Atom bir nedir?

Philip Ball *

Çoğu zaman bir biyologun temel bilgi olarak kabul etmiş olduğu bilgiler bir fizikçi için komik bir şekilde 'belirsiz'dir. Fizik biliminin indirgemeci olma ünü matematikçilerin temel konsept arayışlarında çürür. Ve filozoflar –bunu yakın zamanda bir kuantum temelleri atölyesinde başıma gelen sersemletici tecrübeyi temel alarak söylüyorum- işleri başka bir seviyeye çıkartırlar! Bertrand Russell'ın Pricipa Mathematica'da (1910-13) mantık prensiplerinden temel aritmetik oluşturma çabaları meşhurdur. Bu mesaide 1+1 'in 2'ye eşit olduğunu kanıtlamak için 360 sayfa yazmasını gerektirmiştir. Herhangi bir kimsenin filozofları şüpheye düşürmeden bir bilgiyi kendi malı gibi gösterebilmesi imkansıza yakındır. Pragmatik bilimcinin bu duruma cevabı “teorim doğru cevaplar aldığı sürece kimin umurunda ki?” diyebilir fakat günlük olarak kullandığımız konseptlerin aslında o kadar da güvenli veya geçerli olmadığının nadiren de olsa hatırlatılması bizim için değerlidir.

KİMYA KUANTUM FİZİĞİNDEN Mİ ÇIKTI?

Bu hatırlatma kendini kimyanın felsefesine adamış küçük ama seçkin bir grubu tarafından yapılan bir uyarıdır. Bu konuda Eric Scerri ve Grant Fisher'ın “Essays İn The Philosophy of Chemistry” (Kimyanın Felsefesi Üzerine Makaleler) isimli kitabında da küçük bir bölüm vardır. Kitap Scerri'nin kimyanın aslında kuantum fiziğinden doğduğunu düşündüğünden bahseder. Bütün kimya – periyodik tablonun tamamı da dahil- fiziğe indirgenebilir mi yoksa kendi yasaları ve konseptleri mi vardır? Scerri bu konuda eskiden olduğundan, birçok kimyacının dehşete düşecek olmasına rağmen (Bence bizim anti-indirgemeci iddialarımız fazla abartılmış olabilir) çok daha iyimser.

Bu sorular ayrıca Shant Shahbazian'ın İran'daki Shahid Beheshti Üniversitesi'nce yapılan bir ön baskısında belirtilmiştir. Bu ön baskıya “Atom tam olarak nedir?” sorusunu keşfeden bir yapım olarak bakılabilir. Bu soru Moleküller Halindeki Atomların Kuantum Teorisi'nin (kısaca MAKT) cevaplaması gereken sorulardandır. Richard Bader tarafından on yıllara yayılan bir süreçte bulunmuş olan teori, titiz ve doğru bir kimyasal bağ tanımı bulmaya çalışmıştır. Çalışma bağların devamlı kuantum fiziği tarafından reçetelenmiş elektron yoğunluğu yüzeyi koşullarındaki topolojilerinden karakterize olmuştur. Özellikle, eğer elektron yoğunluğu bir sabitlenme noktası içeriyorsa iki nükleer merkez bağlanır.

ATOMLARIN BİÇİMİ FARKLI ORTAMLARDA DEĞİŞİR

Bu topoloji boşluğu elektron yoğunluğu ile havzalara ayırır ve her havza bir atom olarak kabul edilir. Atomun bu tanımı genel öğretimden çok daha farklı gözükür ayrıca çoğu kimyacının atomu öğrenme biçiminden ve analiz edişinden de farklı gözükür. En çarpıcı olan da atomların karakterinin ve şeklinin farklı moleküllerde farklılık göstermesidir. Paul Popelier “Milyonlarca karbon atomu vardır çünkü her atomun biçimi moleküler ortam için farklıdır” Popelier için bu kimyanın aslında düşündüğümüzden daha geniş ve zengin olduğunu kanıtlar, fakat bir organik kimyacının bu iddiayı gerçekçi bulup bulmayacağı tartışılabilir.

Tüm bunların yanı sıra MAKT'ın kendisi hakkında da ucu açık sorular vardır. Shahbazian son ön baskısında bu sorunları bir araya getirmiştir ve bu teorinin sarsılmaz olmasını görmek isteyenlere bir meydan okumuştur. Özet geçmek gerekirse, Bader'ın topolojik tanımı bizim gerçek atom olarak gördüğümüz çekirdek merkezli havzaları içine garantili olarak almıyor yani biz bu teoriyi ilave aksiyomlarla birlikte kullanıp sonra 'doğal' diyebilir miyiz? Shahbazian, kuantum tanımı hakkında sınırlama getirebilecek bir varsayım sunar. Ancak kendisi bu varsayımın doğru olduğuna dair herhangi bir kanıt olmadığını söyler. Atom teorisi bu karışıklığa bakarak bu kadar karışık temeller üzerinde durmamalıdır.

Bu MAKT'ın gördüğü problemlerin sonu değildir. Elektronlar ve çekirdek birbirleriyle coulombatik (coulomb elektrik yükünün birimidir) bir şekilde etkileşim içindedirler. Peki ya başka sistemlerde görünen ve coulombatik olmayan etkileşimler (mesela manyetik olanlar)? Shahbazian teorisinin böylesine detaylı şartlarda sağlam duramadığını kabul etmektedir. Sonrasında da, topolojik bir tanım atomu güvenilir, özgün bir şekilde tanımlayabilir mi sorusu vardır. Cevap belirsizdir... Ve tabii topolojik atomlarla bulundukları ortamda özgürce madde ve enerji değişimi yapan açık sistemler olarak inceleneceği sorusu da vardır.

Bunlar teknik sorulardır, ancak biraz da felsefi yanlara sahiptirler. Shahbazian'ın analizi alçak gönüllük örneğidir ve MAKT topluluğunda çok rastlanan bir şey değildir. MAKT, tamamlanmış bir teoriden ziyade devam eden bir araştırma programı olarak görünmelidir.

*Makalenin aslı Chemistry World sitesinde yayınlanmıştır. (Çeviren Bulut Zencir)