Atom Teorisinin Evrimi – 1: Thales’ten Thomson’a Atom (MÖ 6. Yüzyıldan, MS 20. Yüzyıla)

İnsanlık, geçirdiği düşünsel evrim sürecinin ilk zamanlarından beri maddeyle sürekli etkileşim halinde oldu. Zaman içerisinde maddeye şekil verdi ve kendi ihtiyacı doğrultusunda kullandı. Hiç kuşku yok ki uygarlığımız, çevreyle kurulan uyumun sonucunda oluşturulabildi. İlk toplumların ortaya çıkmasıyla artan refah düzeyi ve kazanılan bilincin eşsiz bir getirisiyle insanoğlu, çevreye dair felsefi sorular sormaya başladı.

Yapısı gereği bilim ve antik çağlarda henüz bilimin ayrışmadığı haliyle felsefe, özgür düşünce ortamına muhtaçtır. Tarihimiz önemli bilimsel atılımlar gerçekleştiren toplumların daha sonra devamını sağlayamadıkları hoşgörü ortamlarının neticesinde yüzyıllarca aydınlanmanın gerisinde kalmalarına şahit olmuştur. Bu doğrultuda yazılı tarihimizin düşünce özgürlüğünü barındıran ilk toplumlarından birinin Antik Yunan toplumu olduğu söylenebilir. Bugün doğaya ilişkin zihnimizi dolduran nice bilgiler, bu toplumda yaşamış filozofların sordukları sorulara verilmiş nihai yanıtlardan oluşuyor. Bu anlamda bilimsel ilerleyişimiz, tarihin kaydettiği bütün aydın fikirli insanlarımızın omuzlarında yükselmiş katı bir bütünsellik arz etmekte. Atomla tanışma maceramız da bilimin bu sistematik özelliğinden muaf olmayarak Antik Yunan’da sorgulayıcı bir zihin tarafından sorulmuş “ilk soru” ve ona sezgisel yolla verilmiş “ilk cevap”la başlıyor.

Thales ve “Arkhe”si

Antik Yunan toplumunun bu sorgulayıcı zihni, tarihimizin ilk filozoflarından olan ve felsefenin babası sayılan Thales’tir. Günümüze ulaşan hiçbir eseri bulunmayan ve düşüncelerini dönemin diğer yazarlarının yapıtlarından elde edebildiğimiz Thales’i binyıllara yayan ve onu insanlığın atomla tanışma serüveninin ilk adımına koyan özelliği sadece birtakım şeyleri merak etmesiydi. Çevresinde neler olup bittiğini öğrenmek istiyordu ve maddeyi oluşturan “şey”in ne olduğu sorusunu ortaya attı. Ona göre bu şey su olmalıydı. Hiç kuşku yok ki bu sezgisel bir cevaptı fakat gözlemsel boyutu da vardı. Thales ezilen bazı şeylerden su çıktığını ve bitkilerin büyümesi için suya ihtiyaçları olduğunu gözlemleyerek bu yargıya varmıştı.

1

Thales (MÖ 624-546)

Başka bir söylenceye göre Thales bu düşünceye dağların tepelerinde bulduğu bazı deniz canlısı fosiller aracılığıyla ulaşmıştı. Maddenin temel öğesinin su olduğunu düşünmesi onu, dünyanın, denizde yüzen bir gemi gibi suyun üzerinde yüzdüğü görüşüne götürdü. Bu kadarla kalmadı ve depremlerin, dünyanın üzerinde yüzdüğü suda meydana gelen birtakım hareketlilikler neticesinde oluştuğunu savundu. Thales’i dünyanın suda yüzdüğünü düşündüren şey ne olursa olsun onun getirdiği cevap doğal olanı açıklamak için doğaüstüne başvurmayıp yine doğal olan üzerinden gitmesiyle önem taşır ve bilimsel düşünceyi oluşturan ilk adım olarak görülür. Şaşırtıcı olan ve bilimi sarsılmaz kılan şudur ki; yazılı tarihimizde ilk olarak Thales’in sorduğu maddenin temel öğesi nedir sorusu bugün hala parçacık fizikçilerini yeni gizemlere götüren temel dürtüyü sağlıyor.

Aslında Thales’in düşüncesi “Her şeyin arkhesi sudur.” şeklindeydi ve bu ifadede doğaya dair önemli bir terim barınıyordu. “Arkhe”yi, Thales ve onun ardından bu soru üzerine kafa yoran dönemin diğer filozofları “temel”, “ana madde” anlamlarında kullanmışlardı.

Antik Yunan’da maddenin temel öğesine ilişkin kafa yoran yalnız Thales değildi. Thales’in öğrencisi Anaksimandros da bu soruya son derece önemle karşılanacak bir cevap verdi.

Anaksimandros, Anaksimenes ve Heraklitos

Anaksimandros’a göre arkhe, apeiron’du. Eski Yunancada peiron sınırlı anlamına gelir ve sözcüğün başındaki “a” eki olumsuzluk anlamı taşır. Anaksimandros’u bu düşünceye iten Thales’in arkhe’si olan su’yu yetersiz bulmasıydı. Ona göre maddenin temel öğesi somut olarak belirlenemezdi ve dünyada gözlenememesi gerekliydi. Anaksimandros apeiron kavramını oluşturarak zıtların birleşimine vurgu yapıyordu. Ateş ve su gibi çiftlerin birbirini yok etmesiyle apeiron oluşuyordu. Dolayısıyla her şeyin başında bütün maddeler zıtlığın güdümüyle apeiron’dan meydana gelmişti. Bu önermeyle birlikte bütün maddelerin bir zıttı olduğu fikri ortaya çıkıyordu ve bu bugün itibariyle bize oldukça tanıdık geliyor.

2

Anaksimander (MÖ 611-546)

Anaksimandros, madde ile karşı madde birleşince ortaya saf enerji çıkması gerçekliğini ilkel düzeyde de olsa açıklayarak düşünsel bir zirveye oturmuştur. Onun bu görüşü zamanının haylice ilerisindeydi ve çağdaşları tarafından anlaşılmaktan uzaktı. Nitekim takipçisi sayılabilecek Anaksimenes, Thales’in yorumuyla benzer nitelikte arkhe’yi somut olarak belirtti ve onun hava olduğunu söyledi.

Anaksimenes’in neden havayı tercih ettiği anlaşılabilir. Hava, suya oranla yaşamsal anlamda daha büyük bir zorunluluk teşkil eder. Hava sıkışıp gevşeyebilen bir şeydir ve bu şekilde suyu ve ateşi meydana getirebilir. Sonrasında su da sıkışarak toprağı ve nihayetinde taşı meydana getirebilir. Anaksimenes arkheyi hava olarak belirlerken neyi düşünmüş olursa olsun bilimsel argümanların yeni yeni filizlendiği coğrafyada önemli bir düşünür ve sorgulayıcı olmuştur.

3

Anaximenes (MÖ 585-528)

Antik Yunan felsefesinde çok önemli bir yeri olan Heraklitos da bu konuyla ilgili görüş bildirmekten uzak durmadı. Ona göre de her şey ateşten meydana geliyordu. Dünyamız ve tüm evren sonsuz olarak yanan bir ateşten oluşmuş ve bir vakit sonra her şey tekrar ateşe dönüşecekti.

4

Heraclitus (MÖ 535-475)

Daha sonrasında sahneye Empedokles çıktı. O temel öğe olarak tek bir nesne belirlemedi kendinden öncekilerden de yola çıkarak sayıyı dörde çıkardı. Ona göre doğanın temel dört öğesi vardı ve bütün maddeler bu dört öğenin çeşitli birleşimlerinden meydana gelmişti. Hepimizin aşina olduğu şekilde bu dört temel öğe, ateş, su, hava ve topraktı. Empedokles’e göre bu dört temel öğe evrenin başlangıcından beri vardır ve miktarı hiç değişmemiştir. Diğer tüm maddeler bunlar arasındaki birleşimlerden meydana gelmiştir. İlk birleşme çatışma olarak tanımladığı su ve ateş arasında meydana gelmişti. İkinci birleşmeyse toprak ve su arasında gerçekleşmiş ve Empedokles bunu sevgi olarak tanımlamıştı. Getirdiği önemli bir yorum ise diğer tüm maddelerin bu birleşmelerin farklı oranlarda gerçekleşmesiyle oluştuğu düşüncesidir. Empedokles bu düşüncesiyle elementlerin farklı oranlarda bir araya gelerek farklı bileşikler oluşturduğu günümüz gerçekliğine önemli bir yaklaşım sergilemiştir.

Empedokles’in ortaya attığı fikir, dönemi açısından değerlendirildiğinde kayda değerdi fakat önemli bir simetri sorunu vardı. Bu simetri sorunu tarif ettiği birleşmelerde değil bütünlükte bazı sorunlar çıkarıyordu. Empedokles’in dört arkhesi olan toprak, su, ateş ve havayı karıştırınca onun tarifleriyle ilgisi olmayan bir bütünleşme meydana geliyordu. Maddeyi oluşturan temel öğelerden bahsederken birleşmeleri bütünlükte de görebilmek teoriyi daha da güçlendirebilirdi.


5  Empedokles (MÖ 490-430)

Henüz hiçbiri günümüzde temel aldığımız önermeyi oluşturamamış olsa da bu antik Yunan filozofları bilimsel ilerleyişin önemli bir taşıyıcısı olmuşlardır. Nihayetinde soruyu soran onlardır fakat bazı durumlarda, daha sağlıklı cevaplar edinebilmek adına elinizde bulundurduğunuz soruyu önemli gözlemsel sonuçları doğurabilecek ikinci bir soruyla desteklemek faydalı olabilir. İkinci soruyu ilk kimin sorduğunu bilemeyiz fakat kimin bu sorunun ne derece üstüne gittiğini anlayabiliriz çünkü bu sorunun üstüne gitmek sorgulayıcı bir zihni kaçınılmaz olarak bir bilimsel devrime götürecektir.

Maddenin temel öğesini ararken soracağımız soru basittir. Herhangi bir cismi parçalarına ayırabiliriz. Parçalardan herhangi birini alıp tekrar parçalarına ayırabiliriz. Belki bir kez daha aynısını yapabiliriz. Peki, bu işlemi nereye kadar sürdürmek mümkündür?

Demokritos: Maddeyi Anlamada Devrim

M.Ö. 4. yüzyılda yaşamış olan Demokritos’u bilimsel anlamda devrimci yapan şey, bu sorunun üstüne gitmesi ve doğru bir yaklaşım sergileyebilmesiydi. Demokritos öncesinde maddenin temel öğesini arayan filozoflar parçalama işlemini sonsuza kadar yapabileceklerini düşünmüşlerdi. Çünkü onların madde anlayışı sürekliydi. Oysa Demokritos’a göre parçalama işleminin son bulacağı bir nihai öğe olmalıydı. Daha küçük parçalara ayrılamayacak olan bir nihai parça. Demokritos bu temel öğeye “bölünemeyen” anlamına gelen “atomos” yani “atom” ismini verdi. Doğadaki bütün madde çeşitleri atomların birleşiminden meydana gelmişti ve atomlarla her nesne yapılabilirdi. Demokritos’u önemli kılan bu kadarla kalmaz ve teorisini sağlamlaştırmaya yönelik başka sorularla da muhatap olur: Peki, atomlar tüm maddeleri oluştururken neredeler? Neyin içinde hareket ederek birleşiyorlar?

6

Demokritos (MÖ 460-370)

Demokritos atom kavramını ortaya atmasıyla kuşandığı bilimsel devrimci unvanını zedelemeyecek şekilde bu sorunun altından da ustalıkla kalkmayı başarır. Atomların içinde oldukları şeyi boşluk olarak tanımlar. Onun boşluğu tanımlaması, bunu zihninde canlandırabilmesi önemli bir düşünsel harekettir. Demokritos’un üstün bir kavrayışla oluşturduğu boşluğun içinde var olan, hareket eden ve birleşen atomları, günümüzde pek az eklemeyle gerçekliğe oturttuğumuz bir olgudur. Bu anlamda Demokritosla gerçekleşen düşünsel hareket, insanoğlunun atomla tanışma serüveninde attığı ilk sağlam adımdır. Kuşkusuz bu atılım daha öncesinde hedefi tam anlamıyla bulamamış önceki filozofların yol göstericiliğiyle gerçekleşebilmişti çünkü bilimsel ilerleyişler başarılı veya başarısız birçok öngörüyle ayrılmaz bir bütünlük teşkil etmektedir.

Karanlığa Gömülüş ve Aydınlanma: Orta Çağ’daki Duraklama

Demokritosla birlikte Antik Yunan döneminde zirveye oturan maddenin temel öğesine yönelik kavrayış daha sonrasında tamamıyla terkedildi. Platon ve Aristo’yla birlikte materyalist düşünce yerini idealizme bıraktı. Bu nedenle bilimsel ilerlemeyi kamçılayan gözlemsel araçlara başvurma ihtiyacı önemini yitirdi. Atomları gözlemek veya teoriyi sınamak adına hiçbir şey yapılmadı. Antik Yunan’dan sonra birtakım hurafelerin benimsendiği dönemde hoşgörü ve özgür düşünce terkedildi. Avrupa, Orta Çağ karanlığına gömülürken İslam dünyası bilimi devraldı. Önemli atılımlar gerçekleşti ancak maddenin temel öğesiyle ilgili atom teorisini sınamaya veya geliştirmeye yönelik kayda değer bir çalışma orada da yapılmadı.

Böylelikle Demokritos’un ortaya attığı atom fikri sınanmak ve geliştirilmek için yüzyıllarca bekledi. Dinler, imparatorluklar, savaşlar, kıyımlar arasında geçen zaman insanlığa acıdan başka bir şey vermemişti. İslam dünyası ilk birkaç yüzyılından sonra bilimsel atılımlarına yavaş yavaş son verirken Avrupa toplumu karanlığın içinden zorlu da olsa sıyrılıyordu. 17. yüzyılla birlikte birçok değerli aydının önderliğinde başlayan düşünsel bir hareketle deyim yerindeyse Avrupa kabuklarını sonunda kırmıştı. Yeni yeni filizlenen düşünce özgürlüğü ortamında yine bildik sorgulayıcı zihinler çokça zamandır duraksamış olan bilimsel ilerleyişi devraldılar.

Başlarda Kopernik, Bruno ve Galilei gibi öncüler dönemin kalıplaşmış düşünceleri tarafından baskı altına alınmış hatta acımasızca mahkûm edilmiş olsalar da uyanış toplumsal boyuttaydı. Kısa zamanda doğanın gerçeklikleri karşısında baskıcı unsurlar geri plana itildi ve bu ortamda yeniden bilimsel ilerlemeler birbiri ardına gerçekleşmeye başladı.

Atom teorilerinin gelişimi için kabuğunu kırmakta olan Avrupa’da ilk adım Lavoisier tarafından atıldı. Fransa’da varlıklı bir ailenin çocuğu olarak dünyaya gelen Lavoisier kendi imkânlarıyla bir laboratuvar kurdu ve burada önemli deneyler gerçekleştirdi. Öyle ki bu deneyler onun kimyanın babası olarak değerlendirilmesine yol açtı. Aslında o dönemde onun gibi kimyayla ilgili çalışmalar yapan başka insanlarda vardı fakat onu önemli kılan uyguladığı deneylerinin sonuçlarını bir teoriye oturtabilmesiydi. Bu anlamda çeşitli gazları elde etmeyi başaran Cavendish ve Priestley hidrojen ve oksijenin birleşerek su oluşturduğunu 1781’de gözlemlediler. Daha sonra bu deney çalışmalarını öğrenen Lavoisier deneyleri tekrarladı ve sonuçlarını 1783’te Bilim Akademisine sundu.

7

Lavoisier ve eşi Marie Paulze (26 Ağustos 1743 – 8 Mayıs 1794)

Deney sonuçları hayli sarsıcıydı çünkü o dönemde hala Empedokles’in dört temel elementi kabul görüyordu. İki ayrı gazın kapalı bir kap içerisinde birleşerek su oluşturması suyun temel öğe olmadığı anlamına geliyordu. Bu durumda ya bu dört temel öğenin içinden su çıkartılacak ya da bu fikir topyekûn terkedilecekti. Henüz ortada Demokritos’un unutulmuş atomlarını tartışan kimse yoktu. Eldeki delillerde buna yetersizdi. Bu aşamada Joseph Proust çalışmaları ilerletti. 1799 yılında, kapalı kapta su oluşurken hidrojen ve oksijenin yalnız belli oranlarda birleştiklerini fark etti. Örneğin; 18 gram suyu oluşturmak için 16 gram oksijen ve 2 gram hidrojen gerekiyordu. Kaba daha fazla oksijen veya hidrojen gönderilmiş olsa dahi fazla olan kısım suyun oluşumuna hiçbir katkı sağlamıyordu. Proust önemli bir yasayı keşfetmişti ve buna “sabit oranlar yasası” denildi.

John Dalton: Sistematik İlk Atom Modeli

Atom düşüncesine giden yolda sistemli bir model oluşturan ilk kişi John Dalton oldu. Dalton, Proust’un yasası üzerine çalışırken bir sorunla karşılaştı. Zaman zaman iki elementin birleşiminde farklı bileşikler ortaya çıkabiliyordu. Örneğin karbon ve oksijen üzerine çalıştığında kimi zaman biri çok zehirli olan karbonmonoksit kimi zamanda yaşamsal olarak ihtiyaç duyduğumuz karbondioksit oluşuyordu. Bu çelişkinin üzerine gitmeyi denedi ve deneyini her tekrarladığında kaba gönderdiği karbon ve oksijenden birini sabit tutarak diğerini kontrollü olarak arttırdı. Çok geçmeden önemli bir yasa keşfettiğini fark etti ve 1804 yılında “katlı oranlar yasası” doğmuş oldu. Yasayı anlamak adına örnek vermek gerekirse karbondioksitin 44 gramında 12 gram karbon 32 gram oksijen, karbonmonoksidin 28 gramında ise 12 gram karbon 16 gram oksijen vardır. Bu doğrultuda her iki bileşikte de 12 gram karbona karşılık karbondioksitte 32 gram oksijen karbonmonoksitte 16 gram oksijen olmuş olur. İki bileşikteki oksijen kütleleri arasında 32/16=2 olmak üzere katlı bir oran vardır.

8

John Dalton (6 Eylül 1766 – 27 Temmuz 1844)

Dalton, Proust’un yasasının üzerine yeni bir yasa keşfedince maddenin doğası üzerine düşünmeye koyuldu. Elementlerin birbirleriyle belli oranlarda birleşmesi maddenin temelinde bölünemeyen parçacıklara yani atomlara işaret ediyordu. Elementler arasındaki bu “basit, sabit, tam sayılar” aslında atomların oranıydı. Düşüncesinde son derece haklıydı ve bu doğrultuda 1805 yılında ilk atom modelini geliştirdi:

  1. Bütün maddeler atom adı verilen çok küçük parçalardan oluşur ve bu atomlar bölünemez, var edilemez ve yok edilemezdir.
  1. Bir elementin bütün atomları şekil, kütle ve hacim gibi özellikleri bakımından birbirinin aynı olmakla birlikte diğer elementlerin atomlarından farklıdır.
  1. Kimyasal reaksiyonlar farklı element atomlarının birleşmesinden ibarettir. Bu atomlar birbirleri ile basit ve tam sayılarla ifade edilebilecek oranlarla birleşirler.

9

Dalton’un “küresel” atom modeli

Dalton bu kadarla yetinmeyerek 1808’de yayımladığı “Yeni Kimya Felsefesi Sistemi” isimli kitabında atom fikrini biraz daha ileriye taşıdı. Deneylerinde elde ettiği bileşiklerinin kütle oranlarını birbirleriyle karşılaştırarak birtakım basit matematiksel oran uğraşı sonucunda en hafif atomun hidrojen olduğunu saptadı. Suyun oluşumunun iki hidrojen atomunun bir oksijen atomuyla birleşerek gerçekleştiğini gördü. Bir element listesi hazırladı ve atom ağırlıklarını hidrojenin katları cinsinden belirtti.

Dalton’un Bilimde Açtığı Kapı: İlk Periyodik Cetvelin Geliştirilmesi

Fikirsel temeli çok eskilere dayanmış olmasına karşın atom kavramını bir hayli dolaylı olan yöntemlerin neticesinde ortaya koyabilmiş olması Dalton’a üstün bir hayalgücü ve kavrayış yüklüyor. Onun bu üstün niteliklerine rağmen her bilimsel atılım gibi atom fikri de bir takım dirençle karşılaştı. Üstelik bu dirençler yine bilim camiasından geldi. Birçok filozof ve bilim adamı algılanamaz ve bölünemez parçacıkların varlığını düşünmekten uzaktı. Dönemin ünlü filozofu Willam Whewell 1840’ta yayımlanan “Philosophy of the Inductive Science” adlı çalışmasında şöyle diyordu:

“Ama eğer atomik kuram öne sürülecekse ki buna göre kimyasal elementler bölünemeyen parçacıklardan oluşmaktadır, şunu belirtmeden geçemeyiz ki, kimyasal araştırma bunu kanıtlamamıştır ve hatta hiçbir doyurucu kanıt ortaya koyamamıştır.” 

Atom görüşünü benimsemeye yanaşmayan kimyacılarsa, atom fikrinin kimyasal birleşimleri açıklamakta yalnızca basit bir kolaylık sağladığı, fiziksel gerçekliğinin olmadığı görüşündeydiler. Nitekim 1867’de ünlü kimyacı Friedrich August Kekule da atom fikrini benimsemekten uzaktı:

“Atomların var olup olmadığı sorusu kimyasal bakış açısıyla hiçbir önem taşımamaktadır; bu tartışma metafiziğe ait bir tartışmadır.”

Tüm bu olumsuz fikirlere rağmen atom düşüncesi üzerinde çalışılmaya değerdi. Bilim insanları sürekli devam ettirdikleri deneylerinde yeni kimyasal atom türleri keşfediyordu. Günden güne kabaran liste doğanın zarafetine gölge düşürmek istercesine kabarıklaşıyordu. Acaba bütün bu elementleri birbirine bağlayan basit ve tekrarlanan bir uyum var mıydı? Giderek büyüyen element listesi nasıl sadeleştirilerek bir sisteme oturtulabilecekti?

Bu defa bilimsel sıçrayış, sorgulayıcı bir zihnin dahiyâne fikirlerinden değil yalnızca düzenli bir sistem kurabilme çabasının sonucu olarak gerçekleşti. Bu uğurda bir endüstri kimyacısı olan John Alexander Newlands 1864’te atom ağırlıklarına göre sıraladığı atomların ilk 8’inden sonra benzer fiziksel ve kimyasal özelliklerin tekrar ettiğini keşfetti ve bir tablo hazırladı.

Newlands ilk periyodik tabloyu hazırlayan kişi olsa da onu geliştirenler Julius Lother Mayer ve Dimitri Mendeleyev oldu. Mayer ve Mendeleyev benzer sonuçlara gitmelerine karşın Mendeleyev henüz bulunmamış elementleri öngörmesiyle periyodik tablonun babası kabul edilir. Mendeleyev’in 1869’da oluşturduğu tabloda henüz keşfedilmemiş olduğunu düşünerek boş bıraktığı yerler birkaç yıl içinde onun öngördüğü şekilde dolduruldu.

10

Mendeleyev’in ilk hazırladığı periyodik cetvel taslağının orijinali

Kimyacılara Güç Katan Dehalar: Fizikçilerin Konuya Dahil Oluşu

Periyodik tablonun oluşumuna kadar atom düşüncesiyle uğraşanlar hep kimyacılar olmuştu. Maddenin doğasını, maddeler arasındaki ilişkileri araştırıyor olmaları onları doğrudan atoma götürmüştü. Buraya kadar bilim adamlarının zihninde atomun yapısına dair bilgiler içeren herhangi bir resim yoktu. Fakat diğer taraftan onyıllardır doğanın temel bir kuvvetini; elektriği anlamaya çalışan fizikçilerin yolları da atoma dair yapılacak keşiflere doğru gidiyordu. Onların keşifleri, “bölünemez” zannedilen atom fikrini kökünden sarsacaktı.

Elektriği anlamaya çalışan fizikçiler kendilerine iyi düşünülmüş ve biraz da eğlenceli bir deney aleti geliştirmişlerdi. William Crookes tarafından geliştirildiğinden Crookes tüpü olarak bilinen bu alet, havası boşaltılmış uzun cam bir tüpün içine istenilen gazın düşük basınçta verilmesi ve tüpün iki ucuna yüksek gerilim uygulanmasıyla elde ediliyordu. Tüplü televizyonların çalışma mantığını içeren ve günümüzde kendine ancak laboratuvarlarda yer bulabilen bu alette uygulanan yüksek gerilim nedeniyle eksi uçtan (katottan) artı uca doğru (anoda) giden ışınlar görülür. Bu ışınlara katot ışınları denir ve bu doğrultuda Crookes tüpü zaman zaman katot ışınları tüpü olarak da adlandırılır.

Elektronun Keşfi ve Thomson’un Atom Modeli

1897’de katot ışınlarının doğasını anlamaya çalışan bir fizikçi atoma dair önemli bir keşfe imza attı. İngiliz fizikçi Joseph John Thomson laboratuvarında bir katot ışın tüpü oluşturdu ve beklediği üzere katottan çıkan ışınlar anoda doğru yöneliyorlardı. Thomson bu ışınları biraz incelemek istedi ve anotta küçük bir delik açarak karşısına floresan bir ekran koydu. Floresan ekrana çarpan katot ışınları ekranda küçük noktaların parlamasına neden oluyordu. Bu doğrultuda ışınların parçacıklı yapıda olduklarını anladı. Parçacıkların bir elektrik yüke sahip olup olmadığını ortaya çıkarmak için yolları üzerine birbirine paralel iki adet metal levha yerleştirerek ikinci bir pille levhaları zıt olarak yükledi. Böylelikle levhalar arasında bir elektrik alan yaratmış oldu ve eğer katottan çıkıp anota giden ışınlar bir elektrik yüküne sahiplerse yollarının sapması gerekecekti. Deneyini gerçekleştirdiğinde katot ışınlarının yollarının saptığını gördü ve sapma artı yüklü levha yönünde oluyordu. Zıt yükler birbirini çekeceğinden katot ışınlarını meydana getiren parçacıkların eksi yüklü olduğu anlaşılıyordu.

11

Joseph John Thomson (18 Aralık 1856 – 30 Ağustos 1940)

12

Thomson’ı elektronun keşfine götüren deney düzeneği

Thomson katot ışınlarının elektrik yüklü olduğunu görmüştü fakat ona dair daha temel özelliklere sahip olabilmesi için biraz daha bilgiye gereksinim duyuyordu. Amacı parçacığın karakteristik özelliklerini belirleyebilmekti ve hız bilgisi işine yarayabilirdi. Bu doğrultuda katottan çıkan ve elektriksel alan dolayısıyla yolundan sapan parçacığın, sapmasına engel olacak ölçüde etkiyecek şekilde bir manyetik alan oluşturdu. Böylelikle parçacık sanki hiçbir etki altında değilmiş gibi doğrusal olarak gidecekti. Zıt yönde oldukları için parçacığı yolundan saptırmayan elektrik ve manyetik kuvvetlerin büyüklüğünü kullanarak enerji denkliği sayesinde hız bilgisini elde edebilecekti. Daha sonrasında ise kuvvetlerin denkliğiyle de parçacığın yük/kütle değerine ulaşacaktı. Hesabı ve düşüncesi tamamıyla doğruydu. Bulduğu değerse gerçeğe oldukça yakındı. Deneyini farklı şartlar altında özellikle de katot malzemesini ve tüpün içindeki gazı değiştirerek de defalarca tekrarladı fakat sonuç hiç değişmedi. Her seferinde aynı yük/kütle değerine ulaşıyordu. Bu eksi yüklü parçacık, malzeme ne olursa olsun değişmediğine göre temel bir parçacıktı ve Thomson ona “elektron” ismini vermeyi uygun gördü.

Thomson’ın bu deneyi ve sonrasındaki temel fizik hesabı atom düşüncesinin önemli bir adımı olarak görülür. Çünkü sonucunda yeni bir atom modeli oluşabilmiştir. Thomson elektronu keşfetti ve bu keşif elbette Dalton’un bölünemez atomlarına ağır bir darbe vurdu. Deneyde kullandığı malzeme ne olursa olsun sonuç değişmediğinden Dalton’un savunduğu şekilde her elementin atomları birbirinden tamamıyla farklı olmamalıydı. Her atomda, keşfettiği elektron kendine yer bulabilmeli ve bu elektron, atomunu terk edip tüpün içinde gezebildiğinden atomun bölünemezliği düşüncesi terk edilmeliydi. Öte yandan elektron eksi yüklü bir parçacıktı fakat atomlar yüksüzdü. Öyleyse atomun içinde bu yük dengesini sağlayacak artı yükler olmalıydı. Diğer bir tespitse elektronun yük/kütle oranının çok yüksek olmasıydı. Bu elektronun kütlece çok küçük olduğu anlamına geliyordu. Bütün bu bilgiler ışığında Thomson yeni bir atom modeli oluşturdu ve modelinde atomun artı yükten oluştuğunu içinde eksi yüklü gömülü elektronlar barındırdığını söyledi:

  1. Atom artı yüklü maddeden oluşmuştur.
  1. Elektronlar bu artı madde içinde gömülüdür ve hareket etmezler.
  1. Elektronların kütleleri çok küçüktür bu yüzden atomun tüm kütlesini artı yüklü madde oluşturur.
  1. Atom küre şeklindedir.

13

Thomson’un “Üzümlü Kek” Atom Modeli

Thomson’ın atom modeli elektronları hareketsiz ve atomun içerisinde homojen biçimde dağılmış olarak aldığından üzümlü kek modeli olarak da bilinir. Onun oluşturduğu atom modeli günümüz bilinenleriyle karşılaştırıldığında çok farklı bir yapı çizer. Modelin elbette birçok hatası vardır fakat atomun yapısını ortaya çıkarmaya dair kayda değer bir ilerleme sağlamıştır. Elbette bilim hiçbir zaman gerçeği tam anlamıyla bulduğunu söylemeyecektir.

Buraya kadar atoma yönelik Antik Yunan düşünürlerinden Thomson’a kadar olan düşüncelerin evrimine değindik. İkinci bölümde de kaldığımız yerden devam edeceğiz.

Kaynaklar

Reklamlar

One thought on “Atom Teorisinin Evrimi – 1: Thales’ten Thomson’a Atom (MÖ 6. Yüzyıldan, MS 20. Yüzyıla)

  1. Evet. Atom modelinde evrensel olarak unutmayacağımız bir şey var! Atom, iki evrenin sentezi-dengesi. Yani elektronlar boşluktan ( geçmiş evrenlerin sanal parçacıklarından) Çekirdeğin iki varlığı da bu evrenin yıldız ocaklarından oluştular! Çekirdeğin farklılık kudreti, kendi elektron evlatlarını oluşturuyor bir Aile oluyorlar! Elektronlar fotonlarla zıplıyor, onu emiyor,kusuyor dengesini buluyor! Fotonların kaynağı sanal parçacıklar. Foton ilk kaynağı, ana tetikleyici ilk büyük foton barutudur! Bu teori bana aittir ve Haklı çıkacağımı biliyorum. Derinleştikçe önüme çıkan fenomenlerimdir. Teşekkürler

    Beğen

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s