Ana sayfa Bilim Gündemi Bilimin Öncüleri:Ernest Rutherford (1871 -1937)

Bilimin Öncüleri:Ernest Rutherford (1871 -1937)

222
PAYLAŞ

Yüzyılımızın başında bilimde yer alan büyük devrimsel atılımlar genellikle “Planck” ve “Einstein”ın adlarıyla bilinir. Oysa onların kuramsal atılımlarının yanı sıra, sonuçları bakımından son derece önemli deneysel çalışmalar da vardır. Bunların başında, Marie Curie ve Ernest Rutherford’un radyoaktivite üzerindeki çalışmaları gelir. Rutherford, dış görünümüyle bir bilim adamından çok bir “çiftlik kâhyası” ya da bir “aşiret reisi”ni andırmaktaydı. Esmer, irikıyım yapısı, gür sesi ve pos bıyığıyla yabanıl ve ürkütücü; her yönüyle heybetli bir kişiydi. Laboratuvarında bir şey tersine gitmesin; kükreyen sesi ortalığı sarsar, asistanlar suspus olurlardı. Oysa bu kızgınlık gelip geçiciydi; onun hiçbir yapmacığa kaçmayan anlık sert davranışlarının gerisinde sıcak, sevecen yaradılışı saklıydı.

Ernest, Yeni Zelanda’da küçük bir çiftlikte dünyaya gelmiştir. İskoç göçmeni olan babası, araba tamircisiydi. Ernest, yoksul ve kalabalık bir ailenin içinde büyüdü. Ne var ki, daha küçük yaşta sergilediği olağanüstü öğrenme merakı ona çevredeki en iyi okulların kapısını açtı. Özellikle üniversitedeki parlak başarısıyla dikkatleri çekti ve kazandığı burs, bilim ateşiyle yanan delikanlının yaşamında yeni bir dönemin başlangıcı oldu. 1894’de, Cambridge Üniversitesi ünlü fizik bilgini J. J. Thomson’un (1856 – 1940) yanında çalışmak üzere İngiltere’ye geldi.

Rutherford’un radyoaktiviteye ilişkin ilk önemli buluşu, “alfa” ve “beta” dediği iki değişik ışının varlığını belirlemesiydi. Ayrıca, asistanı Soddy ile birlikte bir elementin bir başka elemente dönüşümünde radyoaktivitenin rolünü, deneysel olarak kanıtlamıştı.

Üniversiteye bağlı Cavendish Laboratuvarı’ndaki ilk yılını radyo dalgaları, ikinci yılını yeni keşfedilmiş olan X-ışınları üze­rindeki çalışmalarla geçirdi. Sonra, yaşam boyu uğraş konusu olan radyoaktivite üzerindeki araştırmalarına koyuldu. Adı kısa zamanda bilim çevrelerinde duyulan Rutherford’u 1898’de, Ka­nada’da McGill Üniversitesi, fizik profesörlüğüne çağırdı. Genç bilim adamı beklenmedik bu çağrı karşısında bir ikilem içine düştü: Bir yanda erişilmesi güç, saygın bir unvan, öte yanda araştırma ortamı olarak bulunmaz nimet saydığı Cavendish La­boratuvarı. Rutherford 27 yaşındaydı. Kısıtlı bursu ile nişanlısını İngiltere’ye aldırtamaması bir yana, kendi yolculuğu nedeniyle yaptığı borcu bile ödeyemiyordu. Aldığı öneri ona bu olanakları da sağlayacaktı. Rutherford, sonunda ister istemez çağrıyı kabul etti. Karar isabetliydi: McGill’de geçirdiği yaklaşık 10 yıl içinde hem radyoaktif atomların kendiliğinden değişik nitelikte atom­lara dönüştüğünü ispatlayarak Nobel Ödülü’nü kazandı; hem de atomun yapısına ilişkin olarak aranan açıklığı getiren çekirdek buluşunu ortaya koydu.

Birbirini izleyen başarılarına değinen bir meslektaşı, “Sen ger­çekten çok şanslı birisin: Hep dalganın tepesinde seyrediyorsun” diye takıldığında, Rutherford’un yanıtı kısa ve çarpıcı olmuştur: “Unutma, o dalgayı ben kendim yarattım.” Alçakgönüllülük bir yana, Rutherford çoğu kez insanları küçümserdi. Ona göre, bi­lim ya fizikti, ya da pul koleksiyonculuğu. Ama Nobel Ödülü’nü fizikten değil, küçümsediği kimyadan almıştı. Hatırlatılınca, elementler gibi kendisinin de transmutasyona uğradığını söyle­yerek, işi şakayla geçiştirirdi.

1887’de J. J. Thomson’un elektronu keşfetmesiyle, bilim dün­yası yeni bir problemle karşı karşıya kalmıştı. Negatif elektrik yüklü elektronlar, hidrojen atom kütlesinin iki binde biri ka­dardı; oysa hidrojen, en basit madde türü olarak biliniyordu. Üstelik Thomson, hangi elemente ait olursa olsun, atomların öz­deş parçacıklar saldığı görüşündeydi. Bu da elektronların, sözü geçen parçacıkların bir bölümü olduğu anlamına gelmekteydi. Yanıtlanması gereken soru şuydu: Atomlar eskiden sanıldığı gibi basit, bölünmez birimler değilse, atomun yapısal özelliği ne olabilirdi? Thomson, atomun, içinde elektron taşıyan pozitif e­lektrik yüklü top biçiminde bir madde olduğunu ileri sürmüştü. Başka bir deyişle, atom basit değildi; ama katı, yoğun bir madde olmanın ötesinde bir şey de değildi.

Rutherford’un radyoaktiviteye ilişkin ilk önemli buluşu, “al­fa” ve “beta” dediği iki değişik ışının varlığını belirlemesiydi. Ay­rıca, asistanı Soddy ile birlikte bir elementin bir başka elemente dönüşümünde radyoaktivitenin rolünü, deneysel olarak kanıt­lamıştı. 1907’de McGill’den Manchester Üniversitesi’ne geçtiği zaman ilk ele aldığı problem atomun yapısıydı. Araştırmasında, beta parçacıklarından sekiz bin kat daha yoğun olan alfa parça­cıklarının işe yarayacağını düşündü. Hans Geiger (1882 – 1945) ve Ernest Marsden (1889 – 1970) adlı iki asistanını, alfa parça­ cıklarının ince bir altın yaprağına çarptığı zaman nasıl dağıldık­larını incelemekle görevlendirdi. Alınan sonuç beklentiye hiç de uygun değildi. Parçacıkların büyük çoğunlukla altın yapraktan doğrudan geçtiği gözlenmişti. Sanki altın yaprağın yapısında geçişi engelleyen hiçbir atom yoktu! Ama gözden kaçmaması gereken durum, yaprağa çarpan alfa parçacıklarının yaklaşık 20.000’de birinin geri sapmasıydı. Bu ne demekti?

Rutherford, kuramcı bir bilim adamı değildi: Ona göre, her problemin çözümü deney sonuçlarıyla sınırlı tutulmalıydı.

Uzun bir bocalamadan sonra Rutherford bu gözlemin, atomun yapısına ilişkin ipucu verdiğini gördü: Atomun kütlesi neredey­se tümüyle, kapsamında son derece küçük bir yer tutan pozitif elektrik yüklü bir çekirdekte toplanmış olmalıydı. Çekirdeğin çevresinde hızla dönen elektronlar ise pozitif yükü dengeleyen negatif yüklü daha küçük parçacıklardı. Kısacası atom Güneş sistemine benzer bir düzen sergilemekteydi. Alanı büyük ölçüde boş bir atom göz önüne alındığında, alfa parçacıklarının neden büyük bir çoğunlukla, hiçbir engelle karşılaşmamış gibi altın yapraktan geçtikleri açıklık kazanmaktaydı.

Mikroskopla görülebilen nesnelerden bile küçük olan atom­dan daha da küçük olan çekirdek ve elektron gibi parçacıkları hayalde canlandırmak kolay değildir. Rutherford’un modelini çizdiği atomu bir futbol stadyumu büyüklüğünde düşünürsek, çevresinde birkaç sineğin döndüğü çekirdek, bu alanda bir golf topu büyüklüğünde olacaktır.

Rutherford, kuramcı bir bilim adamı değildi: Ona göre, her problemin çözümü deney sonuçlarıyla sınırlı tutulmalıydı. Öyle ki, ortaya koyduğu atom modelinin kuramsal açıklama gerekti­ren önemli bir sonucuna duyarsız kalmıştı. Üstelik atom mode­line ilişkin deneysel kanıtları, yerleşik fizik yasalarıyla da tam bağdaşır değildi. Örneğin, negatif yüklü elektronlar belirtildiği gibi gerçekten çekirdek çevresinde hızla dönüyorlarsa, bunların da devinen diğer elektrik yükleri gibi, radyasyon oluşturmaları gerekirdi. Bir elektrik yükünün, antende yukarı ve aşağı hareket ettirildiğinde radyasyon üretmesi buna bir örnektir. Çekirdek çevresinde dönen elektron, gerçekten radyasyon çıkarsaydı, çok geçmeden yavaşlayıp çekirdeğe kapanması ve atomun tümüyle çökmesi beklenirdi. (Soruna kuramsal açıklamayı ortaya ko­ yan kişi, daha sonra Rutherford’un seçkin öğrencisi olan Niels Bohr’dur.)

Rutherford 1908’de Nobel Ödülü’nü, 1914’de “Lord” unva­nını aldı. 1919’da Cavendish Laboratuvarı’nın başına geçti. Ca­vendish onun yönetiminde çok geçmeden dünyanın başta gelen deneysel fizik merkezi oldu. Burada giriştiği ilk çalışmalardan biri, yine alfa parçacıklarını kullanarak bir elementin başka bir elemente yapay dönüşümünü gerçekleştirmek oldu. Deneyde, alfa parçacıklarının, nitrojen atomları gibi daha hafif atom çe­kirdeklerine çarptırıldıklarında, geriye sapmaksızın çekirdekle kaynaştıkları ve nitrojen atomunun oksijen atomuna dönüştüğü görülür. Bu süreçte başka bir parçacığın ortaya çıktığını sapta­yan Rutherford, çekirdeğin temel taşı saydığı pozitif yüklü bir parçaya “proton” adını verdi.

Kütlesi bakımından diğerlerine benzeyen, ama elektrik yükü olmayan üçüncü bir parçacık daha söz konusuydu. [“Nötron” denen bu parçacığı Rutherford’un asistanı James Chadwick (1891 – 1974) 1932’de bulur.] Bu, bilimsel araştırmaya bol pa­ranın henüz akmadığı bir dönemdi. Cavendish’te bile deneyler, “derme çatma” denebilecek basit araçlarla sürdürülüyordu. Rutherford’u ziyarete giden tanınmış bilim yazarı Ritchie Cal­der (1906 – 1982), gördüklerini şöyle anlatmıştı: “Konuşmamız sürerken bir ara, ‘İşlerin nasıl yürüdüğünü görmek ister misi­niz?’ diyerek kolumdan tuttu, beni laboratuvarın yüksek voltaj bölümüne götürdü. Karanlık denilebilecek bir odaya girmiştik; yapay bir şimşek çakıp duruyordu. Sonra parçalanan atomları kaydeden bir sayacın tıkırtı seslerini duyduk. ‘Atom parçalayıcı’ dedikleri bir makinenin önündeydik; günümüzdeki yüksek vol­taj akseleratörleriyle karşılaştırıldığında son derece ilkel kalan bir makine! Rutherford ve ekibi işte bu araçlarla çalışıyorlardı. ‘Paramız olmadığı için kafamızı kullanmak zorundayız’ diyordu Rutherford. O, yalnız araçlarının basitliğiyle değil, bilime yakla­şımındaki basit tutumuyla da övünç duymaktaydı. ‘Kendim çok basit olduğum için, diyordu, ‘doğanın da temelde basit olduğuna inanıyorum’.”

Rutherford, bir dizi seçkin fizikçi yetiştirmekle kalmadı, on­lara büyük bir esin kaynağı da oldu. Nükleer fizik onun dünya­sıydı. Bu alandaki öndeyilerinden pek azı yanlış çıkmıştır. Yanıl­gılarından biri, çekirdekteki saklı enerjinin sürgit kilitli kalacağı inancıydı. Ölümünden çok değil iki yıl sonra bu enerjinin atom bombasına dönüştürülebileceğine artık kesin gözüyle bakılıyor­du. Neyse ki, şansı bir kez daha yüzüne gülmüştü: Hiroşima’daki korkunç patlamayı duymayacaktı.

Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Eylül 2019, 30. Baskı, s.173-177