Ernest Rutherford ( 1871-1937) Kimdir? Hayatı, Çalışma Alanları ve Eserleri Nelerdir?
O, konuya el atana kadar insanoğlunun atoma dair bildikleri sınırlıydı. Atom katı ve parçalanamazdı. Peki gerçekten öyle miydi? ‘Hayır’ dedi genç adam; ‘Yanlış biliyorsunuz. Ötesi de var…
20, yüzyılda bilim alanında gerçekleştirilen devrimlerden söz edilince akla ilk önce Einstein veya Planck gelir. Hâlbuki bu iki bilim adamı dışında 20. yüzyıl biliminde devrim niteliği taşıyan çalışmalarda bulunan başka isimler de vardı. Bunlardan biri de radyoaktivite üzerinde araştırmalarda bulunan Ernest Rutherford’du.
Rutherford, 30 Ağustos 1871’de Nelson’dan Yeni Zelanda’ya göç etmiş İskoçyalı, tekerlek yapımcı bir babanın 12 çocuğundan dördüncüsü olarak dünyaya geldi. Liseden itibaren eğitimini hep burslu olarak devam ettiren Rutherford, 1892 ve 1893’te 2 yıl içerisinde Christchurch’teki Canterbury College’tan hem lisans hem de yüksek lisans derecesi aldı. Bu dönemde, demirin yüksek frekanslı manyetik alanlardaki mıknatıslanma özelliği üzerine incelemelerde bulundu.
Yoksul ve kalabalık bir ailenin içinde büyümesine rağmen daha küçük yaşta sahip olduğu öğrenme isteği, en iyi okullarda okumasını sağladı. Özellikle üniversitede kazandığı burs, yaşamında yeni bir dönemin başlangıcı oldu ve 1895’te İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’ne kaydoldu. Burada Cavendish Laboratuarı’nda ünlü fizikçi Thomson’un yanında çalışmaya başladı. İlk yılını radyo dalgaları, ikinci yılını yeni keşfedilmiş olan X-ışınları üzerinde çalışmalarda bulunarak geçirdi. Ardından ölene kadar üzerinde çalışacağı, radyoaktivite konusundaki araştırmalarına başlayacaktı. Cavendish’te elektromanyetizma üzerindeki deneylerini sürdüren Rutherford, deneylerinde Hertz dalgalarını 3 kilometre uzaklıktan gönderip almayı başardı.
Rutherford ve Thomson, Wilhelm Conrad Röntgen’in Aralık 1895’te X ışınını bulduğunu açıklamasının ardından bu konuda çalışmaya başladı. İki bilim adamı, incelemelerinde X ışınının gaz içerisinden geçerken çok sayıda artı ve eksi elektrik yüklü parçacık ortaya çıkmasına sebep olduğunu (iyonlaşmaya), bu parçacıkların da yeniden birleştirilmesiyle nötr atom elde edildiğini keşfetti. Rutherford ayrıca ortaya çıkan iyonların hızlarını ölçen ve iyonların birleşerek yeniden gaz molekülleri haline gelme sürelerini ortaya koyan bir metot geliştirdi. İyonlaşma gücü yüksek ve soğurulabilme özelliğine sahip ışın türüne ‘alfa’; az iyonlaşmaya sebep olan, ancak girim gücü daha yüksek ışın türüne de ‘beta’ adını verdi.
Fizikte bulunacak bir şey kalmadığına inanılıyordu ki…
20, yüzyıla yaklaşırken birçok fizikçi artık bu alanda ortaya çıkarılacak bir yenilik kalmadığına inanıyordu. Ancak Rutherford, radyoaktivite çalışmalarıyla böyle düşünenleri yanıltacak ve fizikçiler için yeni bir sahanın ortaya çıkmasını sağlayacaktı.
Radyoaktiviteyi; bir elementin atomlarının, başka bir elementin atomlarına kendiliğinden dönüşmesi olarak tanımlayan Rutherford’un bu görüşüne, o dönemde maddenin değişemeyeceğine inanan birçok bilim adamı karşı çıktı. Radyoaktivite çalışmalarıyla ünü kısa bir sürede yayılan Rutherford, 1898 yılında Kanada’da bulunan McGill Üniversitesi tarafından fizik profesörlüğü teklif edildi. Henüz 27 yaşında olan Rutherford’u zor bir seçim bekliyordu. Ya erişilmesi güç ve saygın bir unvana sahip olacak veyahut da birçok araştırmasını gerçekleştirdiği ve kendisine geniş imkânlar sağlayan Cavendish Laboratuvarı’ndan vazgeçecekti. O sırada maddi sıkıntılar içinde olan ve evlilik hazırlığı yapan Rutherford, eğer Kanada’ya giderse bu sıkıntılarının büyük kısmından kurtulacaktı. Nihayetinde Kanada’ya gitmeyi tercih etti. Sıkı bir rekabet duygusuna sahip olan Rutherford, Kanada’da iken Thomson’a yazdığı mektuplarda yalnızlık çektiğini belirtecekti. Ancak yine de Kanada’ya gidişi doğru bir karar oldu. Kendisini, bilim dünyasından uzaktaymış gibi hissetmesine rağmen Kanada’ya gidişinin üzerinden bir yıl geçmeden Avrupa’nın genç bilim adamları, onun yanına, Montreal’e gelmek için can atmaya başlamışlardı.
McGill’de çalıştığı 10 yıl gibi kısa bir süre içerisinde radyoaktif atomların, kendi kendilerine hem de farklı özelliklere sahip atomlara dönüştüğünü ispatladı.
Rutherford, radyoaktivitenin günlük yaşamda da kullanılabileceğini düşünüyordu. Kısa zaman içinde her radyoaktif maddenin, yarım miktarlık bir kısmının bozunması (ayrışma veya çözünmesi) için gerekli olan sürenin (maddelerin yarı ömürlerinin) hep aynı olduğunu fark etti. Maddelerin sabit ve güvenilir olan ve hiç değişmeyen bu bozunma hızlarının, saat gibi bir çeşit zaman belirleyici olarak da kullanılabileceğini belirledi. Eğer bir maddenin ne kadar radyasyonu olduğu ve hangi süratte bozunduğu bilinirse, geriye doğru yapılacak bir hesaplamayla o maddenin yaşının belirlenebileceğini düşünüyordu. Bu düşüncesini hemen deneylerine uyguladı ve parça uranyumlu maden cevherinin 700 milyon yıllık olduğunu hesapladı.
Radyoaktivite konusundaki başarıları 1903’te Royal Society üyeliğine seçilmesini sağladı. Aynı yıl alfa ışınlarının, elektrik yüklü ve manyetik alanlarda sapmaya uğradığını ve bu ışınları artı elektrik yüklü parçacıkların oluşturduğu neticesini elde etti. Bunun yanı sıra artı elektrik yüklü bu parçacıkların hızlarını ve elektrik yükü/kütle oranını ölçmeyi başardı. 1904’te ‘Radyoaktiflik’ isimli eserinde bu alandaki araştırmalarının sonuçlarını yayınladı. Eserinde radyoaktiflik etkinliğinin, sıcaklık ve kimyasal değişimler gibi dış etmenlerden etkilenmediğini, radyoaktif süreçlerde kimyasal tepkimelere nispeten daha fazla ısı açığa çıktığını, radyoaktif dönüşümlerin sonucunda da kimyasal nitelikleri farklı yeni ürünlerin ortaya çıktığını yazdı. Aynı yıl, Royal Society’nin başarılı bilim adamlarına verdiği Rumford Madalyası’nı kazanacaktı.
1904’te Londra’ya giderek İngiliz Kraliyet Enstitüsü’nde ‘yeni radyoaktif bozunma kuramı’ hakkında konferans verdi. Konferansa katılanlar arasında dünyanın 24 milyon yaşında olduğunu savunan Lord Kelvin de vardı. Kelvin başka ısı kaynağı bulunması halinde Dünya’nın yaşı üzerindeki hesaplarının geçerliliğini yitireceğini söylüyordu. Rutherford, konferansta Kelvin’in bahsettiği bu kaynağı bulduğunu söyledi. Radyoaktivite sayesinde, Yerküre’nin yaşının, Kelvin’in iddiasının aksine 24 milyon yıl değil, çok daha fazla olduğunu söyledi.
Çekirdekli Atom Modeli’ne geçiş…
Rutherford, McGill Üniversitesi’nde çalıştığı yedi yıl boyunca seksen bilimsel makale yayınladı. Kendisine birçok üniversite profesörlüğü teklif edilmesine rağmen, 1907’de Manchester Üniversitesi’nin önerisini kabul ederek, İngiltere’ye döndü. Alfa ışınları üzerindeki araştırmalarını burada da sürdürdü; ancak Manchester’a geldiğinde ilk ele aldığı konu atomun yapısı oldu. Asistanı Hans Geiger ile geliştirdikleri parçacık sayacı denen bir aletle radyumun saldığı alfa parçacıklarını tek tek saydı ve tek bir alfa parçacığının toplam elektrik yükünü hesapladı.
Araştırma yaparken beta parçacıklarından sekiz bin kat daha yoğun olan alfa parçacıklarını kullanmanın daha faydalı olacağı kanısına varan Rutherford, alfa parçacıklarının ince bir altın yaprağına çarptığında nasıl dağıldıklarını inceledi. Alınan sonuçlara göre, parçacıklar, altın yapraktan doğrudan geçiyor gibi görünüyordu ve görünürde altın yaprağının yapısında geçişi engelleyecek hiç bir atom yoktu. Ancak yaprağa çarpan alfa parçacıklarının yaklaşık yirmi binde biri geri tepiyordu.
Rutherford, bu deneylerinde atomun yapısına dair ipuçları elde etti. Atomun kütlesi pozitif elektrik yüklü bir çekirdekte toplanmış olmalıydı. Çekirdek etrafında hızla dönen elektronlar negatif yüklüydü ve nispeten daha küçüktü. Rutherford, atomun yapısının güneş sistemine çok benzediğini gördü. Böylece alfa parçacıklarının altın yapraktan hiçbir engelle karşılaşmadan geçmeleri açıklık kazanmış oldu.
Rutherford, 1908’de alfa parçacığının, iki elektronunu da kaybetmiş helyum çekirdeği olduğunu buldu. Alfa parçacıklarının ince metal levhalardan geçerken artı yüklü olduğunu, geçiş sırasında ise metal atomlarındaki artı yüklerin itmesinden dolayı küçük sapmalara uğradığını hesapladı. Gerçekten de deney safhasında alfa parçacıklarının genel olarak çok küçük sapmalar gösterdiği, ama arada büyük açılarla sapan parçacıkların da bulunduğu, hatta bazen bir parçacığın hareket yönünü değiştirip geriye döndüğü tespit edilecekti.
Rutherford’a göre bu olay, bir merminin bir kâğıda çarparak geri dönmesi gibi bir şeydi ve bu durum, o zaman için kabul edilmiş olan atom modeline uymuyordu. Böyle bir şeyin olabilmesi için atomdaki bütün artı yüklerin ve kütlenin çok küçük bir hacimde yoğunlaşmış olması gerekiyordu. Rutherford’a göre bunun bir tek açıklaması vardı: “Geri dönen parçacıklar atomun merkezindeki küçük ve yoğun bir şeye çarpıyor, diğerleri ise hiçbir engelle karşılaşmadan atomun içinden geçip gidiyordu.” Atomun merkezinde çok yoğun bir çekirdek olduğu çok açıktı. Rutherford’un, buna dayanarak oluşturduğu atom modeli, Rutherford Atom Modeli ya da Çekirdekli Atom Modeli olarak isimlendirilecekti.
Bu çalışmaları, Rutherford’a aynı yıl Nobel Kimya Ödülü kazandırdı. Ama Nobel Ödülü’nü fizik alanında değil, küçümsediği kimya alanında almıştı.
Ayrılmak Zorunda Kaldığı Cavendish’ın Başına Geçti
Rutherford, Nobel Ödülü’nü kazandıktan 6 yıl sonra 1914’te ‘Lord’ unvanını aldı. Birinci Dünya Savaşı yıllarında sualtı akustiği ve denizaltıların algılanması üzerine çalışmalarda bulundu. 1919’da bir zamanlar ayrılmak zorunda kaldığı Cavendish Laboratuvarı’nın başına geçti ve Cavendish, onun yönetiminde dünyanın en deneysel fizik merkezlerinden biri halinde geldi. Burada da alfa ışınları üzerine çalışmalarını sürdürdü ve 1919’da ilk kez bir elementi yapay yoldan başka bir elemente dönüştürdü. Azot atomunun, alfa parçacıkları ile bombardımanı sonucunda gerçekleştirilen bu ilk yapay dönüşüm, nükleer enerji çağının da başlangıcı oldu.
Dönüşüm deneyinde alfa parçacıklarının, nitrojen atomları gibi daha hafif atom çekirdeklerine çarptığında geriye dönmeyip çekirdekle kaynaştığını ve nitrojen atomunun oksijen atomuna dönüştüğünü gören Rutherford, çekirdeğin temel taşı saydığı pozitif yüklü bu parçaya ‘proton’ adını verdi. Ancak deneyde kütle olarak diğerlerine benzeyen; ama elektrik yükü olmayan üçüncü bir parçacık daha keşfetti. Bu parçacık daha sonra 1932’de Rutherford’un asistanı James Chadwick tarafından ‘Nötron’ olarak isimlendirildi.
Kendisiyle birlikte ileride büyük işlere imza atacak fizikçiler ve kimyacılar yetiştiren Rutherford, bu alanda öngörülerinden çok azı yanlış çıkmış nadir insanlardan biridir. En büyük yanılgısı da atom çekirdeğindeki enerjinin, hep orada kalacağı şeklindeki düşüncesiydi. Ölümünden sadece iki yıl sonra, çekirdekteki enerjiden atom bombası imal edileceği düşüncesi, artık kabul edilebilir bir varsayım olmuştu. Ancak Rutherford, Hiroşima ve Nagazaki’ye atılan atom bombalarını görme talihsizliğini yaşamaktan kurtulacaktı.
1922’de Royal Society’nin en büyük ödülü olan Copley Madalyası’nı alan Rutherford, 1925’te aynı kurumun Başkanı oldu. 1931’de ‘Baron’ unvanı aldı. Ciddi bir fıtık rahatsızlığı geçirdiği 1937 yılının 19 Kasımında öldü.
Kaynak : Ali Çimen – Tarihi Değiştiren Bilginler