bilmiyorum, biraz hassas bir durum, kendisi de kendine bu soruların sorulduğu röportajlarda konuya bilimsel bir yönden yaklaştığı için bir yorum da yapamıyorum.
Neyse nükleer reaksiyonların bir diğer ayağı olan füzyon tepkimelerinde ise hidrojenin izotopları olan Döteryum ve Trityum helyuma dönüşürken kütlesinin %0.07’sini enerjiye çeviriyor. Şu ana kadar elimizdekinin en iyisi fakat yine de oldukça düşük bir yüzde.
Üçüncü maddemizde ise kütle çekimsel reaksiyonlar var. Kara delikler de muazzam bir kütle çekim enerjisi içerdiklerine göre durgun kütleden enerji üretmek söz konusu olduğunda olabilecek en verimli yol nesneyi alıp bir kara deliğin içine bırakmaktır. Evet, teoride kara deliklerden ışık dahil hiçbir şey kaçamaz, fakat kara deliklerin bu verimliliği de o yok olma olana kadar yani esas olay ufkuna gelinene kadar yapılan hareketler sayesinde oluyor. Kara deliklerin içinde inanılmaz bir yer çekim kuvveti mevcut öyle ki Dünya’yla eşit kütlede ve yaklaşık 2 cm boyutunda olacak bir kara delik çok uzaktaki şeyleri bile içine çekebilir. Nesneler kütle çekim alanına girdikleri zaman hızlanırlar ve böyle muazzam bir yer çekimine maruz kaldıklarında da kinetik enerji oluştururlar.
Yıldız kayması işte, Dünya atmosferine giren meteorlar hızlandıkça yanarlar, yandıkça ısı enerjisi açığa çıkarırlar. İşte kara deliğin içinde de bir nesnenin hızı katlanarak ilerlediğini ve enerjisini ufuk noktasından geçmeden önce evrene bıraktığını hayal edin. Tabii bunun da ufak bir prosedürü var enerjinin kara delikte sıkışmaması ve evrene salınabilmesi için nesneyi öyle bir yavaşlıkta ve şekilde bırakmalıyız ki yörüngede sarmal hareket yaparak ilerlesin ve kazandığı kinetik enerjiyi karşılaştığı diğer cisimlere çarparak ısı enerjisiyle aktarsın. En iç noktaya kadar böyle gittikten sonra gerisi hiçlik zaten, en azından şimdilik öyle biliyoruz. Kara deliğe giren sonra geri dönen biri olmadığı için içine gidenlerin ya yok olduğunu ya da başka boyutlarda başka evrenlerde açığa çıktığını varsayabiliyoruz şimdilik. Kütle çekimi merkeze yaklaştıkça arttığı için ve dönen kara deliklerde bu daha hızlı ve daha yakın gerçekleşebileceği için dönmeyen kara deliklerde %6 verimle enerji üretebilirken, dönen kara deliklerde %42’ye varan bir enerji kazancı sağlayabilir. Bu da en yakın rakibi olan nükleer reaksiyonlardan bile kat be kat fazla enerji kazancı anlamına geliyor.
Sonuç: Enerji Endüstrisi ve Kediler
Basit bir örnekle özetleyecek olursak: 5 kiloluk bir kediyi dönen bir kara deliğin içine bıraksaydık 2.5 kediden elde edeceğimiz enerji tüm Norveç’in 1 yıllık ihtiyacına denk gelirdi. Dönmeyen kara deliklerde gereken kedi sayısı 17’yken, ikinci sırada değerlendirdiğimiz füzyon ve fisyon tepkimelerinde bu sayı 150’yi buluyor. En verimsiz olarak belirlediğimiz kimyasal reaksiyonlarda ise 10 milyar kediye ihtiyacımız var dünya üzerinde toplasan 10 milyar kedi yoktur herhalde. Verimi ne kadar yüksek olsa da şimdilik ne yazık ki bunu gerçekleştirebilecek alt yapıya ve birikime sahip değiliz. Belki ileride, belki de bizden önce çoktan bunu yapan rutine bağlayan uygarlıklar vardır, kim bilir?
Ekstra bir durum olarak da, eğer anti maddeye erişimimiz olsaydı yani minnoş kedimizi anti maddeden yapılmış versiyonuyla çarpıştırabilseydik verim oranımız %100’ü bulurdu ve sadece 1 kedi Norveç için yeterli olurdu. Fakat anti madde evrende çok nadir bulunan bir şey olduğu için kara delik ihtimali bile daha gerçekçi ve uygulanabilir kalıyor. %0.000000001’lerden sonra %42 gayet kabullenilebilir bir oran gözümüzün çok da yükseklerde olmasına gerek yok.
3Dörtgen’in katkılarıyla sizlere ulaşan ve gelecekten haber veren bir podcastimizin daha sonuna geldik. Bize Facebook, Twitter ve Instagram’da gelecek_burada adresinden ulaşabilirsiniz. Bir sonraki bölümde görüşmek üzere.
