Hidrojenin hikâyesi

30 Ekim 1961, saat 11.32...

Kuzey Kutup Dairesi'nin ötesinde, Arktik Okyanusu'nun ortasında, Novaya Zemlya adlı ıssız bir takımadanın üzerinde bembeyaz boyanmış bir Sovyet bombardıman uçağı uçuyordu. Kokpitte Binbaşı Andrey Durnovtsev vardı. Uçağın karnında ise 27 ton ağırlığında, 8 metre boyunda bir bomba duruyordu. Mühendisleri ona "Ivan" diyordu. Batı ise kısa süre sonra ona başka bir ad verecekti: Çar Bombası.

Bomba paraşütle süzüldü ve yerden 4 kilometre yükseklikte infilak etti. Ateş topunun çapı 8 kilometreye yaklaştı. Mantar bulutu 60 kilometreyi aşarak atmosferin üst katmanlarına tırmandı. Açığa çıkan güç yaklaşık 50 megatondu: Hiroşima'yı yok eden bombanın 3.800 katı, İkinci Dünya Savaşı'nda kullanılan bütün patlayıcıların toplamının on katı. İnsan eliyle yapılmış bundan daha büyük bir patlama, ne o güne kadar olmuştu ne de o günden bu yana oldu.

Üstelik bu, bombanın yarım gücüydü. Tasarım 100 megatonluktu. Ancak serpintiyi azaltmak ve uçağın kaçabilmesine fırsat tanımak için mühendisler bombanın bir kısmındaki uranyumu kurşunla değiştirmişti.

Peki o sabah Novaya Zemlya'nın göğünde patlayan neydi? Cevap şaşırtıcı derecede basit: hidrojen. Evrenin en küçük, en sade, en yaşlı atomu. Bu yazı, o atomun hikâyesi. Bir hikâye ki 13,8 milyar yıl önce başlıyor, yıldızlardan geçiyor, okyanuslara iniyor, bizim bedenimize giriyor ve sonunda o sabah bir bombanın içinde buluyor kendini.

Hidrojenin hikâyesi zamanın kendisiyle başlar. Büyük Patlama'dan sonraki ilk saniyede evrenin ilk kalıcı yapı taşları belirdi: protonlar. Her proton bir hidrojen çekirdeğidir. Yani hidrojen, evrenin ilk elementidir.

İlk üç dakikada bu protonların bir kısmı nötronlarla kaynaştı ve ağır hidrojen, yani döteryum doğdu. Evrendeki döteryumun neredeyse tamamı o üç dakikada üretildi. Bugün okyanuslardaki her 6.400 hidrojen atomundan biri döteryumdur: evrenin doğum anından kalma bir emanet. Bu emaneti aklımızda tutalım, hikâyenin sonunda karşımıza çıkacak.

Bugün evrendeki atomların onda dokuzu hidrojendir. Bedenimizdeki karbon, kanımızdaki demir çok sonra, yıldızların içinde pişti. Ama bu sabah içtiğimiz sudaki hidrojen evrenle yaşıttır. Bedenimizdeki en yaşlı şey odur.

Yıldızların ateşi

Kütleçekimi, uzaya dağılmış hidrojen bulutlarını yüz milyonlarca yıl boyunca sıkıştırıp ısıttı. Bulutların merkezi milyonlarca dereceye ulaşınca hidrojen çekirdekleri birbirine kaynamaya başladı. İlk yıldızlar yandı.

Güneşimiz de bu ateşle yanar. Çekirdeğinde, 15 milyon derecede, her saniye yaklaşık 600 milyon ton hidrojen helyuma dönüşür. Ama hesap tam tutmaz: oluşan helyum, kendisini oluşturan hidrojenden binde yedi daha hafiftir. Kaybolan kütle, Einstein'ın E=mc² denklemiyle ışığa dönüşür. Güneş her saniye 4 milyon ton kütlesini ışık olarak saçar ve bu ışık 8 dakika sonra yüzümüze vurur.

Ve Güneş acele etmez. Ortalama bir proton, kaynaşmadan önce milyarlarca yıl bekler. Kütleçekimi yakıtı hem sıkıştırır hem dizginler. Ateşi yakar ama patlamasına izin vermez. Bu yüzden Güneş 10 milyar yıl boyunca dengeyle yanar. Bu sabrı aklımızın bir köşesinde tutalım, hikâyenin sonunda tam tersini göreceğiz.

Yıldızlar ömürlerinin sonunda içlerinde pişirdikleri oksijeni uzaya saçtı. Hidrojen bu oksijenle buluşunca evrenin en mucizevi molekülü doğdu: su. Hidrojenin adı da buradan gelir. Lavoisier, bu gaz yanınca geriye su kaldığını görünce ona "su yapıcı" anlamına gelen adı verdi: hydrogène.

Suyu su yapan da hidrojendir. Su molekülleri birbirine hidrojen bağları denen zayıf ama sayısız bağla tutunur. Bu görünmez ağ olmasaydı su oda sıcaklığında gaz olurdu ve dünyada tek bir okyanus bulunmazdı. Buz da bu bağlar sayesinde yüzer. Bu yüzden göller dipten değil üstten donar ve içindeki hayat kışı atlatır.

İşin ironik yanı şu: evrenin en bol elementi, kendi havamızda bir sürgündür. Serbest hidrojen o kadar hafiftir ki yerçekimi onu tutamaz, her saniye yaklaşık 3 kilosunu uzaya kaptırır. Hidrojen dünyada ancak suyun kolunda kalabilir.

Hayatın tutkalı

Sudan hayata giden yol da hidrojenden geçer. Bir yaprak, Güneş'in ışığıyla suyu parçalar, hidrojenini alıp şekere dönüştürür, oksijeni ise atık olarak havaya bırakır. Yani aldığımız her nefes, bitkilerin hidrojen avından arta kalandır.

Sonra biz o şekeri yeriz. Hücrelerimizde besinin hidrojeni soluduğumuz oksijenle buluşur ve yeniden suya dönüşür. Kışın soğuk bir cama hohladığımızda beliren buğu, işte o sudur: Bir yaprağın sabah yakaladığı güneş ışığı, bedenimizde dolaşıp nefesimizle geri döner. Biz de Güneş gibi hidrojen yakarız, (kimyasal olarak) yalnızca çok daha yavaş, çok daha sessiz.

Bu yanma, hücrelerimizdeki minik santrallerde, mitokondrilerde olur. Mitokondriler bir zarın ardına protonlar pompalar. Protonlar geri akarken moleküler türbinleri döndürür ve hücrenin enerjisi üretilir. Kalbimizin her atışı, gözümüzün her kırpılışı, aklımızdan geçen her düşünce bu değirmenlerin dönüşüyle mümkündür. Şu an bu satırları okurken bile bedenimizde milyarlarca türbin dönüyor ve hepsini hidrojen döndürüyor.

Hayatın şifresi de hidrojenle mühürlüdür. DNA sarmalının iki ipliğini hidrojen bağları tutar: nesiller boyu dayanacak kadar güçlü, hücre bölünürken fermuar gibi açılacak kadar zayıf. Annemizden, babamızdan bize geçen her şey bu ince ayarın üzerinde durur. Bedenimizdeki her 100 atomdan 62'si hidrojendir. Biz, evrenin ilk saniyesinden kalma atomlardan yapılmış varlıklarız.

Yıldızlara ve yıldızın kendisine

Yirminci yüzyılda insan hidrojenin sırrını iki yoldan çözdü. Birinci yol göğe uzandı. Apollo astronotlarını Ay'a taşıyan Saturn V roketinin üst kademeleri sıvı hidrojenle yanıyordu. Evrenin ilk atomu, insanı evrene taşıyordu.

İkinci yol, yeryüzünde bir yıldız yakmaktı. 1949'da Sovyetler ilk atom bombasını patlatınca Başkan Truman tek bir soru sordu: "Ruslar hidrojen bombasını yapabilir mi?" Cevap evetti ve karar verildi.

Dünyada Güneş'in kütleçekimi olmadığından mühendisler bir hile buldu: Bombanın içinde önce bir atom bombası patlıyor, saçtığı ışınlar hidrojen yakıtını saniyenin milyonda birinde ezip ateşliyordu. Yakıt, evrenin ilk üç dakikasından kalma o döteryumdu. 1952'de ABD'nin ilk denemesi Pasifik'teki Elugelab adasını haritadan sildi. 1954'te Castle Bravo denemesinin radyoaktif külü Rongelap adasına yağdı ve adanın çocukları onu kar sandı. 

Ve 30 Ekim 1961. Çar Bombası'nda enerjiye dönüşen kütle yalnızca 2,3 kilogramdı. Güneş'in milyarlarca yılda dizginleyerek yaptığını insan saniyenin milyonda birinde yaptı. Bu kez dizginsiz, yok etmek için.

Çar Bombası'nı yapan ekibin başındaki Andrey Sakharov, 1950'de hocası Igor Tamm'la birlikte bambaşka bir makine tasarlamıştı: Güneş'in ateşini patlatmadan, mıknatıslarla asılı tutarak yakacak bir halka, tokamak. Bugün barışçıl füzyon reaktörlerinin çoğu bu fikrin torunlarıdır. Aynı el, aynı hidrojenle hem yıkımın hem kurtuluşun kapısını açmıştı.

O kapı henüz tam açılmadı, ama hiç bu kadar yaklaşmamıştık. 2022'de ABD'de ilk kez bir füzyon deneyinden harcanandan fazla enerji elde edildi. Yakıt ise zaten hazır: Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı'na göre bir litre deniz suyundaki döteryum, 300 litre benzinin enerjisini verebilir. Petrol ve gaz belli coğrafyalara hapsolmuş yakıtlardır. Döteryum ise her kıyıda, her damla denizde var. Kimsenin tekelinde olmayan bir yakıt.

Santraller pahalı mı? Bedel, neyle kıyasladığımıza bağlı. ABD'nin 11 Eylül sonrası savaşları 8 trilyon dolara ve doğrudan yaklaşık 900 bin cana mal oldu. İnsanlığın en büyük füzyon deneyi ITER'in maliyeti ise 20 milyar avro civarında. Yalnızca Afganistan savaşı her gün 300 milyon dolardan fazla yuttu. Yani ITER, o tek savaşın iki buçuk aylık masrafı demek. Bu kıyasla füzyon bedava sayılır.

1961'de Novaya Zemlya'da patlayan hidrojen, yıldızları yakan, okyanusları dolduran, DNA'mızı bir arada tutan hidrojendi. O sabah insan evrenin en eski emanetini silaha çevirdi. Bugün dünya yeniden gerildi. Üçüncü Dünya Savaşı'ndan söz ediliyor ve böyle bir savaşın nükleer olacağını hepimiz biliyoruz. Depolardaki binlerce savaş başlığının içinde, evrenin ilk üç dakikasından kalma o döteryum bekliyor. Hidrojenin 13,8 milyar yıllık yolculuğu şimdi son durağına, bizim ellerimize geldi. Onu bir kez daha yakacağız, bu kesin. Soru şu: Bütün insanlığa ışık olarak mı yakacağız, yoksa bir kez daha bomba olarak mı? Yakıt denizde bekliyor, bomba depoda. Vereceğimiz cevap, hidrojenin hikâyesinin nasıl biteceğini değil, bizim hikâyemizin bitip bitmeyeceğini belirleyecek.