17 Kasım 2019

Klasik gerçekliğimiz ve bir kuantum parçacığı

Yıl 1900, bilim insanları bizim klasik gerçekliğimize hiç benzemeyen, yeni ve gizemli bir dünyanın kıyısında olduklarını anlarlar. Artık önlerinde bir başka bilinmezlik vardır: Atom-altı parçacıkların tâbi olduğu kuantum fiziğinin hükümranlık dünyası!

Bilim ve teknolojide her sıçrama, bilinmeyene yolculuğumuzda evrene bakış açımızı değiştiriyor, beraberinde gerçeklik algımızı da. Bir yüzyıl öncesine göre birçok sorunun yanıtı bulundu, çok şey berraklaştı ama hâlâ sırlar aleminde yol alıyoruz.

Evrenin en önemli sırlarından biri ve belki de en önemlisi maddenin yapıtaşının ne olduğu. Ne tür bir şeyin, ya da şeylerin toplamıyız? Su, toprak, hava, her şey?..

M.Ö. 400'lü yıllarda Antik Çağ filozoflarından Democritus'a göre: "Madde bölünemeyen ve görülemeyen küçük taneciklerden oluşmaktadır ve daha küçük parçalara bölünemez. Doğadaki bütün maddelerin yapıtaşları atom adı verilen bu taneciklerden oluşmuştur. Ancak maddeleri birbirinden farklı kılan şey ise atom sayıları ve diziliş sıralarındaki farklılıklardır."

Bugün de dışarıdan bakıldığında atomu neredeyse aynı şekilde tanımlamak mümkün.

Zaman, 20. yüzyıla doğru ilerlerken maddenin bölünemez en küçük parçası olarak tanımlanan atomik yapı hala çözülebilmiş değildi. Ancak bilim insanları, daha atomik yapıyı modelleyemeden, çok daha küçük bir parçacık olan elektronla tanışacaklardı.

Michael Faraday, bir gün merak duygusunun dürtüsüyle bir çözeltiden akım geçirir ve çözeltinin kimyasal özelliklerinin değiştiğini farkeder.  1838 yılında aynı deneyi gazlara uygular ve cam tüp içinde bir yöne doğru yönelen ışımalar gözler. Daha sonra bunlara katot ışınları denilecek, 1884'te G. J. Stoney de bu ışınlara “elektron” adını verecektir.

Ancak onun ne olduğu hakkında hiç kimsenin bir fikri yoktur ama merak duygusu bulaşıcıdır ve araştırmaya başlarlar.

J.J. Thomson katot ışınları üzerine bir deney tasarlar, onları bir manyetik alan içine koyar. Işınlar manyetik alanda sapma gösterir, dahası hepsi aynı yolu izlemektedir. Bunun anlamı: Katot ışınlarını oluşturan taneciklerin tümü aynı kütle ve yüke sahiptirler. Thomson, bu ışınların elektrik ve manyetik alanlardaki sapmalarından yararlanarak "elektrik yükü/kütle" (e/m) oranlarını hesaplar.

Böylece ilk atomaltı parçacık, 1897 yılında J.J. Thomson tarafından keşfedilmiş olur: Bunlar Faraday deneylerinde kendilerini gösteren ve Stoney tarafından elektron olarak adlandırılan temel taneciklerdir. Bu keşif ona 1906 Nobel Fizik Ödülü'nü getirecektir.

Ama uygun bir atom modeli hala yoktur. Thomson bir atom modeli önerir, ancak bu model günümüzde kabul gören modelden çok uzaktır.

Yıl 1900, bilim insanları bizim klasik gerçekliğimize hiç benzemeyen, yeni ve gizemli bir dünyanın kıyısında olduklarını anlarlar.

Artık önlerinde bir başka bilinmezlik vardır: Atomaltı parçacıkların tabi olduğu kuantum fiziğinin hükümranlık dünyası!

Babasının keşfinin ötesini oğlu keşfetti

Elektronu keşfederek kuantum dünyasının bir parçacığını bilim dünyası ile tanıştıran Joseph John Thomson, 1856 Manchester doğumlu, İskoç bir aileye mensup. Owens Koleji'nde mühendislik eğitimi alır, ancak daha sonra temel bilimlere yönelir. Maxwell'in kurucusu ve yöneticisi olduğu Cavendish laboratuvarında çalışmaya başlar. Öğrencilerinden biri daha sonra yerini alacak olan Ernest Rutherford'dur.

Thomson, 1890'da Cambridge'de fizik profesörü Sir George Edward Paget'nin kızı Rose Elisabeth Paget ile evlenir ve Rose'dan, 1892 yılında George Paged Thomson adında bir oğlu olur.

Oğul Thomson da babasının yolunda ilerler, ancak I. Dünya Savaşı patlak verir. Savaş yıllarında İngiliz savaş uçaklarının tasarım problemleri üzerinde çalışır. Savaş sonrası, 1927 yılında ince altın plaka içinden geçen elektronların kırınıma uğradığını saptar ve bu kırınım halkalarını fotoğraflamayı başarır.

Ve böylece oğul Thomson, babasının parçacık olarak keşfettiği elektronların dalga benzeri davranış gösterdiğini keşfeder ve onların dalga boylarını da hesaplar.

 

Bu buluşuyla Fransız fizikçi Louis de Broglie'nin bundan 3 yıl önce, 1924 yılında teorik olarak ileri sürdüğü "her parçacığın dalga karakteri olduğu ve her parçacığa bir dalganın eşlik ettiği" tezi de kanıtlanmış olur.

Bu keşif oğul Thomson'a 1937 yılında Nobel Fizik Ödülü kazandırır.

Her şey değer bulduğu yerde gelişir

Elektron, bir kuantum parçacığı olmasının ötesinde son yüzyılda bizim klasik gerçekliğimizdeki değişimin en önemli aktörü. Bugün evlerimizi, şehirlerimizi aydınlatan ve "elektrik" olarak adlandırdığımız şey, aslında onun oradan oraya koşuşturmasından doğan bir olgu. Elektrik makineleri ile 2. Sanayi Devrimi, ardından elektronik ve bilişim teknolojileri ile hayal bile edilemeyenler gerçekleşti. Çok değil, son üç jenerasyon bu değişimin canlı tanıklarıdır.

Elektronu keşfeden baba ve oğul Thomsonlar, Nobel tarihinde Nobel Fizik Ödülü kazanan dört baba-oğuldan biri.

Diğerleri, baba-oğul Bragg, 1915 yılında birlikte bu ödülü paylaştılar.  

Baba Niels Bohr 1922'de, oğul Aage N. Bohr ise 1975'te Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Onlar Danimarkalı.

İsveçli Manne Siegbahn 1924'te ve oğul Kai M. Siegbahn 1981 de Nobel Fizik Ödülü sahibi olan bir diğer baba-oğul.

İngiliz kökenli baba-oğul olan Bragglar ve Thomsonlar, ayrıca Birleşik Krallık tarafından "Sir" unvanı ile onurlandırıldılar.

Hemen soracaksınız: Ya anneler ve kızları?

İki Nobel ödüllü Marie Curie ve kızı Irène Joliot-Curie; Nobel ödüllü anneler ve kızları için tek örnek.

Baba Piere Curie ve Irène Joliot-Curie'nin eşi Jean Frédéric Joliot-Curie de Nobel ödülü sahibi ve Curieler, 5 Nobel ödülü ile en çok ödül sahibi aile olarak bilim tarihinde yerlerini alıyorlar.

Mutlaka dikkatinizi çekmiştir; sıçrama yaptığı dönemlerde bilim, İngiltere ve batı Avrupalı bilim insanlarının katkılarıyla gelişiyor.

Bunda şaşılacak ne var diyebilirsiniz: "Elbette her şey, değer bulduğu yerde gelişecektir!"

Yazarın Diğer Yazıları

PISA, bize çocuklarımızı eğitemediğimizi söylüyor!

PISA, güçlü eğitim sistemlerinin ortak yanının motivasyon olduğunu söylüyor. Bu güçlü sistemler standartları yüksek, güçlü ve motive edilmiş, her öğrencinin eğitimden en iyi şekilde yararlanabilmesi için özel çaba sarf eden eğitim kadrolarına sahipler

Bilim, teknoloji, eğitim: Adrese teslim, garantili tez hizmeti!

Bilimsel araştırmaların temel kaynağı olan tezlerin özel bürolarda, içlerinde akademisyenlerin de olduğu ekipler tarafından intihalsiz ve geçme garantili olarak para karşılığı yazıldığı iddia ediliyor. Bir tez yazma sektörü oluşmuş durumda

Yakın gelecekte Mars'a yolculuk mu var?

Türkiye 2.528.244 başvuru ile "Mars'a adınızı gönderin" çağrısı verenler arasında hala birinci sırada ve açık ara önde. Neredeyse tüm başvuruların dörtte biri