Atom Dünyasına Yolculuk / Bölüm 2 (Elektron)
Bu evrendeki insanlık görevine atandığımız ilk gün itibariyle değişmeye başlıyoruz; bu durum bazen istemli oluyor bazen istemsiz. Ya da bazen hızlı bazen yavaş. Dolayısıyla çevremiz de değişiyor; eşyalarımız, sevdiklerimiz, alışkanlıklarımız… Bu değişim hengamesinde bulunmamız gayet normal. Çünkü: İçinde bulunduğumuz gezegen, gezegenimizin yer aldığı yıldız sistemi, yıldız sistemimizin bulunduğu galaksi, hatta ve hatta evrenimiz bile o “ilk” andan bu yana değişiyor. Biz de, bize verilen “bilinç” doğrultusunda sorgulayıp “anlamaya” çalışıyoruz bu hengameyi. Durum karışık olunca ben de Richard
P. Feynman gibi, “Evreni” oluşturan bu hareketli (değişen) nesnelerin, Tanrılar tarafından hazırlanmış bir “satranç” olduğunu düşünerek, bu karmaşayı bu tanımla basite indirgemeye tercih ediyorum. Öncelikle, izleyici olduğumuz için doğal olarak en başında kuralları bilmiyorduk. Ancak bu oyunu yeterince seyrettikten sonra bazı temel kuralları öğrenebildik. Burada oyunun temel kuralları temel fiziği temsil etmektedir. Ancak oyunu uzun süre izlesek de bazı özel hamlelerin neden yapıldığını anlamayabiliyoruz. Doğada da böyledir, hatta çok daha zordur; ama yeterli gözlemi yaparsak belki bütün kuralları bulabiliriz. Bu sebeple doğayı anlamak istiyorsak eğer, incelemelerimizi daha temel bir soruya yönlendirmeliyiz; temel kurallar nedir, nelerdir? Çünkü: Kuralları biliyorsak, dünyayı “anlıyoruz” diyebiliriz.
Resmin Bütününü Görebilecek miyiz ?
1900 yılında ünlü fizikçi Lord Kelvin (William Thomson) fizik biliminde sona geldiğimizi düşünüyordu. Daha doğrusu, fiziğin ufukta gözüken iki küçük bulut dışında bitmiş olduğunu iddia etmişti. Sonradan bu “bulutların” bizi kuantum ve görelilik kuramlarına ulaştıracak ipuçlarından başka bir şey olmadığı anlaşıldı. Peki her şey bitti mi? Hayır. Şu an bizlerde iki bulut görüyoruz; kara madde ve kara enerji. Evet, belki yolun yarısında bile değiliz. Belki hiçbir zaman resmin bütününü bile göremeyeceğiz. Ancak oyunun kurallarını anlama yolunda emin adımlarla ilerliyoruz.
Benzer Hamleler, Farklı Sonuçlar
Hayatta ya da bilimde, eğer ilerlemek istiyorsak doğru yolu seçtiğimize emin olmalıyız. Eğer başlangıçta bir hata yaptıysak, daha sonrasında bu hatadan dolayı ilerlemekte güçlük çekebiliriz.
Isaac Newton, bu oyunu başarılı bir şekilde gözlemleyebilen ilk kişilerden biriydi. Hatta Newton öyle başarılıydı ki, 17. yüzyılda ortaya koyduğu düşünceler, bulduğu kurallar bize hala ışık tutuyor. Ancak, bu kuralların her biri “doğru” değildi, kütle çekim gibi. Doğrusu Newton’ın kütle çekim teorisi yanlış değildir, ancak bizi ileriye taşıyacak kadar da doğru değildir. Bunu bize fizik tarihine başarılarıyla damga vuran Albert Einstein Genel Görelilik teorisiyle göstermiş oldu. Bu karşılaştırma; Newton mu, yoksa Einstein mı daha zekiydi? diye kullanılan bir karşılaştırma değildir. Bu karşılaştırmayı sık sık görürsünüz, duyarsınız. Çünkü: Popülerliği dışında bu karşılaştırma, fizikteki en önemli şeyin; belli bir çerçeveyi kapsayan “teorilerin” değil, evrenin tamamını kapsayan “teorilerin” geçerliliğini koruduğunu gösterir. Bu analojiden yola çıkarak, bu yazımızda mikro evrene konuk olacağız.
Atom Resmine İlk Bakış
19. yüzyılın sonlarına geldiğimizde, atom düşüncesi birçok bilim insanı tarafından biliniyordu, fakat henüz 
herkes tarafından benimsenmiş değildi. Kısmen Newton ve Dalton’un mirası nedeniyle İngiltere’de atom kuramlarını kullanma yönünde bir eğilim vardı. Öte yandan, Almanya’da atomculuk fikrine karşı gösterilen direnç devam etmekteydi. Bu tabii ki tam anlamıyla Alman fizikçi ve kimyacıların atomlara kesin şekilde inanmadıklarını göstermiyordu. Ancak Viyanalı Ernst Mach’ın etrafında oluşan ampirik felsefe okulunun etkisi altındaydılar ve pozitivizmi savundukları için çoğu – atom gibi – doğrudan gözlenemeyen şeyleri kuramlarına sokmaya çekiniyorlardı. Ancak neyi savunduğunuz yapılacak deneyleri etkilemez.
Elektron’un Keşfine Giden Yolculuk
Elektron keşfedilmeden önce bilim insanları “elektriklenme” üzerine çalışıyordu. Günlük hayatımızda elektriklenme olayının örnekleriyle sık sık karşılaşırız. Bir kehribar parçasının, bir kürke sürtüldüğünde, küçük saç parçaları gibi madde kırıntılarını çekme gücü kazandığı binlerce sene önce bile bilinen bir olguydu. Hatta Platon, Timaios diyaloğunda “kehribar 
çekimiyle ilgili mucizelere” değinmiştir. Daha sonrasında, elektriksel çekimin çok fazla cisimde gözlemlenmesi, doğal olarak bilim insanlarında şu düşünceye yol açmıştı: “Elektrik, cisimlerin kendilerinin bir iç özelliği olmayıp, cisimlerin birbirlerine sürtünmesiyle doğan ya da aktarılan ve yakındaki cisimleri çekmek için yayılan bir tür ‘akışkandır’.” ya da elektrik isminin babası olan William Gilbert’in deyimiyle, elektrik “görünmez buhar” idi. 17. yüzyılda ortaya çıkan bu tanım seneler sonra, Stephan Gray tarafından elektriksel iletkenliğin keşfiyle desteklenmiş oldu.
1706 yılında Francis Hauksbee, Royal Society’ye şöyle bir rapor sundu: Bir cam çubuk sürtünmeyle elektrikle yüklendiğinde, önce pirinç kırıntılarını çeker; fakat bu kırıntılar tüple temas ettikten sonra tüp tarafından itilirler. Daha sonrasında, elektriklenmiş olan cisimlerin diğer elektriklenmiş cisimleri ya çektiği ya da ittiği anlaşıldığında, bir tür mü yoksa iki tür mü elektrik var? sorusu ortaya çıktı; bu da elektriklenme konusunu daha karmaşık hale getirdi.
Hauksbee bu raporundan 3 yıl sonra bir deney yaptı ; bir cam kabın içindeki havanın, kabın basıncı normal basıncın 1/60’ına ininceye dek dışarı atılması ve kabın bir sürtünmesel elektrik kaynağına bağlanması halinde, kabın içinde acayip bir ışığın oluşabildiğini gözlemledi. Ancak, Hauksbee bu ışığın doğasını açıklayamadı.
1743 yılında Benjamin Franklin, iki farklı türde elektrik olmadığını gösterdi. Sanılanın aksine durum şuydu; (+) ya da eksik (–) olacak şekilde tek tür elektriğin iki yüzü vardı. Benjamin Franklin daha sonrasında, yüklerin modern gösterimi olan pozitif ve negatif isimlerini verdi. Franklin, yükün taşıyıcısını pozitif olarak düşündü, ama hangi durumda yük taşıyıcısının pozitif ve hangi durumda yük taşıyıcısının negatif olduğunu tanımlayamadı.
Bu konu üzerine çalışmalar devam ediyor, deneyler git gide hassaslaşıyordu. 1838 ve 1852 yılları arasında Richard Laming; atomların, birim elektrik yüklerine sahip atom altı parçacıklar tarafından çevrelenmiş maddenin özünün birleşimi olduğu fikrini ortaya attı. Johnstone Stoney 1874’te “elektriğin tek kesin özelliği” olduğunu ve bunun da “tek değerlikli iyonun yükü” olduğunu öne sürdü. Stoney, Faraday’ın 1834 yılında yayınladığı Elektroliz yasaları doğrultusunda bu temel yükün (e-) değerini de tahmin edebilmiş olsa da bu yüklerin atomlara sabitlenmiş olduğuna ve ayrılamayacağına inandığı için hatalıydı. Yine de elektronun isim babalığını Stoney üstlendi. Başlarda “elektriyon” ismi kullanılmasına rağmen, zamanın ünlü fizikçilerinden Hendrik Lorentz “elektron” ismini kullanmaya devam ettiği için bu temel parçacığın isminin “elektron” olarak kaldığı düşünülüyor.
Bu yıllarda bir tarafta, bu gizemi çözmek için “elektroliz” olayına yoğunlaşan bilim insanları varken, bir tarafta da Francis Hauksbee’nin zamanında yaptığı gibi “Seyreltilmiş gazlarda elektrik” üzerine çalışmalarda bulunan başka bir ekip vardı. İkinci grubun en ünlüleri; Julius Plücker, Eugen Goldstein, William Crookes ve J. J. Thomson’dı diyebiliriz.
William Crookes içerisinde yüksek vakum olan bir tüp geliştirdi . Yani Francis Hauksbee’nin zamanında yaptığı deneyi daha net sonuç alabilmek için kapsamlaştırdı. William Crookes, Seyreltik gazlar içindeki elektrik boşalmalarını incelerken, katotun (pozitifliği ve negatifliği duruma göre değişen iletken uç) çevresinde, bugün kendi adıyla anılan (crookes tüpü) karanlık bir bölge oluştuğunu gözlemledi. Katot ışınlarının düz bir çizgi boyunca yol aldıklarını, bazı maddelere çarptıklarında fosfor ışıma ve ısı çıkardıklarını kanıtladı. Katot ışınlarının özelliklerini incelemek için birçok aygıt tasarladı. William Crookes çalışmaları doğrultusunda elektronun keşfine giden yolda birçok keşif yaptı. Hatta, maddenin 4. hali olan “plazma” üzerine ilk çalışma yapmış kişi unvanı ile tarihin başarı sayfalarına ismini yazdırdı. Belki yüzlerce bilim insanı yüzyıllarca bu konu üzerine çalıştı. Ancak, tam sonuçlar 1897 yılında J. J. Thomson tarafından elde edildi. (Ufak bir ek bilgi: Bazı kaynaklarda elektronun ispatını ilk yapan kişinin Walter Kaufmann olduğu, ancak Walter Kaufmann’ın bu keşfi fark edemediği de yazmaktadır.)
Elektrona Modern Bir Bakış
Kimliği açık biçimde saptanmış olan ilk temel parçacık elektrondur. Hiç kütlesi ve elektrik yükü olmayan birkaç parçacık türünü hesaba katmazsak, temel parçacıkların büyük bir farkla en hafifi elektrondur. Hafifliği, yükü ve kararlılığı nedeniyle 
elektron, fizik, kimya ve biyolojide eşsiz bir öneme sahiptir.
Bir telden geçen elektrik akımı, elektronların akışından başka bir şey değildir. Elektronlar, Güneş’in ısısını üreten çekirdek tepkimelerine katılır. Daha da önemlisi, Evren’deki her normal atom, elektronlardan oluşan bir bulutla sarılmıştır. Elektron standart modelin “leptonlar” (kütle olarak “hafif” olanların bulunduğu) olarak adlandırılan grubunda yer almaktadır.
Ayrıca, elektronun keşfi sonrası, elektronun başrol oynadığı ve diğer temel parçacıkların davranışları üzerine birçok teori, ilke ortaya atılmıştır; Temel parçacıklar konusunda “top” noktamız (şimdilik!) yanda resmini gördüğünüz Standart Modeldir.
Standart Model: Gözlemlenen maddeyi oluşturan, şimdiye dek bulunmuş temel parçacıkları ve bunların etkileşmesinde önemli olan 3 temel kuvveti açıklayan kuramdır. (Teoriye dahil edilemeyen kuvvet, Kütle Çekim.)
Yazan: Alper Kirlioğlu
Feynman Fizik Dersleri – Cilt 1
Jaume Navarro – Elektronun Tarihçesi
Steven Weinberg – Atomaltı Parçacıklar
Kaynak**
Atom Dünyasına Yolculuk / Bölüm 2 ( Elektron )
1. Bölüm: Burayı Tıklayınız*
3. Bölüm: Burayı Tıklayınız**
Thanks for sharing this jounery