Bundan sadece 125 yıl önce atomun varlığına bile inanmayan fizikçiler vardı

Bu aralar bir kitap projesi için döndüm, son 150-180 yılın fizik bilimi tarihini yeniden okuyorum.

10Haber’den konuk yazar İsmet BERKAN, “Bundan sadece 125 yıl önce atomun varlığına bile inanmayan fizikçiler vardı” başlıklı bir yazı kale aldı. Yazının detayı şöyle:

Ukalalık demeyecekseniz şunu söyleyeyim: Ben bu tarihi daha önce en az 10 ayrı kitaptan defalarca okudum zaten.

Şu sıralar elimdeki kitap da yıllar önce okuduğum Manjit Kumar’ın ‘Quantum: Einstein, Bohr and the Great Debate About the Nature of Reality’si (Kuantum: Einstein, Bohr ve Gerçekliğin Doğası Hakkında Büyük Tartışma).

Bu tarihi her okuyuşumda hem yeni bir şeyler öğreniyor, hem de yeni ve farklı bakış açıları ediniyorum.

Tabii en çarpıcısı son 100 yılda bilimsel gelişmelerin nasıl inanılmaz bir hızla ilerlediğini görmek. Şunu söylemek bile mümkün: İnsanlık yüzyıllar süren uykusundan son 100 yılda uyanmış gibi ve bunu da bir avuç çok önemli bilim insanına borçluyuz.

Bilim geliştikçe teknolojiye evrildi ve hepimizin hayatını değiştiren teknolojiler gelişti. Teknolojik gelişme ve ilerleme bilimin ilerleme hızını daha da arttırdı.

Yine kendimden bir örnek vereyim: Her gün takip ettiğim pek çok bilim sitesinden biri ScienceDaily adını taşıyor. Bu site temelde dünyanın dört bir yanındaki üniversitelerin bilimin her alanında yaptıkları yeni buluşlara ilişkin basın duyurularını alıp haber haline getiriyor. İnanmayacaksınız belki ama siteye her gün giren yeni haber sayısı 50’den fazla (Benzer şekilde yayın yapan, yani bilimsel gelişmeleri ham haliyle duyuran iki ayrı site daha var, phys.org ve EurekAlert!).

Yani her gün üniversiteler ve araştırma merkezleri 50’den fazla bilimsel yeni gelişmeyi ilan ediyor; bu site de onları alıp yayınlıyor. Bu inanılması zor bir rakam sahiden. Nasıl bir muazzam devrimin içinde yaşadığımızı gösteren daha çarpıcı bir şey yok.

Nereden nereye geldiğimizi hep hatırlamakta büyük fayda var.

Az önce bilim ile teknolojinin birbirini itmesinden söz ettim; bilim geliştikçe teknolojiye dönüşüyor, teknoloji yeni bilimi talep ediyor ve sürüklüyor.

Çok çarpıcı bir örnek şu:

1800’lerin son döneminde elektrik enerjisi üretilebilir ve dağıtılabilir olmuş, en önemlisi Thomas Edison elektrikle çalışan ampulü, yani aydınlatmayı bulmuştu.

Almanya’da çok sayıda ampul üreticisi büyük firma vardı. Biri de bugün bildiğimiz Siemens’di. Alman ampul üreticileri ampulün içine konan ve içinden elektrik akımı geçince kızarıp etrafı aydınlatan o tek parça için ideal (yani en ucuz ve etkili) madeni bulmak istiyordu.

Bu amaçla döndüler üniversiteye ve yardım istediler, bir yarışma açtılar.

Bu yarışmaya katılan, kendini ispat etme derdindeki genç fizikçilerden birinin adı Max Planck’tı.

O sıralar aslında ne elektriğin tam olarak ne olduğu biliniyordu, ne de ortada ‘radyasyon’ diye bir kavram vardı. Hatta atomun varlığına inanan fizikçi sayısı çok azdı; inanmayanlardan biri de Max Planck’tı zaten.

Planck işe bir demir parçasıyla başladı; şömineleri karıştırmak için kullandığımız demirle. Hepimiz biliyoruz, ısıya maruz kaldığında bu demirin ucu kızarıyor, yani ışık saçıyordu. Ama ısıdan uzaklaşınca bu kızarma sona erse yani ışıma bitse bile demirin ucu ısı yaymaya devam ediyordu.

Bunun adı ‘Siyah gövde ışıması’ydı ve fizikçilerin kafasını uzun süredir karıştırıyordu. Bu ışıma nereden geliyordu? Dışarıdan ısı almayan bir madde nasıl oluyor da sıcaklık yaymaya devam ediyordu?

Evet, arada tesadüfen X ışınları keşfedilmişti, ama kimse bu ışının nereden geldiğini ve neden geldiğini bilmiyordu. Zaten o yüzden adına ‘X’ demişlerdi. Yani böyle çözülmeyi bekleyen pek çok bulmaca vardı. Madde ne oluyordu da etrafına enerji yayıyordu?

‘Neden’ sorusuna cevap bulmak biraz zaman aldı, ama Max Planck ‘neden’den önce ‘nasıl’ sorusuna cevap buldu.

Lafı çok uzatmayacağım, Max Planck araştırmaları sonucunda bir bilimsel devrimin kapısını açtı; o zamana kadar atomun varlığına bile inanmayan büyük bilim insanı enerjinin atomdan dışarıya ‘paketler’ halinde çıktığını, atomun içine de aynı şekilde paketler halinde girdiğini söyledi. Oturdu hesap yaptı ve bu enerji paketlerinin olabilecek en küçük halini buldu. Bugün ‘Planck sabiti’ dediğimiz bu rakama ve duruma Max Planck ‘kuanta’ (miktar) adını verdi. Kuantum fiziği işte adını bundan ve bu buluştan alır.

Bir örnek daha vereyim: Robert Brown 1773-1858 arasında yaşamış İskoçyalı bir botanikçiydi. Bir gün çiçek polenlerini suya düşürdü ve polenlerin su içinde hareket ettiğini gördü. Art arda farklı deneyler yaptı, her seferinde polenlerin suyun içinde kendiliğinden hareket ettiğini gördü. Bunu da kayda geçirdi.

‘Brownian Hareket’ denen şey kayda geçmişti, ama nedenini bilen yoktu. 1905 yılında Albert Einstein adlı bir büyük insan çıktı, bu hareketin nedeninin sudaki atomların ve moleküllerin birbirleriyle sürekli çarpışma halinde olması, yani gözle görünmeyen dünyanın aslında hiç de öyle durağan olmaması olduğunu söyledi.

Peki atomlar ve moleküller neden sürekli hareket halindeydi ve birbirleriyle çarpışıyorlardı? Bu da atomun içindeki enerjiyle, bu enerjiyi taşıyan başlıca şey olan elektronla ilgiliydi.

Einstein için 1905 yılı hep ‘mucize yıl’ olarak adlandırılır, çünkü her biri devrim niteliğinde çok sayıda makale yayınladı o yıl. Bu makalelerden biri (ki Einstein’a Nobel kazandıran makale budur) foto-elektrik etkiyle ilgiliydi.

Ta 1839 yılında Alexandre Edmond Becquerel adlı bilim insanı ışık kaynaklarıyla elektrik arasındaki etkileşimi gözlemlemişti, ama sebebini açıklayamıyordu.

Einstein işte bunu açıklarken ışığın ‘foton’ adı verilen parçacıklardan oluştuğunu ve aynen Max Planck’ın hesapladığı gibi ‘kuanta’lar halinde yayıldığını söyledi.

Oysa o zamanlar herkes ışığın parçacık değil dalga olduğunu düşünüyordu; bunların başında da Max Planck vardı. Einstein ışık dediğimiz şeyle elektromanyetik radyasyonun aynı olduğunu, ışığın gözle görebildiğimizden çok daha geniş bir alanda etkili olduğunu da gösterdi (Bir Fransız soylusu olan De Broglie adlı genç bir fizikçi de sonra ışığın aynı anda hem dalga hem parçacık gibi hareket ettiğini anlattı).

Bir atomun nasıl olup da ‘istikrarlı’ olduğunu gösteren başarılı modeli yapan insan olan ve ‘Kuantumun şampiyonu’ kabul edilen Danimarkalı büyük fizikçi Niels Bohr neredeyse 1922 yılına kadar Einstein’ın bu görüşünü kabul etmedi, ışığın parçacık olduğuna inanmadı.

Bugün bırakın varlığını kabul etmeyi, atomların fotoğrafını çekiyoruz. Fotonların atomun içindeki elektronlardan kaynaklanan elektro manyetik radyasyonun taşıyıcısı parçacıklar olduğunu ise tartışmıyoruz bile.

İnsanlık son 125 yılda muazzam bir yol kat etti. Bir sonraki yüzyılı hayal etmek çok zor.