Elektromanyetizma Nedir? Elektromanyetik Aletler Zararlı Mı?

Elektromanyetik alanlar (veya radyasyon), günümüz teknolojisinin en önemli kaynaklarından birisi. Önce radyo iletişimi için yaygın olarak kullanmaya başladık; sonra TV, kablosuz telefon, GSM ve Wi-Fi derken kendimizi yapay elektromanyetik alanlar içinde bulduk. Peki, bu alanlar bizim için ne kadar zararlı? Elektromanyetik alanlardan kaçınmalı mıyız? Bunu anlayabilmek için en baştan almamız gerekiyor...

Elektrik… Yalnızca çağımızın değil yaşamımızın da temel gerekliliklerinden birisi… Atlar elektrik olmadan hareket edemezler, çünkü bacak kaslarının kasılabilmesi için elektriğe ihtiyaçları vardır. Elektrik olmadan kalbimiz çalışmaz, gözlerimiz görmez, sinir sistemimiz hiçbir işe yaramaz! Peki, nedir bu elektrik?

Elektrik, doğada elektrik yüklerinin birbirleri ve çevreleri ile etkileşime geçmeleri nedeniyle ortaya çıkan fiziksel bir olaydır. Doğanın en önemli kuvvetlerinden birisini yani elektromanyetizmayı oluşturur. Doğanın temel yasalarıyla ortaya çıktığından, elektriğin doğrudan hayatın içindeki örneklerini görebiliriz. Örneğin insan vücudunda hücrenin metabolik etkileşimleri elektrokimyasal yollarla gerçekleşir ya da sinir hücrelerindeki uyarımların iletimi elektriksel sinyallerle sağlanır.

Pozitif ve Negatif Yükler

Modern atom çizimlerine baktığımızda, atomun pozitif yüklü proton ve yüksüz nötronlardan oluştuğunu görürüz. Bu, atomun çekirdeğini oluşturan formüldür! Atomun çevresinde ise olasılıklar bulutu içinde dönen negatif yüklü elektron(lar) bulunur. Olasılıklar diyoruz çünkü elektronun aynı anda konumunu ve hızını tespit etmemiz mümkün değil!

Atomdaki proton sayısı ve elektron sayısı birbirine eşit ise atom nötrdür. Eğer elektronlardan birini çıkarırsanız bu defa pozitif bir iyon elde edersiniz; eğer ona bir elektron eklerseniz de bu sefer negatif bir iyonunuz olur. Bir maddenin en tehlikeli hali iyonize halidir; çünkü örneğin pozitif bir iyon (elektronu çıkartılmış bir atom) çevresindeki atomlardan elektron çalmaya çalışacaktır. Bu durumda elektronu çalınmış olan atom da hemen yanındaki bir başka atomdan elektron çalacaktır. Bu durum ise zincirleme bir reaksiyona ve kararsız bir yapıya (örneğin güçlü bir patlamaya) neden olur!

Elektriği İletmek: İletkenler ve Yalıtkanlar

Metaller gibi iletken maddelerin ortak özelliği, içlerinde atomlara bağlı olmayan bir miktar serbest elektronu barındırıyor olmalarıdır. Bu nedenle bir iletkenin ucundan elektrik verdiğinizde, içerisindeki serbest elektronlar harekete geçerek elektron yani elektrik iletimini sağlarlar.

Yalıtkanlarda ise durum farklıdır; yalıtkanlar içindeki elektronların tümü bir atoma bağlıdır ve bu nedenle elektrik iletimini gerçekleştiremezler.

Elektromanyetizma Nedir?

Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel bir kuvvettir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten birinin elektromanyetizma olduğunu belirtmiştik. Diğer üç kuvvet; güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve kütle çekim kuvvetidir.

Maddenin temel özelliği elektrik yükü taşımasıdır. Eğer madde sabit duruyorsa bu elektrik alan yaratır; hareket halindeyse elektrik alanın yanı sıra manyetik alan da yaratır. Elektromanyetik kuvvetin taşıyıcı parçacığı ise fotonlardır; yani bildiğimiz ışık.

Fotonların enerjileri ve momentumları vardır. İki elektromanyetik alan birbirleriyle etkileşime geçtiklerinde protonlarını değiştirirler. Yani fotonlar, yüklü nesneler arasındaki elektromanyetik kuvveti taşırlar.

Elektromanyetik dalga nedir?

Etrafımızda olan biten şeyleri görebilmemizin sebebi elektromanyetik dalganın gözümüze düşmesi ve bunun beyinde yorumlanmasıdır. Elektromanyetik dalgaların bir dalga boyu ve frekansı vardır. Frekans, elektromanyetik dalganın saniyede kaç kere değiştiğidir. Dalga boyu ise dalganın iki tepe noktası arasındaki mesafeye karşılık gelmektedir.

Işık ışınlarının frekanslarına ya da dalga boylarına göre sıralanmasıyla ışık tayfı elde edilir. İnsan gözü tarafından algılanabilen görünür ışık, bu tayfın ortalarında yer alır. Görünür ışığın dalga boyu 400 ile 800 nanometre (nanometre = metrenin milyarda biri) arasındadır. Bu aralığın en altında, dalga boyu yaklaşık 800 nanometre olan kırmızı ışık yer aldığı için ışık tayfının bu aralığın hemen altında kalan kısmına kızılötesi denir. Kızılötesi ışık ışınlarının dalga boyu görünür ışıktan daha uzundur, dolayısıyla enerjileri daha azdır. Mikrodalgalar ve radyo dalgaları ise kızılötesi ışıktan daha uzun dalga boylarına sahiptir. Bu ışınlar, ışık tayfında kızılötesi ışığın da altında yer alır.

Dalga boyu yaklaşık 400 nanometre olan mavi ışığın hemen üstünde kalan kısım ise morötesi olarak adlandırılır. Tayfın bu kısmındaki ışık ışınlarının dalga boyu görünür ışıktan daha kısadır, dolayısıyla enerjileri daha fazladır. X-ışınları ve gamma ışınlarının dalga boyu ise morötesi ışıktan daha kısadır. Dolayısıyla, ışık tayfında morötesi ışığın üstünde yer alan bu ışınlar daha yüksek enerjilidir.

Elektromanyetik radyasyon nedir?

Elektromanyetik radyasyon, fizikte elektromanyetik dalgadır. Radius Latince ışın demektir. Radyasyon kelimesi genelde radyasyon zehirlenmesi ve kanser gibi sağlık sorunlarıyla yan yana kullanılsa da kelime anlamı olarak enerjinin dalgalar ve/veya parçacıklar yolu ile transferidir. Yaşadığımız ortam her zaman elektromanyetik radyasyonla doludur. Evimizdeki elektrik kabloları radyo dalgaları üretir. Yaktığımız mum veya ampul görünür ışık üretir. Sıcak bir cisim olan vücudumuz kızılaltı radyasyon yayar.

Radyo dalgaları, görünür ışık, mikrodalga vb. tüm ışık türleri elektromanyetik radyasyondur. Peki radyo dalgası ile görünür ışığın farkı nedir? Radyo dalgasının dalga boyu kilometrelerce uzanır ve bu sayede binaların arasından geçebilir, dağların üzerini aşabilir ancak görünür ışığın dalga boyu daha düşük olduğu için binaların içinden geçemez.

Parlak bir ışık huzmesinde, zayıf ışığa göre daha fazla foton vardır, ama fotonların enerjileri ikisinde de aynıdır. Önemli olan ışığın parlaklığından ziyade ışınımın türüdür.

Elektromanyetizmada genel prensip, ışığın dalga boyu ne kadar küçükse enerjisinin o kadar yüksek olacağını söyler. Bunu şöyle örneklendirebiliriz; denizin ortasında bir sandaldasınız ve denizin üzerindeki dalgalar sizi sallıyor. Dalganın gücü (sarsma gücü) ne kadar fazla ise dalganın boyu o denli kısa olur; ancak tam tersi olarak deniz ne kadar durgun olursa dalgaların boyu da o kadar uzun olur.

Radyasyon, iyonize (iyonlaştırıcı) ve iyonize olmayan radyasyon olarak ikiye ayrılır. İyonize radyasyon, kozmik ışınlar, gamma ve X ışınları gibi, atomları iyonlaştırabilecek enerjiye sahip olan radyasyon biçimleriyken; iyonize olmayan radyasyon, görünür ışık, kızılötesi, mikrodalga ve radyo ışınları gibi ışınları belirtir.

Radyoaktivite Nedir?

Radyoaktivite, uranyum gibi atom numarası büyük ve stabil olmayan elementlerin iyonlaştırıcı radyasyon yayarak kütle kaybedip enerji saçmasıdır. Temel olarak alfa, beta ve gamma bozunumu olarak üç başlıkta toplanır.

Bu bozunumlar sonucu radyoaktif madde enerji ve ısı saçarak kütlesinin bir kısmını yeni bir izotopa dönüştürür. Belli miktardaki bir radyoaktif maddenin kütlesinin yarısını dönüştürme süresine yarı-ömür denir. Örneğin uranyum-238 4,5 milyar yıllık bir yarı ömre sahipken, uranyum-234, 245.500 yılda yarılanır. Yarı ömrü çok kısa olan böylesi elementler daha yüksek kütleli başka radyoaktif maddelerin bozunup, dönüştükleri izotoplardır.

İyonize Radyasyon

İyonlaştırıcı radyasyon, yukarıda bahsettiğimiz radyoaktif bozunum sonucu ve uzaydan gelen kozmik ışınlar ile onların atmosferde etkileşimi sonucu oluşan, atom ve moleküllerden elektronlarını kopararak onları iyonize edecek kadar yüksek enerji taşıyan radyasyon türlerine denir. Bu durum, biyolojik canlılara çok ciddi zararlar verebilir çünkü bu ışınlar canlı hücrelere geldiği zaman bu hücreler içindeki bazı moleküllerin elektronlarını kırparak bozulmaya yol açarlar. Eğer molekülleri bozulan bu madde DNA’nın bir parçası olursa, zincirleme mutasyonlara ve dolayısıyla kansere neden olabilir.

İyonize Olmayan Radyasyon

Görünür ışık tayfı, Güneş ışığı, siyah UV ışığı, termal radyasyon, mikrodalgalar, radyo dalgaları gibi her an her yerde maruz kaldığımız, enerji yayılımı türleri iyonize olmayan radyasyona örnektir. Her şeyde olduğu gibi çoğu zarardır; yoğun ışık gözlerde körlük yaratabilir, mikrodalga ve radyo dalgaları doku ve vücut sıcaklığını arttırabilir, yüksek miktarda mikrodalga deride veya deri altında yanığa sebep olabilir, düşük frekanslı radyo dalgaları sinir sisteminde ve kaslarda düzensizliğe sebep olabilir vb. Ancak, uranyumdan yayılan radyoaktivite kaynaklı yüksek enerjili iyonlaştırıcı radyasyon gibi etkileri yoktur.

Gamma ışınları, X ışınları, görünür ışık ya da mikrodalga ışınlarının tümü, vakumlu ortamda (uzayda) aynı hızla ilerler. Yani dalga boyu ya da frekansı (enerjisi) ne olursa olsun, tüm ışınlar ışık hızında hareket ederler

Mikrodalga Fırınlar veya Cep Telefonları Zararlı Mıdır?

Mikrodalgalar telefon ve televizyon gibi elektronik cihazlarda kullanılan radyo dalgalarıdır. Mikrodalga fırınlar ise bu radyo dalgalarını ısı enerjisine dönüştürerek besinleri çok kısa sürede ısıtmamızı ve pişirmemizi sağlarlar. Yukarıda da bahsettiğimiz gibi mikrodalga, radyo dalgaları, görünür ışık ve kızılötesi ışık gibi ışık türlerinin frekansı yani sarsma gücü oldukça düşüktür. Bu düşük enerjili fotonların iyonize (atom yapısına zarar verici) etkileri yoktur.

Mikrodalga fırınlar, besindeki su moleküllerini sallamak için özel olarak belirlenmiş bir titreşim sıklığındaki radyo dalgalarını kullanır. Bu su molekülleri artan bir şekilde sallandığı zaman, atomsal seviyede titreşmeye başlar ve ısı üretirler. Fırındaki besini pişiren şey aslında bu ısıdır. Besindeki tüm moleküller aynı anda titreşip ısı ürettiği için mikrodalga fırındaki besin, ısının besinin dış yüzeyinden yavaşça içine doğru seyahat etmesi gerektiği geleneksel fırındaki besinden daha hızlı pişer.

Telefon şebekeleri de “mikrodalga” olarak tabir edilen frekans aralığını kullanmaktadır ancak mikrodalga fırınlar yiyecekleri ısıtırlarken cep telefonları beynimizi ısıtmazlar. Bunun sebebi cep telefonu sinyalinin gücünün 1 Watt’dan az olmasıdır (Bu oran mikrodalga fırınlarda 1000 Watt’dır). Ayrıca mikrodalga fırınların içindeki metal duvarlardan yansıyan mikrodalga ışınları yiyeceğe her yandan eşit olarak çarparak etkileşimi artırırlar. Zaten bu sebeple, yani mikrodalgalar metal kaplamadan dışarı geçemediği için mutfağınız ‘radyasyon’ ile dolmaz.

Zararsız Radyasyon Türevleri Zamanla ‘Birikerek’ Vücudumuza Zarar Verebilir Mi?

Işın, foton denilen taneciklerden oluşur ve bu fotonlar, hareket halinde salınırken atomlara çarparlar. Bu çarpışma sırasında, foton uygun enerjideyse atomlarla etkileşime geçerler ancak uygun enerjide değilse hiçbir etkileşime geçmeden yollarına devam ederler. Bu nedenle uygun enerjide olmayan fotonların, kimyasal bağları kırmaları mümkün değildir. Dolayısıyla baz istasyonu, cep telefonu, kablosuz bağlantılar veya mikrodalga fırınlar tarafından yayılan radyasyonun (ışının) birikmesi, ilerlemesi, zamanla zarar vermesi mümkün değildir.

Sonuç

Dünyada, cep telefonu, kablosuz ağlar ve mikrodalga fırınlar gibi ışınım yayarak çalışan (aslında tüm elektronik aletler az ya da çok ışınım yayarlar) sistemler üzerinde pek çok araştırma yapılmış ve yapılmaya devam etmektedir. Şimdiye dek bu tür aletler ile kanser ya da başka hastalıklar arasında doğrudan bir bağlantı bulunamamıştır. Bu nedenle, uzman kuruluşlar ya da topluluklar tarafından yapılan araştırmalar olumsuz yönde bir sonuç bulana kadar herhangi bir haber sitesinde, ‘tık almak’ için yapılan ve bilim dışı olan haber ve metinlere itibar edilmemelidir.

Şu durumda yapabileceğimiz en iyi şey, elektronik cihazlara çok uzun süreler maruz kalmamak ve kullanım kılavuzlarında belirtilen şekilde kullanmaya devam etmektir.

Kaynaklar

Elektrik Nedir: https://www.elektrikport.com/makale-detay/elektrik-nedir-1-bolum/4222#ad-image-0

Manyetizma, Ders 1 (Video Ders): https://www.youtube.com/watch?v=gxmc3r2t744

Fotoelektrik: https://www.turkcebilgi.com/fotoelektrik

Foton ve Fiziksel Özellikleri: http://www.kuark.org/2012/08/foton-ve-fiziksel-ozellikleri/

Dünyanın Manyetik Alanı: https://www.bilim.org/dunyanin-manyetik-alani/

Mikrodalga Fırın Nasıl Çalışır: https://bilimfili.com/mikrodalga-firin-nasil-calisir/

Elektromanyetizma Podcast: https://yalansavar.org/2016/05/09/podcast-7-elektromanyetizma/

10 Soruda Elektromanyetizma: https://yalansavar.org/2015/05/27/10-soruda-elektromanyetik-alanlar-cep-telefonlari-ve-saglik/

Bu yazı MMO İstanbul Şubesi tarafından her ay yayınlanan Makina Bülten'in Şubat 2019 sayısı için hazırlanmıştır.

Medeniyetin Sınıfları

İnsanlık, konakladığı gezegende pek çok değişime ve hatta geri dönülemez etkilere yol açtı. Hatta öyle ki bilim insanları bu devasa denilebilecek değişimi yeni bir jeolojik çağın başlangıcı olarak ilan etti: Anthropocene, yani insan çağı. Medeniyetin evrimi için önemli bir adım olarak görülen bu çağ, bize gelecekte ne gibi değişimlerin olabileceğini ve medeniyetimizin hangi noktalara kadar gidebileceğini işaret ediyor.

Kabaca elli ila kırk bin yıl öncesine kadar Dünya üzerinde pek çok insan (homo) türünün yaşadığına dair önemli kanıtlar var. Homo sapiensis (anatomik olarak modern insan, biz), Homo neanderthalensis (Homo sapiensler yüzünden soyları tükendiği düşünülüyor) ve takma adı hobbitler olan Homo floresiensis (ortalama 1 metre boyundalar) bunlardan birkaçını oluşturuyor. Fakat yaklaşık iki milyon yıl öncesinden başlayıp elli bin yıl öncesine kadar uzanan süreçte, insan cinsine ait bu türlerden yalnızca modern insan, yani homo sapiens evrimini sürdürerek hayatta kalabildi.

Diğer insan türlerinin iklim değişikliği, ormanlık alandan savanaya çıkma veya volkanik patlamalar gibi sebeplerle ortadan kalktığı düşünülüyor ancak bildiğimiz kadarıyla Neandertallerin soylarının tükenmesine sebep olan olaylar zinciri biraz daha karmaşık. Modern insanın Afrika’dan çıkıp dünyaya yayıldığı dönemde Neandertallerle karşılaşmış oldukları (ve hatta çiftleştikleri) biliniyor ve durum, hastalıklar, rekabet ve diğer sebeplerle bu insan türünü ortadan kaldırmış olabilir.

Elbette tüm suçu türümüze atmak son derece doğru değil. Neandertallere ilişkin bilgimiz, bize bu türle ilgili çok daha fazla şey söylüyor. Örneğin, modern insana kıyasla ormanlık alanlarda daha iyi avcı olan Neandertaller, Avrupa’da meydana gelen iklim değişikliklerinden etkilenmiş ve ormanlık alanların küçülmesiyle yeteri kadar avlanamamış olabilirler. Bunun yanı sıra, Bournemouth University’den John Stewart’a göre modern insanların, baskı altındayken Neandertallere kıyasla yapabilecekleri çok daha fazla şey var gibi görünüyor. Bu yenilik yapma ve uyum sağlama yeteneğinin, bizleri evrimsel süreçte avantajlı konuma getirmiş olabileceği aşikâr.

Modern insanlar ve Neandertaller arasında fark yaratan bu özellikleri çoğaltmamız mümkün; ancak konumuz bu olmadığı için daha fazla uzatmayacağız. Burada kısaca anlatmak istediğimiz, medeniyetimize giden yolda, mihenk taşı denilebilecek pek çok köşeyi geçmiş ve evrimsel olarak ilerlemiş olduğumuzdur. Bizler, yani modern insanlar, artık doğadaki av değil apeks bir avcı türüz. Gezegenin her yerine yayılarak kendi içerisinde tek tür olarak varlığımızı sürdürmeyi ve dünyanın en uzak bölgelerinde dahi üreyebilmeyi başardık. Bunu yaparken, biyolojik değil; jeolojik başarılarımızı kullandık. Kendimize ev aramak yerine evlerimizi yaptık, hastalıklardan kaçınmak yerine onları iyileştirmeyi öğrendik. Ve nihayetinde teknolojimiz ve ileri uygarlığımız sayesinde dünyadaki tüm canlılar üzerinde baskın tür olmayı başarabildik. Bunun sonucunda ise gezegenimizi yaşanamaz bir yer haline getirmeye başladık.

'Proceedings of the National Academy of Sciences' adlı dergide yayımlanan araştırmaya göre insanlar, yeryüzünde yaşayan tüm canlıların yüzde 0,01’ini oluşturmasına rağmen gezegendeki vahşi hayvanların yüzde 83’ünün, bitkilerin ise yarısının yok olmasına sebep oldu. Guardian gazetesinde yer alan habere göre, bakteriler dünyadaki biyokütlenin yüzde 13'ünü oluştururken bitkiler ise yüzde 82 ile en kalabalık grup. (BBC)

İnsan evrimine dair yazdığımız bu uzunca girişten sonra artık medeniyetlerin evrimine geçebiliriz. Bunu anlayabilmemiz içinse öncelikle medeniyetleri Tip I, Tip II ve Tip III olarak sınıflandıran ve 1964 yılında Nikolai Kardashev tarafından yazılan Kardashev Cetveli’nden bahsetmemiz gerekiyor.

Kardashev Cetveli

Nikolai Kardashev, olası Dünya dışı medeniyetleri ürettikleri enerji miktarına göre sınıflandırmış ve ondan sonra gelen bilim insanları da bu medeniyet tipleri üzerinde çeşitli düzenlemeler yapmıştı. Kardashev Cetveli olarak anılan bu sınıflandırmanın ilk basamağında yer alan Tip I medeniyetler ve sahip olabilecekleri teknolojiler yazı dizimizin de ilk basamağını oluşturuyor.

Endüstriyel devrimin öncüsü olan James Watt’ın modern buhar makinesini icadından bugüne çeyrek milenyum geçti. İlk buharlı tren 1804 yılında icat edildi, ilk uçak 147 yıl önce uçtu (11 saniye sürdü) ve radyo dalgaları kullanılarak yapılan ilk iletişim 1898 yılında gerçekleşti. Bilimsel gelişim her ne kadar insanlık tarihinin binlerce yıllık birikimi sayesinde yavaş yavaş ilerlemiş olsa bile, son yirmi yılda yaşanan gelişmeler, bundan önceki yüz yılda yaşananlardan kat be kat fazla! İlk cep telefonunun 1983 yılında üretildiğini düşünürseniz, ilk akıllı telefonlardan günümüze geçen süredeki gelişimin hızını rahatlıkla kavrayabilirsiniz. İşte bu, bilimsel gelişimin gittikçe hızlandığının en göz önündeki göstergelerinden birisi. Peki bizden 100 yıl sonra ya da birkaç bin yıl sonra insan uygarlığı hangi seviyelere gelecek?

Elbette insanlığın geleceğine (tabii bir geleceği var ise) ya da olası uzaylı medeniyetlere dair üreteceğimiz bilginin bir kısmı bilim kurgudan ibaret olabilir. Fakat Genel Görelilik, Kuantum Alan Teorisi vb. fizik kanunları sayesinde fikirlerimize alt ve üst limitler getirebiliyoruz. Çünkü keşfedeceğimiz medeniyetlerin gelişmişlik seviyeleri ne olursa olsun içinde yaşadığımız üç boyutlu evrenin fizik kanunlarına bağlı olacaklar.

Sınıflandırma

Sınıflandırma yaparken elbette hayal gücümüzün sınırlarını zorlamaya çalışmalıyız ancak dediğimiz gibi, hepimiz için işleyen fizik yasaları çerçevesinde bu fikirleri sınırlandırmak zorundayız. Öncelikle termodinamik yasalarını ele alalım.

Termodinamik yasaları gereği, evrendeki herhangi bir gelişmiş medeniyet, teknolojik gelişimleri ne seviyede olursa olsun yoktan enerji var edemez ya da enerjiyi yok edemezler. Bu enerjinin korunumu yasası gereğidir. Bir diğer gerçekçi limitimiz ise maddenin yapı taşlarıyla alakalıdır. Uygarlıkların enerji seviyelerini, tüm maddelerin yapı taşı olan atomlar ve moleküller belirler.

Son olarak medeniyetlerin yaşam alanlarından bahsetmekte fayda var. Ne biz insanlar ne de başka türler hiçbir zaman en yıkıcı güç olamayız. Yeryüzündeki ilk canlılar ortaya çıktığından beri türlerin yüzde 99’u tamamen yok olmuştur. Büyük bir volkanik patlama, buzul çağları, meteor yağmuru (hatta yeterli büyüklükteki tek bir göktaşı dahi), süpernovalar (yıldız patlamaları) ve gamma ışını patlamaları gibi doğal tehlikeler Tip II seviyesindeki bir medeniyeti dahi rahatlıkla ortadan kaldırabilir. Yani yavaş gelişen ve kendisini bu tip doğal olaylardan koruyamayacak düzeydeki tüm canlıların ortadan kalkma ihtimali her an vardır.

Peki bu parametreler neden bu kadar önemlidir? Önemlidir, çünkü bu parametreler bizlere her medeniyetin gelişimi için belirli bir zaman aralığına sahip olduğunu ve bu zaman aralığının ise düşündüğümüzden çok daha kısa olduğunu gösterir (Dünyanın 4,5 milyar yıl önce var olmaya başladığını fakat ilk canlılığın sadece 3,8 milyar yıl önce ortaya çıktığını unutmayın. İnsanlık ise sadece 300 bin yıldır var).

Kardashev Cetveli ve İnsanlığın Yeri

Orijinal Kardashev cetveli oldukça basittir. Buna göre;

Tip I (Gezegensel) Uygarlıklar, Dünya’daki enerji seviyemize yakındır

Tip II (Yıldızsal) Uygarlıklar, yıldızların saçtığı enerjinin ciddi bir bölümünü kullanırlar.

Tip III (Galaktik) Uygarlıklar ise içinde bulunduğu galaksideki enerjinin ciddi bir bölümünü kullanırlar.

Kardashev Cetveli, görüldüğü gibi medeniyetleri oldukça kaba bir şekilde sınıflandırmıştır. Örneğin bir uygarlık yüzlerce yıldız sistemine yayılmış olsa fakat bir yıldızın enerjisinin yalnızca küçük bir kısmını kullanabiliyorsa Tip I Medeniyet mi sayılacaktır? Öte yandan yıldız sistemini terk etmemiş fakat yıldızının neredeyse tüm enerjisini kullanabilen bir uygarlık Tip II mi olacaktır? Bu gibi sorunlar nedeniyle Kardashev’den sonraki bilim insanları bu cetveli modernize etmiştir.

Örneğin Carl Sagan, uygarlık tiplerinin arasındaki sınırları, medeniyetlerin kullandıkları enerjiye esnetmiştir. Buna göre Tip I Uygarlıkların 10^16 Watt, Tip II Uygarlıkların 10^26 Watt ve Tip III Uygarlıkların 10^36 Watt enerji kullanmaktadır.

"2012 yılında Dünya’nın ortalama enerji tüketimi yaklaşık olarak 10’12 Watt olarak gerçekleşmiştir. Bu ise bizi Tip 0,7 yapmaktadır."

Michio Kaku, “Geleceğin Fiziği” isimli kitabında bu tanımlamaları daha da detaylandırmış ve Tip I medeniyetler seviyesine gelebilmek için bir gezegene vuran güneş ışığını ve gezegenin sahip olduğu enerji potansiyelini kullanmayı, volkanlardan, havadan ve hatta depremlerden enerji elde edebilmeyi ve okyanuslara şehirler kurabilmeyi ölçüt olarak vermiştir.

Kardashev Cetveli’nin uzatılmış versiyonunda çok daha ekstrem olan Tip IV ve V de eklenmiştir. Tip IV, içerisindeki evrenin bütün enerji kaynaklarından faydalanabilen medeniyettir. Tip V ise bulunduğu evren ve diğer evrenlerin bütün enerji kaynaklarından yararlanabilen tiptir. Fakat böyle bir medeniyetin varlığı bile mümkün değildir. Var olmalarını geçtik, varlıklarını kanıtlamak imkansızdır. Zira onların aktiviteleri bizim uzay/zaman algımızın üstünde olacaktır.

Başka Dünyaları Sömürgeleştirmek

Diğer türlere nazaran, içinde bulunduğumuz dünyanın kaynaklarını tüketme noktasında oldukça endişe verici bir yerdeyiz. Bir taraftan teknolojimizi ve olanaklarımızı geliştirirken diğer taraftan dünyanın kaynaklarını, kendilerini yenileyebilecekleri hızın çok üzerinde kullanıyoruz. Bunun en temel nedeni son birkaç yüzyılda sağladığımız ilerlemelerin, evrimin ve adaptasyonun hızının çok üstünde gerçekleşmesidir. Bilimsel ve teknolojik gelişimin ihtiyaç duyduğu enerji talebi doğanın verebileceğinin üzerinde gerçekleştiğinden doğal denge git gide sarsılmaya devam ediyor.

Dolayısıyla biz istesek de istemesek de insan kaynaklı ya da insan dışı bir felaketle yok olmadığımız sürece başka gezegenlere yerleşecek ve bu gezegenlerin kaynaklarını kullanmaya başlayacağız. Ancak ve ancak teknolojimizi yeterli düzeyde geliştirebildiğimiz ve temiz enerji kaynaklarını verimli kullanmaya başladığımız zaman kömür ve petrol gibi ilkel fosil yakıtlara olan bağımlılığımızdan kurtulacak ve çevreye verdiğimiz zararı engelleyebileceğiz.

Bize En Yakın Olanlar: Tip I

Hala çok büyük bir yüzdeyle fosil yakıtlara bağımlıyız ve bu tip yakıtlar Tip I uygarlıklar seviyesine erişmemiz için gereken enerji yoğunluğunu sağlamaktan çok uzaktalar. Peki neden fosil yakıtları kullanıyoruz? Bağımlılığın en büyük sebebi bu yakıtların düşük teknoloji gerektirmesi ve bol bulunabilir olmasıdır. Ayrıca, füzyon enerjisi ya da yenilenebilir enerji gibi alternatif kaynakların geliştirilebilmesi için gerekli olan yüksek teknoloji, başlangıçta fosil yakıt kullanımı ile yapılan üretimler ve nükleer fisyon sayesinde mümkün olmuştur.

Tip I uygarlık seviyesine erişebilmemiz için günümüzde kullanabileceğimiz veya yakın ve uzak gelecekte kullanabileceğimizi düşündüğümüz bazı enerji kaynaklarından bahsedeceğiz. Her ne kadar Tip I uygarlığa çok daha yakın olsak da buradaki bazı fikirler bizim ötemizde olacaktır. Tip II ve Tip III uygarlık teknolojileri ise bariz enerji uçurumu sebebiyle hayal etmesi çok zor teknolojilerdir.

"Michio Kaku’ya göre insan türü 100-200 yıl içerisinde Tip I, 3000-4000 yıl içerisinde Tip II ve 100.000-1.000.000 yıl içerisinde Tip III sınıfına girebilecek."

Rüzgâr Enerjisi

Günümüz rüzgâr türbinleri büyük metropollerin ve sanayi bölgelerinin enerji ihtiyacını karşılayabilecek yapıda değildirler. Ayrıca kapladıkları alan ve bakım maliyetleri düşünülünce, ürettikleri enerjiden çok daha fazla maliyet gerektirdikleri için bugün dahi tartışmalara konu olmaktadırlar. Buna ek olarak yaygın kullanımda rüzgârdan daha fazla enerji çalacakları için kaçınılmaz şekilde çevreye etkide bulunacaklardır.

Bulundukları bölgedeki canlılar için ölümcül olmaları, rüzgârın yönünü değiştirmeleri ve sürekli enerji sağlayamamaları gibi sebeplerle rüzgâr türbinlerinin kullanım alanı daima sınırlı olacaktır.

Yüksek İrtifa Rüzgâr Enerjisi

Jet rüzgarları (Jet Stream) yerden 9-16 kilometre yüksekliğindeki irtifalarda bulunan ve farklı yoğunluk ve sıcaklıklardaki hava kümelerinin kesiştiği yerlerde, hızları saatte iki yüz kilometreye varabilen rüzgarlardır. Bu güçlü rüzgarlardan enerji elde edilmesi şu anda araştırılmakta ve birçok tartışmaya sebep olmaktadır. İyimser yaklaşımlar, jet rüzgarlarından elde edilebilecek enerji ile iklime hissedilir bir etkide bulunmadan dünyanın şu anki bütün enerji ihtiyacının karşılanabileceğini söylemektedir.

Bu rüzgarlardan faydalanmak için sağlam kablolara bağlı uçurtma ve/veya helyum balonu benzeri araçlara bağlı rüzgâr türbinlerini bu irtifalara çıkarmak gerekmektedir. Günümüzde de bunun için birçok deneme ve test yapılmakta olduğundan, yakın gelecekte yüksek-irtifa türbinlerinin ilk örneklerini görebiliriz.

Güneş Enerjisi

Güneşin enerji kaynağı, merkezindeki füzyon reaksiyonlarıdır. Füzyon kısaca, iki atom çekirdeğinin birleşerek yeni bir atom çekirdeği oluşturmasıdır. Füzyon, proton-proton birleşmesinden oluşur ve bu birleşmenin olabilmesi için protonların çarpışması gerekir. Güneşin merkezindeki yüksek sıcaklık ve basınç bu çarpışmayı mümkün kılmaktadır. Yüksek sıcaklıkta hidrojen, elektronlarını kaybeder ve elektronlarını kaybeden hidrojen atomları birbirleri ile çarpışarak helyum oluşumunu sağlar. Helyum oluşumu sırasında yaşanan kütle kaybı ise enerji olarak açığa çıkar.

Biz bu enerjiyi günümüzde güneş ışığını odaklayarak ısı ile buhar türbinlerinde elektriğe çeviren termal santraller ve enerjiyi direkt olarak elektriğe çeviren fotovoltik elektrik panelleri aracılığı ile faydalanmaktayız. Ne kadar yüksek ve neredeyse sonsuz bir enerji kaynağı olsa da çok düşük verimlilik alabilmekteyiz. Güneş enerjisi de görece kurak ve az bulutlu bölgelerde en yüksek verimliliğe ulaşabilir, teorik olarak bu bölgeler, özellikle çöllere inşa edilecek santraller ile günümüz enerji açığını karşılayabilir.

Dünya’da kullandığımız en verimli ticari fotovoltik paneller yaklaşık yüzde 21,5 verimliliğe sahiptir. Yakın gelecekte verimliliği yüzde 50’ye kadar çıkartacak paneller için çalışmalar yapılmaktadır. Tip I sınıfına kadar gelişmiş ve bizden yüzlerce yıl ileride bir uygarlığın kullanacağı fotovoltik panellerin nanoteknoloji ve materyal bilimlerindeki gelişmeler ile termodinamik verimlilik limiti olan yüzde 95’e ulaşmaları teorik olarak mümkündür.

Böylesi bir uygarlık, gezegenin en fazla ışık alan bölgelerini güneş panelleri ile kaplayıp elde ettiği enerjiyi süper iletkenlerle gezegenin tümüne iletebilir. Burada önemli olan, üretilen enerjinin panellerin bakımı, geri dönüştürülmesi vb. maliyetlerinden fazla olması gerektiğidir.

Güneş enerjisi kullanımının en uç örneği, Güneş gibi bir yıldızın çevresine binlerce kilometre çapında bir panel inşa ederek (Dyson küresi) yıldızın yaydığı enerjiyi büyük oranda kullanabilecek bir yapının oluşturulmasıdır. Bu yapı Tip I Medeniyetler seviyesine gelebilmek için gerekli olan enerjiyi üretebilir.

Jeotermal Enerji

Dünya’nın çekirdeğinden yüzeyine doğru neredeyse eşit olarak radyojenik ısınma ve radyoaktif bozunum kaynakları sonucu yaklaşık olarak 47 terawattlık bir enerji akımı transfer olmaktadır. Bu enerji, tektonik plaka hareketlerinden ve dolayısı ile depremlerden de sorumludur.

Sadece yer kabuğunun derinlerindeki basınçtan veya çeşitli seviyelerdeki ısı farklılığından elde edilecek enerji, bugün kullandığımız toplam enerjinin kat be kat fazlası olacaktır. Ancak böyle bir enerjiyi üretebilmek için bu seviyelerdeki basınca dayanacak materyallerin üretimi ve yerin alt katmanlarına doğru kurulacak santrallerin bakımı gibi problemleri çözmemiz gerekiyor.

Okyanus Termal Enerji Dönüşümü (OTEC)

OTEC Yöntemi, okyanusların derinliklerindeki soğuk su ve okyanus yüzeylerindeki sıcak suların ısı farklılıklarını bir ısı motoru yardımıyla enerjiye çevirir. Bu işlem sırasında elektrik üretiminin yanı sıra birçok deniz ürünü ve yüksek miktarda içme suyu elde edilebilir. Ayrıca derinlerdeki çökmüş organik kalıntıların ve besin değeri artmış su kütlesinin yüzey suyuna karıştırması canlı nüfusu için pozitif bir etkiye neden olacaktır.

Şu an bu yöntemi kullanan bazı test istasyonları mevcuttur ve ilk demo santral, ABD enerji şebekesine bağlanan ve 2015’in ağustos ayında Hawaii’de hizmete girmiş olan 105 kilowattlık bir elektrik santralidir.

Füzyon

Termonükleer füzyon enerjisi, yıldızların çekirdeğinde üretilen enerjidir. Füzyon reaksiyonları, hafif elementlerin Coulomb gücü denen birbirlerini itme eğiliminin, güçlü nükleer kuvvet ile aşılarak bir araya gelmeleri ve başka bir atom çekirdeği oluşturmaları ile olur. Bu reaksiyon, bazen nötron ve çok yüksek miktarda enerji açığa çıkarmaktadır.

Doğanın 4 ana kuvvetinden birisi olan nükleer kuvvetin, atom çekirdeklerini birbirinden uzak tutan elektriksel itmeye üstün gelmesi için atom çekirdeklerinin ısı ve/veya basınç etkisi ile birbirlerine oldukça yakınlaşmaları gerekmektedir. Yıldızlarda bu gücü yaratan şey kütle çekimi etkisi ile son derece sıkıştırılmış olan ve yıldızın merkezinde yer alan çekirdekteki kuvvettir. Bu etkiyi füzyon santrallerinde yaratabilmek ise günümüz teknolojisi ile pek mümkün (verimli) değil.

Yeterince gelişmiş medeniyetler daha karmaşık teknolojiler gerektiren termonükleer füzyon enerjisine yöneleceklerdir. Muhtemelen bizim gibi evrende bolca bulunan ve/veya üretilebilen, düşük enerji girdisine ihtiyaç duyan döteryum-trityum ya da döteryum-döteryum yakıt çiftlerinden başlayıp teknolojileri geliştikçe proton-boron-11, helyum-helyum ve döteryum-lityum-6 gibi çok daha muazzam enerji açığa çıkaran reaksiyonlara yöneleceklerdir. Sadece dünyadaki mevcut yakıtların, füzyon altyapısını binlerce yıl destekleyebilecek olması er ya da geç füzyonun bu gezegenin ve yeterince yakıt bulunduran diğer gezegenlerin başlıca güvenli ve temiz enerji üretim yöntemi olacağı anlamına gelir.

Antimadde

Maddeyi oluşturan atomun çekirdeğinde, nükleüs denilen pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar bulunur. Nükleüs çevresinde ise negatif yüklü elektron veya elektronlar, sahip oldukları enerjiye göre çeşitli yörüngelerde yer alırlar. Antimaddede ise antiprotonlar negatif yüklüdür, pozitron denen antielektronlar ise pozitif yüklüdür.

Antimadde Dünya üzerindeki en nadir, üretimi en zor ve en pahalı materyaldir. Altın ve elmas gibi nadir ve değerli materyaller, antimadde yanında ancak çakıl taşı kadar değerlidirler. Üretim zorluğu ve yavaşlığı sebebiyle 1 gram antimaddenin şu anki değeri yaklaşık 62,5 trilyon dolara denk gelir. Antimaddeyi ikinci olarak gramı 27 milyon dolar ile Californium-252 elementi takip etmektedir. Bu nedenle şu an için enerji üretiminde tercih edilebilecek bir yapıya sahip değildir.

Ancak antimadde üretiminin sürdürülebilir ve ekonomik bir yöntemini bulan herhangi bir medeniyet için madde-antimadde reaksiyonları başlıca enerji üretim yöntemi olacaktır. Bunun sebebi, güçlü bir altyapı ve teknoloji gerektiren madde-antimadde reaksiyonlarının Einstein’ın E=mc^2 denklemine bağlı olarak maddenin tamamen enerjiye dönüşümüne olanak sağlaması ve en yüksek enerji potansiyelini temsil etmesidir. Fakat bu reaksiyonlarda enerjinin büyük bir bölümünün gamma ışınları olarak açığa çıkması büyük bir problemdir ve enerji üretiminin verimini düşürür. Yine de bizden binlerce yıl daha gelişmiş bir medeniyetin gamma ışınlarını da kullanılabilir enerjiye dönüştürebileceklerini hayal edebiliriz.

Tip I Medeniyetler ve Ötesi

Bahsi geçen enerji kaynaklarından yalnızca birine yoğunlaşmanın ve aşırı kullanımının çevre üzerinde olumsuz etkileri olacaktır. Bu nedenle tüm kaynakların dengeli kullanımı ve tüm yöntemlerin verimli şekilde planlanması ile Tip I medeniyetler seviyesine erişilebilir. Elbette Tip I Medeniyetler seviyesine erişmek gerçek anlamda uygar olmanın bir göstergesi değildir. Bir medeniyetin huzur içinde yaşayabilmesi için gıda, eğitim ve işsizlik sorunlarını da çözmesi gerekir, bunun içinse nüfus planlaması ve eşitlikçi bir ekonomik/politik düzen şarttır.

Tip I medeniyetler gezegenlerindeki yenilenebilir kaynaklardan optimum şekilde faydalanabilir, uzay asansörleri inşa edebilir ve çevre gezegenlere yayılabilirler. Bu seviyede bir medeniyet dünyalarını tehdit edebilecek doğal felaketlerin çoğunu aşabilir, buzul çağlarının önüne geçebilir ve sahip olacakları teknolojilerle yakın yıldızlara bile ulaşabilirler.

Tip I seviyesinden Tip II seviyesine uzanan yol çok daha zorludur ve radikal enerji kaynaklarına ihtiyaç duyar. Bu tip bir medeniyet yıldızları enerji kaynağı olarak kullanabilir ve yakınlardaki yıldız sistemlerini kolonileştirebilir. Ayrıca yıldızları bir füzyon reaktörü olarak kullanmakla kalmayıp onların kontrolünü dahi sağlayabilirler.

Tip III seviyesi ise çok daha muazzam bir enerjiyi açığa çıkarır. Bu tip bir medeniyetin üreteceği enerji, Tip II uygarlığın yaklaşık 10 milyar katı kadardır. Yıldızlararası uzayda gezebilirler, galaksinin tümüne yayılabilirler, kendi kendini kopyalayan robotlara ve insanüstü özelliklere sahip olabilirler. Tip III seviyesindeki bir canlı sibernetik (hem biyolojik hem robot) özelliklere ve bilgisayar/internet destekli bir beyne sahip olacaktır. Ayrıca nanoteknolojik araçlar sayesinde hastalıklara yakalanmayacaktır.

Michio Kaku, Robert Zubrin ve Carl Sagan gibi popüler isimler, Tip IV ve Tip V medeniyetlerini de tanımlamışlardır. Tanımlamalara göre Tip IV medeniyetler seviyesinde uzay-zamanı kontrol etme ve Tip V seviyesinde uzay-zamanın dışına çıkarak çoklu evrenler arasında dolaşma gibi güç ve yetenekler kazanılmıştır.

İnsanlık ne yazık ki henüz Tip I medeniyetler seviyesinde bile değildir ve buraya ulaşmamız –o zamana dek kendimize bir zarar vermezsek– 100-200 yıl arasında bir zaman alacaktır. Tip I medeniyetler seviyesine ve oradan ötesine ulaşmaya çalışıyorsak, öncelikli olarak yapmamız gereken şey evimizi (doğayı) korumak sonrasında ise dünya üzerindeki tüm canlılar ve insanlar için adaletli bir sistem kurarak herkesin bilgiye özgürce ulaşabildiği bir dünyada bilimsel keşifleri desteklemeye devam etmektir.

Kaynaklar

Kozmik Anafor - Tip 1 Medeniyetler

Bilimkurgu Kulübü - Medeniyet Sınıfları

Evrim Ağacı - İnsanlar ve Yakın Akrabalarının Taksonomik Sınıflandırması

Evrim Ağacı - Taksonomi ile İlgili Temel Kavramlar

Evrim Ağacı - Bir Zamanlar Yalnız Değildik

Bilim Fili - Neden Dünyada Bir Tek İnsan Türü Kaldı

BBC

Bu yazının kısa versiyonu, MMO İstanbul Şubesi tarafından her ay yayınlanan Makina Bülten'in Kasım 2018 sayısı için hazırlanmıştır.