Ernest Rutherford

[boxcigar]

(1871 -1937) Yüzyılımızın başında bilimde yer alan büyük devrimselatılımlar genellikle "Planck" ve "Einstein'ın adlarıyla bilinir. Oysaonların kuramsal atılımlarının yanısıra, sonuçları bakımından sonderece önemli deneysel çalışmalar da vardır. Bunların başında, MarieCurie ve Ernest Rutherford'un radyoaktivite üzerindeki çalışmalarıgelir.

Rutherford, dış görünümüyle bir bilimadamından çok bir "çiftlikkâhyası" ya da bir "aşiret reisi"ni andırmaktaydı. Esmer, irikıyımyapısı, gür sesi ve pos bıyığıyla yabanıl ve ürkütücü; her yönüyleheybetli bir kişiydi. Laboratuvarında bir şey tersine gitmesin;kükreyen sesi ortalığı sarsar, asistanlar suspus olurlardı. Oysa bukızgınlık gelip geçiciydi; onun hiç bir yapmacığa kaçmayan anlık sertdavranışlarının gerisinde sıcak, sevecen yaradılışı saklıydı.

Ernest, Yeni Zelanda'da küçük bir çiftlikte dünyaya gelmiştir. İskoçgöçmeni olan babası, araba tamircisiydi. Ernest, yoksul ve kalabalıkbir ailenin içinde büyüdü. Ne var ki, daha küçük yaşta sergilediğiolağanüstü öğrenme merakı ona çevredeki en iyi okulların kapısını açtı.Özellikle üniversitedeki parlak başarısıyla dikkatleri çekti vekazandığı burs, bilim ateşiyle yanan delikanlının yaşamında yeni birdönemin başlangıcı oldu. 1894'de, Cambridge Üniversitesi ünlü fizikbilgini J.J. Thomson'un yanında çalışmak üzere İngiltere'ye geldi.

Üniversiteye bağlı Cavendish Laboratuvarı'ndaki ilk yılını radyodalgaları, ikinci yılını yeni keşfedilmiş olan X-ışınları üzerindekiçalışmalarla geçirdi. Sonra, yaşam boyu uğraş konusu olan radyoaktiviteüzerindeki araştırmalarına koyuldu. Adı kısa zamanda bilim çevrelerindeduyulan Rutherford'u 1898'de, Kanada'da McGill Üniversitesi, fizikprofesörlüğüne çağırdı. Genç bilimadamı beklenmedik bu çağrı karşısındabir ikilem içine düştü: Bir yanda erişilmesi güç, saygın bir unvan, öteyanda araştırma ortamı olarak bulunmaz nimet saydığı CavendishLaboratuvarı.

Rutherford 27 yaşındaydı. Kısıtlı bursu ile nişanlısını İngiltere'yealdırtamaması bir yana; kendi yolculuğu nedeniyle yaptığı borcu bileödeyemiyordu. Aldığı öneri ona bu olanakları da sağlayacaktı.Rutherford, sonunda ister istemez çağrıyı kabul etti. Kararisabetliydi: McGill'de geçirdiği yaklaşık on yıl içinde hem radyoaktifatomların kendiliğinden değişik nitelikte atomlara dönüştüğünüispatlayarak Nobel Ödülü'nü kazandı; hem de atomun yapısına ilişkinolarak aranan açıklığı getiren çekirdek buluşunu ortaya koydu.

Birbirini izleyen başarılarına değinen bir meslekdaşı, "Sen gerçektençok şanslı birisin: hep dalganın tepesinde seyrediyorsun," diyetakıldığında, Rutherford'un yanıtı kısa ve çarpıcı olmuştur: "Unutma, odalgayı ben kendim yarattım." Alçakgönüllülük bir yana, Rutherford çoğukez insanları küçümserdi. Ona göre, bilim ya fizikti, ya da pulkoleksiyonculuğu. Ama Nobel Ödülü'nü fizikten değil, küçümsediğikimyadan almıştı. Hatırlatılınca, elementler gibi kendisinin detransmutasyona uğradığını söyleyerek, işi şakayla geçiştirirdi.

1887'de J.J. Thomson'un elektronu keşfetmesiyle, bilim dünyası yeni birproblemle karşı karşıya kalmıştı. Negatif elektrik yüklü elektronlar,hidrojen atom kütlesinin ikibinde biri kadardı; oysa hidrojen, en basitmadde türü olarak biliniyordu. Üstelik Thomson, hangi elemente aitolursa olsun, atomların özdeş parçacıklar saldığı görüşündeydi. Bu daelektronların, sözü geçen parçacıkların bir bölümü olduğu anlamınagelmekteydi. Yanıtlanması gereken soru şuydu: Atomlar eskiden sanıldığıgibi basit, bölünmez birimler değilse, atomun yapısal özelliği neolabilirdi?

Thomson, atomun, içinde elektron taşıyan pozitif elektrik yüklü topbiçiminde bir madde olduğunu ileri sürmüştü. Başka bir deyişle, atombasit değildi; ama katı, yoğun bir madde olmanın ötesinde birşey dedeğildi.

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 elementedönüşümünde radyoaktivitenin rolünü, deneysel olarak kanıtlamıştı.

1907'de McGill'den Manchester Üniversitesi'ne geçtiği zaman ilk elealdığı problem atomun yapısıydı. Araştırmasında, beta parçacıklarındansekizbin kat daha yoğun olan alfa parçacıklarının işe yarayacağınıdüşündü. Hans Geiger ve Ernest Marsden adlı iki asistanını, alfaparçacıklarının ince bir altın yaprağına çarptığı zaman nasıldağıldıklarını incelemekle görevlendirdi. Alman sonuç beklentiye hiç deuygun değildi. Parçacıkların büyük çoğunlukla altın yapraktan doğrudangeçtiği gözlenmişti. Sanki altın yaprağın yapısında geçişi engelleyenhiç bir atom yoktu! Ama gözden kaçmaması gereken durum, yaprağa çarpanalfa parçacıklarının yaklaşık 20.000'de birinin geri sapmasıydı. Bu nedemekti?

Uzun bir bocalamadan sonra Rutherford bu gözlemin, atomun yapısınailişkin ipucu verdiğini gördü: Atomun kütlesi neredeyse tümüyle,kapsamında son derece küçük bir yer tutan pozitif elektrik yüklü birçekirdekte toplanmış olmalıydı. Çekirdeğin çevresinde hızla dönenelektronlar ise pozitif yükü dengeleyen negatif yüklü daha küçükparçacıklardı. Kısacası atom güneş sistemine benzer bir düzensergilemekteydi. Alam büyük ölçüde boş bir atom gözönüne alındığında,alfa parçacıklarının neden büyük bir çoğunlukla, hiç bir engellekarşılaşmamış gibi altın yapraktan geçtikleri açıklık kazanmaktaydı.

Mikroskopla görülebilen nesnelerden bile küçük olan atomdan daha daküçük olan çekirdek ve elektron gibi parçacıkları hayalde canlandırmakkolay değildir. Rutherford'un modelini çizdiği atomu bir futbolstadyumu büyüklüğünde düşünürsek, çevresinde birkaç sineğin döndüğüçekirdek, bu alanda bir golf topu büyüklüğünde olacaktır.

Rutherford, kuramcı bir bilimadamı değildi: Ona göre, her probleminçözümü deney sonuçlarıyla sınırlı tutulmalıydı. Öyle ki, ortaya koyduğuatom modelinin kuramsal açıklama gerektiren önemli bir sonucunaduyarsız kalmıştı. Üstelik atom modeline ilişkin deneysel kanıtları,yerleşik fizik yasalarıyla da tam bağdaşır değildi.

Örneğin, negatif yüklü elektronlar belirtildiği gibi gerçekten çekirdekçevresinde hızla dönüyorlarsa, bunların da devinen diğer elektrikyükleri gibi, radyasyon oluşturmaları gerekirdi. Bir elektrik yükünün,antende yukarı ve aşağı hareket ettirildiğinde radyasyon üretmesi bunabir örnektir. Çekirdek çevresinde dönen elektron, gerçekten radyasyonçıkarsaydı, çok geçmeden yavaşlayıp çekirdeğe kapanması ve atomuntümüyle çökmesi beklenirdi (Soruna kuramsal açıklamayı ortaya koyankişi, 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 onunyönetiminde çok geçmeden dünyanın başta gelen deneysel fizik merkezioldu. Burada giriştiği ilk çalışmalardan biri, yine alfa parçacıklarınıkullanarak bir elementin başka bir elemente yapay dönüşümünügerçekleştirmek oldu.

Deneyde, alfa parçacıklarının, nitrojen atomları gibi daha hafif atomçekirdeklerine çarptırıldıklarında, geriye sapmaksızın çekirdeklekaynaştıkları 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" adınıverdi.

Kütlesi bakımından diğerlerine benzeyen, ama elektrik yükü olmayanüçüncü bir parçacık daha söz konusuydu ("Nötron" denen bu parçacığıRutherford'un asistanı James Chadwick 1932'de bulur). Bu, bilimselaraştırmaya bol paranın henüz akmadığı bir dönemdi. Cavendish'te biledeneyler, "derme çatma" denebilecek basit araçlarla sürdürülüyordu.

Rutherford'u ziyarete giden tanınmış bilim yazarı Ritchie Calder,gördüklerini şöyle anlatmıştı: "Konuşmamız sürerken bir ara, işlerinnasıl yürüdüğünü görmek ister misiniz?' diyerek kolumdan tuttu, benilaboratuvarın yüksek voltaj bölümüne götürdü. Karanlık denilebilecekbir odaya girmiştik; yapay bir şimşek çakıp duruyordu. Sonra parçalananatomları kaydeden bir sayacın tıkırtı seslerini duyduk. 'Atomparçalayıcı' dedikleri bir makinenin önündeydik; günümüzdeki yüksekvoltaj akseleratörleriyle karşılaştırıldığında son derece ilkel kalanbir makine!

Rutherford ve ekibi işte bu araçlarla çalışıyorlardı. 'Paramız olmadığıiçin kafamızı kullanmak zorundayız,' diyordu Rutherford. O, yalnızaraçlarının basitliğiyle değil, bilime yaklaşımındaki basit tutumuylada övünç duymaktaydı. 'Kendim çok basit olduğum için,' diyordu,'doğanın da temelde basit olduğuna inanıyorum' ".

Rutherford, bir dizi seçkin fizikçi yetiştirmekle kalmadı, onlara büyükbir esin kaynağı da oldu. Nükleer fizik onun dünyasıydı. Bu alandakiöndeyilerinden pek azı yanlış çıkmıştır. Yanılgılarından biri,çekirdekteki saklı enerjinin sürgit kilitli kalacağı inancıydı.Ölümünden çok değil iki yıl sonra bu enerjinin atom bombasınadönüştürülebileceğine artık kesin gözüyle bakılıyordu. Neyse ki, şansıbir kez daha yüzüne gülmüştü: Hiroşima'daki korkunç patlamayıduymayacaktı.