1679'dan 1933'e

Bu yazının esas amacı, kuantum fiziğinin gelişimini anlayabilmek için, tarihsel bir sıralama oluşturmaktır. Birbiriyle alakasız gibi görünen bazı gelişmelere, mesela ilk fotoğrafı çekebilmek için yapılan çalışmalar, termodinamik alanındaki gelişmeler, ışık ile ilgili araştırmalar vd, birbirlerini etkiledikleri için, bu sıralamada yer verdim. Zaman olarak ise, yapabildiğimce geriye gitmeye çalıştım, bu sebeple 1665 yılından başlayacağız.

Tarihsel sıralamaya başlamadan önce, bu yazıda çok sık karşıma çıkan Royal Society'den bahsetmek istiyorum. Bu topluluk, var olan (bilindiği kadarıyla) en eski bilimsel topluluk olarak, 1660 yılında, King Charles II tarafından Londra'da kurulmuş. Şu anda, İngiliz hükümetine bilimsel anlamda destek veren, bilim akademisi olarak çalışan güçlü bir topluktur. Bu topluluğun başkanı, üyeler tarafından ve üyeler arasından seçiliyormuş. Resmi sayfalarına buraya tıklayarak ulaşabilirsiniz. Ek olarak, buraya tıkladığınızda açılacak videoda, 6:48 den sonra, Royal Society'nin adı geçiyor, bu topluluğun üyelerin önemli bir kısmının mason olduğunu söylüyor locanın üstadı.

Yukarıda, o eski Royal Society'yi anlatan bir resim bulunuyor.

Bu topluluğun bu yazıdaki önemi, aşağıda göreceğimiz pek çok bilim adamının bu topluluğa üye olmasından geliyor. Bu araştırmaya konu olan ve bu topluluğa üye olan bilim adamları : James Chadwick, John Dalton, Michael Faraday, Ernest Rutherford, J.J.Thomson, Isaac Newton, Albert Einstein. Bunların dışında tanıdık bazı isimler de şu şekilde: Sigmund Freud, Robert Boyle, Charles Darwin, Benjamin Franklin, Stephen Hawking, Adam Smith (Ekonominin fikir babası), Richard Taylor, James Watt, David Baltimore, Daniel Gabriel Fahrenheit. Listenin tamamı için buraya tıklayınız. 

................................................................................

YIL 1665: İlk kez "kırılma" (ışığın kırılması) terimi kullanılmıştır, Francesco Maria Grimaldi tarafından. Işığın diğer özelliklerinin bulunması için daha çok deney yapılması gerekecek.

YIL 1679-1680 : Royal Society üyesi Sir Isaac Newton, ortaya attığı yerçekimi, hareket kanunu gibi olgular sayesinde, klasik mekaniğin kurucusu ünvanını bu yıllarda alır. Newton'un bu bilinen çalışmalarının yanısıra optik'le ilgili de araştırma yapmış; örneğin prizmadan geçen beyaz ışığın farklı renklere ayrılması, teleskop gibi.. Newton ile ilgili başka iddialar da var, mesela gizli bir örgüt olan, 1099 yılında kurulmuş Prieuré de Sion'un üyesi olduğunu yazmışlar, konu çok derin, tapınak şövalyelerine kadar gidiyor, onu burada incelemeyeceğim.

Newton'ın Calculus üzerinde de Gottfried Wilhelm von Leibniz ile birlikte emekleri var, eğrinin altındaki alan, tanjant çizgisi konularını aydınlatan insanlar bunlar, ama bu konu matematikle ilgili. Kuantum Mekaniği bambaşka bir konu olsa da, burada bizim için önemli olan şey, Newton'un ışığı bir parçacık olarak algılaması ve bu görüşün çok uzun soluklu tartışmalara sebep olmasıdır. Burada bahsedilen özellik şudur; Işık, bir yere çarpar ve yansır, çarpma açısıyla yansıma açısı aynıdır ve doğrusal hareket eder. Ne var ki, Huygens bu parçacık görüşüne itiraz edecektir.

YIL 1690: Christiaan Huygens, Newton'la hemen hemen aynı konuları araştıran, Newton'dan 13 yaş büyük ama aynı dönemin bilim adamıdır. Bu adam, ışığın parçacık değil, dalga olduğunu iddia eder. Cisimlerin gölgesinin keskin olduğunu düşünen pek çok bilim adamı, ışığın dalga olabileceğini kabul etmek istemez elbette. Yine de çok uzun soluklu bir tartışma başlamış olur! Işık (light) parçacık mıdır, dalga mı?

Bunun cevabı yıllar sonra verilecektir, ancak önce biz dalga (wave) ile parçacık (particle) farkına aşağıdaki videodan bakalım:

Yukarıda görünen durumda, ışığın parçacık özelliği göstermesi sonucu gölgenin keskin kenarlı olmasını, dalga özelliği göstermesi sonucunda da yarı gölgenin var olmasını bekleyebiliriz. Bu yaklaşım, basit bir yaklaşımdır, günlük hayatımızdan bir örnektir sadece, bunun cevabı ise uzun bir döneme yayılan deneylerle verilecektir.

Burada hatırlatalım, 1698 yılında, Thomas Savery tarafından, ilk kez buhar gücünün endüstride kullanımı için çalışma yapılmıştır. Bu çalışmaların, başka bilim adamlarının katkısıyla, 1733 yıllarında netice vermesi sonucu, 1760'larda sanayi devrimi başlamıştır. Bu dönemden sonraki süreçte, buhar gücü, daha yüksek güç gerektiren imalatın gerçekleşmesini, süreçlerin hızlanmasını sağlayacaktır ve inanılmaz gelişmeler yaşanacaktır. Bu süreç 1840'lara kadar devam edecektir.

YIL 1789: Bu arada, atomla ilgili farklı gelişmeler olur; Antoine Lavoisier tarafından, bir kimyasal tepkimede kütlenin korunduğu bulunur ((Kütlenin korunumu yasası, bizim lise kimyasında kullandığımız temel kuraldı, kimyasal denklemlerde giren maddelerin kütleleri toplamı, çıkan maddelerin kütleleri toplamına eşittir derdik ya, bu buluş Atom'un modelinin tanımlanmasından önceleri yapılmış)).

YIL 1803: Yine Royal Society üyesi olan başka bir bilim adamı, John Dalton da, atom ağırlığı ile ilgili çalışma yapar ve belirli kimyasalların atomik ağırlıklarını listelemeye başlar. Böylece bizim lisede gördüğümüz periyodik tablo konusuna yavaş yavaş geliyoruz, ancak esas 1869 yılında tablomuzun temeli oluşacak. Dikkatinizi çekerim; Dalton, atomun yapısından henüz haberdar değil, ancak maddenin en küçük (ki artık günümüzde atomun çok küçük olduğunu söylemek mümkün değil, içinden neler neler çıktı) halini incelediğini söyleyebiliriz.

YIL 1803: Aynı yıl, Newton ve Huygens'ın ortaya attığı, parçacık-dalga çatışmasında, Huygens'ı destekleyen bir çalışma gerçekleştirilir. Royal Society üyesi Thomas Young, ışığın dalga özelliğini gösterir bir deney gerçekleştirdiğini açıklar! Deneyin şematik gösterimi aşağıdaki gibidir:

Yaptığı deney aslında oldukça basitti ve kendi deyimiyle de, güneş ışığının geldiği her yerde bu deney tekrarlanabilirdi, herşey ortadaydı. Deneyde, ışık kaynağını engelleyen bir tabaka var, ancak bu tabakanın üzerinde bir delik var. Bu delikten geçen ışık, ikinci bir engelle karşılaşıyor, onun da üzerinde iki delik var. Sonunda en alttaki perdede, şeritler halinde açık ve koyu gölgeler oluşuyor. Bu deney sonucu ışığın parçacık özelliğinde değil, dalga özelliğinde olduğunu gösteriyordu, zira yarı gölgenin, gölgede dalgalanmanın varlığı, ışığın doğru çizerek ilerlemediğini ispat etmeye yetiyordu.

Newton'un önerisini çürüten bu çalışmayı bir başka deney daha izler, böylece dalga kuramına olan inanç kuvvetlenir, ancak tartışmalar burada bitmeyecektir ve aslında Newton'un iddiasında da haksız olmadığına kanaat getirilecektir.

YIL 1810: 1803 yılında kimyasalların atomik ağırlıklarını listelemeye başladığını söylediğimiz John Dalton, çalışmalarını bu yıllarda açıklamış, hatta bazı çalışmaları ölümünden sonra açıklanmış. Kendisi, her kimyasl maddenin kendisine özgü biricik bir parçacığı olduğunu ortaya atar. Bu parçacıkların parçalanamayacağını ancak birleşerek farklı maddeler oluşturabildiklerini, ve bunların daire şeklinde olduğunu da ilave eder.

Günümüzde artık atom parça pinçik edilebilmekte bu sayede çok büyük enerjiler elde edilebilmektedir, nükleer enerji santralleri, atom bombaları vs bu enerjilerle besleniyor. Ancak, Dalton, kuşkusuz çok önemli bir açıklama yapıyor, atomun yapısı ile ilgili bir öneride bulunuyor. Lisede Dalton'un atom modelini görmüştük, hatırlıyorum. Kendisi, bugünki atom modeline giden yolda ilk adımı atmıştır.

YIL 1811: Amadeo Avogadro adındaki bir bilimadamı,avogadro yasasını ortaya atar. Bu yasaya göre; gazın kimyasal yapısı ne olursa olsun, aynı sıcaklık ve basınç koşullarında, eşit hacimli bütün gazlar, eşit sayıda molekül içermektedir. Bunun neden böyle olduğu anlaşılmasa da, bu hipotez o dönemlerde yapılan deneylerle doğrulanır, ancak gazların davranışının daha net anlaşılabilmesi Maxwell ve Boltzmann'ın çalışmalarıyla gerçekleşecektir. ((Burada bahsetmeden geçemeyeceğim, avogadro katsayısını da kendisi buluyor, bu sayıyı lise dönemimden hatırlıyorum. Sayının kendisi: 6,02214199x10²³ iken: 1 mol yani 12 gr Karbon₁₂ elementindeki atom sayısını vermektedir.))

YIL 1816: William Prout adlı kimyager, maddelerin atom ağırlıklarına bakarak, bütün atomların çekirdeklerinde hidrojen olduğunu ileri sürer. Atom ağırlıkları arasında bir orantı bulur ve bu orantıya dayanarak, her atomda hidrojen olduğunu, acak bu hidrojenlerin miktarlarında farklılık olduğunu iddia eder. Bu hipoteze Prout'un Hipotezi deniliyor. Daha sonraları bu oranı desteklemeyen maddelerin bulunmasıyla bu yaklaşımdan vazgeçilmiş, ancak bu yaklaşım atomun çekirdeğinde başka maddelerin bulunabileceğine ilişkin farlı bir bakış açısı yaratmıştır. Başka bir değişle, atomun içinde başka bileşenler vardır evet, ama bu bileşenlerin ne olduğu henüz bulunmamıştır.

YIL 1823: Bundan tam 75 yıl sonra, Boltzman'ın entropiyi tanımlamasına yardımcı olacak "Carnot çevrimi" kavramı , bilim dünyasına girer. Bu kavram, Sadi Carnot tarafından, bir ısı makinesi tasarlamak amacıyla kullanılmıştır. Dolayısıyla konu termodinamikle yani ısı ile iş yapabilmekle alakalıdır, bu sebeple detaya inmeyeceğim.

YIL 1825: İlk kalıcı fotoğraf, Nicéphore Niépce tarafından çekilir.Hatta aslında ilk fotoğrafı 1922 yılında çeker, ancak çoğaltmaya çalışırken tahrip eder, dolayısıyla bu fotoğraf günümüze ulaşamamıştır. Burada bizim için önemli olan konu, fotoğraf çekebilmek için, ışığa tutulduğunda kararan bir maddenin kullanılmış olmasıdır. Işığa maruz kalmayan kimyasalı da suyla banyo ettiğinde, geriye istediği görüntü kalmış.

Michael Faraday

YIL 1847: Nanoscience'a (nanobilim) giriş yapılır, yine bir Royal Society üyesi Michael Faraday (hemen yanda bir resmi mevcut) tarafından. Kendisi nanopartiküllerin varlığını ispatlar bir deney gerçekleştirir. Nanoteknoloji veya nanoscience olarak anılan bilim dalı; maddeyi atomik ve moleküler düzeyde inceler kardeşim. 100nm ve bunun altında ölçülerde maddeler üretilir bu teknolojiyle. Bu arada 1nm =1×10⁻⁹ m 'dir. Çoğumuz onun adını, elektromanyetik alandan ve elektrolizden biliriz, bakınız: lise fizik ve kimya defteriniz. ((Lisede fen bilimleri alanını seçenlerin defterlerinden bahsediyorum elbette, ancak eşit ağırlık seçenler de duymuşlardırFaraday'ın adını. )) Lost dizisinde de, Faraday soyadlı zeki bir bilim adamı karakteriyle, kendisine atıfta bulunuyorlardı.

YIL 1860-70: Bu yıllarda, Royal Society üyesi James Clark Maxwell, klasik elektromanyetik teoriyi kurmakla meşguldür. Elektrik, manyetizma ve ışığın birbiriyle ilişkili olduğunu; elektrik ve manyetizmanın, ışık hızında hareket eden dalgalar olduğunu ortaya atar. Kendisi elektromanyetik alanın yayılma hızını ölçer ve bu hız ışığın hızına eşit çıkar. Bu çalışma da ışığın dalga özelliğinde olduğunu savunmaktadır. Maxwell'in Faraday'dan da etkilenerek (ki bilim zaten birikimli ilerlemektedir, faraday da kendisinden önceki bazı bilim adamlarından etkilenmiştir) gerçekleştirdiği bu çalışmalar, fiziğin temellerini oluşturmuştur.

YIL 1869: Dimitri Ivanovich Mendeleev, atomları, kimyasal özelliklerine ayırarak oluşturduğu simetrik tablonun ilk sunumunu gerçekleştirmektedir. Periyodik tablo o zaman hayatımıza girer.

YIL 1865: Bu dönemde, Avogadro'nun çalışmasına başka bir çalışma eklenir ve Johann Josef Loschmidt, belirli basınç ve sıcaklık altında, 1 cm3 gazda yaklaşık 2.6x10¹⁹ molekül olduğunu ileri sürer. İşte bizim lisedeki gazların kimyası konusunun temel mantığı ortaya çıktı bile! Ne kadar da zorlanmıştım o derste!!

YIL 1866: Maxwell ve Ludwig Boltzmann, gazların kinetiği teorisini ortaya atarlar, bu açıklamalarda da atom kavramı kullanırlar! (Gaz moleküllerinin kinetik enerjisiyle, ortam sıcaklık-basıncı arasındaki ilişkiyi incelemişler. Gördüğünüz gibi, gazlar üzerine yapılan deneyler, atom kavramıyla tanımlanmaya başlar)

YIL 1880 - 1883: Bu dönemlerde, atomla doğrudan alakası olmayan, ancak elektirk ve ışık adına çok önemli gelişmeler yaşanır, Thomas Edison çalışmaları sonucunda, 1883 yılında New Jersey'de bir kasabanın aydınlatılmasını sağlar. Onun öncesinde, uzun süre yanabilecek bir lamba üzerine yaptığı çalışmalar, kurduğu bir laboratuvardaki asistanları (ki bu asistanların arasında, sonradan, parasını alamadığı için ayrılıp, alternatif akımı keşfedecek olan Nikola Tesla da vardır) tarafından yütrütülür ve Edison 1889 yılına kadar, William Sawyer 'dan esinlendiği için patent alamaz, ne var ki sonunda kabul edilir.

Bu çalışma atomla ilgili değildir, sadece daha önceden, elektirk üzerine yapılan çalışmaların bir sonucu olması açısından önemlidir.

YIL 1886: Heinrich Hertz, laboratuvarında, radyo dalgalarını keşfettiği bir deney gerçekleştirir. Kısa dalgaları algılayabilen basit de bir anten yapar. Frekans (sıklık) kavramı üzerinde çalışır ve frekans biriminin kendi soyadı olan "hertz" ile anılmasını sağlar.

Bu deneye göre radyo dalgaları adı üzerinde dalga halinde yayılıyor, tıpkı ışık gibi, kısacası ışığın dalga halinde yayıldığını destekler bir çalışmadır bu deney.

Bugün, hoperlör, kulaklık , bellek, güç adaptörü gibi teknolojik ekipmanların özelliklerinde gördüğümüz mHz (megahertz) veya Hz (hertz) birimleri de buradan gelmektedir. Hertz, saniye başına düşen devir sayısıdır.

Dalganın sıklığı yani frekansıyla ilgili aşağıdaki şekle bakabilirsiniz:

Frekansı Tanımlayan Görsel

Bu şema elektromanyetik spektrum olarak bilinir. Şemada değişen dalga boyları (Wavelength), en üst sırada gösterilmiş, bu dalgaboylarını temsilen şekiller yerleştirmişler, mesela radyo (radio) dalgaları binaların veya insan boyunun yüksekliği kadar geniş dalga boyuna sahiptir. Radyo dalgaları, mikrodalga (microwave), kızılötesi(infrared), görünür dalga boyu (visible), ultraviyole, x-ışınları ve gama ışınları da sırasıyla yukarıdaki spektrumde gösterilmiş. Bizim gözle görebildiğimiz dalgaboyunun, bütünün çok az bir yerini kapladığını görüyorsunuz. Bunun altında da dalgaların sıklık (frekans - frequency) ve enerji bilgileri var.
Bu tablonun 1800 lü yıllar için oldukça erken olduğunu ekleyelim, sadece dalganın frekansının belirlenmesinin ardından, iş nerelere geldi, onu görelim istedim.

YIL 1892: Yine ilginç bir çalışma geliyor, Otto Rudolf Martin Brendel, dünyadaki manyetik alan ve güneşten gelen yüklü parçacıkların oluşturduğu görsel şölenin fotoğrafını çeker, bu oluşuma Aurora Borealis denilir. İnternetten aratmanı tavsiye ederim canımın içi, ben gördüklerime inanamadım, bu görüntüleri yakalamak için kutuplara gitmek gerekiyor.

YIL 1895: Alman asıllı Wilhelm Conrad Röntgen, röntgen ışınlarını bulur. Bu ışın ilk olarak bilinmeyen anlamında "x ışını" olarak değerlendirilir, çünkü bu ışın mat yüzeyden geçebilen bir dalga boyundadır. Röntgen'in yaptığı deneyin tam açıklaması ancak 1912 yılında yapılacaktır, kısacası, Röntgen, 17 senelik bir bilmece bırakır bilim tarihinin ortasına. Bilim henüz X ışınını ne olduğunu bulamadı, siz yukarıda elektromanyetik spektrum üzerinde, X ışınının yerine bakabilirsiniz.

Aynı yıl, kuantum fiziiyle alakasız bir olay gerçekleşir, Lumiere kardeşler ilk kez bir film çekimini gerçekleştirirler. bu çekim 46 saniye sürmektedir. Bu kısacık filmde, bir fabrikadan çıkan işçilerin görüntüsü bulunmaktadır. Filmi şu linkten izleyebilirsiniz:

http://www.youtube.com/watch?v=HI63PUXnVMw

YIL 1896: Bir önceki yıl X olarak adlandırılan ışının keşfinin ardından, Henri Becquerel bir hipotez attı ortaya ve uranyum tuzu gibi fosforlu maddelerin, güneş ışığına tutulduğunda, X-ışını benzeri ışınları yaydığını iddia etti. Daha sonra bu hipotezini test etmek amacıyla bir deney düzeneği hazırladı. Deney düzeneğinde, Lumiere kardeşlerin kullandığı fotoğraf filminden faydalanır Bacquerel. Uranyum tuzunu bir fotoğraf filmi üzerine yayar ve bu filmi siyah bir kağıt ile sarar. Sonra bu sarılı filmi güneş ışığına tutar ve bir süre sonra, film üzerinde lekeler oluştuğunu fark eder. Dolayısıyla uranyum tuzlarından bir ışın yayıldığını ispat etmiş olur.

Sonra yağmurlu geçen birkaç gün içinde, hazırlaladığı bu uranyum tuzlu film, güneş ışığı görmeden, çekmecesinde bekler. Becquerel, çekmeceden çıkarttığı filme bakmaya karar verir ve bu filmde de lekelenmeler olduğunu fark eder, hem de güneş görmediği halde. bunun üzerine aynı deneyi, fosforlu olmayan bazı bileşenlerle dener ve onların da film üzerinde iz bıraktığını fark eder.

Önce bu ışımanın X ışını olduğu düşünülür, ama ileriki yıllarda yapılan çalışmalar, bu ışımanın daha farklı bir yapıya sahip olduğunu anlayacaklardır, sadece 2 sene sonra bu ışımanın radyoaktiviteden kaynaklandığı ortaya çıkacaktır.

YIL 1897: Ve Joseph John Thomson, elektronu keşfeder. Tabi elektronla ilgili çalışmalar 1869 yılına dayanıyor kardeşim, pek çok bilim adamının yaptığı deneyler birikimli olarak ilerliyor ve Thomson olaya son noktayı koyuyor. Bu noktadan sonra atomun tek bir parçacık olmadığı ortaya çıkıyor artık.

Ludwig Boltzman

YIL 1898: Royal Society üyesi Boltzmann (yan tarafta fotoğrafı olan kişi) ile yine karşılaşıyoruz. Kendisi bu yılda gazlarla ilgili yaptığı çalışmayı yayınlar. Bu çalışmaya göre moleküller ve atomlar vardılar! Gaz küçük parçacıklardan oluşur!

Ne var ki, Boltzmann bu iddiaları ortaya attığında kimse ona inanmaz. Bu durumu bir başarısızlık olarak gören Boltzmann, 5 Ekim 1906'da (bazı kaynaklara göre 1902'de) intihar eder. (daha öncesinde de depresifmiş, hata bipolar kişilik bozukluğu olduğunu da söylüyorlar). Viyana'daki mezar taşında, entropy'le ilgili formülü yazılı duruyor.

Aynı yıl, Curie çifti (Pierre ve Marie), ilk kez radyoaktivite kelimesini kullanırlar, ne var ki tam anlamıyla tanımı ileride yapılacaktır. 1903 yılında Curie çifti ve Becquerel fizik alanında bir nobel ödülü kazanır ve daha sonra 1911 yılında Bayan Curie, kimya alanında, tek başına bir nobel ödülü kazanır. Bu sebeple, Marie Curie, nobel ödülü kazanan ilk kadındır ve iki farklı alanda nobel ödülü kazanan TEK insandır. İleride, bu çiftin kızları da ve hatta çiftin bir kızının eşi dahi nobel ödülü alacaklardır. Curie ailesi, toplamda 5 nobel ödülü almış.

YIL 1899: Rutherford, bu sefer radyoaktif maddelerden yayılan ışımaların iki tipini tanımlar, alfa ve beta ışıması olarak. Alfa ışıması, elektromanyetik ve güçlü çekirdek etkileşiminin ikisini de içeren, insan sağlığına oldukça zararlı bir ışıma türü iken; beta ışıması zayıf çekirdek etkileşimine sahiptir ve bazı hastalıklarda (kemik kanseri gibi) tedavi yöntemi olarak kullanılabilmektedir. Ne gariptir ki, beta ışınları kansere de yol açabilmektedir. Bu yaman çelişkinin içinden çıkabilmek, benim harcım değil maalesef.

YIL 1900: Alman fizikçi Max Karl Ernst Ludwig Planck (sonraları sadece Max Planck olarak anılmış), kuantum teorisini ortaya atar (Planck'in hareket kuantumu olarak da biliniyor). İlk kez Planck tarafından ortaya atılmıştır bu teori, daha sonra 1918 yılında bu sebeple Nobel Ödülü alacaktır kendisi.

Daha önce duymuş olduğunuzu düşündüğüm Plank katsayısı'nı bulan kişidir. Bu katsayı, sonrasında pek çok formülün gelişimine ışık tutmuştur. Basitçe şunu söyleyelim, yukarıda da bahsettiğimiz dalganın, bir enerjisi vardır ve bu enerjinin miktarı, plank katsayısı ve dalganın frekansı çarpıldığında elde edilmektedir. Plank katsayısının değeri sayısal olarak; 6.626068 × 10^-34 m² kg / s 'dir.

Plank aynı zamanda bir müzisyendir; piyano, çello çalmış ve beste yapmış.

Bu yıl, aynı zamanda, Paul Ulrich Villard, radyoaktif maddelerden gerçekleşen ışımada üçüncü bir tipin olduğunu fark eder ve 1903 yılında, Rutherford bu ışına "gama ışını" adını verir. Gama ışınları iyonize radyasyondur ve biyolojik olarak zararlıdır, insan sağlığı açısından tehlikelidir.

YIL 1905: Albert Einstein ilk çalışmasını yayınlar; "Annalen der Physik". Bu çalışmalar 3 farklı konu üzerineydi; görelilik kuramı, ışığın elektronlarla etkileşimi ve atomun varlığı. Einstein'in kendi hayatı için "mucizevi yıl" olarak adlandırdığı dönemi, bu dönemde kütle enerji denkliğini (O çok tanıdık formül E=mc²), görelilik kuramını gibi bazı çalışmaları ortaya atıyor. Kuantum mekaniğine de büyük katkıları var.

Einstein Fotoelektrik Etki olarak tanımladığı konu ise, gelecek çalışmalarda farklı yönlere çekilecektir. Fotoelektrik etkiye göre, elektronlar, düşük dalga boyuna sahip ve yüksek frekanslı elektromanyetik radyasyondan enerji absorbe eder (enerjiyi kendisine çeker, emer) ve maddeden kopar. Bu olay tıpkı radyoaktif ışıma gibir. Böylece Foton (photon) kelimesi de sözlüğe girmiş olur ve "ışığın temel birimi" olarak adlandırılır. Böylece ışığın ne olduğuyla, daha doğrusu nereden geldiğiyle ilgili soru işaretleri çözülmeye başlamıştır. Görünür Işık (light), elektromanyetik bir ışımadır.

Radyasyon kelimesi (ingilizce de "radiation" olarak geçer), ışıma anlamına gelmektedir; radyo dalgaları da bir ışımadır, evimizdeki lambada gerçekleşen olay da bir ışımadır, x ışınları da bir ışımadır. Ne var ki, hastanelerde gördüğümüz veya televizyonlarda duyduğumuz radyasyon, "insan sağlığına zararlı ışıma" anlamında kullanılmaktadır aslında. (Yanılıyorsam, lütfen beni uyarın)

Bu arada elektromanyetik derken ne demek istediğimizi de açalım: elektromanyetizma (electromagnetism), elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimi inceleyn bir bilim dalıdır. Bu etkileşim ise, elektromanyetik alan oluşumuna bağlıdır. Elektromanyetik alan, doğadaki 4 temel etkileşimden (kuvvetten) bir tanesidir, diğer etkileşimler ise; yerçekimi, güçlü çekirdek ve zayıf çekirdek etkileşimleridir. Bu etkileşimlerin içinden, zayıf ve kuvvetli çekirdek etkileşimleri, kuark ve bizonların keşfinden sonra tanımlanacaktır.

Hertz de fotoelektrik konusunda çalışma yapmıştır aslında ancak fikir oturtmasını Einstein pişirmiştir. Bu arada, kimse ona inanmadığı için intihar eden Boltzman'ı tekrar analım.

İşte tam da bu olaylar üzerine, atomla ilgili, cevabı henüz bilinmeyen sorular atılıyor ortaya; örneğin elektron nasıl oluyor da çekirdeğe yapışmıyor? Elektronlar dönüyor mu yoksa sabit mi duruyor? Dönüyorsa bir süre sonra enerjisini kaybetmiyor mu? Atomdan (maddeden) yayılan ışın nedir? Elektronla bağlantısı nedir? vs.

YIL 1907: Yeni Zelandalı bilim adamı Earnst Rutherford, daha önce radyoaktivite olarak tanımlanan reaksiyonlar için bir yarılanma ömrü (half life) olması gerektiğini ortaya atar. Radyoaktif madde, yarılanma ömrü sonunda miktar olarak yarıya iner.

YIL 1909: Earnst Rutherford, atomun merkezinde bir çekirdek olduğunu ve ağırlığın burada toplantığını, ve çekirdeğin etrafında dönen elektronlar olduğunu ortaya attar. Böylece, atomun elektrondan oluşan bir daire olmadığı, bir çekirdeğinin olduğu hatta bu çekirdeğin merkezde olduğuna kanaat getirildir. Bu arada değinmekte fayda var, Rutherford, Thomson'ın öğrencisidir.

YIL 1911: Kısa bir süre sonra Charles Wilson adlı bilimadamı, elektronların, aslında bir elektron bulutu halinde bulunduklarını ispatlar.

YIL 1912: X ışınlarının açıklanması bu dönemde gerçekleşir. J.J. Thamson izotopu keşfetmesinin ardından, radyoaktiflik üzerine yorumlar yapar ve radyoaktifliği "bir elementin atomlarının başka bir elementin atomlarına kendiliğinden dönüşme süreci" olarak tanımlar. İşte bu tanım sayesinde, X ışınları açıklanabilir hale gelir ve 17 yıllık bilmece çözülür.

Burada bahsi geçen radyoaktivite; kararsız olan atom çekideğinin, iyonize parçacıklar yayarak, enerji kaybetmesi olayıdır. Bu olay sırasında da elektromanyetik ışıma gerçekleşmektedir. Her madde radyoaktif değildir.

Burada, radyasyonun zararlı olup olmadığını belirleyen püf nokta, radyasyonun iyonize olup olmadığıdır. İyonize radyasyon zararlı iken, iyonize olmayan radyasyon zararsız kabul edilir. Ne var ki, iyonize ve iyonize olmayan radyasyon arasındaki sınır bulanıktır. Ne var ki, bu bilgiler ileride öğrenilecek.

İyon halindeki atom, kabaca, bir veya birkaç elektronunu kaybetmiş, veya kararlı halinin üzerine, bir veya bir kaç elektronu fazladan almış olan atom olarak tanımlanabilir. Dolayısıyla, bu iyon elektirk yüklü olacaktır, çünkü yapısal olarak dengede değildir. Bu elektrik yükü de bir enerjidir vbe iş yapacak potansiyeli bulunmaktadır. Dolayısıyla, iyonize ışınlar, vücudumuzdaki hücrelerle temas ettiklerinde, onlarda elektron alışvberişine girebilirler, bu da insan sağlığı açısından zararlı sonuçlar doğurabilir. Radyasyonun, insan sağlığına zarar vermesindeki mantık kabaca bu şekildedir.

Niels Bohr

YIL 1913: Yan tarafta fotoğrafı görülen Niels Bohr, kuantum kuramı yayınlar ve bu bir ilktir. Çalışmaları sonucu bir atom modeli oluşturur ve Bohr atom modeli olarak anılan bu modelde, güneş sisteminde güneşin merkezde olması gibi, atomda da çekirdeğin merkezde olduğunu, elektronların bunun etrafında olduklarını ve döndüklerini savunur. Elektronların da yüklü parçacıklar olduğunu, atomun etrafında bir dairesel yörünge üzerinde sabit momentum ve enerjiyle döndüğünü de ekler savunmasına.

Bu model, gerçeğin ta kendisi olmasada, gerçeği daha iyi temsil eden bir modeldir. Bügun (2013 yılında) bile, atom içindeki parçacıklarla araştırmalar hala devam etmektedir.

Aynı yıl, Johannes Stark tarafından, "Stark etkisi" adlı bir olgu tanımlanır. Bu etkiye göre, atomdan kaynaklanan ışıma, etrafta buluınan harici bir elektrik alanından etkilenmekte, ışın çizgileri, değişerek, kayarak bölünmeye başlamaktadırlar. Bu etki, ileride başka deneylerde kullanılacaktır.

YIL 1920: Rutherford, atom çekirdeğinde nötron olabileceği ihtimalini ortaya atar, bunu da, atomun çekirdeğinde yüklü cisimcikler olması gerektiğine inanarak ifade eder. Dolayısıyla atom çekirdeğindeki proton'un varlığı ortaya çıkacaktır.

Aynı yıl, ilk defa Niels Bohr tarafından, Kopenhag Yorumu (Copenhagen interpretation) gerçekleştirilir. İleriki yıllarda (1924-1927 arasında) Heisenberg ve Bohr un gerçekleştirdiği yorum, bugün hala önemini korumaktadır.

"Kuantum dünyasının standart Kopenhag yorumunun en garip özelliği şudur: Bir sistemi, seçeneklerden birini seçmeye zorlayan, ve bu seçeneği ancak o zaman gerçeğe dönüştüren şey, o sistemi gözlemleme edimidir.... Bakmadığımız sürece hiçbir şey gerçek değildir ve bakmayı bıraktığımız anda da gerçekliği sona erer." (Kaynak: John Gribbin'in Schrödinger'in Kedisinin Peşinde: Kuantum fiziği ve Gerçeklik" adlı kitabından, syf: 179-180)

Bu yorum, Heisenberg'in belirsizlik teorisi ile taçlandırılacaktır.

YIL 1924: Louis de Broglie adlı bilim adamı, doktora tezinde önerdiği "de Broglie Hipotezi" ne göre, elektron gibi maddeler dalga benzeri bir özellik göstermektedir. Bu ifade Maxwell'in ifadesiyle çelişmektedir. Maxwell ışığın dalga özelliğinde olduğunu iddia etmişti, Broglie de dalga özelliğini kabul etmektedir ancak çok önemli bir farkla; dalganın frekansı ile maddenin enerjisi arasında bir bağlanatı bulmuştur. bu durum, maddeden ışın yayılımın neye göre değiştiğini açıklamaktadır. Ayrıca bu yaklaşım sonunda, ışığın hem parçacık hem de dalga özelliği olduğuna (wave-particle duality) dair genel bir kanı oluşacaktır.

YIL 1925: Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger'in Schrödinger Denklemi ortaya çıkar. Bu denklemde, dalganın enerjisini ölçebilmek için, geçmişten gelen bilgiler, türev ve integral yardımıyla geliştirilmiştir. Dalganın toplam enerjisini de, potansiyel ve kinetik enerjilerinin toplamı olarak ölçer. Ne var ki daha sonra, Schrödinger'in kendisi, kendi oluşturduğu denklemin gerçekliğini sorgular bir deney yapacaktır.

YIL 1927: Alman fizikçi Karl Werner Heisenberg, Belirsizlik Prensibi'ni ortaya atar! Einstein bu yaklaşımla ilgili şu yorumu yapmıştır "Tanrı zar atmaz!", kısacası kendisi bu belirsizlik kuramını kabul etmemiştir. Heisenberg'in elektronun yerine ve momentumunu aynı anda tam olarak belirleyemeyeceğini savunan çalışması, plank katsayısından yararlanmaktadır.

Aynı dönemlerde, Heisenberg ile kendisinin hocası olan Niels Bohr birlikte çalışmalar yapmış, hatta 1941 yılında Bohr'u atom bombası yapımına destek olması için ikna etmeye çalışmış ancak Bohr bu durumun etik olmadığını düşünüp bu teklifi reddetmiş. Her nasılsa, Bohr, sonraları atom bombası yapımına bizzat destek olmuş. Bununla ilgili bilgi, ikinci yazıda olacak.

Breaking Bad adlı dizide uyuşturucu üreten bir profesörün takma adı da Bohr olarak geçiyormuş.

YIL 1932: Sonunda, James Chadwick, Cambridge Üniversitesi'nde gerçekleştirdiği bir dizi deney sonucunda, nötronun varlığını ispat eder. Aynı yıl, Bohr, atom modelini, atom çekirdeğinde proton ve nötron olmalıdır şeklinde günceller ve Nobel Ödülü'nü kapar.

Aynı yıl, ileride yapılacak hidrojen bombalarının mantığını oluşturan füzyon, Mark Oliphant tarafından keşfedilir. Füzyon, iki atom çekirdeğinin yüksek hızda çarpışıp yeni bir atom çekirdeği oluşturması olayıdır. Bu süreçte yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerjinin ileride nelere sebep olacağına ise, muhtemelen inanmak istemeyeceksiniz.

Erwin Schrödinger

YIL 1933: Bu yıl, Adolf Hitler'in göreve geldiği yıldır ve "beyaz yahudi" adını alan Heisenberg, bu yılda saldırıya uğrayacaktır.

Yine aynı yıl, hemen yan tarafta fotoğrafı olan Erwin Schrödinger, ilginç bir deney tasarlar. Bir kedi, kapalı bir kutu ve bir tür zehir ile bir deney düzeneği kurulur. Bir kutunun içine bir kedi koyan Schrödinger, kediyi koyduktan sonra artık kediyi göremez, kutu tamamen kapalıdır. Kutunun içinde de bir beher ve bu beherin içinde ise zehir bulunmaktadır. Bu zehrin aktif hale geçip bozunması ve kutunun içindeki havaya zehirli gaz yayma olasılığı %50'dir. Aynı zamanda, zehirli gazın yayılmama olasılığı da % 50'dir. Bunu öğrenebilmek için de, kutuyu açmak gerekmektedir. Kutuyu açmadan, kedinin ölü mü diri mi olduğunu söyleyemezsiniz.

Bu deney, Kopenhag Yorumu'nda da karşılaşılan ikileme, ilginç bir yerden yaklaşmıştır. Ortada, yaşayıp yaşamadığı bilinmeyen bir kedi vardır ve gözlemlenemeyen bu kedinin hakkında yorum yapmanın, ne kadar gerçekçi olduğu sorgulanmaktadır. Elbette ki, burada kedi deneysel bir simgedir, Schrödinger'in esas amacı, Heisenberg'in de bahsettiği belirsizliği, somut olarak ortaya koymaktır. O dönemin teknolojik şartlarını da göz önüne aldığımızda, bu yorum daha da anlamlı hale gelmektedir. O güne kadar yapılan bütün çalışmalar artık masaya yatırılır, yerini veya momentumunu aynı anda belirleyemediğimiz elektron veya dalga ile ilgili yorum yapmanın gerçekçiliği sorgulanır.

Burada, o günlere kadar, klasik fiziğin ne kadar geliştiğini de göz önünde bulundurmamız gerekir. Klasik fizikte, taa Newton zamanına dayanan, kesin yargılar bulunmaktadır. Kuantum fiziği ise, partikül bazında gözlemlenemeyen bir alandır ve elbetteki o günün imkanlarıyla, net bir sonuç vermemektedir.

Schrödinger ve Heisenberg'in yaklaşımları, gerçekliği sorgulayadursun, kısa süre sonra, atomun parçalara ayrılması, bu sırada çok büyük bir enerji meydana geldiği ortaya çıkacaktır. Bu enerjinin, dünyanın ta kendisine ve dünya üzerinde yaşayan canlılara zarar verebilecek forma getirilmesi için, Bohr'un da dahil olduğu bazı bilim adamları, derin çalışmalarına başlayacaklardır.

Şimdilik yazımızın sonuna geliyoruz. Bu yazının devamını da yayınlayacağım, orada da 1933'ten günümüze kadar gelen gelişmeleri yazacağım. Sonraki yazıda; nükleer bombalar, ozon tabakasının akıbeti ve standart atom modeli ile ilgili de bilgi olacak.

Bu yazıya, blog daki diğer yazılara kıyasla, en uzun zamanı ayırmış bulunuyorum, umarım hakkını vermişimdir. Hatalarım da vardır muhakkak, umarım insanların hatalarını düzeltmeyi ,kendini beğenmişlik olarak görmeyen, bilgiyi paylaşmanın kıymetini bilen, konuya hakim birileri bu yazıyı okur ve eksiklerimi söyler. Bundan mutluluk duyarım.

Evla

Güncelleme Bilgisi 1: kelime hatalarına baktım, fotoğrafları tekrar yükledim, Newton'ın gizli örgüt üyeliğini ekledim (02.11.2013)
Güncelleme Bilgisi 2: dalga-parçacık ikilemini gösterir videoyu siteye gömülü olarak ekledim, onun yerinde olan fotoğrafı sildim, diğer fotoğrafları da yeniden yükledim siteden kaynaklı bir sorun olarak görünmüyorlardı (14.07.2015)

Yazının ikinci bölümü için tıklayınız.