Kristallerden oluşan canlı renk paleti: Fotonik yapılar

Elinizde hiçbir boya malzemesi olmadan, sizden asla solmayacak bir resim yapmanız istense ne yapardınız? Muhteşem bir renk uyumu oluşturmanız gerektiğinde, elinizde kimyasal boya maddeleri olmadan bunu yapmanızın imkansız olduğu açıktır. Ancak doğada yaratıldıkları ilk günden bu yana, hiçbir renk pigmenti olmadan hayranlık uyandırıcı muhteşem renkler sergileyebilen canlılar vardır.

Çok yakından tanıdığımız bu canlıların metrenin milyarda biri ölçeğinde olağanüstü güzellikte yaratılış delilleriyle donatılmış olduklarını biliyor muydunuz?

Renklerin olmadığı bir dünyayı zihnimizde canlandırmaya çalıştığımızda, renklerin bizim için ne denli önemli olduğunu daha net anlarız. Şüphesiz üzerinde yaşadığımız dünyanın ve evrenin renklerle donatılmış olması Allah’ın bizim için yarattığı bir rahmettir. Ağaçların yeşilinden, gökyüzünün mavisine, rengarenk çiçeklerden, hayvanların birbirinden güzel renklerine kadar her detay doğada büyük bir ahenk meydana getirmektedir. Ancak doğada öyle renkler vardır ki bunları hiçbir renkle kıyaslamak mümkün değildir. Hiç solmayan bu renkler, göz alıcı parlak tonları, yanardöner yansımalarıyla bakanlar için adeta bir ışık gösterisi gibidir. Şimdi bu gözalıcı renklerin hangi canlılarda ve nasıl oluştuğunu inceleyelim.

Renkler Nasıl Oluşuyor?

Yaşadığımız dünyayı güzelleştiren renklerin meydana gelmesi için öncelikle ışık gereklidir. Bir cismin üzerine güneş ışığı düştüğünde, cisim ancak belirli dalga boyundaki ışığı geri yansıtır. Bu ışık da gözümüze gelerek bir dizi kompleks işlem sonucunda elektriksel sinyale dönüşür ve görme sinirleriyle beyne iletilir. Bu sinyallerin beyinde yorumlanması sonucunda renkleri algılarız.

Cisimleri Nasıl Renkli Görürüz?

Boya malzemelerinde de kullanılan “Pigment” adı verilen kimyasal maddeler, renkleri belirlemektedirler. Pigmentler ışığın belli dalga boylarını emer, diğerlerini yansıtırlar. Biz de o dalga boyuna karşılık gelen ışığı renk olarak algılarız, örneğin kırmızı bir çiçek, tüm renkleri emerek sadece kırmızıyı yansıtan pigmentleri sayesinde kırmızı olarak algılanır. Ancak son yıllarda yürütülen çalışmalar, pigmentler olmadan da bazı canlılarda renklerin meydana gelebildiğini göstermiştir. Peki bu canlılar, pigment kullanmadan nasıl muhteşem renkler sergileyebilmektedirler?

Işık, foton adı verilen taneciklerden meydana gelmiştir. Fotonik yapılarsa, fotonların hareketlerine cevap verecek ve bunların belli amaçlarda yönlendirilmesini sağlayacak bir düzende yaratılmıştır.

Bazı Canlılarda Renkler Yerine Var Olan Fotonik Yapılar

Çeşitli kelebeklerin yer aldığı Avustralya Müzesi’ndeki bazı kelebeklerin, onlara renk veren pigmentlerin etkisini zamanla kaybetmesiyle solup matlaştığı, bazı türlerin ise, parlak ve canlı renklerini aradan uzun süre geçmesine rağmen koruduğu tespit edilmiştir. Bilim adamları bunun üzerine bu kelebeklerin renklerinin kaynağının pigmentler olamayacağını anlamış ve yapılan incelemeler sonucunda bu kelebeklerin renklerinin canlı kalmasının sebebinin onlarda bulunan “fotonik yapılar” olduğunu ortaya çıkarmışlardır.

Bu kelebeklerden biri Morpho rhetenor türü kelebeklerdir.

•    Çok uzak mesafeden dahi seçilebilen göz alıcı mavi renkleri, bilim adamlarını bu canlılar üzerinde incelemeler yapmaya yöneltmiştir.

•    Bilim adamları bu kelebeği detaylı olarak incelediklerinde bir yaratılış harikası olan mikro kristallerle karşılaşmışlardır.

•    Bu kelebeklerin kanatlarındaki çok katmanlı tabakalar ve boşluklar, çok hassas bir düzenle dizilerek fotonik kristal bir yapı oluşturmuştur. Bu fotonik kristal yapıysa, ışığın diğer bütün dalga boylarını geçirip maviyi yansıtarak kelebeklerin kanatlarının parlak mavi renkte görünmesine neden olmaktadır.
 

Fotonik Yapılara Doğadan Örnekler

Doğada, renkleri pigmentler yerine vücutlarındaki fotonik yapılar sonucunda oluşan canlılar; ışığın karışık yansıması, kırılarak yayılması ve saçılması sonucu oluşan yapısal değişiklikleri kullanarak renklerini yansıtmaktadırlar. İşte kelebek kanatlarındaki, sinek kuşu, papağan ve ördek tüylerindeki, tavus kuşunun kuyruğundaki, herkül böceğindeki, güvelerdeki ve denizyıldızı türleri gibi bazı deniz canlılarındaki muhteşem yanardöner renklerin kaynağı onlarda bulunan fotonik yapılardır.

Bazı kuşlar inceden inceye özenle renklendirilmiş tüylere sahiptir. Örneğin, tavuskuşu muhteşem yanardöner renkleriyle kusursuz bir yaratılış delilidir. Tavuskuşunun kuyruğu göz pozisyonu değiştirildiğinde farklı renklere sahip gibi görünür. Bu yanardöner renklerin temel nedeni, bu canlıların tüylerinde yaratıldıkları ilk günden beri bulunan fotonik kristallerdir.

Doğada Görsel Bir Şölen: Yanardöner Renkler

Yanardönerlik, gözlemcinin görme pozisyonunu değiştirmesiyle bir nesnenin renk görünümünün değişmesi demektir. Bu yanardöner renge bir örnek olarak, su yüzeyine yayılan yağ tabakasındaki renklerin, farklı açılardan gözlendiğinde değişmesi verilebilir. En parlak ve en saf pigment renklerle bile elde edilemeyen bu yanardöner renkler oldukça etkileyicidir. Işık açısındaki veya gözlemcinin pozisyonundaki ufak bir değişim ile renklerde meydana gelen görkemli değişim, bu renklere muhteşem bir güzellik verir.

Fotonik yapılar kelebeklerin kanatlarına sadece parlak ve göz alıcı görünüm kazandırmakla kalmaz, aynı zamanda küçük açı değişimlerinde farklılaşan yanardöner renkler meydana getirir. Bu ışık oyunu gerçek bir görsel şölendir. Yüce Allah’ın Sani (Sanatçı) isminin tecellisi olan doğadaki kelebek, güve, bazı böcek türlerinde ve tavus kuşlarının kuyruğunda; papağan, sinek kuşu, ördek gibi bazı kuşların tüylerinde görülebilen bu muhteşem görüntünün temelinde de fotonik kristal yapılar bulunur.

Suda Yaşayan Canlılardaki Fotonik Yapılar

Suda yaşayan canlılar üzerinde son zamanlarda yapılan incelemeler, onlardaki şaşırtıcı kompleksliği ortaya çıkarmıştır. Örneğin, ışığa duyarlı bir denizyıldızı türü olan “Ophiocoma wendtii”, ışık toplayabilmek için kalsitten oluşan fotonik elemanlar kullanır.

Aynı olağanüstü yapı, polychaete adlı solucan türlerinin saç benzeri dikenlerinin nanoyapılarında görülmektedir. Bu canlılarda, her dikenin kesitinde bulunan, pencere kafesine benzeyen iki boyutlu altıgen şeklindeki boşluklar, doğal bir fotonik kristal oluşturur. Bu düzen, rengi belirli yönlere kuvvetlice dağıtan kısmi fotonik etki meydana getirir. Bunun sonucunda, bu deniz canlısında da göz alıcı renkler meydana gelir.

“Nano” kavramı, bir fiziksel büyüklüğün milyarda birini ifade eder. Örneğin nanometre, metrenin milyarda biri olup, bir nanometre yaklaşık 2-3 atomun yan yana dizilmesiyle elde edilen, insanın algı sınırlarının çok ötesinde bir uzunluktur. Doğadaki fotonik kristallerin muazzam dizilimi, nanometre boyutundaki olağanüstü bir düzeni ifade etmektedir.

Bilimin Fotonik Yapıları Keşfi

Bilim adamlarının ifade ettiğine göre, günümüzde fotonik kristalleri “nanolitografi” adı verilen yöntem yardımı ile yarı iletkenler kullanarak üretmek mümkündür. Işığın dalga boyunun onda biri inceliğinde (30-50 nm) olan bu yapılarda oluşturulan düzensizlikleri kullanarak ışığın çok küçük bir alana sıkıştırılabileceği belirtilmektedir. 1980’li yılların sonuna doğru keşfedilen bu fotonik kristaller, metal veya yalıtkan malzemelerde moleküllerin düzenli dizilimiyle şekillendirilen yapılardır. Oysa doğada fotonik yapılar Kambriyen döneminden beri yani 500 milyon yıl önceden beri vardır. Bilim adamları 20. yüzyılda fotonik yapıları teknolojide kullanmaya başladılar. Ancak doğaya bakınca gördüler ki kendilerinin henüz kullanmaya başladıkları fotonik yapıları kuşlar, böcekler, kelebekler, denizyıldızları zaten milyonlarca yıldan beri kullanıyorlar. Bilim adamları milyonlarca yıldır fotonik yapıların doğadaki yaratılış delili canlılar tarafından kullanıldığı ile ilgili olarak şöyle bir açıklamada bulunmuşlardır:

“Bizim sentetik yapılar kullanarak ışık dalgalarını ustalıkla kullanmaya başlamamızdan milyonlarca yıl önce, biyolojik sistemler, zaten göz alıcı optik etkiler üretmek için nanometre ölçeklerindeki mimarileri kullanıyorlardı.” (Dr. Peter Vukusic ve Prof. J. Roy Sambles, İnce Tabaka Fotonikler, Fizik Okulu, Exeter Universitesi, İngiltere)

Doğadaki Renkler Yüce Rabbimiz’in Eseridir

Yüce Allah, fotonik kristallerle metrenin milyarda biri küçüklüğündeki bir alanda mükemmel bir düzen yaratmıştır. Fotonik yapıları kullanan canlılardaki göz alıcı renk ve desenler, Yüce Allah’ın sonsuz ilminin ve sanatının örneklerinden yalnızca birini teşkil etmektedir. Bu canlılar yaratıldıkları ilk günden itibaren bu renklere sahiptirler.

Uzaydaki galaksilerden yıldızlara, uzayın uçsuz bucaksız karanlıklarından yeryüzündeki canlılara, tabiat olaylarındaki düzenden insan vücuduna ve bir kelebeğin kanadına kadar evrendeki her detay, bizlere gökleri, yeri ve ikisi arasındakileri sonsuz ilmi, sanatı ve aklıyla kusursuzca yaratan alemlerin Rabbi olan Allah’ın apaçık varlığını göstermektedir. Bir ayette Rabbimiz’in yaratma sanatı ve ilmi şöyle haber verilmiştir:
 

“O Allah ki, yaratandır (en güzel bir biçimde) kusursuzca var edendir, şekil ve suret verendir. En güzel isimler O’nundur. Göklerde ve yerde olanların tümü O’nu tesbih etmektedir. O, Aziz, Hakimdir.” (Haşr Suresi, 24)

Kaynaklar:

http://www.sciencedaily.com/releases/ 2006/03/060302174524.htm
http://www.sciam.com
R. C. McPhedran ve N. A. Nicorovici, Australian Optical Society News, (2001) 15. cilt, sy. 7-9.
http://news.nationalgeographic.com