Los Alamos Laboratuvarı'nda atom bombası yaratma projesinin bilimsel direktörü Dr. Robert Oppenheimer, aslında gizli bir proje yürütüyordu ama projede çalışan 200 bin çalışanın neredeyse tamamı gizli bir bomba peşinde olduklarını anlıyorlardı. Öte yandan halkın bundan haberi yoktu; buna Başkan Yardımcısı Truman da dahil.

Ama bilenlerin bilmedikleri şey, bombanın patlayıcı gücüydü. Zaten test edilene kadar da her şey tamamen bir teoriden ibaretti. Bu da, insanların bu yeni bombanın muazzam yıkıcı gücünü hayal edememesinin temel nedeniydi.

Temmuz 1945'te test patlaması gerçekleştirildi; test başarılı oldu ve ardından, Ağustos ayında Hiroşima ve Nagazaki'ye atılan iki bomba şehirleri yerle bir etti.

Projenin dahi matematikçisi Stanislaw Ulam, yıllar sonra o anı şöyle tanımlayacaktır: 

"Hiroşima'yı öğrendiğimde ve yıkımın fotoğraflarını gördüğümde ilk başta şaşırdım. Aniden beynimde tuhaf bir zihinsel sıçrama belirdi: Tahtaya beyaz tebeşirle yazılan rakamlar ve hemen ardından gezegenin üzerinden uçup giden bir şehir."

Stanislav Ulam kimdir derseniz, onun da hikâyesi projede görev alan Nazi kurbanı tüm bilim insanları ile neredeyse birebir aynıdır.

Kopya yaşamlar

Ulam, 1909 yılında Avusturya-Macaristan'ın (bugünkü Ukrayna) Lvov kentinde doğmuş. Lvov Politeknik Enstitüsü'nden doktora derecesini aldığında Avrupa artık bir yangın yeridir.

Alman işgalinden kısa bir süre önce kardeşi Adam'la birlikte Polonya'dan kaçarlar ancak Ulam'ın ailesinin geri kalanı, ebeveynleri ve kız kardeşi dahil Holokost'ta öldürülecektir.

Ulam, Amerika Birleşik Devletleri'ne kalıcı olarak geldikten sonra, 1943'te arkadaşı John von Neumann'ın önerisi ile Los Alamos'taki Manhattan Projesi'nde çalışmaya başlar. Burada patlama tipi bir silahın doğru tasarımını sağlamak için Ulam'ın uzmanlığına ihtiyaç vardır.

Ulam, Fynman ve von Neumann

Ulam, son dönemlerde göremediği birçok fizikçi ve matematikçiyle orada karşılaşılaşacaktır. Yakın arkadaşı Von Neumann'ın bilimsel konulardaki alışılmadık sessizliğinin nedenini de anlamış olur. 

Ulam ve von Neumann, proje kapsamında katıların yüksek sıcaklık ve basınçtaki davranışlarını belirleyen hesaplamalardan sorumludurlar. Bu hesaplar, mükemmel bir patlamayı başarmak için uygun tasarımı belirlemede çok önemlidir. 

Sonunda Ulam ve von Neumann uygun tasarımı bulurlar; onun deyimiyle "Tahtaya beyaz tebeşirle yazılan rakamlar" artık bombaya dönüşme yolundadır.

Monte Carlo Simülasyonu

1945 yılı, II. Dünya Savaşı bitmiş, Ulam, Los Alamos'tan ayrılmış ve Los Angeles'taki Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde çalışmaya başlamıştır.

Ancak, Ocak 1946'da akut bir ansefalit krizi geçirir ve acil bir beyin ameliyatı ile yaşam tehlikesini atlatması sağlanırsa da süreç uzundur. İyileşme sürecinde zaman geçirmek için "solitaire" oynamaya başlar.

Bu bir tür kart oyunu; matematikçi motivasyonuyla, oyunda nasıl başarılı bir sonuç alınabileceğini istatistiksel olarak anlamaya çalışır.

İlk başlarda, farklı hesaplama teknikleri kullanır. Daha sonra da oyunu çok sayıda oynayarak başarılı oyunların sayısını saymaya yönelir. Ve oyun sayısına bakarak, oyunun sonucunu ne kadar doğrulukla tahmin edebileceğini araştırır ve bir istatistiksel model üretir.

Günümüzde fizik ve mühendislik dahil olmak üzere risk analizi, finans ve evren simülasyonları gibi alanlarda başarıyla kullanılan bu tekniği bizler "Monte Carlo Simülasyonu" olarak biliyoruz.

Bu teknik, daha sonra termonükleer silahların hesaplamalarında da kullanacaktır.

Peki, Monte Carlo adı nereden geliyor?

İlk bakışta yöntemin arkasındaki fikrin bir kart oyunundan geliyor olması, bu ismin verilmesinde çok uygun gibi görünse de hikâyesi oldukça dramatiktir.

Hikâyeye göre Monte Carlo adı, Monaco'daki Monte Carlo Kumarhanesi'nden geliyor. Ulam'ın çok sevdiği amcasının geçmişte çok sık ziyaret ettiği bir yer burası; ve o amca, diğer tüm aile bireyleri ile birlikte artık yoktur.

Yeni tehdit SSCB

Bombalar atılmış, savaş sona ermiş, Nazi tehlikesi tümüyle ortadan kalkmış ve Stanislaw Ulam da yaşam savaşını kazanmıştır.

Ancak bu kez tehdit eski müttefikten gelir: SSCB.

Ulam, Los Alamos'a dönme teklifi alır; geçirdiği ağır hastalık sonrası bu onun için nefes gibidir ve nitekim sonraki yirmi yılını da orada geçirecektir. 

Proje yeniden başlatılır: Bu kez Ulam, Edward Teller ile birlikte termonükleer silahların tasarımından sorumludur.

Ulam, nötronların atom çekirdeğiyle etkileşmesi sürecini matematiksel yöntemlerle modellemek üzere, hastanede kart oyunu deneyiminden ürettiği istatistiksel yaklaşımı kullanmayı önerir. Nicholas Metropolis ve John von Neumann ile birlikte, Monte Carlo Simülasyonunu geliştirerek yüksek derecede zenginleştirilmiş bir uranyum malzeme içinde zincir reaksiyonunu modellemeye dönük bir "nötron difüzyon modeli" oluştururlar.

Zincir reaksiyon

Bu arada Ulam, Manhattan Projesi lideri Edward Teller'in özgün tasarımının gerçekleştirilemez olduğunu da kanıtlamıştır.

Daha sonra yine birlikte, 1951'de, yeni bir tasarım yaparlar. Bu "Teller-Ulam" tasarımı olarak bilinecek ve termonükleer silahların temelini oluşturacaktır.

Test patlaması 1 Kasım 1952'de gerçekleştirilir. Bombanın patlayıcı gücü, ilk atom bombasından yüzlerce, hatta binlerce kat daha fazladır.

Peki, ilk atom bombası patladığında bunun karşısında sarsılan Ulam, ondan çok daha güçlü bir tasarımın öncüsü olarak ne hissetmektedir?

Ulam'a göre; hesaplarını yapmak, onu oluşturmak ve onu patlatmak ayrı şeylerdir; işin matematiğini yapmanın ahlaki bir sorun olmadığına inandığını belirtir ama o da bilir ki, "Tahtaya beyaz tebeşirle yazılan rakamlar" olmadan diğerleri de olmaz.

Öte yandan ilk projede yer alan ancak etik nedenlerle termonükleer silah yapımında görev almayı reddeden Enrico Fermi de daha sonra işin matematik tarafına katılır ve 1947'de, Monte Carlo Simülasyon'u için bir analog el bilgisayarı tasarlar.

FERMIAC olarak bilinen ve iki yıl sonra yerini ENIAC'a bırakacak olan bu tasarım ile ilk analog bilgisayarların yolu açılmış olur.

"Tahtaya beyaz tebeşirle yazılan rakamlar" şimdi yeni bir teknoloji çağının habercisidir.

Bir yanda termonükleer bomba, diğer yanda bilgisayar teknolojisine giden yol: Stanislaw Ulam'ın matematik ve diğerleri ayrı şeylerdir derken belki de kastettiği şey budur.

Bir anlamda matematiğin gücü!

Kaynakça

https://www.ias.edu/ideas/adventures-mathematician

https://ahf.nuclearmuseum.org/ahf/profile/stanislaw-ulam/

https://culture.pl/en/article/stanislaw-ulam-magician-of-mathematics

https://poole.ncsu.edu/thought-leadership/article/oppenheimer-ulam-and-risk-analytics-the-legacy-of-wwii-scientists-on-contemporary-computing/

https://discover.lanl.gov/publications/actinide-research-quarterly/first-quarter-2023/hitting-the-jackpot-the-birth-of-the-monte-carlo-method/