-ATOMU NASIL BİLİRDİNİZ?
Evet… Atomun içine, dışına ve evrenine geçmeden önce neden tarihini bir ziyaret etmeyelim dedim. Şu an biliyoruz ki Modern Atom modeli kabul ama yıllar önce insanlar neye inanmış, neyi doğru bilip neyi yanlış bilmişler, onu öğrenelim.
Biraz geçmişe gitmemiz lazım, çok geçmişe değil. Yunanistan’da, milattan önce 460 ile 370 yılları arasında yaşamış birini ziyaret edeceğiz.
Antik Yunan’ın nasıl harika bir yer olduğunu biliyoruz. Medeniyetin zirve yaptığı zamanlardı. Felsefe tarihe; hatta hükümetlere yön veriyordu, şimdi internetteki aptal yazılardan farksız.
Felsefenin bilimin babası olduğunu çok rahat söyleyebiliriz. Çünkü her şeyin temeli felsefeye dayanır ve felsefenin insanlığa, özellikle kıvılcım için bekleyen küçük kibrit çocuklara öğretilmesi lazımdır. Einstein “ışık nedir?” sorusunu sormasaydı buralara gelmezdi, Darwin türler arasındaki benzerliği düşünerek, “Ne oluyor, acaba özel bir şey mi var?” sorusunu sormasaydı biyoloji hâlâ sıkıcı bir ders olacaktı ve elbette Newton’un elmanın düşüşüne bakarak “Neden düştü?” sorusunu sormasaydı fizik o kadar da eğlenceli bir bilim dalı olmazdı. Anlayacağınız üzere bilimin temeli felsefeye dayanır, aynı şekilde atomun da temeli felsefenin ta kendisidir.
Ziyaret edeceğimiz kişiye gelelim: Demokritos
Kendisi kırmızı şarabını, üzüm bağlarında yudumlarken aklında bir fikir geliyor. “Burada üzüm asmaları, burada kedi, burada şarap bardağım, burada da su ve içinde balıklar filan var. Herkes farklı yaşasa da aynı yerde yaşıyor. Demek ki hepsinin temeli tek bir şey olmalı.” dedi. Tam olarak böyle dememiştir de, yani buna yakın bir şeyler demiştir. “Yani, her şey asla parçalanamaz aşırı küçük noktalardan meydana gelmesi lazım.” diye düşündü ardından. (alkolün etkisi olsa gerek) Buna da, parçalanamaz anlamı gelen “atomus” dedi. Bizim deyişimizle atom.
Ardından biraz ileri gitmemiz lazım, fazla değil 19. Yüzyılın başlarına gitmemiz gerek; Dalton’u ziyaret etmemiz lazım.
Dalton -her araştıran insanın yapacağı gibi- düşündü. Daha doğru Demokritos’un “atomculuk” fikri üzerine düşündü ve 19. Yüzyılın bilim dünyasına aktardı. Kendisi, atomun içi dolu bir küre olarak düşündü ve adından dolayı da “parçalanamayacağını” önü sürdü. Her elementte aynı olduğunu söyledi. Yani anlayacağınız üzere her şeyin aşırı küçük içi dolu kürelerden oluştuğundan bahsetti ve gözle görülür şekilde bu Demokritos’un fikrinin aynısı. Sadece daha şey, “modern”
Bu fikirlerin doğru olmadığını biliyoruz ama işte yıllar önce buna inanmışlar. Neyse bu işin felsefe yanına son kısımda tekrar bahsedeceğim ama önce J.J. Thomson’u tanıyalım.
Thomson, az vakit önce William Crookes tarafından icat edilmiş olan katot ışın tüpleriyle oynuyordu. Katot ışın tüpünün basit bir görevi vardı. Tüpün içinde ışınlar katot(-) kısmından anot(+) kısma hareket ediyordu. Basit ve eğlenceli bir oyuncak gibiydi. Ama Thomson bunu geliştirmek istedi. Tüpün sonuna floresan ekran koydu. Bu floresan ekran sayesinde ışınların yönelimini izleyebilecekti. Ardından ışınların geçtiği yola iki zıt yüklü levha koydu ve ışınların iki levha arasından geçmesini sağlamayı başardı. Keşfettiği şey inanılmazdı. Işınlar (-) yüklü levhadan uzaklaşırken, (+) yüklü levhaya yöneliyordu.
- Thomson’ın yaptığı deneye örnek, gördüğünüz gibi, ışın (+) plakaya doğru yöneliyor)
Farklı maddeler de kullanıldı ve deneyde hiçbir değişiklik olmadı. Bu demek ki ışınlarda Hidrojen atomundan 1000 kat küçük ve neredeyse 1800 kat daha hafif negatif yüklü bir şey vardı. İlk atom altı parçacıklara giriyordu ama Thomson biraz farklı düşündü. Thomson, atomların alt parçalardan oluştuğunu öne sürdü. Atomun, negatif yüklerin pozitif yük içerisine homojen şekilde dağıldığını öne sürdü. Bu basitçe “üzümlü kek” modeliydi. Artıları kekin kendisi olarak düşünün, eksileri ise üzümler olarak. Hatta evde üzümlü kek yapalım, ne duruyoruz ki? Meğer atom modelini iyi anlamak istiyoruz önce biraz yemekten anlayalım. Malzemeler ise şöyle:3 adet yumurta olmazsa olmazdır. Ardından 1 su bardağı şeker, yoğurt, sıvı yağ, kuru üzüm kullanılır. Su bardağı cidden önemli… Portakal veya limon kabuğu rendesi eklenebilir, imkânınız varsa ikisini de ekleyebilirsiniz. 1 paket kabartma tozu ve vanilya, 2 su bardağı un da kullanılacak. Şeker ve yumurtayı çırpın, ardından üzüm dışındaki bütün malzemeleri ekleyin. Üzümler dibe çökmemesi için iyice unlayıp hamura ilave edin ve usulca kaşıkla karıştırın. Kek kalıbını yağlayın ve hamuru kalıbın içine dökün. Fırını 180°C ısıttıktan sonra, kek kalıbını fırına verin. Kabarana kadar bekleyin. Ardından keki kürdanla kontrol edin, pişmiş ise soğumasını bekleyin. Keki küre –top- şeklinde yapabilirseniz -ki nasıl top şeklinde yapacaksınız onu da bilmiyorum ama bence başarabilirsiniz- Thomson’ın modelini çok rahat anlayabilirsiniz, hem karnınız doyar.
Thomson, atomun içinde negatif yüklü parçacıkların olduğunu söylemişti. Bu keşfettiği negatif yükler, İngiliz- İrlandalı George Johnstone Stoney’ın “elektrik paketçiği” olarak tanımladığı “elektron” adını aldı. Evet, elektron keşfedildi.
Ama her zaman olduğu gibi, Thomson’ın modeli mükemmel değildi. Thomson’un öğrencisi olan Rutherford kontrolünde çalışan Hans Geiger ve Ernest Marsden tarafından yapılan deneyler, modelde sıkıntı olduğunu gösteriyordu ve bunu Thomson atom modeli açıklanamıyordu.
Geiger ve Marsden’i alfa parçacıklarıyla yaptığı deneyler şöyleydi: Alfa parçacığı gönderen kaynağın karşısına altın bir plak koyuldu ve bu plaka, floresan ekran ile çevrelenmişti. Bu sayede plaktan saçılan parçacıklar rahatça gözlemlenecekti (hatırlatmak isterim ki, Thomson da parçacıkları saptamak için floresan ekranlar kullanmıştı.)
(1.2 yapılan deney)
Eğer Thomson’ın modeli doğruysa, atomun içi çok fazla pozitif yük bulunacağından alfa parçacıklarına etki eden kuvvet çok düşük olacaktı. Böylece alfa parçacıkları atomun içinden geçecekti ve herhangi bir sapma olmayacaktı ama şansa bak? Öyle olmadı.
1911 yılında Rutherford’un yaptığı deneylerde bir miktar sapma gözlemlendi. Bu da bize tek bir şeyi gösteriyordu, Thomson’un dediği gibi atom pozitif alanın geniş bir şekilde dağılmış hali değil, daha çok pozitif yüklerinden çok küçük bir hacimde toplanmasıydı. Öğrenci, hocayı yanlışladı, eğer bu güpgüzel ülkemizde olsaydı. Rutherford modelinin adı, “Thomson atom modeli 2” olurdu.
Rutherford ve ekibinin yaptığı deneyler şunu ortaya çıkardı. Pozitif yükler geniş bir alanda değil, küçük bir hacimde olduğunu ve bir “çekirdek” misali olduğunu söylüyordu.
Rutherford ileri görüşlüydü. Nötronu keşfedememişti ama bir fikir sunmadı değil. Kendisi çekirdekte yüksüz parçacıkların olabileceğini hipotezini öne sürdü. Daha sonra James Chadwick, çekirdek tepkimeleri üzerine yaptığı araştırmaları sonucu çekirdekte protonlardan başka, neredeyse proton kütlesine yakın, hatta fazla olduğu nötr parçacıkların varlığını kanıtlamıştı. Buna da “nötron” adını verdi.
Proton, peki? Protonun keşfi?
İlk olarak 1815 yılında William Prout, bütün atomların “protyles” adı verdiği hidrojen atomlarından oluştuğunu öne sürdü. Bu basit bir yorumdu. Ardından 1886 yılında Eugen Goldstein anot ışınları adı verilen kanal ışınlarını keşfetti ve gazlardan üretilen pozitif yüklü parçacıkların varlığını göstermişti. Ama farklı gazların, farklı yük kütle oranı olduğundan bu (+) yüklüyü tek bir parçacık olarak tanımlayamadı.
Ondan sonra 1917 ile 1919 yılları arasında Rutherford Hidrojen atomunun diğer atomlarda da olduğunu kanıtladı. E, Hidrojen nedir? Bir proton ve elektrondan oluşan en basit ve en küçük elementtir. Hidrojen her elementte bulunuyorsa, demek ki proton da her atomda bulunuyordu… A, ne oldu? Proton keşfedilmiş oldu.
Tabi, Rutherford modelinin yanlışları vardı. Mesela elektronların neden protonlara düşmediğini açıklayamıyordu. Elektronların dizilişleri neydi mesela, eliptik dönüş yaptığından bahsediyordu ama elektron ivmelenen bir yüklü parçacıktı, yani elektrodinamiğe göre elektromanyetik dalga yaymalıydı. Bu da spiralde sapmaya sebep olacaktı. Ama işte o zaman doğru biliniyordu.
Bilim düz bir ok gibi değildir, daha çok sürekli üzerine eklenen bir oyun hamuru kulesi gibidir. Demokritos fikrini sundu, Dalton bunu geliştirdi. Thomson, Dalton’un modelini yalanlayıp kendi modelini sundu. Ardından Rutherford, Thomson’dan öğrendi ve onu yalanlayıp kendi modelini çıkardı ve bu böyle devam etti. Çoğu tarihsever, tarih tekrardan ibarettir dediğimde genelde kızıyorlar ama küçük bir sır vereyim mi? Tarih kendini geliştirerek tekrar eder.