Atom Çalışmaları Yapan Bilim Adamları Kimlerdir? Atomcu Bilim Adamlarının Hayatı

Atom Çalışmaları Yapan Bilim Adamları Kimlerdir? Atomcu Bilim Adamlarının Hayatı
Atom Çalışmaları Yapan Bilim Adamları Kimlerdir? Atomcu Bilim Adamlarının Hayatı

Atomun Oluşumu

Patlamanın her anındaki sıcaklık, atom parçacıklarının sayısı, o anda devreye giren kuvvetler ve bu kuvvetlerin şiddetleri çok hassas değerlere sahip olmalıdır Bu değerlerin birinin bile sağlanamaması durumunda, bugün içinde yaşadığımız evren var olamazdı Kastettiğimiz değerlerin herhangi birinin matematiksel olarak "0"a yakın bir miktarda dahi değişmesi, bu sonu hazırlamaya yeterlidir

"0" anı: Ne maddenin, ne de zamanın var olmadığı ve patlamanın gerçekleştiği bu "an", fizikte t (zaman) = 0 anı olarak kabul edilmektedir Yani t=0 anında hiçbir şey yoktur Yaratılmanın başladığı bu "an"dan önceyi tarif edebilmek için, o anda var olan fizik kurallarını bilmemiz gerekir Çünkü şu an var olan fizik kanunları patlamanın ilk anlarında geçerli değildir

Fiziğin tanımlayabildiği olaylar en küçük zaman birimi olan 10-43 saniyeden itibaren başlar Bu, insan aklının asla kavrayamayacağı bir zaman dilimidir Peki acaba, hayal bile edemediğimiz, bu küçük zaman aralığında neler olmuştur? Fizikçiler bu anda meydana gelen olayları tüm detaylarıyla açıklayabilecek bir teoriyi şu ana kadar geliştirememişlerdir

Fizikte her şey 10-43 saniye sonrasından itibaren hesaplanabilir ve ancak bu andan sonra enerji ve zaman tarif edilebilir Yaratılışın bu anında, sıcaklık değeri 1032 (100000000000000000000000000000000) derecedir Bir kıyaslama yapacak olursak, güneşin sıcaklık derecesi milyonlarla (108), güneşten çok büyük yıldızların sıcaklığı ise ancak milyarlarla (1011) ifade edilir Şu an tespit edebildiğimiz en yüksek sıcaklık milyar derecelerle sınırlıyken, 10-43 anındaki sıcaklığın ne derece yüksek olduğu konusunda bir kıyas yapabilmek mümkündür

10-43 saniyelik bu dönemden bir aşama ileri gidip saniyenin 10-37 olduğu zamana geliriz Bu iki süre arasındaki aralık bir-iki saniye gibi bir an değildir Saniyenin katrilyon kere katrilyonda biri kadar bir zaman aralığından bahsedilmektedir Sıcaklık yine olağanüstü yüksek olup 1029 (100000000000000000000000000000)°C değerindedir Bu aşamada henüz atomlar yaratılmamıştır

Bir adım daha atıp 10-2 saniyelik döneme giriyoruz Bu aralık, bir saniyenin yüzde birini ifade etmektedir Bu zaman dilimi içinde sıcaklık 100 milyar derecedir Bu dönemde "ilk evren" şekillenmeye başlamıştır Daha atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötron gibi parçacıklar görünürde yoktur Ortada sadece elektron ve onun zıttı olan pozitron (anti-elektron) vardır Çünkü evrenin o anki sıcaklığı ve hızı sadece bu parçacıkların oluşmasına izin verir Yokluğun ardından patlama gerçekleşeli daha 1 saniye bile geçmeden, elektron ve pozitronlar oluşmuştur

Bu andan sonra oluşacak her atom parçacığının hangi anda ortaya çıkacağı çok önemlidir Çünkü şu andaki fizik kurallarının ortaya çıkması için her parçacık özel bir anda ortaya çıkmak zorundadır Hangi parçanın önce oluşacağı çok büyük bir önem taşımaktadır Bu sıralama ya da zamanlamadaki en ufak bir oynama sonucunda, evrenin bugünkü haline gelmesi mümkün olmazdı

Bir aşama sonra, 10-1 saniye kadar bir zamanın geçtiği bir ana geliriz Bu sırada sıcaklık 30 milyar derecedir t=0 anından bu döneme gelene kadar henüz 1 saniye bile geçmemiştir Ancak atomun diğer parçacıkları olan nötron ve protonlar artık belirmeye başlamıştır Daha sonra kusursuz yapılarını inceleyeceğiniz nötron ve protonlar, işte bu şekilde yokluktan "an"dan bile kısa bir süre içerisinde yaratılmışlardır

Patlamadan sonraki 1 saniyeye gelelim Bu dönemdeki kütlesel yoğunluğun derecesine baktığımızda, yine olağanüstü büyük bir rakamla karşı karşıya olduğumuzu görürüz Yapılan hesaplamalara göre bu dönemdeki mevcut kütlenin yoğunluk değeri, litre başına 38 milyar kilogramdır Milyar kilogram olarak ifade edilen bu rakamı, aritmetik olarak tespit edebilmek ve bu rakamı kağıt üzerinde göstermek kolaydır

Ancak, bu değeri tam olarak kavrayabilmek mümkün değildir Bu rakamın büyüklüğünü daha kolay ifade edebilmek için çok basit bir örnek verecek olursak; "Himalayalardaki Everest tepesi bu yoğunluğa sahip olsaydı, kazanacağı çekim kuvveti ile dünyamızı bir anda yutabilirdi" diyebiliriz

Bir sonraki zaman diliminin en belirgin özelliği ise sıcaklığın oldukça düşük bir değere ulaşmış olmasıdır Evren artık yaklaşık 14 saniyelik bir ömre sahiptir ve sıcaklık da 3 milyar derecedir ve çok müthiş bir hızla genişlemeye devam etmektedir

Hidrojen ve helyum çekirdekleri gibi kararlı atom çekirdeklerinin oluşmaya başladığı dönem de işte bu dönemdir Yani bir proton ile bir nötron ilk defa yan yana durabilecekleri bir ortam bulmuşlardır Kütleleri var ile yok arası olan bu iki parçacık olağanüstü bir çekim oluşturarak, o müthiş yayılma hızına karşı koymaya başlamışlardır Ortada son derece bilinçli, kontrollü bir gidiş olduğu bellidir İnanılmaz bir patlamanın ardından, büyük bir denge, hassas bir düzen oluşmaktadır Protonlar ve nötronlar bir araya gelmeye, maddenin yapı taşı olan atomu oluşturmaya başlamışlardır Oysa bu parçacıkların, maddeyi oluşturabilmek için gerekli hassas dengeleri sağlayabilecek bir güce ve bilince sahip olmaları elbette ki mümkün değildir

Bu oluşumu takip eden dönemde, evrenin sıcaklığı 1 milyar dereceye düşmüştür Bu sıcaklık güneşimizin merkez sıcaklığının 60 katıdır İlk dönemden bu döneme kadar geçen süre sadece 3 dakika 2 saniyedir Artık foton, proton, anti-proton, nötrino ve anti-nötrino gibi atom altı parçacıklar çoğunluktadır Bu dönemde var olan tüm parçacıkların sayıları ve birbirleri ile olan etkileşimleri çok kritiktir Öyle ki, herhangi bir parçacığın sayısındaki en ufak bir farklılık, bunların belirlediği enerji düzeyini bozacak ve enerjinin maddeye dönüşmesini engelleyecektir

Örneğin elektron ve pozitronları ele alalım: Elektron ve pozitron bir araya geldiğinde enerji açığa çıkar Bu sebeple ikisinin de sayıları çok önemlidir Diyelim ki 10 birim elektron ve 8 birim pozitron karşı karşıya geliyor Bu durumda, 10 birim elektronun 8 birimi, yine 8 birim pozitronla etkileşime girer ve böylece enerji açığa çıkar Sonuçta, 2 birim elektron serbest kalır

Elektron, evrenin yapı taşı olan atomu oluşturan parçacıklardan biri olduğundan, evrenin var olabilmesi için bu dönemde gerekli miktarda elektron olması şarttır Az önceki örnek üzerinde düşünmeye devam edersek, karşı karşıya gelen elektron ve pozitronlardan, eğer pozitronların sayısı daha fazla olsaydı, sonuçta açığa çıkan enerjiden elektron yerine pozitronlar arta kalacak ve madde evreni asla oluşamayacaktı

Pozitron ve elektronların sayısı eşit olsaydı, bu kez de ortaya sadece enerji çıkacak, maddesel evrene dair hiçbir şey oluşmayacaktı Oysa elektron sayısındaki bu fazlalık, sonradan evrendeki protonların sayısına eşit olacak şekilde çok hassas bir ölçüyle ayarlanmıştır Çünkü daha sonradan oluşacak olan atomda, elektron ve proton sayıları birbirine eşit olacaktır

İşte, Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkan parçacıkların sayısı bu kadar ince bir hesapla belirlenmiş ve sonuçta madde evreni oluşabilmiştir Prof Dr Steven Weinberg bu parçacıklar arasındaki etkileşimin ne derece kritik olduğunu şu sözleriyle vurgulamaktadır: Evrende ilk birkaç dakikada gerçekten de kesin olarak eşit sayıda parçacık ve karşıt parçacık oluşmuş olsaydı, sıcaklık 1000000000 derecenin altına düştüğünde, bunların tümü yok olur ve ışınım dışında hiçbir şey kalmazdı

Bu olasılığa karşı çok iyi bir kanıt vardır: Var olmamız Parçacık ve karşı parçacıkların yok olmasının ardından şimdiki evrenin maddesini sağlamak üzere geriye bir şeylerin kalabilmesi için, pozitronlardan biraz daha çok elektron, karşı protonlardan biraz daha çok proton ve karşı nötronlardan biraz daha çok nötron var olmalıydı

İlk dönemden bu yana toplam 34 dakika 40 saniye geçmiştir Evrenimiz artık yarım saat yaşındadır Sıcaklık milyar derecelerden düşmüş, 300 milyon dereceye ulaşmıştır Elektronlarla pozitronlar birbirleriyle çarpışarak enerji açığa çıkarmayı sürdürürler Artık atomu oluşturacak olan parçacıkların sayıları, madde evreninin oluşmasına imkan sağlayacak şekilde dengelenmiştir

Bu noktada ünlü fizikçi Prof Stephen Hawking'in konuyla ilgili sözleri ilgi çekicidir Hawking, anlatılan olayların aslında kavrayabildiğimizden çok daha ince hesaplar üzerine kurulduğunu şöyle açıklamaktadır: Eğer Big Bang'ten bir saniye sonra genişleme oranı, 100000 milyon kere milyonda bir değeri kadar az olsaydı, evren genişlemeyi bırakıp kendi içine çökecekti

ATOM ARAŞTIRMALARI YAPAN BİLİM ADAMLARI

ABD teknolojisinin belki de en muhteşem –bir o kadar da tartışmalı- başarısı nükleer enerjiyi kullanıma sokmak olmuştur Atomu parçalamak, pek çok ülkedeki bilim adamları tarafından düşünülmüştü Ama bunu gerçekleştirmeyi, 1940’lı yıllarda ABD’li bilim adamları başardı

Alman fizikçileri 1938 yılında uranyum çekirdeğini parçalamayı başardığı zaman, Albert Einstein, Enrico Fermi ve Leo Szilard nükleer zincir reaksiyonunun mümkün olduğuna karar verdiler Einstein, Başkan Franklin Roosevelt’e mektup yazarak bu keşfin, “olağanüstü güçlü bombalar” imâlinde kullanılabileceği konusunda uyarıda bulundu Bu uyarı, Manhattan Projesi’ne ilham kaynağı oldu Projenin amacı, ilk atom bombasını ABD’nin imal etmesini sağlamaktı Proje başarılı oldu Ve ilk bomba 16 temmuz 1945’te New Mexico’da patlatıldı

Atom bombasının geliştirilmesi ve 1945 Ağustos’unda Japonya’ya karşı kullanılması Atom Çağı’nı başlattı Kitle imha silahları ile ilgili endişeler Soğuk Savaş döneminde de sürdü Ve bugünkü silahsızlanma çabalarına kadar gelindi Ancak Atom Çağı, aynı zamanda nükleer enerjinin, nükleer tıp’taki gibi barışçıl alanda da kullanımını simgelemektedir

İlk ABD nükleer santrali 1956’da Illinois’te faaliyete geçti O dönemde nükleer enerjinin ülkedeki geleceği parlak görünüyordu Ama muhalifler, nükleer santrallerin güvenli olmadığını ve nükleer atıkların asla güvenli bir şekilde saklanamayacağını savunuyorlardı 1979 yılında Pennsylvania’da Three Mile Adası’ndaki kaza çoğu Amerikalının nükleer enerjiye karşı çıkması sonucunu doğurdu Nükleer santral inşaatının maliyeti giderek artıyordu ve daha ekonomik olan diğer enerji kaynakları çekici gelmeye başlamıştı 1970’lerde ve 1980’lerde birçok nükleer santral projesi iptal edildi ABD’de nükleer enerjinin geleceği halen belirsiz durumdadır

Bu arada Amerikalı bilim adamları, güneş enerjisi dahil olmak üzere başka enerji kaynakları üzerinde deneysel çalışmalar yapmaktadırlar Güneş enerjisi ülkenin çoğu bölgesi için bugün pek ekonomik olmamakla beraber son gelişmeler, bu durumun değişebileceğini gösteriyor

1944 yılında Michigan, Troy’da, Birleşik Güneş Sistemleri’nin Kıdemli Başkan Yardımcısı Subhendu Guha, güneş enerjisi kullanmanın yararları hakkında bilgi veriyordu Dinleyiciler arasında bulunan bir mimar “Çok çirkin Kimse evinin üzerinde bunu istemez” dedi Bunun üzerine Guha, çatıda göğe doğru dik konumda duran güneş pillerine çatı görünümü vermenin çaresini aramaya başladı

2 yıl sonra Guha montaj fabrikasından çıktığında elinde çatıya monte edilebilen güneş kiremitleri vardı Bunlar, paslanmaz çelik levhalardan yapılmış, 9 kat silikon, yarı iletken tabaka ve koruyucu plastikle kaplanmıştı Güneş kiremitleri, çatıcılar tarafından, normal kiremit kaplar gibi yerleştiriliyordu Ancak elektrik bağlantısı için her bir kiremitten çatıya bir delik delmek gerekiyordu Guha kiremitlerin, enerji verimi artıp, maliyet düştüğünde, ABD’nin bazı bölgeleri için çok ekonomik bir çözüm olacağına inanıyor Güneş kiremitleri, Mısır, Meksika ve diğer gelişmekte olan ülkelerde halen kullanılmaktadır 2002 yılında Birleşik Güneş Sistemleri, Michigan’daki tesislerine dünyaca bilinen en büyük güneş pili ünitesini imal eden makineyi yerleştirdi ve imalat kapasitesini arttırdı

Güneş enerjisinin bir başka kullanımı da, ABD Enerji Bakanlığı’nın, New Mexico, Albuquerque’deki Ulusal Solar Termal Deneme Tesisleri’nde denenmektedir Bilim adamları, çok uzaktan otomatik olarak devreye giren motorlarla, eşleştirilmiş parabolik çanaklar kullanarak güneş enerjisi topluyorlar Gelişmiş Çanak Sistemleri (ADDS) ilk olarak, su pompalama ve köyleri aydınlatmada kullanılmıştı Söz konusu sistem, ABD’nin Güneybatı bölgelerinde ve gelişmekte olan ülkelerde gelecek vaat etmektedir

Demokritus adlı bir filozof, bir elmayı örnek vererek atomu ve anlamını açıklamış: Bir elma alın ve onu ikiye bölün Sonra bu yarım elmalardan birini tekrar ikiye bölün ve böylece sürdürün Demokritus'a göre, bu şekilde yarım parçaları bölmeye devam ederseniz, sonunda öyle bir an gelecek ki, artık bölemeyeceğiniz kadar küçük bir parça elde edeceksiniz (ama bıçağınız kesemediği için değil, bölmek mümkün olmadığı için!) İşte, bölünmesi olanaksız bu parçaya Demokritus Yunanca'da 'bölünemez" anlamına gelen "atomos" adını vermiş
Demokritus, bu kavramı ortaya atmış atmasına ama bunu o dönemin diğer bilim adamlarına inandıramamış Özellikle de dönemin en büyük filozofu Aristo'ya Zaten Aristo reddedince, bir bildiği vardır diye diğerleri de inanmamış Hatta Demokritus öldükten yüzyıllar sonra bile kimse atomdan bahsetmemiş

Ta ki, 2000 yıl kadar sonraya, yani 1800'li yılların başına kadar Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karşılaşmışlar İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel ögelere ilişkin ilk kanıtları elde etmiş Ondan sonra da keşifler ardı sıra devam etmiş
Atomun varlığı kanıtlandıktan sonra da, yapısını anlamaya yönelik bir çok kuram ortaya atılmış Bunlardan ilki J J Thomson adlı bir İngiliz fizikçi'den geliyor
Thomson, 1897 yılında atomun bir parçası olan eksi yüklü elektronları keşfetmiş Thomson'a göre atomun içinde eksi yüklü elektronları dengeleyecek artı yüklü parçacıklar olması gerekiyordu Thomson, atomu bir "üzümlü kek"e benzetmişti: Üzümler eksi yüklü elektronlar, kekin diğer kısımları ise artı yüklü madde
Bundan daha doğru bir modeli, 1911 yılında atomun içinde artı yüklü bir çekirdeğin olması gerektiğini keşfeden Ernest Rutherford geliştirmiş Rutherford'un atom modeli, Güneş Sistemi'mizin yapısına benziyor Ortada Güneş, yani artı yüklü çekirdek ve çevresinde dolanan gezegenler, yani eksi yüklü elektronlar Rutherford'un bu modeline göre çekirdek atomun çok küçük bir parçası: Örneğin atomun boyutunu Dünya kadar büyütsek bile içindeki çekirdek en fazla bir futbol stadyumu kadar kalıyordu Rutherford daha da
önemli bir adım atarak, çekirdek içinde artı yüklü parçacıkları yani protonları keşfetmiş ve protonların elektronlardan 1836 kez daha ağır
olduğunu bulmuş

Fakat bu model de bazı kuramsal sorunlar çıkarmış 1912 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, bu kuramsal sorunları çözecek bir model oluşturmuş Bohr'un atom modelinde, yine ortada artı yüklü bir çekirdek, fakat sadece belli yörüngelerde dolanabilen eksi yüklü elektronlar var Bundan sonraki gelişmeler, Bohr'un atom modelini düzeltmeye yönelik Bu gelişmelerden biri, çekirdekte artı yüklü proton dışında, yüksüz "nötron" adı verilen parçacıkların da olduğu Nötronları da 1932 yılında, James Chadwick, kendisinin yaptığı derme çatma bir detektörle keşfetmiş
Atomun tam bir modelini oluşturmadaki en önemli yöntem, Kuantum Mekaniği adı verilen fizik dalının gelişmesiyle oldu Bugünkü bilgilerimizin tamamı bu fizik dalının gelişmesiyle elde edildi Artık bugün atom ve yapısı hakkında epeyce bilgiye sahibiz Kuantum kuramına göre, atom, artı yüklü bir çekirdek ve etrafında dalga gibi de hareket edebilen elektronların bulutundan oluşan minik bir "nesne"

Niels Hendrik Bohr 1919
John Dalton'un 1805 yılında bugünkü atom modelinin ilk temellerini attığı modelidir

1911 yılında Ernest Rutherford arkasına film yerleştirilmiş bir altın tabakaya +2 yüklü alfa tanecikleri ( He + 2) göndermiştir

Sir Joseph John Thomson (bilinen adıyla J J Thomson) (d 18 Aralık 1856 – ö 30 Ağustos 1940) İngiliz fizikçi Elektronu, izotopları ve kütle spektrometresini keşfetmiştir