Madde. Muhteşem bir kilim gibi. Atomaltı parçacıklarla ilmek ilmek örülmüş bir kumaş. Deneyimlediğimiz evreni oluşturan bir örtü. Ama yüz yıl önce madde o kadar da karmaşık gelmiyordu kimseye. O zamanki bilgi birikim dahilinde madde dediğimiz şey elektron ve protonlarla kolayca elde edilebiliyordu. Bugün önümüzde duran müthiş detaylı bir eserin aksine daha düz, basit bir desen vardı karşımızda.
Ve 1920’lerde, o dönemde görülen müthiş gelişimler ile de fizikçiler yavaştan işi çözdüğünü düşünüyordu. Artık maddenin en temel yapıtaşı karşılarındaydı. Pozitif yüklü bir çekirdek çevresinde dönen elektronlardan oluşan bir atom… Ve 1919’da keşfedilen protonların da çekirdekte belirli bir sayıda bulunuyordu. Bu sayı da evrendeki maddelerin bu kadar çeşitli olmasını sağlıyordu.
Bu nispeten basit yaklaşımı tahmin edersiniz ki terk etmesi kolay olmadı. Bilim dünyasında muhafazakarların olmadığını düşünmeyin sakın. Yeni parçacıkların olasılığından bahseden daha yenilikçi bilim insanlarına biraz “çıkıntı” gözüyle bakılıyor, işleri olduğundan karmaşık hale getirmeye çalıştığını düşünüyorlardı. Ama zaten o çıkıntılar sadece tarihe isimlerini yazdırıyorlar. O çıkıntılar sayesinde gerçek anlamda gelişimden bahsediyoruz.
İşte. Her dönemin bir “annus mirabilisi” yani “mucize yılı” vardır.
1543 mesela, Andreas Vesalius İnsan Anatomisi ile ilgili çalışmasını yayımlamış, tıp tarihine adını yazdırmıştı. Aynı yıl Kopernik “Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine” isimli başyapıtını yayımlamış ve astronomiyi kökünden değiştirmişti. 1543 o yüzden mucize yıl olarak geçer.
Ya da 1905. En bilinen mucize yıllardan biri. Albert Einstein Annales Der Physic dergisine dört makale göndermiş. Fizikte artık hiçbir şey aynı kalmamıştı.
Yazılı tarihte çok bu şekilde anılmasa da 1932 yılı da bir annus mirabilisti. Bu yıl içinde yapılan iki keşif değişime direnen tüm bilim insanlarının direncini kıracaktı.
Birincisi nötrondu. Atomun çekirdeğinde keşfedilmeyi bekleyen, her şeyi tamamen değiştirecek, nötronun keşfi.
Ardından pozitron geldi. Elektron gibi. Ama ters yüklü.
Ve pozitronun keşfi tam anlamı ile pandoranın kutusunu açmıştı.
Bundan sonrası bir kartopu misali parçacık ardından parçacık keşfediliyor ve bugün standart model olarak bildiğimiz fiziğin en güvenilir modeli olan çerçeveye bir adım daha yaklaşıyorduk.
Bununla birlikte fizikçiler atomun işleyişini daha iyi anlamaya başlamışlardı. Nasıl bozunduklarını. Nasıl dönüştüklerini. Nasıl reaksiyona girdiklerini. Ve bu yolun sonu da ister istemez tarihin en yıkıcı buluşuna çıkacaktı. Nükleer Silahlar…
Bu zamana kadar bilim dünyasının dışında kimsenin atomun işleyişi ile ilgili işi yoktu. Fakat bu yıkıcı buluş ile herkes “atom fiziğinin” kelimenin tam anlamı ile, iyisiyle, kötüsüyle “dünyayı değiştireceğini” anlayacaktı…
Ockham’ın Usturası adı verilen bir ilke vardır. Olasılıkların zorunluluk olmadığı sürece çoğaltılmaması gerekliliğinden bahseden bir “problem çözme” ilkesidir. İşte tam da bu nedenle elektron ve protondan oluşan atom modelinden vazgeçilmesi zor olacaktı 1930’lara kadar.
Fakat işte bu zorunluluk gelmiş çatmıştı.
Yakın zamanda keşfedilen kozmik ışınların ne olduğu ve kaynağı ile ilgili sorular veya neden aynı kimyasal özelliklere sahip fakat farklı kütlelere sahip kimyasal elementlerin izotopları olduğunu araştırırken bu zorunluluk doğacaktı.
İlk büyük adımı Yeni Zelanda’lı Ernest Rutherford atmış, 1920’de atom çekirdeğinde nötr özellikli parçacıkların bu izotopları açıklayabileceğini söylemişti. Fakat Rutherford’un çıkarımı doğru olsa da gidiş yolu yanlıştı. Bu parçacıkların yeni olmadığını, elektronlarla çok yakın etkileşimde olan protonlardan ortaya çıktığını düşünmüştü.
Fakat bu konuda çok da suçlayamayız. Hiçbir elektrik yükü olmayan bir parçacığı nasıl bulabilirsiniz ki? Nasıl tespit edebilir? Nasıl kanıtlayabilirsiniz?
Bu noktada Rutherford’un yardımına Cambridge’deki laboratuvarda çalışmaya başlayan James Chadwick yetişmişti.
1932 yılında berilyuma helyum çekirdeği fırlatıldığında ortaya çıkan gizemli bir ışıma keşfetmişti.
Bu ışımayı da ancak ve ancak proton ile aynı kütleye sahip fakat yüksüz bir parçacık açıklayabilirdi.
Bir “nötron”.
Ancak Chadwick de birçok bilim insanının düştüğü hataya düşmüş ve keşfinin ne kadar önemli olduğunu kavrayamamıştı. Hatta kısa bir süre sonra New York Times’a verdiği röportajda “Korkarım ki nötron hiçbir işe yaramayacak bir parçacık” demişti.
Ve nötronun kabul görmesi bir süre alacaktı.
Tıpkı pozitronda olduğu gibi.
Paul Dirac. Müthiş bir deha.
1928 yılında Kuantum Mekaniği ile Albert Einstein’ın özel göreliliğini birleştirmeyi başarmış, bugün Dirac Denklemi olarak bildiğimiz denklemle elektronların davranışlarını her iki teoriye de uyacak biçimde açıklamayı başarmıştı.
Ama Dirac’ın denkleminde kendisinin de ilginç bulduğu bir detay vardı. Bu denklemde pozitif yüklü yeni bir parçacık kendini göstermişti.
İlk başta Dirac da dahil olmak üzere herkes bunun proton olduğunu düşünmüştü. Ancak bu parçacığın kütlesi elektronla aynıydı. Protonlar elektronlardan 2 bin kat daha kütlelidir.
Bu sırada Caltech’de Dirac’dan bağımsız olarak başka bir isim, Carl Anderson “buhar odası” adını verdiği bir ekipmanla 1912 yılında keşfedilen kozmik ışınları çalışırken yine 1932 yılında bu çalışmaları sonucunda yine elektronla aynı kütleye sahip pozitif yüklü bir parçacıkla karşılaşmıştı.
Çok geçmeden Dirac’ın denkleminde kendini gösteren parçacık olduğu anlaşılmıştı.
Hatta bir fotoğrafını da çektiği bu parçacığa “pozitron” adı verilecekti.
Bununla birlikte bir videomuzda detaylıca konuştuğumuz, bilimin en gizemli çalışma alanlarından “antimaddenin” kapıları açılacaktı.
Bu öyle bir adımdı ki Dirac’a yıllar sonra neden kendisinin bu parçacığı açıklamaktan çekindiği, yeni parçacıkları açıklamadığı sorulduğunda “Tamamen korkaklıktan” demişti.
Ve atomun devasa enerjisinin potansiyeli de artık geri dönülemeyecek bir şekilde açığa çıkmaya başlayacaktı.
Bunun ilk imarelerini radyoaktif bozunmada görmüştük. Atomun bünyesinde çözülmeyi bekleyen inanılmaz bir enerji barındırdığı açıktı. Radyoaktivitenin 1896’da keşfedilmiş olmasına rağmen bu potansiyel neredeyse yarım asır boyunca keşfedilmeyi beklemişti. Nötronun keşfi işte bu yüzden çok önemliydi. Bu potansiyeli barındıran kutunun anahtarı gibi.
Çünkü nötronun keşfi ile “atomu parçalamak” olarak bildiğimiz olgu gün yüzüne çıkmış, farklı elementlere dönüştürme imkanı ortaya çıkmıştı.
Nötronun keşfinden sadece bir yıl sonra Macar fizikçi Leo Szilard nötronları kullanarak atomların bölünebileceğini ve bir atom bombası yapılabileceğini öngörmüştü. Tam olarak şöyle söylemişti: “Bir anda bu fikir aklıma geldi. Nötronlar ile bölebileceğimiz elementler bulabilirsek ve bu elementler bir nötron aldığında iki nötron ortaya çıkarsaydı… Belirli bir miktarda bu işlem bir “zincirleme reaksiyon” başlatabilirdi. Ve ortaya çıkan enerji de biliyorsunuz, dev bir bomba olarak kullanılabilirdi…”
Nükleer silahların ilk resmi açıklamalarından biriydi bu.
Aslında haklıydı. Nötronların elektrik yükü olmadığı için atomlara çok rahat nüfuz edebiliyorlardı. 1934’de İtalyan fizikçi Enrico Fermi ve arkadaşları birçok elemente nötron fırlatarak yepyeni radyoaktif izotoplar üretmeye başlamışlardı. Her bir izotopun çekirdeğinde farklı sayıda nötron vardı ve bu sayılar hangi izotopların radyoaktif, hangilerinin stabil olduğunu belirliyordu. Fermi’ye ilham olan başka bir çalışma da tanıdık bir isimden, Marie Curie’nin kızı Irene Joliot Curie’den gelmişti. 1934 yılında eşi Frederic Joliot Curie ile birlikte yapay olarak ilk radyoaktif izotopu üretmeyi başarmışlardı. Enrico Fermi de benzer çalışmalar yürütüyordu.
Temel amaç o zamanlar periyodik cetvelde bilinen en ağır element olan uranyumdan ötesini bulabilmekti.
Ve bu aşamada bilim tarihinin en önemli ancak en çok haksızlığa uğrayan isimlerinden biri Lise Meitner sahneye çıkacaktı. Avusturya doğumlu bir Yahudi olan Meitner 1938 yılında Nazi Almanyasından kaçıp İsveç’e yerleşmek durumunda kalmıştı. Meitner yeğeni Otto Hahn Fritsch ile birlikte İsveç’te çalışmalarına devam etti. Uranyuma fırlattıkları nötron ile en sonunda Hahn ve birlikte çalıştıkları Fritz Strassmann ile birlikte dünyayı değiştirecek bir keşif yapacaklardı. Uranyumdan çok daha hafif bir element olan baryum ortaya çıkmıştı. Burada olan şuydu.
Lise Meitner, Hahn ile birlikte nükleer fizyonu bulmuştu.
1938 yılının noel tatilinde Lise Meitner “atomu parçalamıştı.”
Sonrasında, 1944 yılında sadece Otto Hahn Frisch “Nobel kimya ödülünü” kazanmıştı. Meitner’ın adı bile geçmemişti. Sadece bu değil. Meitner hayatı boyunca tam 48 kez Nobel ödülüne aday gösterilmiş ancak hiçbirinde kendisine ödül verilmemişti. Hala bilim tarihinde en tartışmalı konulardan biridir bu ve arka planında da birçok neden söz konusu.
Ama en büyük neden şuydu.
Kısa zamanda tüm camiada büyük sükse yapan ve Niels Bohr’un da tüm dünyaya duyurduğu nükleer fizyon, atomun parçalanması çok net bir şeyi gösteriyordu. Atomun içinde saklı büyük enerjinin kullanılabilmesi sayesinde artık atom bombaları, nükleer silahlar ufukta görünmüştü.
11 Şubat 1939’da Science News Letter dergisinde de yayımlanan Atom Enerjisi Açığa Çıktı başlıklı bu haberde bu konu ele alınmıştı. “Bilim insanları ile birlikte halk da medeniyet için “devrim” olarak adlandırılan bu gelişme nedeniyle biraz endişeli. Atom enerjisinin patlayıcı, askeri bir silah olarak kullanılabileceğinden korkuyorlar” diyordu haberde.
Haberde “biraz” endişeli denmesi, bunun sadece bir olasılık olarak bahsedilmesi maalesef hiçbir şeyi değiştirmeyecek, tarihin en büyük yıkımları, en büyük tartışmaları, en büyük pişmanlıkları bu gelişmeleri takip edecekti…
İşte tam da bu nedenle Lise Meitner Nobel ödülü alamayacaktı. Çünkü bu olasılığı kendisi de görmüş ve Amerika’daki sözde “nükleer enerji” çalışmalarına katılmayı reddedecekti.
Çalışmalarının kötüye kullanılacağının farkında olan birçok başka bilim insanı gibi.
Tüm iyi niyetiyle katkıda bulunmaya çalışarak sonrasında pişman olan birçok başka bilim insanı gibi.
Bu “atomun yıkıcı hikayesi” ve bu hikayede bahsedilen her bir olay, kişi veya kurum tamamen gerçektir…
Takipte kalın…
Ve her zaman olduğu gibi.
Tekrar görüşene dek.
İyi ki varsınız.
Sevgiler…
Kaynaklar:
https://www.aft.org/periodical/american-educator/spring-2002/story-atom
https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/the-story-of-energy-the-physics-of-an-atom-part-1/