İnsanı Hayvandan Ayıran Özellikler Ne Kadar Anlamlı?

Birçok kişi, insanın sahip olduğu bazı özelliklerin onu hayvanlardan ayırdığından emindir. Hatta gözlemlediğim kadarıyla bu durumu anlatırken kullanılan cümlenin şekli de hiç değişmez. Herkes ‘insanı hayvandan ayıran’ kalıbıyla cümleye girip kendince o şeyleri sıralar: akıl, mantık, bilinç, gelişmiş işbirliği kabiliyeti.

Bu kalıp cümleyi moleküler biyoloji çalışan biyologlardan da duyabilirsiniz sokaktaki vatandaştan da. Sosyoloji kitaplarında da rastlayabilirsiniz evrim kitaplarında da. Çünkü çoğu insan için oldukça barizdir; imparatorluklar kuran, Ay’a giden, genel görelilik kuramını geliştiren insan türünü diğer tüm hayvanlardan ayıran/farklı kılan bir şeylerin olduğu. Ancak birçok kişiye makul gelen bu kalıp cümle sanırım o kadar da anlamlı değil.

İnsanlar bu kalıp cümlenin sonunda çok farklı ‘şey’ler tanımlıyor olsalar bile genelde hepsi aynı kapıya çıkar: beyin. Evet, gerçekten de insanı hayvanlardan ayıran şey gelişmiş bir beyin kapasitesine sahip olmasıdır. Buna karşı çıkacak değilim. Ancak ben, 50 bin yıl önce bugünkü tüm hayvanlardan farksız bir biçimde doğada yaşam mücadelesi veren Homo sapiens türünün bugünkü bireylerinin bu cümleyi kurarken insan kibrine yenik düştüklerini, bu cümlenin temelde haklı bile olsa anlamsız olduğu kanısındayım.

İnsan ve Hayvanlar

Başlangıçta ortaokul düzeyindeki bir bilgiyi hatırlayalım. İnsan, taksonomik adıyla Homo sapiens, hayvanlar âlemi içerisinde omurgalı bir memeli olarak primatlar takımının bir üyesidir. Dolayısıyla bilimsel anlamda insanı hayvandan ayıran herhangi bir şey yoktur. Bir şeftali ile bir orangutanı meydana getiren genetik materyalin bileşenleri aynıdır.

İnsan da pandalara benzer şekilde hayatta kalma ve üreme gibi doğada tüm canlılarda gözlemlenen ihtiyaçlara sahip bir canlıdır. Dolayısıyla insanı farklı kılan özelliklerin onu hayvanlar âleminden çıkarmadığını bilmekte yarar var. Einstein bile olsanız kıtlık durumunda gıda kaynakları için saldırganlaşabilen bir primat olduğunuz gerçeği değişmeyecektir.

İnsanı hayvandan ayıran herhangi bir şey yok fakat insanı ‘diğer’ hayvanlardan ayıran bir şey var: görece gelişmiş bir beyin. Bu sayede Homo sapiens bireyleri uyumlu bir işbirliği içinde geliştirdiği araç gereçlerle bin yıllar içerisinde dünyaya ve diğer tüm türlere hükmetmeyi başarabildi.

Dünyaya hükmediyor oluşu Homo sapiens bireylerini diğer tüm canlılardan ayrıcalıklı kılmaya yeterli mi? Şüphesiz ki ilk bakışta kuantum fiziğini ortaya koymuş insan türüyle Kongo Nehri kıyısında su içen bir şempanze arasındaki farkı vurgulamak oldukça makul görünüyor. Fakat aslında her türü diğerlerinden ayrıcalıklı kılan birtakım özellikler yok mu?

Hayvanlar Âleminin Süper Güçleri

Elektrikli yılan balığı (Electrophorus electricus) avını 500 voltluk gerilime kadar çıkabilen elektrik şokuyla öldürme yeteneğine sahip sıra dışı bir canlıdır. Bu özelliğini yalnızca avına karşı saldırı veya düşmana karşı savunma yapmak amacıyla kullanmaz, aynı zamanda çiftleşme için eş ararken de zayıf elektrik sinyalleri üreterek olası eş adaylarıyla haberleşmek için kullanır. Eğer türün bu özelliği gelişmiş koloniler kurmasına ve geniş bir işbirliği içerisinde dünyaya hükmetmesine olanak verseydi bu türe ait bireylerin birkaç bin yıl sonra ‘elektrikli yılan balığını hayvanlardan ayıran şey elektrik şokları üretebilmesidir’ demeleri ne kadar anlamlı olurdu?

Yarasaların büyük bir bölümü oldukça zayıf görme duyusuna sahiptir. Etraflarını çıkardıkları ultrasonik ses dalgalarının, cisimlere çarpıp geri dönmesi yardımıyla tanımlar ve yönlerini bulurlar. Bizler için ses dalgası yardımıyla etrafı tanımlamak, yarasaları hayvanlardan ayıran oldukça sıra dışı bir özelliktir.

Güvercin, şehir meydanlarında beslediğimiz kafasını ileri geri sallarken komik ve sempatik görünen basit bir hayvandır. Fakat kafatası ile beyni arasında bulunan ferromanyetik tanecikler sayesinde insanın asla yapamayacağı bir şeyi yapar; manyetik alanı algılar. Bu sayede çok uzak mesafeler boyunca uçtuğunda bile yerin manyetik alanındaki değişimleri algılayarak yönünü bulabilir. Eğer güvercinlerin bu özelliği gelişmiş koloniler kurmasına ve geniş bir işbirliği içerisinde dünyaya hükmetmesine olanak verseydi çıkıp ‘güvercinleri hayvanlardan ayıran şey manyetik alanı algılayabilmesidir’ diyebilirlerdi.

Sıra dışı özelliklere sahip hayvanlar aleminin süper güçlü üyelerini daha fazla uzatmayıp bir belgesel tavsiyesinde bulunmakla yetineceğim. BBC’nin 1999 yapımı 6 bölümlük Supernatural: The Unseen Powers of Animals belgesel serisini izlemenizi çok farklı örneklerle tanışmanız açısından şiddetle öneririm.

Sonuç

Elbette ki insanı “diğer” hayvanlardan ayıran özellikler var. Tıpkı balinaları diğer hayvanlardan ayıran özellikler olduğu gibi. Aynı şekilde yarasaları, semenderleri, güvercinleri diğerlerinden ayıran şeyler var. İnsanın dünyaya hükmediyor oluşu onu diğer canlılardan ayrıcalıklı kılmıyor. Ayrıyeten tarihe bakıldığında tüm hükümdarların geçici olduğu görülür. (Bu noktada 65 milyon yıl öncesine kadar dünyaya dinozorların hükmediyor oluşunu hatırlatmak isterim.) Dolayısıyla günün birinde Homo sapiens’in gezegene hükmedişi de bir son bulacak ve doğa, farklı özelliklerle ortaya çıkan bambaşka canlıların yayılmasına sahne olacaktır.

Son 500 yılda önceki devirlere göre olağanüstü bilimsel atılımlar yaptık. Hayat kalitemizi yükselttiğimiz gibi içinde yaşadığımız evrene dair kafamızı kurcalayan birçok soruya da cevaplar bulduk. Fakat insana özgü kibri halen yenemedik. Genç nesillere evrimi anlatabilmek bu yüzden de oldukça önemli. Evrim, dünya üzerindeki milyonlarca yıllık canlılık tarihinde Homo sapiens’in önemsiz bir ayrıntı oluşunu tüm gerçekliğiyle yüzümüze vuruyor.

Carl Sagan’ın ‘soluk mavi nokta’ söylemindeki Dünya, Evren içerisinde ne kadar önemsizse insan da canlılığın içerisinde o kadar önemsizdir. Bu düşüncede sanırım hayatın en yüce bilgeliği gizlidir. O bilgelik, apartmanın girişindeki ağaçla, sokakta gezinen kediyle, balkona yuvalayan güvercinle aynı değerdeki varoluşu paylaştığımızı bilmektir. 

Reklamlar

Bermuda Şeytan Üçgeni’nin Gizemi Çözüldü

5 Aralık 1945 sabah saatlerinde Florida’daki Forth Lauderdale askeri havaalanında rutin bir eğitim uçuşunun hazırlıkları yapılıyordu. Görevin adı Flight 19 ve takım lideri yaklaşık 2500 saatlik uçuş deneyimi olan Charles Taylor adında Amerikan ordusuna mensup bir teğmendi. 5 adet bombardıman uçağı, Taylor ve daha önce bölgede çokça kez eğitim uçuşlarına katılmış diğer pilotlarla birlikte havalandı. Hava açık, deniz ise durgundu.

tbf-19-5

Flight 19

Henüz görevin yarısındayken işler kötüye gitmeye başladı. Taylor kuleye pusulalarının çalışmadığını bildirdi. Kuleyle olan bağlantı giderek zayıflıyordu. Birkaç saat sonra bağlantı tamamen kesildi. Hiçbir uçaktan haber alınamıyordu. Kurtarma uçakları derhal havalandı ve bölgeye doğru yol almaya başladılar. Günlerce bölgeyi taradılar fakat ne bir enkaza ne de başka bir somut bilgiye ulaşabildiler. 5 uçak içerisindeki 14 askeri personelle birlikte yok olmuştu.

Flight 19 bölgede gerçekleşen uçak kazalarından yalnızca bir tanesi. Bunun gibi birçok uçak kazasının yanı sıra bir de batan gemi vakaları var. Bu kazaları arka arkaya sıraladığımızda hafif bir korkuyla birlikte popüler kültüre yeni bir ‘gizem’ tanımı üretebilmek için yeterli materyale sahip oluyoruz: Bermuda Şeytan Üçgeni. Fakat benim gördüğüm kadarıyla bu gizemin UFO hikayelerini bile geçen bir şöhreti var. Öyle ki bilimsel düşünce denildiğinde size söyleyecek bir ton cümlesi olan entelektüellerin Bermuda Şeytan Üçgeni fenomenini bir gerçek olarak kabullendiklerini ve bazı bilimsel teorilerle açıklamaya çalıştıklarını gördüm. Yıllar öncesinde ben de Bermuda Şeytan Üçgeni efsanesini ilk duyduğumda olayı bilimsel bir çerçeveyle anlamaya koyuldum ve gördüm ki insanlar bu olaya inanmakta çok haksız değiller. Bu fenomen hakkında yazılan kitapları toplasanız büyük bir kütüphaneniz olur. Hakkında çekilen belgeselleri izleyebilmeniz için birkaç gün vakit ayırmanız gerekir. National Geographic gibi yüzlerce belgeselini izlediğiniz ve binlerce saf bilgiyi devşirdiğiniz bir kurumun üretimi olan koca bir belgeselin büyük bir efsane üzerine kurulu olduğunu anlayabilmek için gerçekten ustaca bir şüphecilik refleksi içerisinde davranabilmek gerekiyor.

bermuda5

Bermuda Şeytan Üçgeni’nin Sırrı Çözüldü!

Ben araştırma yapmaya koyulduğumda amacım Bermuda Şeytan Üçgeni’nin arkasında yatan bilimsel gerçeği anlayabilmekti. Bu konuyla ilgili yazılmış bir iki kitabı ve internet üzerinden eriştiğim yazıları okumam ve bahsettiğim belgeselleri izlemem sonucunda zihnimin karmakarışık bir hale geldiğini çok iyi hatırlıyorum. Birbirini asla tamamlamayan hatta yer yer birbiriyle çelişen üstelik bazıları kafama da yatmayan birsürü ‘bilimsel’ teori vardı ortalıkta. Bazı bilim insanlarının farklı deniz sularında Bermuda Şeytan Üçgeni’nde olan fenomeni tekrar yaratabilmek amacıyla yaptıkları deneyler vardı fakat nedense bu insanların hiçbir ciddi bilimsel makalesi yoktu ve yaptıkları deneyler küçük bir balıkçı teknesini batırsa bile uçakları nasıl düşürecekti? Kısa süre içinde yanlış hareket ettiğimin farkına vardım ve araştırmalarımı hemen farklı yöne kaydırdım. Ben Bermuda Şeytan Üçgeni’nin arkasında yatan bilimsel nedeni anlamaya çalışırken ister istemez Bermuda Şeytan Üçgeni fenomeninin gerçek olduğunu varsaydığımı fark ettim. ‘Argumentum ad populum’ safsatası çoğunluğun benimsediğinin doğru olduğu savıdır. Bir olaya milyonlarca insanın inanması, hakkında yazılmış yüzlerce kitabın ve onlarca belgeselin bulunması o olayın gerçek olduğunu göstermez.

Bermuda Şeytan Üçgeni’nin olayı nedir sorusunu sormadan önce Bermuda Şeytan Üçgeni gerçek mi sorusunu sormamız gerekiyor. Bu soruyu cevaplayabilmemiz için ise başvuracağımız basit yöntemi içinde barındıran bilimin adı: istatistik.

18_d

Bermuda Şeytan Üçgeni

Bermuda Şeytan Üçgeni denilen yer köşelerinde Bermuda adasının, Florida’daki Miami, ve Puerto Rico’daki San Juan’ın olduğu bir üçgen. Ayrıca bahsettiğim milyonlar satan Bermuda Şeytan Üçgeni kitaplarının her biri ortaya farklı sınırlar koyuyor dolayısıyla üçgenin yüzölçümü aldığınız kaynağa göre 1,300,000 ile 3,900,000 km2 arasında değişmekte. Yani çok iyimser bir kabulle bu üçgenin 783 bin km2 olan Türkiye topraklarının yaklaşık iki katı olduğunu söyleyebiliriz.

Vikipedi’de ‘List of Bermuda Triangle incidents’ (Link) maddesinde Bermuda Şeytan Üçgeni’nde gerçekleşen kazalar/kayıplar sıralanmış. Bu kaynağa göre 1945 – 1965 yılları arası 8 uçak kazası 1800 ile 2015 yılları arasında da 10 gemi kazası gerçekleşmiş. Bazı gizem sevdalılarının internet üzerindeki Bermuda Şeytan Üçgeni web sayfalarına bakarsanız son 100 yıl içinde 50’yi aşkın uçak kazası meydana geldiğini iddia ettiklerini görürsünüz. Biz bölgede 50 uçak kazasının meydana geldiğini kabul edelim. (Bölge sınırları her kaynağa göre farklılık gösterdiğinden kaza sayıları da çok değişmekte. Bazı kaynaklarda bölgenin etrafında gerçekleşen kaza ve kayıplarda bölgede gerçekleşmiş gibi gösterilerek son derece abartılı kaza listelerine rastlamak mümkün) Şimdi yine Vikipedi üzerinde ‘Türkiye’deki havacılık kazaları ve olayları listesi’ (Link) maddesine bakalım.  Burada 1954 yılından günümüze askeri ve sivil kaynaklı toplamda 36 uçak kazasının kaydı var. Sonuç olarak iyimser bir yaklaşımla Türkiye yüzölçümünün iki katı büyüklüğe sahip bir bölgede gerçekleşen uçak kazalarının abartılı rakamlar ele alındığında bile Türkiye’de gerçekleşenle kafa kafaya olduğu görülüyor. Ne dersiniz, Türkiye’de de uçakları düşüren bir şeytan olabilir mi?

Bermuda Şeytan Üçgeni’nde meydana gelen gemi ve uçak kazaları istatistiksel olarak dünyanın herhangi başka bir bölgesinden daha fazla değil. Bu durumda Bermuda Şeytan Üçgeni’nde herhangi bir tehlike olmadığı ve dolayısıyla arkasında yatan bilimsel bir neden aramanın da oldukça anlamsız olduğu ortaya çıkıyor. Ama yine de insanlar sanki gerçekten böyle bir fenomen varmış gibi başka başka teorileri dillendirmeye devam ediyorlar ve edecekler. Bunlar arasında kafa karıştırıcı bilimsel teoriler olduğu gibi komik metafizik teoriler de var. Örneğin; Poseidon’un bölgede yaşadığına ve üç dişli yabasıyla geleni geçeni avladığına, batık Atlantis kıtasının bölgede olduğuna ve bütün gemi ve uçak kazalarının bu mistik kıtanın bir laneti olduğuna, UFO’ların gemi ve uçakları kaçırmak için o bölgeyi seçtiğine ciddi ciddi inanan ve bu iddialarını cesurca dillendiren hatta kitaplaştıran insanlar var.

Dünya üzerinde açıklanamaz bir şekilde uçakların kaybolduğu ve gemilerin battığı bir bölge varsa eğer çok tabii olarak gemi ve uçakların böylesine riskli bir bölgeden geçmeyecek şekilde seferlerini gerçekleştirmelerini beklersiniz. İnternet üzerinden Dünya üzerindeki anlık hava trafiğini takip edebileceğiniz siteler mevcut. FlightRadar24 sitesi üzerinde Bermuda, Miami ve San Juan üçgenini merkezine alan bölgenin koordinatlarını içeren anlık hava trafiğini buradan izleyebilir hatta seyir halindeki uçakların üzerine tıklayarak uçuş hakkındaki bilgilere erişebilirsiniz. Göreceğiniz üzere uçaklar tabiri caizse vızır vızır bölge hava trafiğini doldurmaktalar.

Aşağıda 2009 senesine ait bir Dünya uçuş haritasını görmektesiniz. (Daha büyük görmek için üzerine tıklayın.)

world-airline-routemap-2009

Bermuda Şeytan Üçgeni bölgesine biraz daha yakından bakacak olursak;

bermuda

uçakların bu ‘riskli’ bölgeden geçmekte hiç tereddüt etmediklerini daha açık görmüş olursunuz. Eğer halen ikna olmadıysanız uçak trafiği haritalarının yanı sıra internet üzerinden gemi trafiğini de izleyebileceğiniz siteler olduğunu söylemeliyim. (Örneğin: http://www.marinetraffic.com/) Bermuda Şeytan Üçgeni bölgesi gemi trafiği açısından tam bir geçiş noktası konumunda olduğundan çok yoğun bir gemi trafiğine şahit olacağınızı da ekleyeyim.

Öyleyse neden böyle bir fenomen ortaya çıkmış? Neden hala milyonlarca okuyucusu olan haber siteleri bile okuyucularına Bermuda Şeytan Üçgeni’nin gizemini anlatma peşinde? İnsanoğlunun komplo teorileriyle, saçma inanışlarla, efsanelerle olan tarihi gerçekten çok uzun. Bölgede tesadüfen arka arkaya gerçekleşen birkaç uçak ve gemi kazası sonrasında bunu şeytanın yaptığını anlatan bir kitap yazıp size inanacak milyonlarca insan bulabilirsiniz. Çok az insan efsaneler karşısında gerçeği öğrenmek ister.

Sonuç olarak Bermuda Şeytan Üçgeni’nin herhangi bir gizemi yok. Bermuda adası var. Bermuda üçgeni var fakat bu üçgende bir şeytan yok. Bu üçgen tehlikeli olmayan bir üçgen ve Dünya üzerinde farklı merkezleri köşe kabul ederek binlerce yeni üçgen tanımlanabilir. Eğer bir gün Küba’ya gitmek üzere yola çıkarsanız uçağınız ister istemez bu üçgenin üzerinden geçecek. O sırada arkanıza yaslanın ve uçağınızın düşme olasılığının Dünya’nın herhangi başka bir bölgesinden daha yüksek olmadığı gerçeğini hatırlayarak yolculuğunuzun keyfini çıkarmaya bakın.

‘Evrime İnanıyor Musun?’ Sorusu Üzerine Bir İnceleme

Hepinize tanıdık geldiğini bildiğim ve bilimin açığa çıkardığı en büyük tabiat yasalarından birini katı kalıplara sokan bir soru var: Evrime inanıyor musun? Bu soru belki hararetli bir tartışmanın başlangıcını belki de ayaküstü sürmekte olan bir muhabbetin can alıcı adımlarından birini oluşturabilir.

charlesdarwin1

Bu sorunun bilim camiasında birikmiş tonlarca kanıta rağmen halen evrim karşıtlığını sürdüren kesimler tarafından ‘kalıp’ halinde sorulduğuna sıkça şahit oluyoruz. Bu insanlara bu sorudaki basit etimolojik hatayı anlatmaya kalkışacak değilim. Benim bu kısa yazıda irdelemek istediğim şey evrim gerçeğiyle yüzleşmiş ve onu kısmen veya tamamen anlamış kimselerin bu soruyu sormaları ve ‘evet’ cevabını vermelerindeki temel hata olacak.

Bu soru ‘Evrim teorisine inanıyor musun?’ şeklinde sorulsa belki bir anlamda diğerinin taşıdığı etimolojik hatayı taşımaktan sıyrılmış olacak. Çünkü evrim ve evrim teorisi tanımları bambaşka şeyleri anlatıyor.

Bilimsel teorilerin doğru veya yanlışlığına dair mantıklı sezgilere dayanan birtakım kişisel eğilimleriniz olabilir. Bu eğilimleri inanç olarak da isimlendirebiliriz. Buraya kadar anlaşılırdır. Ancak evrim teorisinin ortaya koyduğu model, aradan geçen onlarca yılda öylesine çok doğrulama aldı ki sizin kalkıp bu saatten sonra evrim teorisine inançla yaklaşmanız pek mantıklı değildir. Hele evrime inançla yaklaşmanız yanlış olmaktan öte tamamıyla hatalıdır.

Kitlelerin varoluş kibrini tehdit etmediğinden tarihte kabulü daha kolay olmuş olan tanıdık bir bilimsel teori üzerinden örnekleme yapabiliriz. Einstein 1915 yılında Genel Rölativite Teorisi’ni ortaya atana dek insanlık yerçekimi gerçekliğini Newton modeliyle açıklıyordu. Einstein bu algıyı kırarak doğru olduğunu düşündüğü başka bir modeli ortaya attı. Bu model ilerleyen yıllarda sınandı, doğrulandı ve bilimsel bir teori halini aldı. Bu süreç içerisinde birinin kalkıp 1916’de ‘Einstein’ın yerçekimi modelinin doğru olduğuna inanıyorum’ söylemini üretmesi oldukça anlaşılırdır. Model o yılda henüz doğrulanmamıştır ve sizin modelin doğrulacağına dair birtakım inançlarınız, eğilimleriniz olabilir. Ama kalkıp aynı şeyi bugün söylerseniz gülünç duruma düşersiniz. Çünkü Einstein’ın modeli o günden bu güne sayısız doğrulama almıştır.

Fakat yine de söylediğiniz şey etimolojik hata taşımaz. Çünkü bilimsel teoriler hiçbir zaman tam olarak doğrulanamazlar. Her zaman tüm bilimsel teorilerin belli oranlarda (fakat asla 0 olmayan) yanlışlanma olasılıkları olacaktır. Bu bilimi güvenilmez kılmaz, bu tam aksine bilimin geleceğin yükselmekte olan aklı ve teknolojisiyle gerçeğe biraz daha yaklaşabilmesi için geride açık bir kapı bırakır.

Dolayısıyla yerçekimi teorisine de evrim teorisine de sezgisel eğilimlerinizle yaklaşmanız sistematikte yanlış değildir fakat yerçekimine de evrime de ‘İnanıyor musun?’ sorusuyla yaklaşmanız külliyen yanlış ve hatalıdır. Yerçekimi bir doğa yasası iken yerçekimi teorisi bu yasayı bilimsel zeminde açıklamaya çalışan bir modeldir. Yerçekimi gerçeği hiçbir zaman değişmeyecektir. Binaların çatısından kendini aşağı bırakan insanlar her zaman yere çakılacaklardır. Fakat bu yasanın nasıl işlediğine dair bilimin bugüne kadar ortaya attığı teorilerin her zaman değişme hatta tümüyle yanlışlanma olasılığı vardır. Fakat yasaların değil.

Bu evrim için de aynen geçerlidir. Yerçekimini, elinizdeki herhangi bir cismi yere bırakarak gözlemleyebiliyorken evrim için böylesi kolay bir gözleme başvuramıyor olmanız onu bir tabiat yasası olmaktan alıkoymaz. Görmesini bilen gözler için de evrim gerçekliğini kısa zaman dilimlerinde ortaya koyan birçok bulgu vardır.

336677-evolution-richard-dawkins-quote-2

Evrim bir tabiat yasasıdır. Evrim teorisi ise bu yasanın işleyişini açıklayan bir modeldir. Evrim teorisine inanıp inanmamak kısmen anlaşılır olsa bile evrime inanıp inanmamak bilimsel yöntem ve işleyiş konusunda kör bir cahilliği gerektirir. Evrime, entropinin artışına, enerjinin korunumuna ya da yerçekimine inanıp inanmamanız hiçbir şeyi değiştirmez. Yapabileceğiniz tek şey tabiatın yasalarını bilmek ve onları bilimsel yöntemle ortaya atılmış modellerle anlamaya çalışmaktır.

Carl Sagan’ın şu kısa ve öz sözünü hatırlayalım: ‘İnanmak istemiyorum, bilmek istiyorum.’

Dünyanın düz olduğuna inanmakla evrimin olmadığına inanmak arasında bilimsel anlamda hiçbir fark yoktur. Tek fark ilkini söylediğinizde kitlelerin size deli damgası vuracakken ikincisini söylediğinizde sizi alkışlama ihtimalleri bile olduğudur. Ancak elbette geçmişte olduğu gibi bundan böyle de bilim, kitlelerin hoşuna giden şeyleri değil gerçekleri aramaya devam edecektir.

Netice itibariyle ‘Evrime inanıyor musun?’ sorusunun cevabı ‘hayır’ olacaktır. Sonrasında şöyle bir cümle de oldukça anlamlı olabilir: ‘Evrime inanmıyorum, yalnızca biliyorum’

evolution-is-true

Atom Teorisinin Evrimi – 2: Rutherford ve Sonrası (20. Yüzyıldan Günümüze)

Çekirdeğin Keşfi: Rutherford’un Çekirdekli Atom Modeli

19. yüzyılın sonlarında fizikçiler birkaç küçük detayın ötesinde bilinmeyenlerin kalmadığı, fiziğin sonuna gelindiği gibi bilimin karakteriyle uyuşmayan bir düşünceye kapıldılar. Aslında bunda kısmen haklı da olabilirlerdi. Galilei ve Newton’un mekanik alanındaki araştırmalarıyla başlayan bilimsel ilerleyiş süreci yaklaşık üç yüz sene öylesine yoğun geçmişti ki bilim insanları bile ortaya çıkan gerçekliklerin haricinde doğanın herhangi bir saklı yüzünün kalmadığını düşünmekte haklıydılar. Fakat elbette, işin aslı böyle değildi. Bunun böyle olmadığını gösterecek kişilerden biri de Cambridge’te Thomson’ın Cavendish Laboratuvarında asistanı olarak çalışan Ernest Rutherford idi. Rutherford, Thomson’ı elektronun keşfine götüren çalışmaları sırasında onun yanında bulunmuş, yardımcısı olarak çalışmıştı. Şimdi hocasından aldığı bilim meşalesini daha ilerilere taşıyacaktı.

1

Ernest Rutherford (30 Ağustos 1871 – 19 Ekim 1937)

Yüzyılın sonunda Marie ve Pierre Curie uranyum ve toryum elementleri üzerinde çalışmaya başladılar ve kısa zamanda bu elementlerin fiziğe yeni bir bakış açısı getirmeye gebe olduklarını anladılar. Uranyum ve toryumun kendiliğinden bozunma özelliği gösterdiklerini keşfettiler ve bu olaya “radyoaktivite” ismini verdiler. Daha sonrasında polonyum ve radyumun da böyle bir özelliği olduğunu gözlemlediler. Radyoaktivite atomun keşfi sürecinde fizikçilerin çok işine yarayacaktı.

Bu anlamda Rutherford fiziğin yeni alanıyla ilgilenmeye başladı. Radyoaktivite özelliği gösteren radyoaktif atomların bozunma süreci birtakım ışımalar yaparak gerçekleşiyordu. Rutherford bu ışımaları kategorize etti. Işınları bir manyetik alanın içerisine gönderdiğinde kimisinin katot ışınlarıyla (elektronlarla) aynı yönde kimisininse ters yönde saptığını gözlemledi. Ters yönde sapma gösteren ışımaların elektrik yüklerinin katot ışınlarıyla zıt olması gerekirdi ve bu ışımaya alfa ismini verdi. Aynı yönde sapanlara ise beta dedi. Bir de manyetik alandan hiç etkilenmeyen ışıma türü vardı. Bunun yüksüz olacağını düşündü ve gama ismini uygun gördü.

2

Alfa ışınları kağıt ya da eliniz gibi maddelerin içerisinden bile geçemeyecek kadar güçsüzdür. Ancak beta ve gama ışınları bu tür maddelerin içinden sorunsuzca geçer. Beta ışınları alüminyum gibi metalleri geçemezken, gama ışınlarını kurşun gibi metallerle durdurabiliriz.

Rutherford radyoaktivitenin sırlarını keşfetmeye çalışırken atomun yapısıyla ilgili ciddiye alınması gereken bir önerme geldi. 1903 yılında Japon fizikçi Hantaro Nagaoka, Satürn Modeli dediği bir atom tarifi yaptı. Ona göre elektronlar artı yüklü bir parçacık etrafında aynı düzlem üzerindeki dairesel yörüngelerde dolaşıyorlardı. Onun modeli ne derece kayda değer bulundu bilinmez fakat 1909 yılında Hans Geiger ve Ernest Marsden, Rutherford’un laboratuvarında ve onun gözetiminde atomun yapısını çözmeye koyuldular.

Bunun için Rutherford’un alfa ismini verdiği parçacıkları kullandılar. Yaptıkları deney, esas itibariyle çok basitti. Atoma alfa parçacıklarını fırlatacak ve içinde ne olduğunu öğrenmeye çalışacaklardı. Yapacakları deney, bir iğne yardımıyla bir şeftalinin içerisindeki çekirdeği incelemek gibi bir şeydi. İğneyi şeftaliye batırarak içindeki “çekirdek”i keşfedeceklerdi.

Deneyde alfa parçacıklarını elde edebilmek için bir radon kaynak kullandılar. Radyoaktif olduğundan kendiliğinden alfa ışıması gerçekleştirebilecek olan radon kaynağı bir yüzünde küçük bir delik olan ağır metal bir kutuya yerleştirdiler. Böylelikle alfa parçacıklarını bir istikamette odaklandırabileceklerdi. Kutudan çıkacak olan alfa parçacıklarının tam karşısına 0.00006 cm inceliğinde bir altın levha yerleştirdiler. Her şey neredeyse tamamdı; ama altın levhayla etkileşecek alfa parçacıklarının bu etkileşme sonucunda hangi yöne sapacağını tayin edebilmek gerekiyordu. Bunun için altın levhanın etrafını, üzerine alfa parçacıkları çarptığında ışınlar yayan çinkosülfid bir ekranla çevirdiler. Bu sayede ekrana çarpıp parlamaya neden olan alfa parçacıklarının ne kadarlık bir sapmaya maruz kaldıklarını kolaylıkla gözleyebileceklerdi.

3

Geiger-Marsden Deney Düzeneği: Deney sonuçları Rutherford tarafından yorumlanmıştır.

Deney sonuçları oldukça enteresandı. Parçacıkların neredeyse tamamı çok küçük sapmalarla altın levha engelinden geçiyordu fakat sekiz binde biri hareket yönü ters istikamette değişecek şekilde yöneliyordu. Bir hayli düşük bir oranla da olsa parçacıkların sanki bir yansıma yaparmış gibi geriye yönelmeleri Rutherford’u da fazlasıyla şaşırtmıştı. Sonucu şöyle yorumladı:

“Tıpkı bir peçeteye 15 inçlik bir mermi sıkmışsınız da mermi gerisin geri size dönmüş gibi.”

Rutherford meseleyi incelemeye koyuldu ve kısa zamanda deney sonuçlarını doğru olarak yorumlamayı başardı. Artı yüklü alfa parçacıklarının çok düşük bir oranda gerisin geri saçılması atomun ortasında küçük bir hacimde artı yükün yoğunlaşmasını gerektiriyordu. Bu yoğun kütleye çekirdek adını verdi. Alfa parçacıklarının yüksek bir oranda küçük açılı sapmalar göstermesi ise atomun çekirdek haricinde boşluklu bir yapıda olduğu gerçeğini gözler önüne seriyordu.

4

Sol tarafta, Thomson’ın modeline göre olması gereken davranış görülmektedir. Sağ tarafta ise, Rutherford’un gözlemlediği durum gösterilmektedir. Dolayısıyla Thomson’ın modelinin hatalı olduğu anlaşılmıştır.

Rutherford alfa parçacıklarıyla çeşitli atomları bombardıman altına almanın daha başka keşiflere yol açabileceğini düşündü. Bu sefer alfa parçacıklarını nitrojen gazına yöneltti ve çinkosülfür ekranda alfa parçacıklarının haricinde hidrojen atomlarının ışımaya neden olduğunu gözlemledi. Hidrojen atomu ancak nitrojen atomlarından gelebilirdi ve bu durum nitrojen çekirdeklerinin hidrojen atomuna benzeyen artı yüklü parçacıklardan meydana geldiğini gösteriyordu. Bu parçacık daha sonraları “proton” olarak isimlendirilecekti. Her element atomunun yapısını belirleyen de çekirdek içerisinde sahip olduğu artı yüklü parçacık sayısıydı. Atom nötr yapıda olduğundan artı yüklü parçacık sayısı kadar da elektron sahibi olmalıydı. Artık Rutherford kendi atom modelini oluşturmaya hazırdı ve 1911 yılına gelindiğinde çekirdekli atom modeli olarak da anılan atom modelini duyurdu:

  1. Atomda pozitif yükler çekirdek adı verilen çok küçük bir hacimde toplanmıştır.
  1. Atomda pozitif yüklü tanecikler kadar elektron vardır ve bu elektronlar çekirdek etrafındaki dairesel yörüngelerde dolanırlar.
  1. Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta yer alırlar ve atom büyük oranda boşluktan oluşur.

5

Rutherford’un Çekirdekli Atom Modeli

Eksik Parçaları Tamamlayan Keşif: Niels Bohr ve Kuantum’un Doğuşu

Rutherford modeli oldukça mantıklı görünmesine rağmen bazı çıkmazlara sahipti. İlk etapta Rutherford’u elektronların çekirdek etrafındaki yörüngelerde dolandığı düşüncesine iten sebep neydi anlaşılamadı. Ortada elektronların yörüngelerde dolandığına dair hiçbir kanıt yoktu. Öte yandan yörüngede dolaşan elektronlar, ışıyarak enerjilerini kaybettiğinden protonların çekim etkisiyle spiral yaparak çekirdeğe düşmeliydiler. Rutherford’un atomu hesaplamalarda çok fazla yaşayamadan çöküyordu. Ama pratikte böyle bir şey gözlenmiyordu.

Rutherford atom modeli katot ışınlarının oluşmasına neden olan elektronları da açıklayamıyordu. Atomun yapısı, elektronların özgürce yörüngesini terk ederek atomun dışına çıkmasına elverişli şekle sahip olmalıydı. Bütün bu sorular çok kısa bir süre içinde fiziğe yeni bir soluk getiren kuantum düşüncesiyle ve yine bu yeni kuantum akımının öncülerinden sayılan Niels Bohr tarafından cevaplandırılacaktı.

20. yüzyılın başlarında Rutherford atomu alfa parçacıklarıyla bombalarken, onun deneyleri sonucunda oluşturacağı modelinin çıkmazlarını çözüme kavuşturacak yepyeni bir araştırma konusu doğuyordu. Bu konu fiziksel meselelere yepyeni bir yaklaşım sergileyen kuantumdüşüncesiydi.

Fizikte bir süredir ışığın bazı garip davranışlarının anlaşılmasına çalışılıyordu. İlk gariplik 1815 yılında Fraunhofer tarafından gözlenmişti. Güneş ışığını bir prizmadan geçiren Newton ortaya çıkan muhteşem güzellikteki yedi rengin karşısında çok muhtemel ki büyük bir heyecan duymuştur. Çünkü onun için her şey tamamıyla kusursuz görünüyordu. Fakat Fraunhofer bu tayfı mikroskopla incelemek istedi ve sonucun heyecanlandırıcı olduğu kadar garipliklerle dolu olduğunu gördü. Tayfın bazı yerlerinde karanlık çizgiler vardı. Nedeninin anlaşılması için uzun bir zaman gerekecekti.

Takip eden yıllarda kara cisim ışıması denen bir anlaşılmazlıkla karşılaşıldı. Kara cisimler ışığı çok büyük oranda soğuran, aldığı enerjiyi biriktiren ve bu enerjiyle ışıyan cisimlerdir. Bu cisimlere kara denmesinin sebebi de tüm ışığı soğurduklarından siyah görünmeleridir. Bir kara cisim ısıtıldığında tıpkı metal bir teli ısıtıyormuş gibi ışımanın enerjiye bağlı olarak renk değiştirdiği gözlemlenir. Işıma önce kırmızı renktedir ve ısıtma devam ettikçe ışıma tayf boyunca maviye doğru kayar. Buraya kadar hiçbir sorun yok fakat mesele ışımalara matematiksel denklemlerle yaklaşmaya gelince ortaya büyük sorunlar çıkar. O zamana kadar bugün bizim “klasik fizik” diye tabir ettiğimizden başka bir fizik yoktur. Olaya klasik fizik denklemleriyle yaklaşılınca ışıma maviye doğru gittikçe (dalgaboyu küçüldükçe) şiddetin sonsuza gittiği görülür.

Denklemler deney sonuçlarıyla tamamıyla bir uyumsuzluk içindedir. Adeta klasik fizik tıkanmıştır. Kara cisim ışıması üzerine Alman fizikçi Max Planck çalışır ve sonuçlara matematiksel bir farklılık getirir. Öyle ki kara cisimlerden yayılan enerji sürekli değil de bir tamsayının katları olarak ele alındığında denklemler sonuçlarla tamamıyla uyuşmaktadır. Bu bakış açısı ve getirdiği yeni fikirler Planck’ın öncülüğünde fizikte yeni bir alan doğurmuştur. Enerjinin kuantumlu (kesikli) olabileceği fikri bütün anlaşılmazlıkları çözer ve birim enerji paketleri fikriyle ulaşılan tamsayı bugün Planck sabiti olarak anılan sayıdır.

Yüzyıllar önce Demokritos maddenin sürekli olduğu fikrini nasıl bir kenara ittiyse 1901 yılında Planck da enerjinin sürekliliğine bir darbe vuruyordu. Kuantum düşüncesi hiç şüphesiz fizikte bir devrimi başlatmıştı ve bu devrim atom teorilerinin gelişmesini doğrudan etkileyecekti. Enerjinin kesikli oluşu kara cisim problemini aşmamızı sağlıyordu ama Fraunhofer’ın gözlemi hala soru işaretleriyle doluydu. Bunun çözümü için yeni bir atom teorisi gerekecekti.

1911 yılında Rutherford yeni atom modelini oluşturduğunda kuantum düşüncesi birçok fizikçiyi olduğu gibi çok muhtemeldir ki onu da pek etkilememişti. Bu yüzden atom modelini kuantum düşüncesiyle yorumlamayı hiç düşünmedi. Diğer taraftan sadece kuantum düşüncesiyle hareket ederek de yeni bir atom modeli geliştirmek imkânsızdı. Rutherford’un modelinin tüm kazanımlarını ve çıkmazlarını kuantum fikriyle değerlendirip yeni bir model oluşturacak kişi Niels Bohr’du.

6

Niels Bohr (7 Ekim 1885 – 18 Kasım 1962)

Bohr 1913 yılında Rutherford’un atom modelini ve enerjinin kuantumlu olduğu fikrini alıp bir potada eriterek yeni bir model oluşturdu:

  1. Elektronlar çekirdek çevresinde rastgele dairesel bir yörüngede değil, belli enerjiye sahip olan dairesel yörüngelerde bulunabilirler.
  1. Elektronlar bulundukları enerji seviyesinin enerjisine sahiptir. Enerji seviyeleri atom çekirdeğine yakınlığına göre n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 gibi tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilirler.
  1. Yüksek enerji düzeyinde bulunan bir elektron daha düşük enerji düzeyine geçerse fotonlar halinde ışık enerjisi yayar, tersi bir şekilde bir elektron bulunduğu enerji düzeyinden daha yüksek bir enerji düzeyine geçebilmek için dışardan enerji almalıdır. Bir atomun elektronları dışardan enerji alarak yüksek enerji düzeyine yükselirse bu atoma“uyarılmış atom” denir.

7

Bohr Atom Modeli’nin 3 boyutlu gösterimi

8

Bohr Atom Modeli’nin 2 boyutlu gösterimi

Bohr atom kuramı Fraunhofer’ın gözlemini açıklayabiliyordu. Güneş ışınlarının bir kısmı atmosferdeki atomların elektronlarınca emilerek tayftan siliniyordu. Üstelik tayfın karanlık çizgilerinin sürekli değil de birkaç tane olması Bohr’un modelindeki elektronların ancak belli yörüngelerde bulunabileceği fikrini destekliyordu. Elektronların yalnız belli yörüngelerde bulunması fikri enerjilerini kaybetmedikleri ve neden çekirdeğe düşmediklerini açıklıyordu fakat modelin hala yetersiz olduğu yerler vardı.

Sonraki yıllarda Bohr, modelini periyodik tablodaki periyodikliği de açıklayacak biçimde genişletti. Elektronlar belli yörüngelerde (ilkinde 2 ve sonrakilerde 8 olmak üzere) ancak belli sayılarda bulunabiliyorlardı. Yörüngelerden biri dolunca elektronlar bir üst yörüngeye yerleşiyorlar ve kimyasal özellikler dış yörüngedeki elektron sayısıyla açıklanabiliyordu. Dış kabuğu dolu olan element tepkimeye girmiyordu. Bohr’un modeli önemli açıklamalar getirmişti fakat hala bir şeyler eksikti. Her şeyin ötesinde elektronlar neden sadece belli yörüngelerde bulunabiliyordu? Elektron bir parçacıktı ve belli enerji düzeyleri fikri ışıma için yani dalga için düşünülebilirdi.

Atomun “Boşluklarını” Doldurmak: Kuantum Fizikçileri ve Keşifleri

1923 yılında Arthur Compton yeni bir keşif gerçekleştirdi. Compton Etkisi veya Compton Saçılımı denilen ve kendisine Nobel ödülünü getiren bu keşifte Compton, ışık demetinin elektronlara çarpıp bir kısım enerjilerini aktardıklarını ve elektronların ivmelenmelerine neden olup geriye kalan enerjileriyle yansıdıklarını gördü. Aslında bu etki daha önceleri de biliniyordu fakat ışık bir dalga olarak ele alındığından, teorik çözümlerde dalga denklemleri kullanılıyordu ve denklemler bir kez daha gözlemlerle uyuşmuyordu. Compton, bu etkinin, enerjinin ve momentumun korunumu gibi fiziğin bilinen olgularıyla açıklanabileceğini gösterdi ve bu durum kimi zaman ışığın bir parçacık gibi değerlendirilebileceğinin ispatıydı.

9

Compton Saçılımı

Hem dalga hem parçacık özellikler gösteren ışığın bu ikiliğinden yola çıkan Fransız fizikçi Louis de Broglie eğer dalgalar parçacık özelliği gösterebiliyorsa parçacıklarında dalga özelliği gösterebileceklerini düşündü. 1923’te yayınladığı doktora tezinde her parçacığın bir dalga özelliği taşıyabileceğini ortaya koydu ve elektronun dalga boyunu hesapladı. Yaptığı hesap elektron yörüngelerinin neye göre belirlendiğine mantıklı bir çözüm getirebiliyordu. Hesapları herhangi bir yanlışlık taşımıyor olsa bile parçacık özellikleri tamamıyla bilinen elektronun dalga özelliği gösterebileceğine dair henüz hiçbir deneysel kanıt yoktu.

Wolfgang Pauli 1925 yılında elektronların neden aynı kuantum durumunu paylaşamadıklarını açıklayan bir yasa keşfetti. Pauli dışlama ilkesi olarak bilinen bu yasa, Bohr atom modelinde elektronların neden farklı yörüngelerde olmaları gerektiğini açıklıyor fakat neden her yörüngede iki elektron olduğunu açıklayamıyordu. İki elektronun aynı yörüngeyi paylaşabilmeleri için bir farklılıkları olması gerekiyordu. Bu sorun George Uhlenbeck ve Samuel Goudsmit’in ortaya attığı spin kavramıyla aşıldı. Spin kavramı elektronların açısal momentumunun bir ifadesiydi. Bu kavrama göre aynı enerji düzeyini paylaşan elektronlar birbirlerine göre ters spin değerlerine sahipti ve böylelikle neden her yörüngede iki elektron bulunduğu açıklanmış oluyordu.

Broglie’nin varsayımından hareket eden Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger 1926 yılında harikulade bir denklem oluşturdu. Öyle ki bu denklemin çözümleriyle bütün parçacıkları ifade etmek mümkündü. Tamamıyla yeni bir mekanik alanı olan Kuantum Mekaniği‘ni sistematik bir şekilde önemini ortaya koyan bu denklem, Schrödinger dalga denklemi olarak bilinen denklemdir.

9

Schrödinger’in Denklemi: Denklemde “i” sanal sayı, “h” Planck sabiti, “psi” dalga denklemi, “m” kütle, “delta kare” Laplasyen operatörü, V ise parçacığı etkileyen potansiyel enerjidir.

Parçacıkların dalgalar gibi görülebileceği fikri giderek güç kazanıyordu fakat Schrödinger’in dalga denklemine yeni ve mantıklı bir yaklaşım sergilenmesi gerekliydi. Bu yeni yorum Max Born tarafından getirildi ve Born kendi ismiyle anılan yakınsama metotlarıyla dalga fonksiyonunun karesinin, parçacığın herhangi bir zamanda herhangi bir yerde bulunma olasılığını verdiğini gösterdi.

Born’un getirdiği yoruma göre bir parçacığın herhangi bir noktada kesin olarak bulunacağını söyleyebilmek olanaksızdır. En fazla yapacağınız parçacığın o noktada hangi olasılıkla bulunabileceğini belirlemektir. Daha sonrasında yaptığınız ölçümle bu olasılığı kırıp parçacığın nerede olduğunu gözlemleyebilirsiniz. Yeni bir ölçümde parçacık yer değiştirmiş olabilir çünkü ölçümü her tekrarladığınızda parçacığın belli yerlerde belli bulunma olasılıkları olduğu gerçeği değişmez.

Parçacıkların Dünyasında Gözlem Yapmak: Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi

Kuantum dünyası aklın ötesine geçen hayaller doğuruyordu. Bir parçacığın nerede olduğunun asla kesin olarak belirlenemeyeceğini ancak olasılıklarla ifade edilebileceğini öğrenen fizikçiler bütün bu kuantum sonuçları üzerine bir de belirsizlik ilkesiyle tanıştılar. Atomu tanıma süreci, birbiri ardına gelen gerçeklerle insanlığı kuantum dünyasına taşıyordu.

Herhangi bir nesnenin konumunu belirleyebilmemiz için onu gözleyebilmemiz gerekir. Yani onu görebilmemiz. Nesneye çarpıp gözümüze veya herhangi bir algılayıcıya gelen ışıkla bu görme faaliyetini gerçekleştiririz. Peki, bir elektronu gözlemek istersek işler nasıl değişir? Küçüklerin dünyasında da bizim çevremizdeki gözlemlere benzer sonuçlar elde edilebilir mi?

Işığın bir dalga olduğunu dolayısıyla bir dalgaboyu değerine sahip olduğunu biliyoruz. Elektron çevremizdeki herhangi bir nesneyle asla karşılaştırılamayacak kadar küçük bir boyutta olduğundan onu görebilmek için kullanacağımız ışığın dalgaboyuyla elektronumuzun boyutlarını mukayese etmeliyiz. Sonuç itibariyle ışığımızın dalgaboyu elektron çapımızdan büyük olmamalı aksi halde onu net bir şekilde göremeyiz. Pekâla, dalgaboyu elektron çapından küçük olan bir ışığı göndersek ne olur?

Cevap Compton etkisinde saklı: Işığın dalgaboyu küçüldükçe enerjisinin arttığını, ışığın bir parçacık olarak düşünülebileceğini ve bu parçacıklara da foton ismi verildiğini biliyoruz. Küçük dalgaboylu ve yüksek enerjili foton elektrona çarptığında enerjisinin bir kısmını aktarır ve elektronun momentumu değişir. Dolayısıyla elektronun momentumunda değişikliğe sebep vermeden konumunu öğrenmek mümkün değildir.

Peki, ışığın dalgaboyunu büyütsek ve dolayısıyla daha düşük enerjili fotonlar göndersek ne olur? Bu seferde dalgaboyu elektron çapından büyük olduğundan her ne kadar elektronun momentumunda daha düşük bir değişime sebep versek de konumunu belirlemeye yönelik belirsizliğimiz artar. Elektron, ışığın dalgaboyunun, kendisinden büyüklüğü oranında belirsiz konumlara sahip olabilir.

İşte 1927 yılında Werner Heisenberg de aynen böyle düşündü ve belirsizlik ilkesini öne sürdü:

“Herhangi bir parçacığın momentumu ve konumu aynı anda tam doğrulukla ölçülemez”.

Birbiri ardına gelen tüm bu gelişmeler atom teorisinin kuantum düşüncesiyle açıklanabileceğini gözler önüne seriyordu fakat hala bu düşünceden şüphe duyanlar vardı. Bir parçacık nasıl dalga özelliği gösterebilirdi? Cevap Heisenberg’in belirsizlik ilkesini geliştirdiği aynı yılda, 1927’de, elektronların varlığını ortaya koyan J. J. Thomson’ın oğlu George Paget Thomson’dan geldi.

Paget Thomson’ın yaptığı deneyi anlayabilmek için biraz eskilere gitmek gerekir çünkü deneyin neredeyse aynısını 1801 yılında Thomas Young yapmıştır. Young, iğne deliğinden geçirdiği ve böylelikle tek bir merkezde odakladığı güneş ışığının yolu üzerine, üstünde iki küçük yarık bulunan bir plaka koymuştu. Düzeneğin sonuna ışığın yarıklarla olan etkileşiminin sonucunu görmek için de bir perde yerleştirmişti. Yarıklardan geçen ışık perdede aydınlık ve karanlık saçaklar oluşturacak şekilde bir girişim deseni meydana getirmişti ve girişim deseni ancak dalgalar tarafından gözlenebilecek bir olgu olduğundan deney açıkça ışığın dalga özelliği gösterdiğini kanıtlamıştı.

Paget Thomson benzer bir deneyi fakat bu sefer elektronları kullanarak gerçekleştirmek istedi. Sonuç oldukça şaşırtıcıydı. Perdede tıpkı dalga özelliğiyle bilinen ışığın oluşturduğu gibi aydınlık ve karanlık saçaklarıyla bir girişim deseni vardı ve bu durum Broglie’nin elektronların dalga özelliği gösterebileceğine dair geliştirdiği fikrini açıkça destekler nitelikteydi.

11

Young Deneyi’nde, tek yarık ve çift yarık ile elde edilen aydınlık ve karanlık bölgeler.

12

Çift yarık deneyinin şematik gösterimi.

Atom Ailesine Katılan Son Üye: Nötron

Atomun kuantum modelini birbirini kovalayan keşiflerin ardından neredeyse oluşturmuş bulunuyoruz. Yalnızca bir eksik var: atomun çekirdeğini protonla paylaşan nötron. Nötron yüksüz olduğundan gözlenen en son parçacık oldu. Aslında nötronun var olması gerektiği daha öncelerden fark edilmişti. Atom nötrdü ve elektron sayısı kadar proton olması gerekliydi. Fakat çekirdek var olması gereken protonlardan çok daha ağırdı. Öyleyse çekirdeğin içinde yükü olmadığı için gözlenemeyen en az proton kadar kütlesi olan bir parçacık daha olmalıydı.

Gözlem 1932’de James Chadwick’ten geldi. Chadwick alfa parçacıklarıyla bombardıman ettiği berilyum folyonun yaydığı ışının, karşısına çıkan çekirdeklerdeki protonlara çarpıp dışarı fırlamalarına yol açtıklarını gözlemledi. Enerji ve momentum korunumu yasalarıyla hareket ederek bu ışının, protonun kütlesine yakın bir kütleye sahip fakat yüksüz parçacıklardan oluştuğunu belirledi. Parçacıkların ismini de kendisi önerdi.

Büyük Final… Mi?: Modern Atom Teorisi (Kuantum Atom Modeli)

Atomun kuantum modeli artık oluşturulmaya hazırdır. Bu model Modern Atom Teorisi olarak da anılır ve herhangi bir şekilde resmedilmesi elektron davranışları sebebiyle pek mümkün olmayan düşünsel bir modeldir. Kuantum modeli Bohr’un modelinin devamı niteliğinde olup onun açıklayamadığı elektronların neden sadece belli yörüngelerde dolandığı gerçeğini açıklar. Elektronlar, dalga karakterlerinin bir özelliği olarak çevresi, elektron dalgaboyunun ancak tamsayı katında olan yörüngelere yerleşebilirler. Dolayısıyla çevresi üç buçuk elektron dalgaboyu büyüklüğünde bir yörüngeden söz edilemez. Bunun yanı sıra dışlama ilkesi gereği elektronlar farklı yörüngelerde olmak zorundadır ve Born’un olasılık kuramı gereği bir elektronun yerini kesin olarak ifade etmek mümkün değildir. Bütün bunların ışığında elektronlar çekirdeğin etrafında ancak bir elektron bulutu içinde resmedilebilirler.

13

Kuantum Atom Modeli

Bunların yanı sıra Paul Dirac birtakım matematiksel hesaplama sonucu bilinen bütün bu parçacıkların birer karşı parçacığı olduğunu öne sürdü. Sonraki yıllarda bu karşı parçacıkların tamamı gözlendi. 1964’te Gell-man ve Zweig, elektron ve foton gibi temel parçacıklar haricinde diğer parçacıkların daha temel yapılardan oluşması gerektiğini öne sürdüler. Gell-man bu daha temel parçacıklara kuark ismini önerdi. 1968’de Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezinde protonların yüksek enerjili elektronlarla bombalanması sonucu kütle yoğunluğu sergileyen üç küçük noktanın varlığı anlaşıldı. Daha sonra bu üç küçük noktanın kuarklar olduğu ve proton ile nötronun üç kuarkın birleşmesiyle oluştuğu öğrenildi.

Parçacık fiziğindeki gelişmeler bugün hala atom teorilerine ışık tutuyor. Maddeyi oluşturan, radyoaktiviteyi taşıyan, doğanın temel kuvvetlerinden sorumlu olan birçok parçacık ortaya çıkarıldı. Bu parçacıklar bize evrenin sırlarını da fısıldıyorlar. Bilim bitmek tükenmek bilmeyen merakı sonucu aydınlattığı atom fikri gibi bugün doğanın birçok gizli kalmış yanını ortaya çıkarmak için uğraşıyor. Hiç şüphesiz bugünün uğraşları ileride yeni bilimsel öykülere konu olacak.

Kaynaklar

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

Faraday Kafesi

İsmini 19. Yüzyılda yaşamış ünlü fizikçi ve kimyacı Michael Faraday’dan alan, çalışma prensibi basit elektrostatik kurallara dayanan bu düzeneği günlük hayatta birçok yerde görebilirsiniz.

gplusconf._DSC5630.web_

Faraday kafesleri çevreledikleri hacmi, dışarıda meydana gelen elektriksel alan değişimlerine karşı korurlar. İlginç olan nokta; bunu yaparken hiçbir güç harcamamalarıdır. Bir faraday kafesine ne derece sahip olmak istersiniz bilmiyorum ama eğer sahipseniz onu fişe takıp çalıştırmanız gerekmez! Diğer taraftan faraday kafesi sahip olunması zor olan birşeyde değildir. Örneğin, bir alüminyum folyo yeterlidir. Yalnızca belli bir hacmi çevreleyebilecek kadar olması işimizi görecektir.

Peki, pratikte faraday kafesine ne derece ihtiyacımız var? Oldukça çok. Faraday kafesimiz ve onun dayandığı fizik olmasaydı binalarımızı yıldırım düşmelerinden korumak için oturup başka bir çözüm düşünmemiz gerekecekti. İçlerinde kimi gizli bilgilerin gönderilip alındığı binaları casuslardan korumak için yine başka bir yöntem gerekecekti. Ama çok fazla karamsar olmayalım, eğer faraday kafesimiz olmasaydı iyi şeyler de olacaktı; mesela arabalardaki radyo antenlerini arabanın dışına koymak zorunda kalmayacaktık!

Araba radyolarının antenlerinin dışarıda olması sizi de rahatsız etmiş olabilir. Ben çoğu zaman kendimi bu anten içeride bir yerlere konulamaz mıydı diye düşünürken bulmuşumdur. Hiç estetik değildir çünkü arabanın üstünde bir anten. Hem araba radyosunun antenini arabanın üstüne koymak, evdeki radyonun antenini çatıya koymaya benzer. Ama her ne olursa olsun fiziğin tüm evrene hükmeden kurallarından kaçmak mümkün değildir ve bu durum yirminci yüzyılın mühendislik harikası olsanız da fiziğin sizi kayırmayacağı anlamına gelir.

Arabalardaki radyo antenlerinin yadırganan yeri ne yazık ki bir mecburiyetin sonucudur. Arabalar sahip oldukları metal gövdeleriyle birer faraday kafesi görevi görürler. Bundan dolayı radyo dalgalarının arabanın içine ulaşması söz konusu değildir. Muhtemelen araba tasarımcıları da bu durumdan rahatsız olmuşlardı fakat sanıyorum ki arabayı tahta gövdeli yapmaktan başka bir çareleri yoktu. Bu da estetik bir kaygıdan çok daha fazlasını alıp götüreceğinden tercih edilmemiş olabilir. Bu noktada arabaların içinde rahatlıkla kullandığımız cep telefonlarının nasıl olupta çalıştığını sorgulayabilirsiniz. Ne de olsa radyolar da, cep telefonları da elektromanyetik dalgalarla çalışırlar ve eğer faraday kafesine elektromanyetik dalgalar giremiyorsa cep telefonlarının da çalışmamasını beklersiniz. Böyle olmamasının sebebi faraday kafesimizin gözenekli olmasıdır. Bildiğiniz gibi araba gövdesinin tamamı metalden oluşmaz. Camlar metalin yüzeyindeki boşluklardır ve pratik olarak bu boşluklar faraday kafesimizin gücünü düşürür. Dolayısıyla kafes, güçlü ve zayıf elektromanyetik dalgalara karşı adil davranamaz, gelen elektromanyetik dalganın gücüne göre tepki vermek zorunda kalır. Radyo dalgaları düşük enerjili olduğundan onların içeriye girmesine karşı koyabilir fakat cep telefonlarının çalıştığı yüksek enerjili elektromanyetik dalgaların içeriye girmesi karşısında kafesin yapacak hiçbir şeyi yoktur. Bu yüksek enerjili elektromanyetik dalgalar çok yüksek frekanslıdır ve dalgaboyları faraday kafesinizin sahip olduğu gözeneklerle  karşılaştırılamayacak kadar küçüktür. Dolayısıyla cep telefonu sinyalleri araba gövdesinin metal olmayan boşluklarından girip çıkarken gövdenin bundan haberi bile olmaz!

Peki, bir faraday kafesiyle cep telefonu sinyallerini durdurabilmek mümkün müdür? Elbette mümkündür. Eğer elektromanyetik dalgalara karşı güçlü bir faraday kafesine sahip olmak istiyorsanız kafesinizdeki gözenekleri mümkün olduğu kadar küçültmeniz gerekecektir. En kesin çözüm yüzeyinde hiçbir boşluk bulunmayan sürekli bir iletken malzeme kullanmaktır. Bunun için çok fazla malzeme araştırması yapmaya gerek yok. Cep telefonu sinyallerini durdurabilmek için bir alüminyum folyo yeterli olacaktır. Cep telefonunuzu alüminyum folyoya hiçbir tarafında boşluk kalmayacak şekilde sardığınızda deneyinizi başlatabilirsiniz. Eğer telefonunuzun bulunduğu hacmi dikkatlice sarıp boşluk olmamasına özen gösterdiyseniz telefonunuza ulaşamayacaksınız. Çünkü alüminyum folyo bir faraday kafesi görevi görüp içerisindeki hacme elektromanyetik dalgaların girmesine izin vermeyecektir.

Artık biliyoruz ki; bütün faraday kafesleri kafes şeklinde değil. Gözenekli yapıda olmayan, yüzeyi sürekli bir iletken malzemeyle de faraday kafesi oluşturulabiliyor. Yüzeyinde hiçbir boşluk olmayan kafes, çevrelediği hacme hiçbir şekilde elektrik alan değişimlerini ve elektromanyetik dalgaları geçirmiyor, eğer gözenekli yapıdaysa elektrik alan değişimlerini yine geçirmiyor fakat elektromanyetik dalgalara tepki vermede gözeneklerinin küçüklüğü oranında başarılı olabiliyor. Kafes ne kadar küçük gözeneklere sahipse elektromanyetik dalgaları perdelemede o kadar başarılı oluyor.

faraday-cage

Faraday kafesinin ne olduğu, nerelerde kullanıldığı ve farklılıklarını anladıktan sonra olayın arkasındaki fiziği incelemeye hazırız. Tam olarak ne oluyor da bu metal kapalı kutular elektrik alanları perdeleyebiliyorlar?

faraday Tesla bobininin hemen yanında, faraday kafesinin sağladığı güvenle oturup üzerinize gelen yük sıçramalarını izleyebilirsiniz.

Faraday Kafesinin Arkasındaki Fizik

Cep telefonunuzu bir kağıt parçasına sarmayı deneyebilirsiniz. Tahmin edeceğiniz gibi hiçbir sonuç alamayacaksınız. Faraday kafesi için iletken bir malzemeden bahsediyor olmamız gerekir. Öyleyse iletkenlikten başlayalım. İletken bir madde ne demektir? Malzemelerin iletken ve yalıtkan olarak sınıflandırılması doğru ve yeterli midir?

İletkenlik

Elektriksel iletkenlik tamamıyla maddenin mikroskobik boyutlarında gerçekleşen olayların sonucudur. Onu anlayabilmek için atomların dünyasına inmek zorundayız. Bildiğiniz gibi atom, merkezinde artı yüklü protonların ve yüksüz nötronların yoğunlaştığı, çevresinde ise eksi yüklü elektronların kuantum mekaniksel ilişkiler neticesinde dizildiği bir yapıdadır. Bu elektron dizilimleri merkezinde çekirdeğin olduğu ve çapları gittikçe büyüyen çemberler şeklinde düşünülebilir. Biz iletkenlik bağlamında bu çemberlerin en büyüğüyle ilgileniyoruz. Yani çekirdeğe en uzak olanıyla. Doğadaki bazı maddelerin çekirdekten en uzakta bulunan elektronları bazen yörüngesinde yalnızdır. Bu elektronların yörüngelere yerleşiminin doğal bir sonucudur. Biraz acıklı bir örnek olacak ama şöyle düşünelim; bir hapishanede gardiyansınız ve dokuz mahkumu ayaklarından prangalayıp bir yerden bir yere götürme göreviyle karşı karşıyasınız. Çok üzücü ama hapishanede bulunan prangalar sekiz kişi için düşünülmüş. Yapacak bir şeyiniz yok mahkumların sekizini prangalayıp geriye kalan kişinin kaçmaması için yolculuk boyunca dikkatli olmalısınız. Atom yörüngelerinde de sekiz kişilik prangada olduğu gibi belli bir kural vardır. Her yörüngeye kaç elektronun yerleşebileceği bellidir. Bazı maddeler öyle elektron sayısına sahiptirler ki, elektronları tüm yörüngelere yerleştirdikten sonra geriye yalnız bir elektron kalır. Bir önceki yörünge tam olarak doldurulmuşken maddenin sahip olduğu son elektron son yörüngede tek başınadır. Tek başına olduğundan çekirdek tarafından çekimi çok zayıftır hatta neredeyse çekirdek tarafından hiçbir çekime maruz kalmaz ve serbest haldedir. Elbette ki madde milyarlarca atomdan meydana gelir ve bu milyarlarca serbest elektron demektir. Bu milyarlarca serbest elektron madde içerisinde adeta yüzerler ve bir elektron denizi oluştururlar. İşte iletkenliği sağlayan bu elektron denizi yani atomdaki serbest elektronlardır.

Elektrostatik hakkında az çok bilgisi olan herkes için klişe sayabileceğimiz bir söylem vardır; bütün maddeler iletkendir! Aynen öyledir. Ancak bazı malzemelerin iletkenliği öylesine küçüktür ki pratikte onların iletkenliklerinin bahsi bile edilmez. Onları oluşturduğumuz yalıtkanlar sınıfına koyarız. Tahmin edeceğiniz üzere yalıtkan maddelerin atomları içerisinde elektronlar yörüngelerine tamı tamına oturmuştur ve dolayısıyla çekirdekler elektronlara güçlü bir çekim uygular. Örneğimize göre bu sefer sekiz kişiyi bir yerden bir yere götürdüğümüzü varsayabiliriz ve rahatlayabiliriz. Kimse bir yere kaçamaz!

Fakat maddelerin elektriksel iletkenliği yalnızca iletkenler ve yalıtkanlar olarak sınıflandırılmanın daha ötesinde kimi durumlar barındırır. Bazı malzemeler “neredeyse” iletkendir ve bunlara yarı-iletken deriz ki bu malzemeler günümüz elektroniğinin taşıyıcısı konumundadır. Yarı-iletkenlerin son yörüngesinde üç-dört-beş elektron bulunabilir. Örneğimize dönecek olursak üç, dört veya beş kişiyi prangaladığımızı düşünebiliriz. İyi bir organizasyonda kaçmak neden olmasın! Sekiz kişiden daha kolay olduğu kesin.

Bir diğer iletkenlik sınıfı ise süperiletkenliktir. Süperiletken malzemeler sıfır dirençtedir ve elektriği kayıpsız iletebilirler. Yani pranga falan yoktur!

İletkenliği ana hatlarıyla anlamış bulunuyoruz. Faraday kafesinin arkasındaki fiziği anlamaya giden yolda elektrik alanları da incelemek durumundayız.

Elektrik Alan

Bildiğiniz gibi doğada iki farklı elektriksel yük bulunur. Bunları artı ve eksi olarak ifade ederiz. Artı ve eksi birbirini çekerken eksi eksi veya artı artı birbirini iter. Bu ilişkiler doğanın sert kurallarıdır ve elektrik yüklü bir kabloyu tuttuğumuzda neden çarpıldığımızdan, duvarların içinden neden geçemediğimize kadar birçok gerçekliğin açıklamasını içinde barındırır.

Yüklerin birbiriyle olan ilişkilerini daha yakından incelemeye kalkarsak elektrik alanla karşılaşırız. Şunu söyleyebiliriz ki doğadaki bütün uzaktan etkiyen kuvvetlerin etkileşimleri bir alan vasıtasıyla incelenir. Yükler çevrelerinde oluşturdukları alanlarla etkileşirler. İşte biz elektriksel yüklerin oluşturdukları bu alana elektrik alan diyoruz. Alanın yönünü tıpkı artı ve eksi yüklerin seçimindeki keyfilikle, artıdan eksiye doğru seçiyor ve gösteriyoruz. Ancak hemen belirtmekte yarar var ki bu kesinlikle hatalı bir söylemdir. Doğrusu yüksek potansiyelden düşük potansiyele olmalıdır ve kuşkusuz eksi-iki eksi-beşten büyük bir sayıdır.

Şunu netleştirmek gerekebilir, elektrik alan, gözlemlerimize uyan, uzaktan etkiyi açıklığa kavuşturan, fiziksel gerçekliği olan bir kavramdır. Yönü vardır ancak yönünün nerden nereye olduğu tıpkı artı ve eksi yüklerin kabulü gibi tamamıyla fizikçilerin bir tercihidir. Biran için elektrik alanın yönünün eksiden artıya olduğunu farzedin. Pratikte hiçbir sorunla karşılaşmayacaksınız!

Şimdi iletkenler ve elektrik alan hakkında edindiğimiz bu bilgileri biraraya getirip sonuca ulaşabiliriz.

Bir Dış Elektrik Alandaki İletken

Elimizde yüksüz bir iletken malzeme var ve biliyoruz ki iletken malzemelerin içinde çok sayıda serbest elektron bulunuyor. Bu malzemenin yanına artı elektrik yükü koyulursa iletkendeki serbest elektronlar artı yükün bulunduğu tarafa yönelecektir. Bu işlemi genel bir dış elektrik alanda yeniden incelemenin noktasal bir yükle incelemekten farkı yoktur. Ne de olsa noktasal yükler de çevrelerinde bir elektrik alan oluştururlar ve elektriksel etkileşimlerini bu sayede gerçekleştirirler.

1İletken maddenin içerisinde bir hacim oluşturabiliriz. Bu hacim iletkenin hiçbir özelliğini değiştirmez ve dış elektrik alan içerisindeki iletkende de yükler yeniden şekillenir. Elektrik alan yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru olduğundan artıdan eksiye doğru kabul edilebilir. Dolayısıyla elektrik alanın yüzeye geldiği yönde iletkende eksi yük birikmesi oluşur. İletkenin diğer tarafında eksi yükler azaldığından artı yük fazlalığı oluşur ve diğer tarafta artı yüklenmiş olur. Burada belirtilmesi gereken nokta; iletkenin yüzeyinde yeniden yük şekilleniminin doğrudan dış elektrik alana bağlı olduğudur. Dış elektrik alan ne kadar büyükse, iletkenin, elektrik alanın girdiği ve çıktığı tarafları arasındaki yük farkı o kadar fazla olur. Şimdi inceleyeceğimiz nokta, dış elektrik alanın yeniden şekillendirdiği yüzey yüklerinin iletkenin içinde oluşturduğu elektrik alanıdır.

2Bir önceki görsel aslında eksikti ve ikinci görselle tamamlanmış oldu. Dış elektrik alanın, büyüklüğü ölçüsünde şekillendirdiği yüzey yükleri, iletkenin içinde, dış elektrik alanla aynı büyüklükte fakat zıt yönlü bir elektrik alan oluştururlar. Aslında faraday kafesinin çalışma prensibini özetleyen sihirli cümle tam olarak budur!

3

Dolayısıyla iletkenin içinde net elektrik alan sıfırdır! İşte pratikte çokça faydası bulunan ve günlük yaşantımızda farkında olmadan sıkça karşılaştığımız faraday kafesinin ardındaki fizik budur. Görseldeki iletkenin içinde olduğunuz sürece dışarıdaki yüzbinlerce volt sizi ilgilendirmeyecektir. Fizik çalışıyor ona güvenebilirsiniz!

Kaynaklar
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker  Fundementals of Physics.-8th Edition. 2007
David J. Griffiths  Introduction to Electrodynamics -3th Edition 1999
http://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_cage
http://www.juliantrubin.com/bigten/faradaycageexperiments.html
http://www.pa.msu.edu/~duxbury/courses/phy294H/lectures/lecture6/lecture6.html

Michael Faraday ve Elektromanyetizmanın Doğuşu

Michael Faraday’ın yaşamı, birtakım yetersizliklerin, sıkıntıların, azimle, kararlılıkla ve arzuyla alt edilebileceğinin kuşkuya yer bırakmayan bir ispatını yapar. Bu sebepten Faraday, yaşamın ekonomik ve sosyal yapısı gereği birtakım imkanlara erişme olanağı bulunmayan kimseler için büyük ve heyecan uyandıran bir örnektir. Bir bilim adamı için olmazsa olmaz olan ve bilimsel çalışmaların sabır ve heyecanla sürdürebilmesi için yegâne besin kaynağı olarak tasvir edilebilecek merak duygusunun Faraday’ın başarısının arkasındaki sır olduğu düşünülebilir. Ancak yine de onun fiziğin gelişimine olan katkıları incelendiğinde, okuma-yazma ve son derece yüzeysel aritmetik dışında bir eğitimi olmayan yoksul bir gencin bu işi nasıl başardığı konusu, insanda hayret uyandıran önemli bir başarı hikayesini içinde barındırır.

Faraday, fizikte ikinci büyük birleşme olarak bilinen Maxwell’in matematiksel kesinliğe oturtarak son şeklini verdiği elektromanyetik kuramın oluşumunda büyük rol üstlenmiş bir deneysel fizikçidir. Onun buluş ve keşifleri insanoğlunun modern yaşam koşullarının oluşmasını doğrudan etkilemiş ve bu yaşama pratik, hala kullanılmakta olan ürünler sunmuştur. Bugün metal sanayiinin önemli bir adımını oluşturan elektroliz işlemini tanımlayan ve ilkeleştiren, günümüzde elektrik motorlarının çalışma prensibiyle çalışan bir prototip geliştiren, maddenin bileşenlerine ayrılmasının akımla doğru orantılı olduğunu göstermesiyle elektrik sayaçlarının geliştirilmesini sağlayan Faraday’dır. Tüm bunların yanı sıra, belki de yetişmesinin etkisiyle deneye ağırlık veren ve buluşlarının tamamının deneysel sonuçlara dayandığı Faraday, maden ocaklarında kullanılan Davy lambasının geliştirilmesinde de çalışmalarda bulunmuştur.

32IRhQPBaşarı için gereken 5 temel beceri; konsantrasyon, ayırt etme gücü, organizasyon, yenilikçilik ve iletişimdir
Michael Faraday

19. yüzyıla damgasını vuracak olan bilim adamı, 22 Eylül 1791’de Londra’da yoksul bir ailenin dört çocuğundan biri olarak dünyaya geldi. Faraday’ın ailesi henüz o doğmadan önce 1791’in başlarında demirci olan babasının iş bulabilmesi amacıyla İngiltere’nin kuzeyinden Newington köyüne göç etmişti. Faraday zorluklarla dolu bir hayata doğdu. Bu zorluklarla dolu çocukluk yaşamında ona en büyük manevi desteği veren annesiydi. Babası kısa süreli bazı zamanlar iş bulabiliyordu ve çoğu zaman hastaydı.

Faraday’ın ailesi Sandemancılar adlı küçük bir Hristiyan tarikatının üyesiydi. Sandemancılık, basit bir yaşam sürülmesi gerektiğine inanan, zenginliğin yanlış olduğunu savunan ve Tanrı’nın yasalarının doğada aranması gerektiğine inanan Hristiyan kökenli bir tarikattır. Onun yaşamı boyunca üyesi bulunduğu tarikatın bu görüşlerini taşıdığı ve doğayı algılama ve yorumlamada dininin etkisi altında kaldığı söylenebilir.

Çocukluğunda çok yetersiz bir eğitim aldı. Bütün eğitimi kilisenin pazar okulunda öğrendiği okuma-yazma ve biraz aritmetikten ibaretti. Günlerini yarı aç yarı tok geçiren genç Faraday ekonomik sıkıntılarla boğuşan ailesinin bütçesine katkıda bulunmak zorundaydı. Çalışmaya gazete dağıtıcılığı yaparak başladı. On üç yaşına geldiğinde kendi aydınlanma sürecini başlatabileceği önemli bir imkan edindi ve bir kitapçıda çıraklık yapmaya başladı. Burada kitap ciltleme işini öğrendi ve kendisine ciltlenmek üzere getirilen kitapları okumaya başladı. Yaşamının ona sunamadığı eğitimin yarattığı adaletsizliği o kendi kendisini yetiştirerek giderecekti.

Genç Faraday ciltlediği kitaplar arasında fizikle ilgili olanlarını diğer kitaplara kıyasla daha büyük bir heves ve arzuyla okudu. Özellikle iki kitaptan büyük ölçüde yararlanmış ve derinden etkilenmişti. Biri Britannica Ansiklopedisi, diğeri Jane Marcet’in Kimya Üzerine Söyleşiler isimli kitabıydı. Ansiklopedinin üçüncü baskısındaki elektrik maddesinden öğrendikleri onun konuya olan ilgisini uyandıracak ilk bilgilerdi. Kimya alanına da büyük bir merak duyuyordu. Hurda parçalardan oluşturduğu bir elektrostatik üreteçle ve yine kendi yaptığı zayıf bir Volta pili ile ilkel şartlarda birtakım deneyler yapmaya başladı. Gün geçtikçe bilime ve yeni şeyler öğrenmeye olan tutkusu önüne geçilemez bir hâl alıyordu. 1812’de bu tutkusunu eyleme dönüştürebileceği önemli bir fırsat elde etti. Kitap ciltlemeye gelen bir müşteri sayesinde dönemin önemli bilim adamı Sir Humphrey Davy’nin Kraliyet Enstitüsünde düzenlenen kimya konferanslarından birinin biletini elde etti. Bu bilet Faraday’ın yaşamının bir dönüm noktasını oluşturacaktı.

29 Şubat 1812’de Sir Humphrey Davy’nin konferansına ilk kez katıldığında son derece heyecanlıydı. Yerine oturur oturmaz, not tutmayı son derece önemli bulan ve her türlü çalışmasını kayda geçiren Faraday, derhal salonu ve birtakım aletlerle dolu sahneyi tasvir eden notlarını tutmaya başladı. Konferans saat sekizde başladı ve zamanının en önemli doğa felsefecisi Humphry Davy efsanevi yetenekleri ve muhteşem gösterileriyle izleyenleri şaşkına çevirmeye başladı. Kimyasal maddeler alevleniyor, elektrik akımları akıyor genç Faraday ise bütün dikkatiyle Davy’yi izliyor ve olanları anlamaya çalışıyordu. Konferans boyunca not defterine gözlemlerini yazdı. Konferans sonunda Davy son sözlerini söylerken Faraday’ın elindeki notlar doksan altı sayfayı bulmuştu. Kraliyet Enstitüsünden çıktıktan sonra bilim dünyasının bir parçası olmayı kafasına kesin olarak koyan Faraday, ciltçiliği daha fazla sürdüremedi. Kendini tümüyle bilime verdi ve Davy’nin diğer konferanslarını da itinayla takip etti. Davy’nin dikkatini çekmesi gerektiğini biliyordu. Bir süre bunu nasıl başarabileceği üzerine kafa yordu ve aklına güzel bir fikir geldi. Konferanslarda tuttuğu notları ciltleyerek yanında iş isteyen bir mektupla birlikte Davy’ye gönderdi. Aldığı cevap olumsuzdu. Davy’nin kendisine verebileceği herhangi bir iş olmadığını öğrendiğinde tamamıyla yıkıldı. Doğa felsefesinden elini eteğini çekip onu yeterli imkan ve zamanı bulabilen şanslı kişilerce yapılması için bırakmak zorunda kaldığını düşündü. Fakat şans yüzüne gülmekte gecikmedi. Bir süre sonra Kraliyet Enstitüsü’nden bir asistan uzaklaştırıldı ve yerine bir başkasının alınması gerekti.

1 Mart 1813 sabahı Weymouth caddesinde Faraday’ların virane görünümlü evlerinin kapısı çaldı. Kraliyet Enstitüsünden gelen bir uşak elinde Sir Humphry Davy’nin bir mesajını taşıyordu. Davy mesajında enstitüden bir asistanın ayrıldığını eğer hala ilgileniyorsa onu işe alabileceğini söylüyordu. Faraday mektubu okuduğunda bir an bile düşünme ihtiyacı hissetmedi. Derhal kabul etti ve enstitüdeki işine otuz şilin haftalıkla başladı. Görevinin alt seviyede bir laboratuvar asistanı olarak test tüplerini yıkamak ve yerleri süpürmekten ibaret olmasıysa onu çok fazla etkilemedi.

Faraday’ın bilimde gerçekleşecek olan hızlı ilerleyişi başlamıştı artık. Çağının en büyük kimyacısı Davy’nin yanında asistan olarak işe başlaması onun birçok bilgiyi kolay yoldan edinmesini ve yeni deneyler tasarlamayı öğrenebilmesini sağladı. Faraday bu yeni görevine çok çabuk uyum sağladı ve kısa zamanda kendini ispat etti. Enstitüdeki daha ilk yılında dersler vermeye, deney sonuçlarını yayına hazırlamaya başladı. Gerçek bir bilim sevdalısı olarak, bilim uğruna her işi yapmayı göze aldı. Öyle ki, Davy çiftinin İtalya’ya yaptığı bir seyahat sırasında protokol görevlerini bile yerine getirdi. Tabi bu seyahatin ona önemli bir katkısı da vardı. Bu yolculuk sayesinde André Marie Ampère(1775 – 1836), Alessandro Giuseppe Volta(1745 – 1827), Alexander von Humboldt(1769 – 1859) gibi bilim adamlarının aralarında bulunduğu zamanın ünlü bilim şöhretleriyle tanışma fırsatı yakaladı. Ciltçilik yaptığı sıralarda deneylerini taklit ederek tekrarladığı bu bilim adamlarıyla tanışması onu son derece heyecanlandırdı.

1821 yılına gelindiğinde Faraday, Kraliyet Enstitüsündeki yerini oldukça sağlamlaştırdı ve elektrikle ilgili çalışmalarına başladı. Ancak onun haricinde daha birçok kişi bu gizemli kuvvetin sırlarına vakıf olabilmek için çalışmalar yürütüyordu. Orsted 1820 yılında bir telden geçen elektrik akımının çevresinde manyetik alan oluşturduğunu keşfetmiş, Fransız fizikçi Amper de oluşan bu manyetik alanın dairesel olduğunu ispat etmişti. Charles-Augustin de Coloumb ise elektrik ve manyetizmanın benzer kuvvetler olduğunu ortaya koymuştu. Yani elektrik akımının bir manyetik alan ürettiği anlaşılmıştı. Acaba aynı şekilde manyetizmadan da elektrik akımı üretilebilir miydi? Dönemin cevap bekleyen en büyük bilimsel sorusu buydu. Bu sorunun cevabını bulmak Faraday’a kısmet olacaktı.

Çalışmalarını tüm yoğunluğuyla sürdürdüğü bir sırada araya Sarah Bamard isimli yirmi üç yaşında genç bir kadın girdi. Yaşlı bir Sandeman mezhebi üyesinin kızı olan Sarah’la kilisede tanışmışlar ve birbirlerinden hoşlanmışlardı. Faraday 12 Haziran 1821’de onu ömür boyu mutlu edecek olan hayatının kadını Sarah’la evlendi. Bu ilişki zaten çalışmalarının geri kalmasını sağladığından balayı yapmak yerine elektrik ve manyetizmanın tarihiyle ilgili bir makale yazmak istediğini dile getirdiğinde karısı Sarah, duruma biraz üzülmüş olsa da bunu hoş karşılaması gerektiğinden başka çaresi olmadığını çok iyi biliyordu. Evliliğinden sonra bilimsel kariyeri duraksamanın aksine daha da hızlanarak ilerlemeye devam etti.

Faraday, kendine özgü dikkati ve özeniyle, Oersted’in yaptığı deneylerdeki küçük bir ayrıntının üzerinde durulması gerektiğini anlamıştı. Bir masanın üzerinde duran pusulanın, aşağıdan yukarıya doğru akan bir elektrik akımının etkisinde kaldığı düşünülürse, pusula ibresindeki sapmanın daima saat yönünün tersine doğru olduğu görülür. Faraday başlarda etkileşmenin neden saat yönünün tersine doğru olduğunu anlayamadı. Amper’in tel çevresinde oluşan manyetik alanın dairesel olduğu sonucunu bulmasını da kullanan Faraday, tıpkı sıcak havanın yükselirken kimi zaman hortumları oluşturması gibi, içinden akım geçen telin de çevresinde manyetik rüzgârlar oluşturabileceği düşüncesini geliştirdi. Elindeki aletlerle gece gündüz çalışarak yeni bir deney tasarlamaya koyuldu. Eğer soyutlanmış bir manyetik kutup elde edebilir ve telin yakınına koyarsa, bunun tel çevresinde dönebileceğini düşündü. Önce cıva dolu havuz şeklindeki bir kabın içine, ucunu büktüğü bir mıknatısı yerleştirerek onu bir şamandıra olarak kullandı. Daha sonra kabın içine aşağıdan yukarıya çıkacak şekilde bir tel yerleştirerek bu telden akım geçirdi. Deney sonucunda mıknatıs şamandıranın, içinden akım geçen telin etrafında dönmekte olduğunu gördü. Faraday’ın bu deneyi tarihte elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülebildiği ilk çalışmadır. Takip eden yıllarda mühendisler Faraday’ın bu çalışmasını geliştirerek sanayi devriminin itici gücü olan buharlı makinelerin yerini alacak olan elektrik motorlarını geliştireceklerdi. Faraday’ın oluşturduğu düzenek ilk elektrik motoru prototipiydi ve günümüzde kullanılan tüm elektrik motorlarının Faraday’ın deneyinde kullandığı prensibi baz alarak çalıştıkları söylenebilir.

Faraday bir Noel zamanına denk gelen buluşundan ilk önce karısını haberdar etti. Noel sabahı eşi Sarah Bamard’ı, buluşunu sunmak üzere Kraliyet Enstitüsüne götürdü. Bayan Faraday’ın karşısında elektrik akımıyla sürekli mekanik devinim sağlayan bir düzenek duruyordu. Fakat aslında bu armağan Faraday’ın yalnızca eşine değil tüm dünyaya sunduğu bir armağan olacaktı.

Otuz yaşında olan ve hala bir laboratuvar asistanı maaşı alan Faraday bu buluşundan sonra kimyaya yöneldi. Karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi gazları sıvılaştırmayı, havagazından benzolü, kauçuktan dipenteni ayırmayı başardı. Bir süre sonra hem hocası hem de laboratuvar ve deney tasarlamada gelişmesini sağladığından ustası denebilecek kişi olan Davy’nin yerine Kraliyet Enstitüsü Müdürlüğüne yükseldi. 12 yıl önce Davy’nin, laboratuvarının yerlerini süpürmesi için işe aldığı bir genç şimdi onun geride bıraktığı makamında oturuyordu. Hayatında hiç yüksek öğrenim görmemiş, çocukluğunda düzgün bir eğitim dahi almamış bir adamın yükselişi ilgiyle izleniyor kimi çevrelerce de sıkıntıyla karşılanıyordu. Özellikle Davy’nin Faraday’ın bu engel olunamaz yükselişi karşısında durumu pek içine sindiremediği söylenebilir.

Faraday artık kendini ispat etmiş bir bilim adamıydı. Makamının verdiği sorumluluğun ve kendi yükselişini borçlu olduğu konferansların gerekliliğinin bilinciyle hareket ederek ‘Cuma akşamı konferansları’ başlıklı bilimsel sohbetlerin yapıldığı toplantılar düzenlemeye başladı. Bu toplantılarda sürdürdüğü deneylerden bahsediyordu. Onun deneylerini ve çalışmalarını son derece heyecanlı bir topluluk izliyordu. Halkın, düzenlediği toplantılara katılımı tamdı. Diğer taraftan Kraliyet Enstitüsü’nde halk için düzenlenen dersler, Faraday’la geleneksel hale geldi ve kökleşti. Öyle ki bu uygulama günümüzde de halen devam etmektedir.

Faraday_Michael_Christmas_lecture_detail

Faraday’ı halka açık verdiği derslerde resmeden bir illüstrasyon.

Elektromanyetizmanın  Doğuşu

Elektrik ve manyetizma arasındaki dönüşüm halen yapılamamış, dönemin en önemli bilimsel sorusu halen cevap bulamamıştı. Elektrik motorunun keşfi bilim adamlarını heyecanlandırsa da bu yalnızca elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşümünü gerçekleştiriyordu. Elektrik akımının manyetik alan oluşturduğu gerçeği acaba aynı şekilde manyetizmanın elektrik akımı oluşturduğu gibi bir gerçekle buluşabilecek miydi? Dönemin çalışmalarını elektrik alanında yoğunlaştıran önemli bilim adamı Orsted de sorunun cevabını arıyordu. Ancak 29 Ağustos 1831’de cevabı bulan Faraday olacaktı.

Faraday, iç içe geçebilen iki kalın demir halkanın etraflarına yalıtılmış bakır teller sardı. Planı basitti. Dıştaki halkanın etrafına sardığı telden bir elektrik akımı geçirecekti ve bu halkanın içinde sargı boyunca dönen bir manyetik rüzgâr yaratacaktı. Eğer bu manyetik rüzgâr elektrik alan oluşturabiliyorsa içteki halkanın etrafında sarılı telde bir akım gözlemesi gerektiğini biliyordu. Faraday üretilen akımın çok küçük olabileceği ihtimali üzerine içteki sargıya, oluşabilecek en ufak bir akımı bile ölçebileceği yeterlilikte bir ölçme aleti bağladı. Artık deneyini yapmaya hazırdı.

OK2NOnJ
Sargıdan elektrik akımı geçmesiyle oluşan manyetik rüzgâr(alan). Faraday deneyinde iç içe geçmiş iki sargı kullandı.

Dış sargıya, bağladığı Volta pili aracılığıyla akım verir vermez umutla akımölçere baktı. Gözlemi onu hayrete düşürdü ve büyük bir heyecanla derhal laboratuvar defterine şu notları düştü; ‘İbre hareket etti ve en sonunda başlangıçtaki konumunda durdu’. Bir süre ibreye bakakaldı. İlk etapta neler olduğunu anlayamadı. Akımı verir vermez hareket eden ve sonra birdenbire duran ibrenin tekrar hareket etme olasılığı üzerine akımı koruyarak bir süre bekledi. Hiçbir şey olmuyordu. Pili çözmeye karar verdi. Tam çözdüğü sırada ibrenin tekrar hareket ettiğini görünce şaşkınlıktan donakaldı. Geceyi dış sargıya Volta pilini bağlayıp çözerek geçirdi. 19. yüzyılın en büyük buluşu olan elektromanyetik teoriye giden yolda önemli bir buluşu gerçekleştirmek üzereydi.

1024px-M_Faraday_Lab_H_Moore

1850’ler. Faraday laboratuvarında çalışıyor.

Faraday, akımölçerin, pili bağladığı ve söktüğü sıradaki gösterdiği tepkileri anlamakta gecikmedi. Deneyini tasarlarken düşündüğü şekilde dış sargıya gönderdiği elektrik akımı halka boyunca bir manyetik alan oluşturuyordu ve bu manyetik alan iç sargıda bir elektrik akımı doğuruyordu. Ancak bu olay yalnızca manyetik alanın şiddetinde bir artış veya bir azalma meydana geldiğinde oluyordu. Bu düşünce akımölçerin tepkisini oldukça iyi şekilde açıklıyordu. Dış sargıda dolanan elektrik akımı sabitlenince yani halkadaki manyetik alan şiddeti durağanlaşınca, iç sargıda akım oluşmuyor, akımölçer bir değer ölçmüyordu. Faraday, bilim dünyasının boğuştuğu en büyük sorunun cevabını bulmuş, manyetizmadan elektrik akımı üretmeyi başarabilmişti. Deneyinde kullandığı ekipmanları birkaç ay içinde geliştirip daha iyi hale getirerek ulaştığı sonuçları tekrar denedi. Her seferinde aynı sonuçları aldığını gördü ve 1831 yılı sonlarında düşüncesini kökleştirerek yazıya döktü. ‘Bir manyetik kuvvet azaldığında ya da arttığında elektrik üretir; ne kadar hızlı artar ya da azalırsa, ürettiği elektrik de o kadar fazla olur.’

Faraday’ın meslektaşları, deney sonucunu bir cümle halinde sunmasıyla şaşkına döndüler. Öyle ki Newton’dan bu yana fiziğin ve daha genel anlamda bilimin dili matematik olarak kabul edilmişti. 19. yüzyılın en büyük sorusunun cevabı matematiksel bir forma, yalınlığa ve kesinliğe sahip olmalıydı. Ancak ne yazık ki Faraday aldığı eğitim gereği matematiğe hâkim değildi. Bu bir yana, gördüğü eğitimin eksikliğinden duyduğu üzüntüyü hafifletmek istercesine, matematiksel kesinliğe başvuran meslektaşlarının insan mantığının ürünü olan matematiğin soyutluğunda yanlış yönlendirilmiş olduklarını düşünüyordu. Bence Faraday gençliğinde iyi bir eğitim alabilseydi insan zekâsının muhteşem bir kesinlikte kâğıda dökülebildiği matematiğin büyülü soyutluğunda, tasarladığı deneylerin sonuçlarını üstün bir mantıksal teste tabi tutarak denklemlere indirgeyebilmekten büyük bir haz duyacaktı. Onun bu gibi düşüncelerini, gelişiminin paralelinde yeşermek zorunda olan bazı fikirlerin gölgesinde kaldığı gerçeğini göz önünde tutarak değerlendirmek gerekir.

Manyetizmanın elektrik akımına dönüşümüyle ilgili ortaya koyduğu prensip, üzerinden uzun bir süre geçtikten sonra 1865 yılında İskoç fizikçi James Clark Maxwell’le matematiksel forma bürünebilecektir.

DmLEJVO

Manyetizma için B ve elektrik için E simgeleri kullanılır. Denklemin sağ tarafı manyetik alandaki zamana bağlı değişimi, sol tarafı ise elektrik alanın miktarını anlatır. Sağ taraftaki ifade için bir analojiye başvurmak gerekirse Newton’a atıfta bulunarak hız ve ivme örneği verilebilir. Hız sabitse ivme sıfırdır. Dolayısıyla net bir kuvvetten bahsedilemez. Hareketli bir arabada hız değişimi varsa ivme söz konusudur ve bir kuvvetten söz edilir. Benzetmede hız manyetik alan gibi düşünülebilir. Ne kadar ani ve hızlı bir kuvvet uygularsanız o derece hızda meydana gelecek bir değişim gözlemlersiniz. Aynı şekilde manyetik alanda ne kadar ani ve hızlı bir değişim meydana getirilirse o kadar miktar ters yönde bir elektrik akımı oluşturulabilir.

Faraday’ın deneyinde, demir halkaya sardığı bakır tel düzeneği bobinden başka bir şey değildir. İç içe geçmiş iki bobin söz konusudur. Dış sargının manyetik alan değişimi iç sargı tarafından durdurulmak istenir. Dolayısıyla dış sargının oluşturduğu manyetik alanın ters yönünde iç sargı tarafından manyetik alan oluşturulur ve bu iç sargıdaki telde ters yönde bir akım yaratır. Sonuca ulaştırmak gerekirse iç sargıda oluşan akım dış sargıya verilen akımın tersi yönündedir. Bu ters yön ilişkisi denklemde (-) işaretiyle sağlanır.

Her ne kadar bilimsel bakış açısıyla ele alındığında, deneysel sonucunun ifadesini, kaba olarak nitelenebilecek bir şekilde yapmaya başvurmak zorunda kalmış olsa da Faraday, bilim dünyasında yeri sarsılamayacak bir konuma sahiptir. Sonucun matematiksel ifadesini Maxwell yapmış olsa da bu deneysel keşfi yapan Faraday’ın hiç kuşkusuz önemi çok daha büyüktür.

Bilim, başlarda birbirlerinden bağımsız olduğunu düşündüğü elektrik ve manyetizmanın aslında çok derin bir akrabalık ilişkisi içinde olduğunu Faraday ve Orsted sayesinde ortaya koymuş ve bu akrabalığa bir de isim takmıştı: elektromanyetizma. Daha sonra doğanın temel dört kuvvetinden biri olduğu anlaşılan elektromanyetizma alanında Faraday’ın keşfini matematiksel forma oturtan Maxwell son sözü söylemiş ve fizikte Newton’un ardından ikinci büyük birleşmeyi gerçekleştiren isim olmuştur.

Tüm bu keşiflere imza atarken maddenin yapıtaşı henüz bilinmediğinden elektriğin ne olduğu tam olarak anlaşılamamıştı. İçinden akım geçen bir tel ne demekti. Maddenin içinde nasıl bir etkileşim olmaktaydı. Faraday’ın kafasını bir yandan da böyle sorular meşgul etmeye başlamıştı. Bu sorular elektriğin niteliğiyle ilgili oluşan tartışmalarla da alevlendi. Elektrikli yılan balığının saldığı elektrikle, bir elektrostatik üreteçten veya bir pilden elde edilen elektrik akışlar birbirinin aynı mıydı? Yoksa bunlar farklı yasalarca açıklanabilecek farklı akışlar mıydı? Bu soruların cevaplanması için çalışan Faraday önemli bir buluşu gerçekleştirdi ve yeni bir elektrik kuramı oluşturdu. 1839’da geliştirdiği bu kurama göre iletken ve yalıtkan maddelerin tanımını da yaptı. Bu kurama göre, elektriğin madde içerisinde gerilmelere yol açarak parçacıkları kopararak yol aldığını ifade etti. Bu gerilmeler birbiri ardından sürecek şekilde bir periyodikliği oluşturabiliyorsa elektriği taşıyan maddeye iletken, parçacıkların kopabilmesi için çok yüksek gerilmelere ihtiyaç duyulan maddelere de yalıtkan tanımlarını yaptı.

Bugün elektriğin, elektron tutuculuğu zayıf olan maddeler yani iletkenlerce iletildiğini ve elektriksel iletimin atomlardan kopan son yörünge elektronlarının akışıyla gerçekleştiğini biliyoruz.

640px-Michael_Faraday_statue_ABGörüldüğü gibi düzgün bir eğitim alamayan ve matematik bilgisinden yoksun olan Faraday’ın bilim dünyasına katkıları bir hayli fazladır. Bu katkılardan bazılarının günlük yaşamda ne işe yarayacağı konusu, çalışmalarını izleyenler tarafından anlaşılamadı. Çünkü Faraday elektrik keşiflerini yaptığında, Tesla’nın elektriği pratik bir forma sokarak dağıtımını kolaylaştırıp günlük yaşamda kullanılabilecek hale getirmesine yaklaşık altmış sene vardı. Dolayısıyla halk, elektriğe, yalnızca bilim adamlarının üzerinde uğraştığı gizemli bir güç olarak bakmaktan öteye gidemiyordu. Dönemin İngiltere Başbakanı Gladstone dinamoyu keşfi üzerine Faraday’a bunun ne işe yarayabileceğini sorduğunda Faraday’ın bu soruyu esprili bir uslupla; ‘Bilmiyorum, ama hükümetinizin bir gün ondan vergi alabileceğini söyleyebilirim’ diye yanıtlayarak elektriğin geleceği hakkında doğru fikirlere sahip olduğunu gösterdiği söylenebilir.

Faraday bilimsel kariyeri boyunca geldiği yoksul tabanı asla unutmadı ve bilimin halka anlatılması gerektiği görüşünü her zaman savundu. Bu düşüncenin bir gereği olarak onu halktan koparacak soyluluk unvanları gibi statü sembollerini kabul etmedi. 1838 yılında bugünkü Nobel ödülüne eşdeğer sayılabilecek Cobley Madalyasını aldı ancak Royal Society’nin soyluluk unvanını ve başkanlık makamını reddetti.

1839 senesinde Faraday’ın sağlığı, deneylerini sürdürebilmesini engelleyecek düzeyde bozuldu ve takip eden altı yılda sağlık sorunlarıyla boğuştu. 1845’te deneysel çalışmalarına yeniden döndüyse de pek bir varlık gösteremedi. 1855’ten sonra zihinsel gücü iyice zayıfladı ve 25 Ağustos 1867’de hayata gözlerini kapadı.

Einstein’ın çalışma odasının duvarına fotoğrafını astığı bu esrarengiz bilim adamı, Londra’nın varoşlarından bilimin öncüleri arasına yükselebilmesiyle gelecek nesillere hiçbir zaman kaybolmaması gereken azim ve hırslar bıraktı. Bilimde ortaya koyduğu keşifler bir yana, en önemlisi, nerede, hangi yetersizlikler içinde doğulursa doğulsun hedefleri ve idealleri uğruna kararlı adımlarla yürüyen bir kişinin başarıya ulaşabileceğinin bir ispatını yapmış oldu.

Bizlere bir ders niteliğinde sürdürdüğü yaşamından, zaman zaman karşımıza çıkabilecek yetersizliklere ve imkansızlıklara yakınmak yerine bilimin izinden gidildiğinde başarılı olunmaması için hiçbir sebebin olmadığı gerçeğini görüyor ve anlıyoruz. Fizik dünyası, onu, azim ve kararlılığını, elektromanyetik kuramına olan katkılarını ve günümüzde halen kullanılan keşiflerinin değerini hiçbir zaman unutmayacak, onun ilerlediği yolu daha da ileriye taşıyabilmek için her zaman var gücüyle gayret göstermeye devam edecektir.

Kaynaklar
Dünyayı Değiştiren Beş Denklem, Micheal Guillen – Tübitak Popüler Bilim Kitapları
http://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday
PBS NOVA Einstein’s Big İdea 2005
http://www.phy.pmf.unizg.hr/~dpaar/fizicari/xfaraday.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetism