ELEKTRONUN KEŞFİ İKİ

1. Değerli arkadaşlar, birinci bölümde uzun uzun atomun yapısından bahsetmiştik. Bu bölümde odak noktamız elektronlar olacak.

Kısa bir hatırlatma özeti faydalı olacaktır; evrende var olan her şey atom denilen çok küçük yapılardan oluştuğu kabul edilir bu durumu canlıların en küçük birimi olan hücre ile kıyaslayabiliriz. Elbette bir canlıda hücreden küçük parçalar vardır ancak kendi içinde bütünlük arz eden ve yaşayan anlamında ele alındığı zaman hücre kabul edilir hale gelir. Benzeri durum atom içinde geçerlidir muhakkak ki atomunda daha küçük parçaları vardır nitekim bunlar zaman içinde bulunmuştur.

Atom, ortada “çekirdek” ve bu çekirdekten kendi büyüklüğüne göre çok uzaklarda bir yörüngede dönen elektronlar olmak üzere iki ayrı parçayı kapsar. Çekirdek içinde de “proton” ve “nötron”lar olduğunu yazmıştık. İşin aslı proton da çeşitli alt parçacıklardan oluşmuştur nihai son parçalar da bulunmuş değildir.

Yazının konusu olan “elektron” ise öncelikle şimdiki bilgimize göre “stabil”dir bunun anlamı zaman içinde daha küçük parçalara ayrılmayacağıdır oysa protonlar böyle değildir çok uzun zaman da alt parçalarına ayrılır. Bu olayı da “radyoaktif”maddelerin zaman içinde ki bozulumuna benzetebiliriz. Evet kaldığımız yerden yazıya devam edelim.

Elektronun keşfi denilince akla ilk gelen isim J.J.THOMSON olur. Bu kişi  1856 yılında Manchester yakınlarında (İngiltere) doğmuştur,babası orta sınıftan bir kitapçı ve yayıncı idi. Babası oğlunun mühendis olmasını istiyordu.14 yaşında iken Owen Kolejinde okumaya başladı (dikkat çekici şekilde yaşı küçüktür) fakat kısa süre sonra babası ölünce kolej parasını ailesi karşılayamadı fakat THOMSON masrafı karşılayacak olan bursu kazanmayı başardı. Bulunduğu okulda zamanın önemli bilim insanları bulunuyordu.

1876 yılında Cambridge Trinity College’de matematik okumak üzere yeni bir burs kazanmayı başardı. Kendisi bir öğrenci olarak çok parlak bir kariyere sahip bulunuyordu.1881 yılında Kolej yönetimine seçildi.İlk çalışmaları elektriğin mekanikte kullanılmasına yönelik çalışmalar ifi. 1884 yılında yeterli deneyimi olmamasına karşın “Deneysel Fizik Cavendish Laboratuvarı” na profesör unvanı ile atandı. Aynı yıl “ROYAL SOCİETY” üye olarak alındı. Tam bu sıralarda Alman ve İngiliz bilim dünyasında hararetli bilimsel bir tartışma mevcuttu. Almanlar “esir kavramını”  İngilizler ise “tanecik”kavramını savunuyordu THOMSON anlatılacak olan deneyle tartışmaya dahil oldu.

THOMSON zamanla konumunu yükseltmiş sadece bilimsel konularda değil yatırım konularında da başarılı olmuş koyu dindar bir insan olarak bu yönü ile NEWTON çok benzer.1906 yılında Nobel Ödülünü kazandı 1915-1920 yılına kadar de Royal Society başkanlığını yürüttü aslında görevini görünüşte ünlü bilim insanı Ernest RUTHERFORD bırakmıştı ancak pratikte bilimsel araştırmalarını sürdürmüştü.1940 yılında öldü.

Konuya geri dönelim; elektrikle ile ilgili ilk araştırmalar FARADAY ın elektroliz yasalarına dayanıyordu fakat FARADAY çok başarılı bilim insanı olmasına karşın elektron  meselesini tam kavrayamamıştır zaten elde çok az bilgi mevcuttu. FARADAY bu meseleyi daha ziyade manyetik alan üzerinden düşünmüştür. Ancak çalışmaları sonucunda elektroliz yasası olarak ortaya koyduğu iki ilkeyi de ortaya koymuştur. Birinci ilkeye göre; serbest kalan ürünün miktarı harcanan elektrik ile doğru orantılı idi. İkinci ilke; birim miktarda ki elektrik eşdeğer ağırlıklara göre belirli bir kütlenin serbest kalmasına yol açar.

Bu iki bilgiye ek olarak bilim insanı H.Von Helmboltz da şunu göstermişti; eğer elektroliz ürünlerini teker teker atomlar halinde serbest kaldığını kabul edersek elektriğin atomlarından ve serbest kalan her atom için belirli bir sayıdan edebiliriz. Serbest kalan ürün miktarını göz önüne aldığımızda atom ağırlığından çok kimyasal eşdeğerliği ile orantılı olması atomların her birim pozitif yük taşıyan maddelerin serbest kalan her atom için bir “atom “ negatif elektrik gerektiğini,iki pozitif yük taşıyan maddelerinde  iki “atom” negatif elektrik gerektiğini göstermişti. Zamanın önemli bilim insanları da konuyu FARADAY gibi düşünüp elektriği süreklilik arz eden bir alan olarak düşünmüşlerdi.İşte Helmbotz’un bulduğu yukarıda ki sonuçların bir açıklaması olmalıydı bu deneyle elektriğin “atomsallığı”nın gösterilmesi işi çıkmaza sokmuş görünüyordu. Bu neredeyse kördüğüm haline gelmiş sorunu çözümü ise “seyreltilmiş gazlardaki elektrik akışının “çözülmesi ile olmuştur ve bu da THOMSON nun deneyi ile alakalıdır.

Olayı tekrar baştan alırsak ; elektrik tüplere kapatılmış seyreltilmiş gaz içerisinden elektrik geçirilirse bugün floresan dediğimiz ışıma yaydığı açıklık kazanmıştı. Böylece katottan bir nevi Işın yayıldığı anlaşılmaya başlamıştı. Davy(Humphry DAVY) ise daha önceden elektrik akışının bir mıknatıs tarafından saptırıldığını göstermişti. J.PLUCKER ise bu sonucu daha ileri taşıyandı ve katot ışınlarının saptırılan manyetik alanın gücünü sistematik deneylerle ele aldı. Sonra Johonn Wilhelm HİTTORF bu ışınların gölge oluşturduğunu gösterdi. Tüpün cam çeperi ile amatör arasına bir engel konulduğunda camda katot tarafından oluşturulan parıltı bu engel tarafından kesiliyordu. Bu sonuç ise Alman Bilim İnsanlarının bu katot ışımalarının bir tür ışık olduğu sonucuna götürdü. Bu arada Jean PERRİN ise bu ışımaların negatif yüklü olduğunu ispat etmiş bulunuyordu.

Diğer bir Alman bilim insanı olan Heintich HERTZ ise başka deneyler yapıyordu ve bu ışımaların ince metal tabakaları delmeden geçebildiğini  saptamıştı. Bu iki farklı olgu Nasıl birleştirilecek idi?  HERTZ ,aynı zamanda ışınları aynı zamanda iki farklı elektrik yüklü levha arasından geçirerek saptırmaya çalıştı fakat sonuçta sanki yüksüz gibi davranarak sapma olmadı!  Bu durum her iki teoriye de  uymuyordu. THOMSON deneylerde ki hassaslığını gösterdi çok titiz çalıştı ancak ilk denemelerinde başarılı olamadı. Aslında bu bu çalışmalara katkısı önemliydi ve 1894 yılında yazdığı bir makalede katot ışınlarının ışık hızının yanında çok yavaş kaldığını iddia etmişti bu ise bütün elektromanyetik ışımanın ışık hızında yayıldığı bilgisi ile birleşince var olan kuramlara vurulan bir darbe idi.

İlk baştaki başarısızlığına rağmen deneylere devam etti. Kendisinin şansı o HERTZ in yaptığının doğru olduğunu fakat deneyde bir hata yaptığını düşünüyordu ve bu durum kendisine avantaj sağlayacaktır . Deney de tüp seyreltilmiş gaz ile yapılmıştı çok uğraşarak tüpün neredeyse tamamen boşalmasını sağladı.Deneyi bu hale getirince beklenen sonuç alınarak katot ışınları istenildiği gibi saptırıldı.

Yapılan bu deney aslında parçacık kütlelerinin,yüklerine oranla ölçülmesine yönelikti. Bu oranda çözeltisi ortamlarda yani iyonlar için biliniyordu özellikle pozitif yüklü hidrojen iyonu çok iyi tanımlanmıştı. Bu sayede THOMSON bir konuda titiz çalışarak sonuca ulaştı. İlk elde edilen bilgiler hidrojen iyonlarının katot ışınlarına göre bin kez büyük olduğu anlaşılmıştı. Bu  durum içerideki gazın kendisinden bağımsızdı.(m / e oranı) Bu sonuç THOMSON bambaşka bir sonuca götürdü ve ilk önce bazı hatalı sonuçlara vardı fakat bunlar hemen düzeltildi (dengeleme açısından pozitif yüklerin elektronların yanına yerleştirmişti ancak bu durum çekirdeğe yöneltilerek çabucak düzeltildi.) Ayrıca bu kuvveti oluşturarak  daha uygun isimlendirme yapıldı (elektron)

Dikkat edilirse bu büyük keşif kesinlikle tek kişinin gayreti ile bulunmamıştır pek çok bilim insanı katkı vermiş sonuçta biri bu bilgileri birleştirerek sonuca ulaşmıştır.İşte bilimde ki devrimsel sonuçlardan birine ulaşmak THOMSON nasip olmuştur.