Niels Bohr | Kuantum araştırmalarının lideri

Niels Bohr son yüzyılın ilk çeyreğinde kuantum teorisinin geliştirilmesine önemli katkılarda bulunmuştu ama muhtemelen son adımlarını devralan çoğunluğu kendinden genç fizikçilere verdiği esin ve rehberlik daha da önemlidir. Kopenhag'da Teorik Fizik Enstitüsü'nün kurulduğu 1921 yılından ölümüne dek, savaş yılları hariç, Enstitü dünyadaki teorik fizik araştırmalarının merkezi olmuştu. Teoriye öncü katkılarda bulunan neredeyse herkes fikirlerini Bohr'a açıklayarak, onunla beraber çalışıp tartışarak ve fiziğe yaklaşımını benimseyerek Kopenhag'da dikkate değer zaman geçirmişti.

Werner Heisenberg ve Erwin Schrödinger 1925-26'da kuantum teorisinin zorlu sentezini gerçekleştirdikten sonra Bohr kuantum teorisinin paradoksal gözüken özelliklerinin rasyonel tanımının nasıl yapılabileceğini göstererek matematik sonuçları "tercüme" ettiği iddia edilen bütünleyici çatıyı geliştirdi. Bohr nükleer fiziğe de elzem katkılarda bulundu ama hayatının son döneminde fiziğin ulusal lideri ve dünya barışının havarisi oldu.

Niels Bohr kimdir?

Niels Bohr, 7 Ekim 1885'te Kopenhag'da doğdu. 1890 yılında Kopenhag Üniversitesi'nde fizyoloji profesörü olan babası Christian mükemmel bir bilim insanıydı. En etkili çalışmaları hemoglobin tarafından oksijen salınımında karbondioksitin etkileri üzerineydi, bu çalışmasıyla 1907 ve 1908 yıllarında Nobel Ödülü'ne aday gösterildi. Niels rahat, ama aynı zamanda öğrenmeye odaklı bir ortamda büyüdü. Kardeşi Harald (1887-1951) Niels'in enstitüsünün yanındaki Matematik Bilimleri Enstitüsü'nün yöneticiliğini yapan önemli bir matematikçiydi. Danimarkalı olmak, yakın zamanda Prusya ile savaştan ve 20. yüzyıldaki başka felaketlerden utançla çıkan küçük bir ülkenin vatandaşı olmak demekti. Bu durum, Bohr'un hayatındaki merkezi öneme sahip unsurlardan biriydi. Ayrıca, yarı-Yahudi olmasının da en azından hayatının daha sonraki yıllarında önemli etkiler oldu.

Bohr'un uluslararası bilimsel kariyeri Danimarka'daki eğitiminden sonra, 1912 yılında Manchester Üniversitesi'nde Ernest Rutherford ile çalışırken başladı. Bir önceki yıl Rutherford tüm kütlenin merkezdeki aşırı derecede küçük çekirdekte içerildiği nükleer atomu keşfetmişti. Bohr'un başarısı Rutherford'un çalışmasını Max Planck'ın önceki kuantum sonuçlarına bağlamasıydı. 1900'de kuantum teorisinin kurulmasından beri tüm analizler radyasyon ile ilgilenmişti; ünlü Bohr atomu ise teoriyi ilk kez atomlara uyguluyordu. 1913 yılında yayımladığı atomu küçük artı yüklü çekirdek ve onu çevreleyen elektronlarla betimleyen atomik yapı modeli bugün hala kullanımdadır.

İLGİLİ:  Kreatin Monohidrat | Faydaları ve kullanım önerileri

Karşılıklılık ilkesi

Çalışması çekirdek çevresindeki nicelenmiş elektron yörüngeler üzerindeydi. Açısal momentum nh/2π formülüne eşitti; bu formülde çeşitli yörüngeler için n1,2,3,… değerleri alınırken, h kuantum teorisindeki en temel nicelik Plank sabitiydi. Bohr atomda belli yörüngelerin diğer bir deyişle "enerji seviyelerinin" mevcudiyetini ve geçişin mümkün olduğunu gösterdi. Yani elektronlar bir yörüngeden diğerine iki seviye arasındaki enerji farkıyla belirlenen frekansta radyasyon soğurarak ya da yayarak atlayabilirdi. Gerekli enerji uygun dalga boyundaki foton -ışık parçacığı- tarafından sağlanırdı.

Bu çalışma Niels Bohr için zaferdi ve uygun şekilde kendisine 1922 yılında Nobel Ödülü getirdi. Ancak tam kuantum teorisi yolunda bunun sadece bir durak olduğunu fark eden ilk kişiydi. Gününün fiziğine göre Bohr'un önerdiği atom kararsızdı çünkü yörünge değiştiren elektronun enerji kaybederek çekirdeğin içine gömülmesi gerekiyordu. Geçmişten çok daha büyük bir kopuş gerekliydi: Bu yüzden Bohr'un yeni kuantum teorisindeki karşılıklılık ilkesi, takip eden on yılda fazlasıyla kullanıldı. Bu teori, klasik ya da kuantum öncesi fiziğin kurallarının yeterince büyük sistemlerde yeniden üretilmesi olarak özetlenebilir. İsrailli fizikçi ve fizik felsefecisi Max Jammer "Fizik tarihinde kuantum mekaniğinin Bohr'un karşılıklılık ilkesine borçlu olduğunu kadar bir ilkeye borçlu kapsamlı teori çok enderdir" diye yazmıştır.

Niels Bohr ve Einstein tartışması

1925'te fikir alışverişinde bulunan Bohr ve Einstein.Her iki fizikçie de birbirlerini son derece takdir ederlerdi, siyasi konularda tam bir fikir birliği içindeydiler. Ancak tüm çabalarına rağmen kuantum teorisi konusunda asla anlaşamadılar
1925'te fikir alışverişinde bulunan Bohr ve Einstein. Her iki fizikçi de birbirlerini son derece takdir ederlerdi, siyasi konularda tam bir fikir birliği içindeydiler. Ancak tüm çabalarına rağmen kuantum teorisi konusunda asla anlaşamadılar.

1925'te kuantum teorisinin ilk açık ve kesin ifadesini üreten Heisenberg, Bohr'un kanatları altındaydı ve takipçisiydi. Konumun ve momentumun eş zamanlı bilgisini sınırlayan meşhur belirsizlik ilkesini çıkarsayan da Heisenberg'di, ama tüm savı, kuantum teorisinin gözüken çelişkilerini açıklamaya girişen ve bütünsellik diye bilinen felsefi yaklaşımına genelleyen Bohr'du. Bütünsellik ilkesi bazı nesnelerin çelişkili gözüken iki özelliği olduğunu belirtiyordu. Bazen bu birbirine karşıt özelliklerini gözlemlemek için bir nesnenin farklı görünüşlerinden birine geçebiliriz ama ikisini aynı anda göremeyiz.

İLGİLİ:  Grafen nedir? Kullanım alanları, üretimi, grafen pil ve aerojel

Bohr bu nedenle neden momentum ve konumu eş zamanlı ele alamadığımız ya da neden ışığın bazen parçacık bazen dalga gibi davrandığını sormak yerine ölçüm sonuçlarına odaklanmamızı söylemişti. Bohr 1936'da şöyle yazmıştı: "Atom fiziğinde nedensellik idealinden vazgeçilmesinin tek mantıksal nedeni, nesne ve ölçüm aletleri arasındaki önlenemez etkileşim sebebiyle fiziksel nesnenin özerk davranışından bahsedecek konumda olmamızdır."

Bohr'un kavramsal konulara bu yaklaşımına, özellikle ölçümlerle olan bağlantısından dolayı atom sistemlerinin daha derin kavranmasını talep eden Einstein ve kuantum teorisine kendi sentezini getiren Schrödinger dışında uzun yıllar boyunca neredeyse hiç kimse karşı çıkmadı. 1920'ler ve 1930'larda, örneğin Ekim 1927'deki kuantum teorisi üzerine ünlü Beşinci Solvay Konferansı gibi etkinliklerde alenen gerçekleşen meşhur Bohr-Einstein tartışmalarında Bohr'un galip geldiği düşünülüyordu. Fakat daha yakın zamanda teorik fizikçiler bütünsellik ilkesinin hükümlerinin pek çoğuna karşı çıktıkça, bu kanı sorgulanmaya başladı.

Bohr 1920'lerde atomların periyodik cetveline dair bir anlayış kazanmak amacıyla farklı hallerde elektronlar geliştirecek tekniklere öncülük yaptı ve 1930'larda yeniden nükleer fizikle ilgilenmeye başladı. Pek çok deneysel sonucu açıklayan ve 1938'in sonlarında Lise Meitner ve Otto Robert'in nükleer fisyon açıklamasında önemli yer sahibi olan çekirdeğin sıvı damlacığı modelini oluşturdu. Tıpkı bir sıvı damlası gibi, çekirdek de bir boğaz geliştirip ikiye ayrılabiliyordu. Daha sonra 1939'da ABD'yi ziyaret ederken, Bohr, John Wheeler ile nükleer fisyonun ayrıntılı teorisi üzerinde çalıştı. Uranyumun yaygın izotopu U-238'in fisyonda yer almadığını gösterdiler; fisyonda doğal uranyum sadece yüzde 0,7'sini meydana getiren U-235 yer alıyordu, yani parçalanabiliyordu.

Danimarkalı büyük bilim insanı

Kuantum teorisinin yaratıcıları 1927 Solvay Konferansı'nda, Bohr, Max Born ve Paul Dirac, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli ve Erwin Schrödinger. Heisenberg'in belirsizlik ilkesine eleştirel yaklaşan Einstein ''Tanrı zar atmaz'' dediğinde, Bohr ''Einstein, Tanrı'ya ne yapacağını söylemeyi bırak'' cevabını vermişti / Niels Bohr
Kuantum teorisinin yaratıcıları 1927 Solvay Konferansı'nda, Bohr, Max Born ve Paul Dirac, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli ve Erwin Schrödinger. Heisenberg'in belirsizlik ilkesine eleştirel yaklaşan Einstein "Tanrı zar atmaz" dediğinde, Bohr "Einstein, Tanrı'ya ne yapacağını söylemeyi bırak" cevabını vermişti.

Danimarka'da Niels Bohr açıkça ülkenin en seçkin insanıydı; 1931 yılında Bohr ve ailesi Carlsberg Vakfı'nın bilim ya da sanat alanında en etkili Danimarka vatandaşına verdiği Onur Rezidansı'nda yaşamaya hak kazandılar. (Ailesi 1912 yılında evlendiği eşi Margrethe ve beş oğlundan meydana geliyordu, oğullarından Aage 1975'te fizik dalında nobel kazandı.) Nisan 1940'taki Alman işgalinden sonra da Kopenhag'da kalmaya devam ettiler. Bir sonraki Ekim ayında, o zaman Nazilerin nükleer programında çalışan Heisenberg, Danimarka'ya çok tartışılan ziyaretini yaptı, bu ziyaret esnasında Almanların muzaffer olacağını söylemesi Bohr'da hoşnutsuzluk yarattı.

İLGİLİ:  VO2 max: Sporcularda VO2 max testinin önemi

Heisenberg, Bohr ile yaptığı özel bir sohbette nükleer silah yapma olasılığını tartışma konusundaki aşikar arzusunu paylaştı. Bohr eski danışmanının bu düşüncesinden çokça rahatsız oldu. Bu ziyaret yaklaşık 60 yıl sonra Michael Frayn'ın Kopenhag isimli oyununun temelini oluşturdu.

Eylül 1943'te Danimarkalı Yahudilerin Almanya'ya gönderileceği haberi alındığında, Niels Bohr ve eşi İsveç'e ve sonra Londra'ya kaçtılar. Ardından Kasımda Niels Bohr ve Aage ABD'ye gitti. Burada atom bombası projesine katıldılar. Ancak Bohr daha çok yeni silahın olası siyasi sonuçlarıyla ilgileniyordu. Mayıs 1944'te gelecekte nükleer silahların uluslararası kontrolünü sağlamaya ikna etme umuduyla Winston Churchill ile görüştü. Ancak, ne yazık ki, Churchill bu teklifle ilgilenmemişti. Aslında Bohr, Rus fizikçi Pyotr Kapitza ile yazıştığından Churchill neredeyse Bohr'u ihanet ile suçlayacaktı. (Aslında Bohr'un mesajı İngiliz Gizli Servisi tarafından onaylanmıştı).

Bohr savaştan sonra barış arayışını devam ettirdi, ne yazık ki yaşarken bu konuda pek az başarı elde etmişti. Bu çabaları için 1957 yılında ilk Barış için Atom Ödülü'nü Başkan Eisenhower'ın hazır bulunduğu törende aldı. Bohr ayrıca CERN Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi'nin; Nordita, İskandinavya Teorik Atom Fiziği Enstitüsü'nün ve Riso, Danimarka'daki nükleer enerji endüstriyel uygulama merkezinin planlanmasında da etkili oldu. Kasım 1962'de aniden öldü.