Atom kavramı Antik Hint ve Antik Yunan'a kadar uzanır. Örneğin; elimizde bir parça demirimiz olsun. Bu demiri keskin bir bıçakla ikiye ayırdığımızda, her iki parça da demirin bütün özelliklerini taşıyacak, sadece daha küçük olacaktır. Eğer yeterince büyüklerse, bu parçaları da ikiye bölebiliriz. Elimizdeki yeni parçalar yine demir olacaktır. Parçalar çok küçüldüğünde artık gerçek bıçakları kullanarak onları bölmemiz mümkün olmayacaktır. Peki, varsayalım ki elimizde “sihirli” bir bıçak var, o zaman bu küçücük demir parçalarını bölmeye ne kadar devam edebilirdik? Sonsuza kadar elimizdeki parçaları bölmeye devam edebilir miydik, yoksa, daha fazla bölünemeyecek bir şeye ulaşabilir miydik? Atomistiklere göre, er ya da geç, elimizdeki maddeyi bölemeyeceğimiz bir temel yapı taşına ulaşırız. Bu daha fazla bölemeyeceğimiz yapı taşına Yunanca “atomos” kelimesinden gelen atom denmektedir.
Yunancada “atomos” her ne kadar “bölünemez” anlamına gelse de, artık biliyoruz ki, bugün “atom” dediğimiz yapılar, kendilerinden daha küçük parçalara bölünebilmektedirler. Ancak, mesele şu ki; demir atomunu alıp böldüğümüzde elde edeceğimiz şeyler artık demir olmayacaktır. Bu nedenle, günümüzde “atom” dediğimiz şeyler, kimyasal özelliklerini kaybetmeden daha fazla bölünemeyen, en küçük yapılardır.
Modern atom kuramını, deneysel gözlemlere dayanarak ilk ortaya atan kişinin John Dalton (1766-1844) olduğu söylenir. Kuramını, elementlerin kimyasal etkileşimleri sırasında, hep sabit oranlarda tepkimeye girmesine dayandırır. Buradan yola çıkarak, kimyasal tepkimelerde, elementlerin, atom dediği temel birimlerin katlarıyla tepkimeye katıldıklarını ortaya atmıştır. Dalton'un atom kuramını ortaya attığı tarihlerde, elektriğin ve elektromanyetik alanların kuramı da şeklini almaktaydı. 1800'lerin sonlarında, elektronun keşfiyle, bir bakıma, elektromanyetik olaylar ile, elementlerin yapısını birleştirme yolu açılmıştı. 1904'te J. J. Thomson, atom modelini öne sürdü. Atomlar, yüksüz nesnelerdi ve elektron içeriyorlardı. Elektronlar eksi yüklü olduklarından, atomun içinde artı yüklü başka şeyler de olmalıydı. Böylece, atomun üzümlü kek modeli de ortaya çıkmış oldu. Bu modele göre, atomlar, artı yüklü “kek” içine saçılmış eksi yüklü “üzüm”lerden oluşuyordur.
J. J. Thomson'in öğrencisi olan E. Rutherford, atomun yapısını daha detaylı anlamak istiyordu. 1800'lerin sonu, 1900lerin başında, radyasyonu inceleyen E. Rutherford, radyasyonu madde içinde ne kadar ilerleyebildiklerine dayanarak, üç sınıfa ayırdı. Bunlardan, madde içinde en az mesafe kat edebilenine sonradan alfa radyasyonu adı verildi [4]. E. Rutherford, atomun iç yapısını incelemek için alfa parçacıklarını kullandı. Bu parçacıkları, altından yapılmış, çok ince bir tabakanın üzerine yolladı. Beklediği, alfa parçacıklarının, neredeyse hiç sapmadan, arka tarafa geçmesi idi. Oysa, çok şaşırdığı bir gözlem yaptı: bazı alfa parçacıkları, neredeyse tamamen geldikleri doğrultuda geri saçılıyordu! Bu “bir kağıt mendile sıkılan 15 inçlik bir top mermisinin geri sekip size çarpması kadar inanılmazdı" [5]. Bunun tek bir açıklaması olabilirdi: atomlar, “üzümlü kek” gibi yapılar değil, merkezinde çok yoğun, pozitif yüklü bir çekirdeğin olduğu yapılardı. Elektronlar da bu çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket ediyorlardı. Bu Rutherford modelinin ortaya atılması ile, bir gözlem açıklanırken, bambaşka problemler ortaya çıkmıştı. 1800'lerde geliştirilen, elektromanyetik olayları açıklayabilen Maxwell denklemlerine göre, ivmelenen yükler, elektromanyetik dalga yayarlar. Bu dalgalar ile sistem enerji kaybeder. Eğer, atom, E. Rutherford'un önerdiği gibi, pozitif yüklü çok küçük bir çekirdek etrafında dolanan elektronlardan oluşuyorsa, elektronlar sürekli ivmeleniyorlardır, bir başka deyişle, elektronların hızları sürekli değişiyordur.
Prof. Dr. Altuğ Özpineci
ODTÜ Fizik Bölümü Başkanı
Bu yazının tamamını Bilim ve Ütopya'nın eylül sayısında okuyabilirsiniz...