Max Born (1951)
Çeviren: Aziz Yardımlı

MAX BORN VE
BİLİMSELLİK VE TÖRELLİK SORUNU
AZİZ YARDIMLI

Max Born
Dinginliksiz Evren (1951)

1. Bilim ve Tarih

Son satırları 15 yıl önce yazmamdan bu yana büyük ve ürkütücü olaylar yaşandı. Atomların, elektronların, ve çekirdeklerin dansı, tüm öfkesinde Tanrının ilksiz-sonsuz yasaları altında durmasına karşın, pekala Şeytana ait olabilecek bir başka dinginliksiz evren ile — insanın güç ve denetim uğruna en sonunda tarihi oluşturan savaşımı ile — iç içe geçmiştir. Hiçbir çıkar beklemeksizin Gerçeklik uğruna arayış konusundaki iyimser coşkum ciddi olarak sarsılmıştır. Simyacının düşünün modern gerçekleşmesi üzerine söylediklerimi yeniden okurken saflığıma şaşırıyorum:

‘‘Burada yeni bir görünüş altında simyacının eski sorunu yatar: Öğelerin edimsel dönüşümü. Oysa şimdi güdü büyülü sanatların gizemi içerisine bürünen altın itkisi değil, ama bilimcinin katıksız merakıdır. Çünkü varsıllığı beklemeyebileceğimiz de başından açıktır.''

Altın güç demektir — egemen olmak için ve bu dünyanın varsıllıklarından büyük bir pay almak için. Modern simya giderek bu erek için kestirme bir yoldur ve gücü dolaysızca sağlar: Denetlemek için ve daha önce hiç duyulmamış bir ölçekte gözdağı vermek ve zarar vermek için bir güç. Ve bu gücü acımasız savaş edimlerinde, bütün kentlerin yerle bir edilişinde ve nüfuslarının yok edilişinde sergilenirken gördük. Böyle edimler hiç kuşkusuz başka araçlar yolulya da başarılmıştır. Aynı savaşta Hiroşima'dan başka kentler, nüfuslarının önemli bir yüzdesi ile birlikte, sıradan patlayıcılar yoluyla biraz daha yavaş olarak yok edilmiştir. İlk bronz silahların taş baltalara ve oklara üstün geldiği taş devrine dek, daha önceki her savaşın yok etmede kendi uygulayımsal ‘‘ilerlemesi'' vardı. Gene de bir ayrım vardır. Birçok devlet, birçok kent, birçok uygarlık onlardan daha üstün olan güçler tarafından yok edilmiştir, ama etkilenmeyen geniş bölgeler vardı ve yeni bir gelişim için belli bir alan kalıyordu. Bugün küre küçülmüştür, ve insan soyu kendini sonuna dek yoketme olasılığı ile yüz yüzedir.

Bu kitabın yeni bir yayımı sorusu doğduğu zaman büyük bir sıkıntı duydum. Çalışmayı güncelleştirmek için 1935'ten bu yana yer alan bilimsel gelişimin bir açıklamasını yazmam gerekiyordu. Ama bu dönem herhangi bir önceki evre gibi hayranlık verici buluşlar, düşünceler ve kuramlar ile dolu olsa da, onları kitabın yazılmış olduğu aynı tonda betimlemem olanaksızdı; bundan böyle doğanın işçiliği üzerine derin bir kavrayışın ussal bir felsefeye ve dünyasal bilgeliğe doğru ilk adım olduğu inancı içinde yazamazdım. Bana öyle görünüyor ki, atom bombasına götüren yolda öncülük eden bilimciler olağanüstü becerileri olan insanlar olmuş olsalar da, bilge insanlar değildiler. Buluşlarının meyvalarını koşulsuzca politikacıların ve askerlerin eline teslim ettiler; böylece duyunçlarında suçsuzluğu ve anlıklarında özgürlüğü yitirdiler.

Bu nedenle, eğer aşağıdaki toparlama kısa ve kuru ise, özür dilemem gerekiyor. Amacı coşku yaratmak değil, ama şimdiki trajik durumun nasıl doğmuş olduğunu betimlemektir.

2. Değiştirmeler ve Düzeltmeler

Kitabın özgün metninde değiştirmem gereken çok şey olmadı. Sayısız küçük iyileştirmeden ayrı olarak yalnızca iki büyük değişiklik yaptım. Biri elektronun öz-enerjisi [self-energy] ile ilgilidir. Öğrencilerimden kimileri ile işbirliği içinde geliştirdiğim (1933/34) doğrusal-olmayan elektromanyetik alan kuramının bu sorunu bir çözüme bağlayacağı umudum gerçekleşmemiştir. Bu kuram klasik alan kuramının çerçevesi içeresinde doyurucu bir çözüm sağlar; Schrödinger tarafından gösterildiği gibi, bir nokta-tekilliğin [point singularity] elektromanyetik öz-enerjisi aynı zamanda tüm yanları içindeki kütleyi temsil eder: Süredurumun ve yerçekiminin bir ölçüsü olarak. Ama quantum kuramının doğrusal-olmayan alan eşitliklerine uygulanması çok güç ve doyurucu olmaktan çok uzak olduğunu gösterdi. Bunun nedeni, Heitler tarafından belirtildiği gibi, şudur: Elektromanyetik alan iki değişmez tarafından nitelendirilirken — ışık hızı, c, ve elektronun yükü, e —, quantum kuramı ise Planck değişmezi, h (ya da h = h/2p), tarafından nitelendirilir. Şimdi hc çarpımının e² ile aynı boyutu taşıdığı ortaya çıkar, öyle ki hc/e² boyutsuz, sayısal bir değişmezdir; karşı öğesi ise ‘ince yapı değişmezi' olarak adlandırılır, çünkü, Sommerfeld'e göre, hidrojen atomunun terimlerinin ayrılmasını belirler. Bu bileşimin sayısal değeri, hc/e² = 137, küçük bir nicelik değildir. Şimdi klasik kuram quantum kuramının sınırlayıcı durumudur ki bunda h'nin küçük olması gerekir; verili bir e yükü için hc/e² bileşiminin de küçük olması gerekir, oysa gerçekte oldukça büyük bir sayıdır — 137. Bu nedenle elektron için edimsel yük değeri ile klasik bir kuram geliştirmenin hiçbir anlamı yoktur.

Elektronun öz-enerjisi problemini quantum kuramının bakış açısından formüle etmek ve çözmek için çok çaba harcanmıştır. Tıpkı klasik durumda olduğu gibi, eğer yarıçap sıfır olarak alınırsa öz-enerji sonsuzluğa eğilimlidir, ama çok ayrı bir yolda. Gözlemlenebilir birçok niceliğin hesaplamalarına giren bu sonsuzluğun yıkıcı sonuçlarından kaçınmak için pekçok dahice girişimde bulunulmuş, ve sonsuz terimleri yöntemli olarak ortadan kaldırmak için kurallar geliştirilerek önemli ölçüde başarı sağlanmıştır. Elektromanyetik alan üzerine bu inceltilmiş quantum kuramının en dikkate değer başarısı bağımsız olarak Amerika'da Schwinger ve Japonya'da Tomonaga tarafından elde edildi. Lamb ve Retherford'un gözlemleri Dirac'ın elektron üzerine göreci kuramının, kuramsal fizikte son söz olarak görülmesine karşın, bütünüyle doğru olmadığını açığa çıkarmıştı. Bununla birlikte, sapmalar sözü edilen yazarlar tarafından açıklanabildiler. Bu başarıya karşın, elektron ve elektromanyetik alan üzerine şimdiki kuram hiç de doyurucu değildir. ‘‘Sonsuzlar'' ortadan kaldırılmamış ama şimdilik zararsız oldukları bir yere kaldırılmışlardır.

İkinci büyük değişiklik bir terminoloji sorusuyla ilgilidir, ama quantum kuramının felsefi temelleri ile de ilgili olduğu için önemlidir. Özgün metinde ışık ışınlarının ya da özdeğin iki yanını — parçacıklar ve dalgalar — betimlemek için ‘‘ tümleyicilik/complementarity'' anlatımını kullanmıştım. Ama, kendisiyle sayısız tartışmamdan öğrendiğim gibi, Bohr'un göz önünde tuttuğu şey bu değildir. Bu anlatımı deneysel düzenlemeler tarafından üretilen iki fiziksel durum için kullanmayı önerir; özdeksel nesneleri aynı olsa da, bu düzenlemeler belirsizlik ilişkisi tarafından sınırlanan değişik ‘‘bitişik'' özelliklerin belirlenmesi için amaçlanırlar. Böyle düzenlemeler karşılıklı dışlayıcı, ve nesnenin tüm gözlemlenebilir özelliklerini birlikte tanımlamaları anlamında, tümleyicidirler. ‘‘Parçacıklar'' ve ‘‘dalgalar'' kavramlarının böyle tümleyici karakterleri yoktur, çünkü birçok durumda gözlemlerin uygun bir tahmini için her ikisine de gereksinilir (dalgalar parçacıkları bulma olasılıklarını vermek üzere). Burada özdeğin ‘‘ikili'' doğasından söz edilebilir. Bu ayrım yalnızca sözel bir sorun gibi görünür, ve gene de özseldir — çünkü doğal felsefenin anlamı doğal fenomenlerin kavranabilir terimlerde bir açıklamasını vermekten başka nedir? Sanırım Bohr'un formülasyonları, gerçi sık sık belirsiz olsalar da, elimizdeki en iyi formülasyonlardır, ve metni buna göre değiştirdim.

3. Zararsız Fizikte İlerleme

Şimdi atom fiziğinde 1935'ten bu yana yer alan ilerlemenin taslağını vermeye çalışacağım, ve üstün-patlayıcılar ile hiçbir ilgisi olmayan ‘‘zararsız'' çalışma türü ile başlamayı öneriyorum. Yalnızca birkaç önemli noktadan söz edebilirim.

Çok kısa elektromanyetik dalgalarda atomik araştırma için güçlü bir yöntem geliştirilmiştir. ‘‘Radar'' dalgaları olarak bilinen bu dalgaları üretme uygulayımı başlangıçta savaş amaçları için geliştirildi — bugünlerde araştırmanın uğursuz yanından kurtulmak hiçbir biçimde olanaklı değildir; ama radar bir silah olmaktan daha çok savunma için bir yardım olduğundan, bunu unutabiliriz. Atomik araştırma için yüksek sıklıklı elektromanyetik titreşimlerin önemini anlamak için atom izgelerinin yapısının elektronların çevrim devimlerine ya da gerileyimlerine [precession] bağlı olduğunu anımsayabiliriz; örneğin, Zeeman etkisi elektronların çevrim ekseninin ya da bileşke vektör açısal devinirliğinin manyetik bir alandaki gerileyiminden ötürüdür. Bu çevrim durumlarının enerji ayrımlarını izge çizgileri olarak gözlemek yerine, dizgeyi elektromanyetik bir dalgaya açık tutarak durumların kendilerini bulmaya çalışabiliriz. Eğer bu dalganın sıklığı atom sıklıklarından herhangi birine çok yakınsa, ve onunla ‘‘yankılaşımda/in resonance'' ise, dalganın yayılımı güçlü olarak etkilenecek (soğrulacak ya da saçılacak), ve böylece yankılaşım sıklığı deneysel olarak saptanabilir ve ölçülebilir olacaktır. Bu yolda atom-içi devimlerin kuramsal resimlerinin doğrudan bir doğrulaması elde edilmiş ve sıklıkları yüksek bir doğruluk derecesi ile ölçülmüştür.

Bu irdeleme bütün izge üzerindeki elektromanyetik dalgaların sıklık erimini genişletmenin önemini gösterir. Gerçekte radar dalgaları radyo yayımında kullanılan Hertz dalgaları ile akkor cisimlerden yayılan en uzun kızıl-ötesi dalgalar arasındaki açıklığı hemen hemen bütünüyle kapatırlar. Böylece atomik yapıları araştırmak için yeni ve güçlü bir silah geliştirilmiştir. Bir örnek çekirdeklerin açısal devinirliklerini belirlemek için Rabi'nin yöntemidir. O da, Stern gibi, türdeş olmayan bir alandaki atomik ışınların kırınımını kullanır ama bunu ayarlanabilir sıklıklı bir titreşim alanı yoluyla yukarıdan getirir. Eğer bu alan çekirdek açısal devinirliğinin gerileyim sıklıklarından biri ile yankılaşımdaysa, karşılık düşen atomlar güçlü olarak etkilenirler ve atomik ışın zayıflar. Bu yolda birçok çekirdeğin açısal devinirlikleri ve manyetik momentleri ölçülmüştür; özel olarak proton ve nötronun dönülerinin [spin] her ikisinin de ½ olduğu doğrulanmıştır.

Bir başka örnek, yukarıda (2.) sözü edildiği gibi, Dirac'ın kuramının tahminlerinden yola çıkan Lamb ve Retherford tarafından hidrojen atomunun ince yapısındaki küçük sapmaların bulunuşudur. İlk olarak yankılaşım yöntemi ile yapılan bu gözlemler uylaşımsal izgeölçer yöntemleri ile Kuhn ve Series tarafından doğrulanmıştır.

Yeni yöntemin geniş bir uygulama alanı her tür tözün manyetik davranışıdır ve yöntem bu alanda bilgimizin ve kuramsal açıklamasının büyük bir genişlemesine götürmüştür. Ama bu ayrıntılar bu kitabın alanının dışındadır.

Atom fiziğinin son 15 yılda büyük ilerleme yapan başka birçok dalı için de aynı şey geçerlidir; örneğin kimyasal kuvvetler kuramı gibi. Bu başarımların bir betimlemesi yalnız başına bir başka cildi dolduracaktır, ama özsel olarak hiçbir yeni düşünce doğmadığı için, bu taslakta atlanabilir.

4. Çekirdek Fiziğinde Deneysel İlerleme

Şimdi çekirdek fiziğine geldik ve deneysel uygulayımdaki şaşırtıcı ilerlemelerin kısa bir betimlemesi ile başlayacağız.

İlkin Blackett tarafından bulunan ve kendisi ve başkaları tarafından başlıca kozmik ışınları incelemek için kullanılan ‘sayaç-denetimli bulut odacığı' vardır. Eğer gerçekten ilginç bir olayı, bir kafa kafaya çarpışmayı rasgele bir fotoğraflama yoluyla yakalama şansı aşırı ölçüde küçük olmasaydı, bu aşırı hızlı parçacıkları çekirdeği ezip parçalama aygıtlarımız arasına katmak çok istenebilir birşey olurdu. Blackett bu durumu iyileştirmek için Wilson odacığını biri üstten ve öteki alttan iki sayaç ile bileştirir, ve bunlar öyle bir yolda bağıntılıdır ki, bir elektrik dürtüsü ancak bir parçacığın her iki sayaçtan ve dolayısıyla odadan geçmesi yoluyla üretilir. Odacık düzeneğini devime geçirmek için akım dürtüsü kullanılır, ve bu arada su damlacıkları tarafından oluşturulan izin bir fotoğrafını almak için eşkıpılı aydınlatma yapılır. Bu dahice aygıt yoluyla inceleme için elde edilebilir çarpışmaların sayısı çok büyük ölçüde artmıştır.

Aynı sonuç Viyanalı iki bayan fizikçi, Bayan Blau ve Bayan Wurmbacher tarafından keşfedilen bütünüyle başka bir yöntem tarafından da elde edilmiştir. Çekirdek olaylarını kaydetmek için fotoğraf plakalarının kullanılabileceğini keşfettiler. Çekirdek ışıması ya da kozmik ışıma altında kalan bir plakada bir mikroskop ile görülebilen küçük izler belirir. Bombardıman eden parçacık açıktır ki duyarkat taneciklerini ışık ile aynı yolda etkiler. Bu çekirdek araştırması için çok güçlü bir yöntemdir ve onunla karşılaştırıldığında Wilson odacığı kaba bir alet olarak görünür; çünkü plakanın tek bir santimetre karesinde çoğu kez binlerce iz bulunur. Ama bu yöntemin edimsel olarak kullanılabilir bir duruma gelmesi için çok daha ince tanecikli duyarkatlar üretmesi gereken fotoğraf plakası üreticilerinin ve değişik parçacık türlerine bağlı izleri ayırdetmeyi öğrenerek bu yolla elde edilen çok büyük gereç miktarını incelemek için yöntemler geliştirmeleri gereken fizikçilerin çok çalışmaları gerekti. Bu çalışmaya en büyük katkı Powell yönetiminde çalışan Bristol fizik okulundan gelmiştir.

Hızlı parçacıkları çok büyük sayılarda üretmede ilerleme onları gözlemedeki ilerleme denli dikkate değerdir.

Cockroft ve Walton tarafından kullanılan ‘‘doğrusal'' ivmelendiriciler daha yüksek voltajın kullanılması ile daha da geliştirilmiştir. Okul günlerimizdeki elektrostatik irkitmenin devasa bir büyütülmesi olarak betimlenebilecek ilginç bir makine van der Graff tarafından geliştirilmiştir.

Ama hızlı parçacıklar üretmede başlıca ilerleme göreli olarak küçük voltajlar ve yinelenen ivmelendirmeler kullanılarak yapılmıştır. Bu aletlerin çoğunda yüklü parçacıklar manyetik bir alanın yardımıyla dairesel ya da sarmal yörüngeler üzerinde döndürülür. Bu ivmelendirme değişik yollarda uygulanabilir. Kerst ve Serber ‘Betatron'u* olarak bilinen ivmelendiricide elektronlar olağan manyetik irkitme etkisi ile ivmelendirilir; değişmez manyetik alan üzerine elektron çevrimlerinin dizemi içinde titreşim yapan dalgalı (değişken) bir manyetik alan getirilir. Lawrance Siklotronunda iyonlar öyle bir yolda sürülür ki, dairesel yolun belli bir çapını geçmeleriyle doğru dizeme ayarlanmış bir salınım dizgesinin yardımı ile elektriksel olarak ivmelendirilirler.** Veksler Sinkrotronunda her iki ilkenin bir bileşimi kullanılmıştır. Bu harika makinelerin uygulayımsal ayrıntılarının bir betimlemesi bu kitabın çerçevesinin bütünüyle ötesindedir — ve ayrıca benim yeteneklerimin de.

Bu yolda muazzam parçacık enerjilerine ulaşılmıştır. Bir voltluk elektrik gizilgücü tarafından ivmelendirilen bir elektronun devim enerjisinin terimlerinde, elektronun öz-enerjisi, mc², yaklaşık yarım milyon volttur. Doğrusal ivmelendiricilerde kullanılan voltajlar birkaç yüz bin ile bir milyon volt arasında değişir. Öte yandan dairesel yörünge makineleri bu birimlerde yüz milyon sınırını geçen ve bin milyona yaklaşan parçacıklar üretir. Bu değer istenebilir bir hedeftir, çünkü proton ve nötronun elektronunkinin 1836 katı olan öz-enerjisinin büyüklük düzeyini temsil eder (yarım milyonun 2000 katı 1000 milyondur).

Kozmik ışınlarda daha da hızlı parçacıkların tanınması sürerken, güçlü ivmelendirme makineleri yapmaya yönelik bu çabaların bir sonu gelmeyecektir. Böylece Rutherford'un zamanında bireylerin çok küçük araçlarla oynadıkları bir kavrayış ve beceri oyunu olan çekirdek fiziği bugün uzman takımları tarafından yerine getirilen ve milyonlarca dolara patlayan bir mühendislik işine dönmüştür.

*[Betatron: Yüksek enerjili elektron ışınları elde eden ivmelendirici. Parçacıkları değişmez yarıçaplı dairesel yörüngelerde manyetik irkitme ile ivmelendirerek enerjilerini 300 MeV düzeyine çıkarır.]

**[İng. tümce şöyle: ‘‘In the Cyclotron of Lawrance ions are driven in such a way that by passing a certain diameter of the circular path they are electrically accelerated with the help of an oscillating system tuned to the correct rhythm.'']

5. Çekirdek Kuramında İlerleme

Bu muazzam beceri, örgüt ve para yatırımı ile ne başarılmıştır? Yine sonuçların kütlesi ve türlülüğü onları böyle kısa bir çalışma içerisinde betimlemeyi amaçlayan tüm girişimleri yenilgiye uğratır. Sayısız çekirdek tepkimeleri gözlenmiş, sonuçları ölçülmüş, yeni izotoplar bulunmuş ve incelenmiş, parçacıkların kendilerine özgü değişmez değerler türetilmiştir, vb. Çekirdeklerin, özellik ve tepkimelerinin bilgisi olağanüstü artmıştır. Bunun uzman için büyük değeri vardır. Ama bu kitapta olguların toplanması ile olmaktan çok şu soru ile ilgilendik: Bu olgulardan doğanın enson yasaları konusunda, Dinginliksiz Evrenin tasarı konusunda, yapısal düzenlemesi konusunda ne öğrenebiliriz?

Eğer geriye [birinci yayımda] s. 277'ye bakarsanız, 1935'te ‘‘unclear physics'' dizgi yanlışının bana o zamanlar ‘‘nuclear physics''in içinde olduğu durumun hiç de kötü olmayan bir betimlemesi olarak göründüğünü göreceksiniz. Bugün bu şakanın zamanı geçmiştir. Bu 15 yılda çekirdek kuvvetleri konusunda birşeyler öğrendik, gerçi henüz tam bir anlayıştan uzak olsak da.

Çekirdek kuramının ilerlemesi açıkça ayırdedilen iki çizgiyi izledi. İlk olarak quantum mekaniğinin iyice doğrulanmış yasalarını uygulamak ve ne denli ileri gidilebileceğini görmek doğaldı. Sonuçta bu yolda çekirdek fiziğinin birçok genel özelliğinin anlaşılabileceği ortaya çıktı — ama tümünün değil. Bilinmeyene adım atılması gerekiyordu, ve bu dikkate değer bir başarı ile atıldı. İlk dönemin kısa bir açıklaması ile başlıyoruz.

6. Çekirdeğin Bağlayıcı Erkesi ve Kararlılık

Çekirdeğin bir dizi özelliği ve tepkimeleri vardır ki, bunlar çekirdek kuvvetlerinin doğasının sağın bir bilgisi olmaksızın yalnızca kısa erimli olmaları ve ilgili parçacıkların dönü/spin ve yükleri üzerine bağımlı olmaları olgusundan açıklanabilirler. Bu durum ağır parçacıkların (protonlar, nötronlar) hızlarının küçük olması, dolayısıyla de Broglie dalga uzunluklarının çok büyük olması, giderek kuvvetlerin eriminden daha büyük olması olgusuna bağlıdır. Eğer quantum mekaniği böyle bir dizgeye uygulanırsa durgun durumların ve ayrıca çarpışmaların etkili enine-kesitlerinin kuvvetin uzaklık ile değişmesine çok az bağımlı olduğu ama dönü ve yükler (ve bunların parçacıklar arasındaki değiş tokuşları) tarafından etkilenmesine çok daha fazla bağımlı olduğu ortaya çıkar; ama kuvvetlerin bu son tipi, birkaç değişmez değer dışında özel sayıltılar olmaksızın, özsel olarak bakışımın çok genel irdelemeleri tarafından belirlenir. Böylece deutron ve başka küçük çekirdekler üzerine oldukça doyurucu bir kuram geliştirilmiştir.

Daha karışık çekirdekler için daha da kaba yöntemler iyi sonuçlara götürmüştür. Daha önce bağlayıcı enerjinin deneysel olarak ölçülen kütle sapmasından nasıl belirlenebildiği açıklanmıştı. Sonuç bağlayıcı enerjinin artan kütle sayısı ile demir öğesinin yakınında bir enaza ulaşılıncaya dek azaldığı, ve sonra yeniden arttığıdır. Bu demektir ki ortada, demirin yakınındakiler dışında tüm çekirdekler ilkede kararsızdır, ve kendilerini daha kararlı öğelere dönüştürmeleri gerekir — kararlı ‘‘demir'' durumuna erişilinceye dek, hafif olanların bileşim, ‘‘kaynaşma/fusion'' yoluyla, ağır olanların dağılma/disintegration, ‘‘ yarılma/fission'' yoluyla. Bu yıkım ancak bu tepkimelerin aşırı küçük hızları tarafından önlenir — ve gene de, atom bombası öyküsünün gösterdiği gibi, onları ivmelendirmenin yolları vardır. Şimdi tüm bunlar Weizsäcker tarafından önerilen çok ilkel model yoluyla anlaşılabilir. Yalnızca her çekirdek parçacığının (proton ya da nötron) eklenmesinin yaklaşık aynı enerji miktarını (kısa erim tipli) salıverdiğini varsaymamız ve sonra çekirdekte depolanan toplam enerjiyi hesaplamamız gerekir — parçacıkların kimilerinin yüzeyde yattıkları ve dolayısıyla içte olanlardan daha küçük bir katkıda bulundukları dikkate alınarak. Böylece kısa erimli kuvvetlerin toplam enerjisinin hacım ile orantılı bir terimi ve yüzey ile orantılı bir başka terimi vardır; buna protonların elektrostatik enerjisini eklemek gerekir ve böylece nötronların ve protonların edimsel çekirdeklerin varolabilecekleri bölgeyi oldukça iyi temsil eden sayılarının terimlerinde bağlayıcı enerjinin anlatımı elde edilir. Böylece çekirdeklerin kararlılığının genel özellikleri çok yalın bir yolla açıklanabilirdir. Örneğin verili bir öğenin izotoplarının sayısı konusunda daha ince sorular hiç kuşkusuz daha inceltilmiş bir kurama gereksinirler.

Niels Bohr bu çekirdek modelini dinamik karakterli birçok başka çekirdek fenomenini açıklamak için kullandı. Çekirdek özdeğinin durumunu sıradan özdeğin katı ya da sıvı bir parçası ile karşılaştırmak düşündürücüdür; ama bir çekirdeğin katı bir kristal yapı taşıdığı konusunda hiçbir belirti yoktur — gerçekte böyle bir belirti beklenemez çünkü quantum mekaniğine göre bir dizgenin en düşük durumunda bile büyük bir devim enerjisi miktarı vardır (‘‘sıfır nokta enerjisi''). Bu nedenle çekirdeğin ‘‘sıvı damla (ya da damlacık) modeli''nden söz edilir. Şimdi eğer böyle bir damlacık bombardıman eden bir parçacık tarafından vurulursa, açıktır ki bu yalnızca yansıtılmakla kalmaz; içerilere girecek ve enerjisini çekirdek parçacıkları kütlesine aktararak toplam kütleyi ‘‘ısıtacaktır.'' Bu ısıtılmış çekirdek o zaman tıpkı sıradan bir su damlası gibi buharlaşacaktır; bu ise parçacıklarından birini (ya da bir bölümünü) yayacağı anlamına gelir. Gözlenen tam olarak budur: Çekirdeklerin bombardımanı yalın dağılmaya olmaktan çok ilk parçacığın soğrulmasına ve arkasından bir başka parçacığın yayımına götürür (yapay radyoaktivite). Bu yalın düşünce oldukça başarılı olmuş olan gelişmiş bir çekirdek tepkimeleri kuramına götürmüştür.

7. Mesonlar

Tüm bunlar çekirdek kuramının iyi bilinen yasaları ve ilkel resimleri kullanan ilk düzeyine aittir. İkinci düzeye çekirdek güçlerinin daha derin bir anlayışına götüren yolu açan Japon Yukawa tarafından ulaşıldı. Bu temel ilerleme birikmiş deneysel gerecin ayrıntılı bir çözümlemesi yoluyla değil ama en genel özelliklerinin ussal yorumu yoluyla sağlandı. Ortaklaşa bir girişimin ve takım çalışmasının sonucu değil, ama tek bir insanın dahice bir başarısıydı. Bu bakımdan Maxwell'in elektromanyetik ışık kuramını andırır; giderek yöntemsel olarak bu büyük buluşla oldukça yakından ilişkilidir. Ortak kavram bir alan kuvveti düşüncesidir. Faraday'ın elektromanyetik etkileşimleri sezgisel betimlemesinden esinlenerek, Maxwell bir yükten bir başka yüke birdenbire etkide bulunan elektrostatik kuvvet yerine yükleri çevreleyen bir alan kuvvetini getirdi; bu kuvvet bir noktadaki gücünü sonsuz küçüklük denli yakın noktalardaki kuvvet ile bağıntılayan bir yasa tarafından belirlenir (bir ayrışımlı eşitlik tarafından anlatılan yasa). Bu durumda, eğer enerjiyi bir noktadan bir başkasına geçirmede çok az zaman yitirildiği kabul edilirse, alanın bir karışıklığı birdenbire değil ama sonlu bir hızla ilerler, ve elektromanyetik dalgalar elde edilir.

Aynı yolda Yukawa bir kısa erim kuvvetini öyle bir yolda yorumladı ki alan diline çevrilmesi olanaklı oldu. Bunun gerçekte yalnızca tek bir yolda yapılabileceği ortaya çıktı. Hiç kuşkusuz ayrışımlı eşitlik elektrostatik eşitlikten biraz daha karışıktır, çünkü boyut uzunluğunun belli bir a değişmezini kapsar ve bu çekirdek kuvvetlerinin erimini temsil eder. Yukawa sonra Maxwell'in ikinci adımına öykünerek bir karışıklığın yayılması için zamanda gecikmeyi getirdi. Bu adımda hiçbir ikircim yoktur çünkü statik yasa verildiğinde görelilik ilkesi dinamik yasayı tam olarak belirler. Böylece Yukawa yeni bir dalga tipinin, çekirdek kuvvet dalgalarının varolduğu öngörüsüne götürüldü, ve bunların ışık hızından aerim değişmezine bağlı bir miktar kadar daha küçük çıkan hızlarını hesapladı.

Şimdi soru bu dalgalar gözlenebilir mi sorusuydu. Yukawa quantum mekaniğinin ilkelerini uygulayarak bir başka belirleyici adım attı: Tıpkı bir elektromanyetik dalganın ışık niceleri (quantumları) ya da fotonlar ile bağıntılı olması gibi, bir çekirdek kuvveti dalgası da nicelerin yeni bir tipi ile bağıntılı olmalıdır. Bu nicelerin dinginlik kütlesini hesapladı ve m = h/ac yalın formülünü buldu. Eğer burada h quantum değişmezinin iyi bilinen değeri, ışığın hızı, c, ve çekirdek kuvvetlerinin erimi, a (yaklaşık 10^-13 cm) getirilirse, 200 ya da 300 elektron kütlesine eşit bir değer elde edilir (proton kütlesinin altıda biri). Böylece Yukawa'nın kuramı kütleleri elektron ve proton arasında ‘‘orta yolda'' olan parçacıkların varolduğu öngörüsüne götürür; bunlar daha sonra ‘‘mesonlar'' olarak adlandırıldılar (Yunanca ‘‘orta'').

Bunlar gerçekten var mıdır? İlk belirti kozmik ışınlardan geldi; bunların deniz düzeyinde yaygın olarak bulunan ve Wilson Odacığında elektronların değil ama daha ağır parçacıkların izine benzer izler bırakan delici bir bileşeni vardır. Manyetik alanlardaki sapma yüklerinin eşit sıklıkta olumlu ve olumsuz olduğunu gösterir, ve bu nedenle protonlar olmaları olasılık dışı değildir. Sonunda kütle belirlenebildi ve elektrondan 200 kat daha ağır olduğu bulundu. Bu mesonların varoluşu için ilk deneysel kanıttı. Sonra fotoğraf plakasında izlerinin gözlenmesi ve siklotronun yardımıyla yapay olarak üretilmeleri tüm kuşkuları giderdi. Ama yeni karışıklıklar doğdu. Yukawa'nın kendisi yeni parçacıklarının niçin sıradan özdeğin bir parçasını oluşturmadıkları sorusunu daha önce irdelemişti. Yanıtı kararlı olmadıklarıydı; çok kısa bir yaşamdan sonra elektronlara ve nötrinolara bozulurlar. Bozulmaya uğradıkları doğrudan deneyler tarafından doğrulanmıştır; örneğin deniz düzleminde büyük ölçüde mesonlardan oluşan kozmik ışınları yoğun bir özdek tabakasının (bir yeraltı istasyonunun üstündeki toprak) zayıflatmasının, aynı sayıda çekirdeği kapsayan bir hava tabakasının zayıflatması ile karşılaştırılması yoluyla; havada çok daha büyük bir sayıda meson yiter, çünkü havanın daha büyük uzamı dolayısıyla daha çok sayıda meson bozulma zamanı bulur. Ama soruna fotoğraf yöntemi uygulandığı zaman, bulunan izler bütünüyle yeni bir fenomeni açığa serdi: Bir çekirdek tarafından yayılan bir birincil meson birdenbire ortadan yitti ve biraz daha küçük kütleli bir başka parçacık fırlatıldı. (Hiç kuşkusuz devinirlik dengesini saklamak için sıçrayan bir başka görülmez, e.d. yüksüz parçacık olmalıdır.)

Böylece iki tür meson olduğu saptandı — yaklaşık 300 elektron kütlesi büyüklüğünde ve m-mesonlar denilen bir ağır tip, ve yaklaşık 200 elektron kütlesi büyüklüğünde ve p-mesonlar denilen bir hafif tip. m-mesonlar Yukawa tarafından düşünülenler, yani çekirdek kuvvetleri alanına ait olan niceler olmalıdır; çünkü bunlar çekirdekler tarafından yayılırlar ve çekirdeklere çarptıkları zaman onlarla yeğin tepkimeye girerler, parçalayıcı patlamalar üretirler. p-mesonlar kendiliklerinden elektronlara ve (belki de) nötrinolara bozulurlar; çekirdeklerin b-dağılmaları ile bağıntılı olmalıdırlar.

Yukawa'nın buluşu bir deneyler ve kuramsal araştırmalar tufanına yol açmış ve çekirdek fiziğindeki bütün durumu değiştirmiştir. Başka mesonlar için de belli kanıtlar var gibi görünmektedir; yaklaşık 1000 elektron kütlesi büyüklüğünde olan biri yeterince doğrulanmıştır. Bir şey kesin görünür: Sıradan özdeği oluşturan parçacıklar — protonlar, nötronlar ve elektronlar — yalnızca değişik ara kütleleri olan çok sayıda olanaklı parçacık arasında özellikle kararlı olan örneklerdir. Böylece fiziğin özeksel sorunu değişmiştir: Bize doğa tarafından sunulan birkaç parçacığın devim ve etkileşimlerini incelemek yerine, doğanın niçin yalnızca bu varolan parçacıkları yaratmış olduğunu bulup çıkarmamız gerekir. Ya da daha az gizemli bir yolda anlatırsak, öyle bir genel ilke aramalıyız ki, bize olanaklı alanları ve karşılık düşen parçacıkları, bunların kütlelerinin sayısal oranları ve eşliklerindeki değişmezler ile birlikte vermelidir (değişmezler ile elektronları ve fotonları eşleyen elektrik yükü gibi nicelikleri demek istiyorum). Bu yönde girişimler doğmaya başlamıştır: Belirli kütle oranları ile birçok parçacığı üreten ‘‘Karşılılık İlkesi'' başlığı altında benim kendi girişimim olmuştur, ama parçacıkların sayısı gereğinden fazladır, sonsuzdur, ki böyle birşey için deneyimde hiçbir aklama yok gibi görünür. Bu ilk denemeler ne denli ilkel olurlarsa olsunlar, büyük bir olasılıkla Yukawa'nın çalışması doğanın enson yasaları için arayışta bir dönüm noktası idi.

8. Çekirdek Yarılımı (Fission)

Okur bu olayları açıklayışımın eski kitabın yazılışına eşlik etmiş olan aynı coşkunun birazını yansıttığını düşünebilir. Aslında, bunlar araştırma tininin, doğanın gizlerini ortaya çıkarmak için aynı çıkarsız ilginin bugün de her zaman olduğu gibi diri ve etkin olduğunu, ve giderek Avrupa ve Amerika'daki birkaç ilim özeğinden bütün dünyaya ve tüm uluslara yayılmış olduğu için, daha da diri ve etkin olduğunu gösterirler. Ama gizem perdesini kaldırmanın ve görünürde yatan kaostaki uyumu ortaya sermenin tam bu tılsımı şimdiki bunalıma neden olmuştur. Araştırmanın soylu merakının doyumu araştırmanın salt bir yanıdır. Bilim buna ek olarak — ve birçoklarına göre başat olarak — insan yaşamı çıkarına doğa kuvvetleri üzerinde güç kazanmak için ortaklaşa bir çabadır. Sorunun kökü budur.

Öykü bütünüyle zararsız olarak başlar. Fizikçiler en ağır çekirdekler ile, thoryum ve uranyum ile deneyler yapıyor, ve nötronları yakalayarak, bunları atom numaraları 92'den daha yüksek olan ‘‘trans-uranyum'' öğelere dönüştürmenin olanaklı olup olmadığını saptamaya çalışıyorlardı. Bununla birlikte, iki Alman, Hahn ve Strassmann, nötron bombardımanının bütünüyle ayrı bir etkisi olduğunu buldular: Uranyum çekirdeği yakın büyüklükte iki parçaya ayrıldı, örneğin

Olağanüstü bir enerji miktarının salınmasının eşlik ettiği bu tür süreçler ‘‘yarılım'' olarak adlandırılmıştır. Başka iki Alman, Frisch ve Lise Meitner, yakınlarda Bohr'un az önce tartıştığımız damlacık modelinin çizgileri üzerinde yalın bir açıklama önerdiler. Th ve U çekirdekleri öyle çok proton kapsar ki, elektrostatik kuvvetlerin itici enerjileri hemen hemen kısa-erimli çekirdek (meson) kuvvetlerinin enerjisi denli büyüktür; eğer bir nötron yakalanırsa kararlık sınırı aşılır, ve çekirdek yaklaşık eşit büyüklükteki parçacıklara dağılır ve bunlar sıradan çekirdek tepkimelerinde salınanın 8 ya da 10 katı kadar bir artı enerji ile birbirlerinden kaçar. Bohr ve Wheeler bu kararsızlığı daha büyük ayrıntıda araştırdılar ve değişik hızlardaki nötronların etkerliğini (etkili çarpışmaların ‘‘enine kesiti''ni) tahmin etmeyi başardılar. Sonuçlarından biri olağanüstü önemde olanaklar ortaya serdi.

Uranyum yarılım sürecine nötronların yayılımı eşlik eder ki, bunlar ya parçalanma ile eşzamanlıdır ya da kararsız parçaların dağılma ürünleri olarak bir gecikme ile ortaya çıkar. Şimdi bu nötronlardan her biri bir başka uranyum çekirdeğini vurabilir ve onu yarılıma irkitebilir ve nötronlar yeniden yayılır: Ve bu böyle sürer: Bir yarılım çığı başlatılabilir. Böyle ‘‘zincirleme tepkimeler'' sıradan kimyada iyi bilinir. Eğer bir yarılım zinciri üretmek olanaklı olsaydı ağır çekirdeklerde biriken olağanüstü büyük enerji uygulama amaçları için kullanılabilirdi. Değişik hızlardaki nötronların yarılım üretmedeki etkerliklerinin gözlemleri hızlı nötronların thoryum ve uranyum üzerinde aynı etkiyi taşıdıklarını ve bu arada yavaş nötronların ise uranyumda çok daha etkili olduklarını gösterdi. Bohr kuramsal irdelemelerinden sıradan uranyum izotopunun, ₉₂U₂₃₈, bu olguyu açıklayamadığı vargısına ulaştı ve bunun ₉₂U₂₃₅ izotopunun küçük bir miktarının (% 0,7) bulunuşuna bağlı olduğunu ileri sürdü. Bu öngörü daha sonra Lawrence ve çalışma arkadaşları tarafından tam olarak doğrulandı.

Bu noktaya dek bilimsel ilerlemenin sanki dünyada olan başka herşey ile hiçbir bağıntısı yokmuş gibi bir açıklamasını vermek olanaklıydı. Benim de aralarında bulunduğum daha yaşlı kuşaktan bilimcilerin çoğunun tutumu buydu, ve kitabım bu biçemde yazılmıştır. Avrupa ve Amerika'nın uygar, barışçıl ve görünürde kararlı toplumu böyle soyutlamaların lüksünü destekleyebiliyordu.

9. Politik Yarılım ve Çekirdek Kaynaşması

Ama 1933'te bu dönem Hitler'in enerji yükselişi ile bir sona geldi. Onun totaliter dizgesi ile dünyanın henüz özgürlükçü, demokratik ve toplumcu düşüncelerin egemen olduğu geri kalanı arasında bir kopma ortaya çıktı. Bu Almanya'dan başka topluluklar içerisine soğrulan beyinlerin dışarı atılmalarında sonuçlanan entellektüel, törel ve politik bir yarılma idi. Birleşik Devletler'e ulaşan sığınıklar arasında üstün bilimciler vardı. Almanya, yaklaşık yüz yıl boyunca, ilim ve araştırmanın ön saflarındaydı. Özel olarak kuramsal fizik yüksek bir düzeydeydi; görelilik ve quantum kuramlarının ikisi de ve ayrıca başka pekçok önemli düşünce, bu kitapta alıntılanan adların bir taranmasından görülebileceği gibi, Almanya'da başladı. Böylece Amerika Alman bilginlerin sürülmesinden büyük yarar sağladı, ve burada bir örneğin sözünü etmek gerekir. Bu yıldız enerjisinin çekirdek yarılmasının yardımı ile açıklamasını ilgilendirir.

Bu ve başka kozmolojik sorunların bu kitapta tartışılmamış olması hiç kuşkusuz üzücüdür. Evren sözcüğü gerçekte atomik mikrokozmozdan çok yıldızların makrokozmozunu anımsatır, ve bu noktada biricik savunmam bir gökbilimci değil ama bir fizikçi olmamdır. Gene de en büyük ve en küçük boyutların bu iki dünyası çok yakından karşılıklı olarak ilişkilidir. Yıldızlara ilişkin tüm bilgimiz onların ışıma yayımlarından gelir ki bu bir atomik süreçtir ve atomik kuramın terimlerinde yorumlanmalıdır.

Dünyadaki yaşam güneşe, tüm eski mitolojilerdeki özeksel bir tanrıya bağımlıdır: Mısır'da Ra, Hellas'ta Apollon. Olağanüstü bir enerji miktarı sürekli olarak güneşten saçılır; bu nereden gelir? Bu soruya ilk usauygun yanıt yaklaşık yüz yıl kadar önce Lord Kelvin tarafından verildi. Güneşin kendi ağırlığı altında sıkışması gerektiğini belirtti ve bu evrilme süreci tarafından üretilen ısıyı yerçekimi enerjisinden hesapladı. Bunun çok büyük bir miktar olmasına karşın, güneşin çağlar boyu varoluşu için hiçbir biçimde yeterli olmadığı ortaya çıktı. Özel olarak, dünyadaki doğal kayalardaki minerallerin yaşının radyoaktif yöntemler yoluyla nasıl hesaplanacağı öğrenildiğinde, Kelvin'in düşüncesinden türetilen zaman ölçeğinin çok daha küçük olduğu anlaşıldı. Bu yöntemleri anlamak kolaydır: Radyoaktif tözlerin bozulma dönemlerini bilir ve dolayısıyla kökensel öğenin niceliklerinin ve bunların verili bir zamandaki dağılım ürünlerinin oranını hesaplayabiliriz. Bunun tersi olan bir başka yol, bu oranların kayaların içleri açısından bir çözümlemesi birer katı olarak oluşumlarından bu yana geçmiş olan zamanın belirlenmesine izin verir. Böylece dünyanın kabuğunun yaşı için güvenilir değerler elde edilmiş olsa da, bunun daha önce söylendiği gibi güneşin enerjisi üzerine yerçekimi kuramı ile bağdaşmadığı bulunmuştur.

Ama radyoaktivite bu güçlüğün çözümüne götüren ipucunu da vermiştir. Biliyoruz ki çekirdeklerin dağılması olağanüstü enerji miktarı üretir. Bu nedenle güneşin ve yıldızların ışıması içlerinde belli çekirdek süreçleri varsayılarak açıklanabilir. Ama bu süreçler nelerdir?

Yanıt A.B.D.'ye sığınan Alman bilginlerinden biri olan Hens Bethe tarafından verildi. Yıldızların çoğu özsel olarak hidrojen toplarıdır, ve böyle oldukları izgelerinden ve yoğunluklarından saptanabilir (hiç kuşkusuz bunların bilinmesi ölçüsünde). Bu yazının 6. kesiminde gördüğümüz gibi, hafif çekirdekler ilkede kararsızdır ve ‘‘kaynaşma/fusion'' yoluyla daha ağır çekirdekler ile birleşme eğilimindedirler. Yine daha önce dört hidrojen çekirdeğinden bir helyum çekirdeği (edimsel olarak 2 proton ve 2 nötron) oluşturma yoluyla salınan enerjiyi hesapladık ve bunun çekirdeklerin başka herhangi bir bileşiminden daha büyük olduğunu bulduk. Dolayısıyla eğer bu süreç ölçülü bir hızla ilerleyecek olursa bol miktarda enerji sağlayacaktır. Ama güçlük tam burada yatar. Çekirdekler pozitif yüklü oldukları ve bu nedenle birbirlerini ittikleri için kaynaşma yüksek göreli devim, e.d. yüksek ısı gerektirir. Dahası, en az dört hidrojen çekirdeğinin bir helyum çekirdeği oluşturmak için eşzamanlı çarpışması açıktır ki çok az olasıdır. Bethe tarafından önerilen çıkış yolu kimyacıların bir katalitik süreç dedikleri şeyden oluşur. Helyumun oluşumu tek bir edimde değil, ama her biri bir başka parçacık ile yalın bir çarpışma olan dört edimlik bir zincirde gerçekleşir. Bunlardan ilki karbon izotoplarından biri olduğu için, karbon döngüsünden söz edilir. Katalize edici çekirdekler tümü de yeniden-oluşur ve net sonuç dört hidrojen çekirdeğinin ortadan yitişi ve bir helyum çekirdeğinin oluşumudur. Bu kuram güneşte ve yıldızlarda yaratılan ısıyı açıklamada öylesine başarılıydı ki, kaynaşmanın varoluşundan kuşku duymak pek olanaklı değildi.

Böylece sıradan özdeğin kararsız olduğu, patlayıcı olduğu ve bir barut fıçısı üzerinde oturmakta olduğumuz açıktı. Gene de, sıradan kıvılcımlar işe yaramadığı için, tehlike uzakta görünüyordu; ateşleme için yıldızların özeklerinde olduğu gibi milyon derecelik ısılar gerekliydi. Öte yandan yarılım yüksek dereceler yoluyla bir ateşlemeye gereksinmez, çünkü bir nötron çekirdek yükü tarafından itilmez. Herşey bir yarılım zincirinin başlatılıp başlatılamayacağına dayanır.

10. Atom Bombası

Hiç kimse, eğer savaş araya girmeseydi, birçok fizikçinin kafasında olan bu sorunun nasıl gelişecek olduğunu söyleyemez. Büyük bir olasılıkla ilerleme çok daha yavaş, belki de sonuçlar, ekonomik ve politik sonuçlar üzerine düşünmeye izin verecek denli yavaş olacaktı. Oysa bir tür panik doğdu. Sığınan bilginler yalnızca bilgi yaymakla kalmadılar, ama Hitler Hükümetinin bir çekirdek patlayıcısı elde etmek için elinden gelen herşeyi yapacağı ve onu acımasızca kullanmada duraksama göstermeyeceği kanısını da yaydılar. İngiliz ve Amerikan bilginleri çok geçmeden yarılım olanaklarının araştırılması gerektiğine inandırıldılar, ve birçok laboratuar, birçok kuramcı takımı çalışmaya başladı.

Bu kümelerden birinin üyesi olmadım ve çalışmaları konusunda herhangi bir kimsenin yayımlardan yakalayabileceğinden daha çoğunu bilmiyorum. Bu nedenle herhangi bir açıklama yapamam ya da genel olarak bilinen olgulara kişisel gözlemler ekleyemem. Yalnızca olayları ana çizgilerinde yineleyeceğim.

Nötronların yitiminin yeterince düşük tutulması koşuluyla, bir yarılım zincirinin başlatılabileceği anlaşıldı; bu başlıca iki koşula bağımlıdır: Uranyumu aşırı ölçüde arı tutarak soğrulmayı önleme, ve yeterli büyüklükte bir engel kullanarak kaçışı önleme. Bu istemlerin yarattığı uygulayımsal sorunlar olağanüstü büyüktür, ve A.B.D. Hükümetinin tasara ayırdığı harcamalar da eşit ölçüde büyüktür. Sorun doğal metalden seyrek bir uranyum izotopunu, U₂₃₅, çıkarmaktan oluşur. Yaklaşık olarak eşit kütleli ve kimyasal olarak özdeş atomları ayırmak için bilinen tüm süreçler etkili olmaktan aşırı ölçüde uzak ve yavaştır. Bununla birlikte, yayınma gibi süreçlerin birçok yineleme ile uygulanmasını sağlayan olağanüstü büyük bir aygıtın kullanımıyla U₂₃₅ yoğunluğu önemli ölçüde arttırıldı, ve son ayırma bir tür devasa kütle izgeölçeri kullanılması yoluyla elektromanyetik ayırmanın yardımıyla başarıldı.

Yarılıma yetenekli gereç üretmenin bir başka olanağı da uranyum-ötesi öğeler oluşturmaktı. Bir nötron sıradan uranyum çekirdeği ₉₂U₂₃₈ tarafından yakalandığında oluşan ₉₂U₂₃₉ çekirdeği kararsız olma ve elektronların daha sonra neptunyum, 93Np239, ve plutonyum, ₉₄Pu₂₃₉, denilen yeni öğelere ardışık yayımı yoluyla dağılma yönünde yatkınlık gösterir. Plutonyum 239'un yarılım yoluyla bir nötronun yakalanması üzerine tepkime göstermesi olası göründü. Bu tahminler deney tarafından doğrulanmıştır. Bu deneylerde olduğu gibi plutonyumun son üretim sürecinde de kullanılan yöntem bir ‘‘tepkitici/reactor'' ya da ‘‘yığma/pile'' kurulmasından oluşuyordu ki, bu yapı hafif atomlardan oluşan ve yayılan nötronların hızını azaltarak bir tür ‘‘yavaşlatıcı'' olarak hizmet eden bir töz (grafit ya da ağır su) yoluyla ayırılmış uranyum topaklarının ya da çubuklarının düzenli olarak dizilişidir. Belli bir hız erimindeki nötronlar U₂₃₈'den plutonyum üretirler, ve bu arada ısıl hıza yavaşlatılmış olanlar U₂₃₅'in yarılım zincirini sürdürürler. Tepkime hızı bir tür soğurucu gereçten (kadmiyum) yapılı çubukların yardımıyla denetlenebilir.

Kendi içine sınırlı ilk zincirleme tepkime 2 Aralık 1942'de Fermi'nin yönetimi altında gerçekleştirildi. Bu yolla üretilen plutonyumun beklenen özellikleri taşıdığı anlaşıldı. Kimyasal olarak uranyumdan ayrı olduğu için, izotopların ayrılmasında kullanılan yöntemlerden daha yalın, daha hızlı ve daha etkili olan kimyasal yollarla çıkarılması olanaklıdır. Gene de uygulayımsal görev ürkütücüdür çünkü gereç tarafından yayılan öldürücü ışıma nedeniyle bütün sürecin uzaktan denetimle otomatik fabrikalarda gerçekleştirilmesi gerekir.

Yarılabilir tözlerden yeterli miktarda elde edildikten sonra bir bomba yapma sorununun çözülmesi gerekiyordu. Yarılım için kritik bir büyüklük vardır: Bundan daha küçük bir uranyum 235 ya da plutonyum topağı zararsız olacak, ama bu büyüklükten daha büyük bir topak hemen patlayacaktır, çünkü her zaman bir yarılma zincirini başlatacak başıboş nötronlar vardır. Bu nedenle sorun iki topağı olanaklı en kısa zamanda gerecin en iyi kullanılabileceği bir yolda biraraya getirmekti.

Bu amaç için geliştirilen yöntemler gizlidir ve bilimin bakış açısından büyük bir önemleri yoktur. Bütünüyle başarılı oldular. 16 Temmuz 1945'te New Mexico, Los Alamos yakınlarında ilk deneysel bomba patlatıldı. Bu, eğer yalnızca düşüncelerin inceliği ile değil ama para, bilimsel işbirliği ve işleyim örgütlenmesi açısından gösterilen çabalar ile de ölçülürse, hiç kuşkusuz kuramsal fiziğin en büyük utkularından biri idi. Herhangi bir ön deney olanaklı değildi, ve labaratuar deneyleri üzerine dayanan kuramsal hesaplamaların doğru olduğuna güvenmek çok büyük bir risk altına girmek demekti. Bu nedenle korkunç bir fenomen olan ilk çekirdek patlamasını gözleyen fizikçilerin ağır bir sorumluluğun yükünü üzerlerinden atmaktan gurur duymalarına şaşırmamak gerekir. Kendi ülkelerine ve bağlaşık uluslar topluluğuna büyük bir hizmette bulunmuşlardı.

Ama birkaç hafta sonra Japonya üzerine iki atom bombası bırakıldığında ve kalabalık Hiroşima ve Nagasaki kentleri yokedildiğinde, daha temel bir sorumluluğun omuzlarına bindiğini keşfettiler.*

11. Fiziğin ve Politikanın Trajik Kaynaşması

Dünya savaşın dehşetlerine karşı çok duyarsızlaşmış, Hitler'in attığı tohum büyümüştü. Düşüncesi bütünsel savaş düşüncesiydi, ve bombaları Rotterdam ve Coventry'yi yakıp yıktı. Ama hevesli öğrenciler buldu. Sonunda her iki yanın bombardıman uçakları Orta Avrupa'nın yöntemli olarak yerle bir edilişini başardılar. Tarihsel ve sanatsal hazinelerinin büyük bir bölümü, binlerce yılın kalıtı kül olup gittiler. Dresden gibi mimari bir mücevher Avrupa savaşının son günlerinden birinde yokedildi, ve erkek, kadın ve çocuk 20.000 sivilin de kentle birlikte yokolduğu söylenir. Bu işten sorumlu olanların haklı olarak taktik ve stratejik zorunluğu ileri sürebileceklerinden kuşku duymuyorum; ve genel olarak dünya yeterince haklı neden bulmada güçlük çekmedi — kör nefret ve ceza isteğinden, savaşı kısaltmak için tüm araçlar yeterince iyidir biçimindeki yarı-insanca düşünceye dek. Törel ölçünler gerçekten de çok büyük bir düşüş gösterdiler.

Gene de Japonya üzerine bırakılan iki atom bombası bir heyecana yol açtı, ve insan trajedisinin ayrıntıları öğrenildiği zaman dünyanın birçok bölgesinde duyunç uyanışı gibi birşey oldu.

Burası bu yabanıl güç uygulamasını kullanmaya karar veren devlet adamları üzerine kişisel yargımı anlatabileceğim bir yer değildir. Öncelik hakkı konusunda örnekler çoktur — bir gecede 20.000 kişiyi ya da bir dakikada 50.000 kişiyi öldürmenin sorumlulukları arasında büyük bir ayrım yoktur. Ama bir bilimci olarak bilim ve bilimcinin sorumluluğu ne ölçüde paylaştıkları sorusu ile ilgileniyorum.*

Atom bombalarını geliştirmede yer alanların güdüleri hiç kuşkusuz kınamanın üstündedir: Birçokları bu işe dosdoğru kendi savaş hizmetlerini yerine getirmek üzere alındılar, başkaları ise ilkin Almanların bombayı üretebilecekleri kaygısı tarafından güdülenerek katıldılar. Gene de bilimcilerin genel bir görüş oluşturabilecek bir örgütleri yoktu. Tek başlarına kalan insanlar politik ve askeri yetkeler tarafından yönetilen muazzam bir makinedeki küçük dişli çarklar oldular. Önde gelen fizikçiler bu yetkelerin bilimsel danışmanları oldular ve yeni güç ve nüfuz duygusundan haz duydular. İşlerinden ve olağanüstü başarısından haz duydular, ve bir süre için sonuçları konusunda derinlemesine düşünmeyi unuttular. Bir küme bilimcinin B.D. Hükümetini bombayı kentlere karşı kullanmaması, ama varoluşunu ve gücünü daha az öldürücü bir yolda, örneğin Fujiyama dağının tepesinde gösterme konusunda uyardığı doğrudur. Bir kent üzerine saldırının yıkıcı politik sonuçlarını çok doğru olarak tahmin ettiler. Ama öğütleri gözardı edildi.

Birleşik Devletlerde kamu oyu ile bilimcilerin kanıları arasındaki başlıca uyumsuzluk gizlilikle ilgiliydi. Bilimciler bilimde hiçbir gizin olmadığına inanıyorlardı. Sınırlı bir dönem için gizli tutulabilecek uygulayımsal incelikler olabilir. Ama doğanın yasaları bilimsel araştırma yöntemini kullanmada eğitimli olan herkese açıktır.

Bu nedenle atom bombası tasarını Rus bağlaşıkların öğrenmesinin önüne geçmeyi istemek boşunaydı, ve bu gizin sürdürülmesi zorunlu olarak onları dost olmaktan çıkarıp düşman yapmıştır. Muazzam bir yeni silahın gözdağı altında olduklarını duyumsadılar; onu kendileri geliştirmeye başladılar, ve beklendiğinden çok daha kısa bir süre içinde elde ettiler.

Öte yandan, bu gizlilik hayaletinin atom fiziğinin Amerika'daki gelişmesi üzerinde yıkıcı etkileri oldu. Birçok fizikçi kuşku altına düşmüş ve giderek ihanetle suçlanmıştır. Bilimin bütünü keşiflerin gizli ve açık keşifler olarak sınıflandırılmasından ve yayımların gözetiminden ötürü güçlükler yaşadı. Hiç kuşkusuz başlıca uygulayımsal sorunlar açısından belli güvenlik önlemleri kaçınılmazdır. Ama temel araştırmanın politik ve askeri yetkelere altgüdümlü kılınması zararlıdır. Bilimcilerin kendileri araştırmada sınırsız bireycilik döneminin sona erdiğini öğrenmişlerdir. En soyut ve uzak düşüncelerin bile bir gün büyük uygulayımsal önemleri olabileceğini bilirler — örneğin Einstein'ın kütle ve enerjinin eşdeğerliği yasası gibi. Kendilerini örgütlemeye ve insan toplumuna karşı sorumlulukları sorununu tartışmaya başlamışlardır. Ulusların güvenliğini bilimin onsuz soluk alamayacağı araştırma ve yayım özgürlüğü ile uyumlu kılacak bir yol bulma işi bu örgütlere bırakılmalıdır

12. Cennet ya da Cehennem

Çekirdek enerjisinin salınışı tarih-öncesi insan tarafından tutuşturulan ilk ateş gibidir — gerçi ortada modern bir Prometeus değil ama becerikli olmalarına karşın epik şiir için bir esin kaynağı olamayacak denli daha az kahraman olan insanlar olsa da. Birçokları yeni keşiflerin ya muazzam bir ilerlemeye ya da eşit ölçüde muazzam bir yıkıma, ya cennete ya da cehenneme götüreceğine inanır. Bununla birlikte, ben bu dünyanın her zaman olduğu gibi kalacağına inanıyorum: Cennet ve cehennemin bir karışımı, meleklerin ve şeytanların bir savaş alanı. Çevreye bir göz atalım: Bu savaşın yol açabileceği şeyler nelerdir, ve iyi davaya yardım etmek için ne yapabiliriz?

Şeytanın rolü ile başlarsak, ilkin hidrojen bombası vardır. Gördük ki, gerçi tüm özdek ilkede kararsız olsa da, çekirdek yıkımına karşı dünya üzerindeki düşük ısılar tarafından korunuruz, ve bunlar en sıcak fırınlarımızda bile çekirdek kaynaşmasını başlatmak için bütünüyle yetersizdir. Ama yarılmanın bulunuşu bu güvenliği yok etmiştir. Patlayan bir uranyum bombasındaki ısı büyük bir olasılıkla yıldız enerjisinin kaynağı olan ‘‘karbon döngüsü''nün ya da benzer bir katalitik sürecin yardımı ile hidrojen kaynaşmasını başlatacak denli yüksektir. Böylece yarılma bombasından binlerce kat daha yüksek etkerliği olan bir patlayıcı çok bol bulunan bir özdekten yapılabilecektir. Hiç kuşkusuz çalışma her zamanki uslamlama ile başlamıştır: Eğer biz yapmazsak, öteki adam (ki Rus demektir) yapacaktır. Eğer başarılı olursa, yeni bir toptan yoketme aleti olacaktır, ama yeni kuvvetlerin görünürde hiçbir barışçıl uygulaması olanaklı değildir. Bir yakıt olarak kullanılabilmesini sağlamak için kaynaşmayı yavaşlatacak bilinen bir yol yoktur. Bütünüyle cehennemi bir perspektif.

Bununla birlikte yarılmanın barışçıl bir türde birçok uzak erimli kullanımı vardır. Yakıt olarak kullanılabilir, çünkü tepkime hızı denetlenebilir. Her bir yığma/pile şimdilik pekçok durumda yitirilen muazzam bir ısı miktarı üretir. Yakıt olarak uranyum ya da thoryum kullanan elektrik istasyonları olanaklıdır, çünkü tehlikeli ışıma ile bağıntılı güçlükler hiç kuşkusuz yenilebilir. Bununla birlikte, soru ekonomik bir sorudur. Ham gereç seyrektir, ve eğer şimdi kömürden üretilen aynı enerji miktarı nükleer reaktörler tarafından üretilecek olursa, şimdi ya da gelecekte kullanılabilecek bütün uranyum kaynakları yarım yüzyıldan kısa bir zamanda tükenecektir. Bu nedenle yeni yakıtın kömür ve petrol ile yarışabilmesi olası değildir. Bununla birlikte, belli koşullar altında, yani kömür ya da petrolünkilerle karşılaştırıldığında, atomik yakıtının küçük hacım ve ağırlığının üstünlüğünün belirleyici olduğu yerlerde, durum böyle olabilir. ‘‘Çoğaltma/breeding''* yoluyla, e.d. bir yığmayı ondaki çekirdeklerin büyük oranının yarılabilir izotoplara dönüşeceği bir yolda yönetme yoluyla yarılmanın etkerliğini arttırma olanağı vardır. Bu ham gerecin çok daha uzun bir zaman dönemi üzerine yayılması anlamına gelir.

Çekirdek tepkimelerinin güç üretimi için henüz sorunlu olan uygulamasından ayrı olarak, daha şimdiden büyük ilerlemelere götürmüş ve daha umut verici olan sayısız başkaları vardır. İlkin yığmada yeni izotopların üretilmesi vardır. Çekirdeklerin kararlılığına ve etkileşim yasalarına ilişkin bilgimiz çok büyük ölçüde artmıştır. Radyoaktif ürünlerin kimileri sağaltım amaçları uğruna tıpta kullanılabilir, örneğin kansere karşı savaşımda radyumun yerini alabilir. En önemli uygulama kimya ve yaşambilimi devrimcileştiren ‘‘izleme yöntemi''** denilen uygulamadır. Radyoaktivitenin daha ilk döneminde v. Hevesy atomların kimyasal ya da yaşambilimsel süreçlerdeki yazgılarını onlara küçük bir radyoaktif izotop miktarı ekleyerek izleme düşüncesini taşıyordu. Bu izotop öğe bulunuşunu ışıma yoluyla açığa çıkarır, ve ışımanın saptanış yöntemleri çok büyük ölçüde duyarlı oldukları için, böylelikle bir öğenin terazi ile olduğundan çok daha küçük miktarlarını belirlemek olanaklıdır. Giderek atomların dirimli dokudaki dağılımlarını araştırmak bile olanaklıdır. Bu düşüncenin edimsel uygulaması daha önceleri radyoaktif izotopları doğal olarak bilinen birkaç atom tipine sınırlıydı. Böyle izotoplar dönemli dizgenin hemen hemen tüm öğeleri için bulunabilir. Bu çizgideki çalışma, gerçi henüz başlamış olsa da, daha şimdiden önemli sonuçlara götürmüştür ve daha da önemlilerine götürecektir.

13. Görünüş

Ama arkatasarda gizlenen hayaletle, büyük bir ölçekte atom savaşı olasılığı ile karşılaştırıldığında, bu önemli sonuçlar nedir?

Bombaları büyük uzaklıklara taşıyan roketler le birlikte, ve kimyasal, yaşambilimsel ve radyoaktif zehirler gibi başka cehennem düzenekleri İle birlikte düşünüldüğünde, böyle bir savaş imgelem gücünün ötesinde bir insan acısı ve alçalması demek olmalıdır. Hiçbir ülke bağışık olmayacak, ama yüksek düzeyde gelişmiş işleyimleri olanlar en büyük sıkıntıyı çekeceklerdir. Uygulayımbilimsel uygarlığımızın böyle bir yıkıma dayanabilmesi çok kuşkuludur. Kişi bunu çok büyük bir yitik olarak değil ama haklı bir ceza olarak görme eğiliminde olabilir, çünkü kusur ve günahları büyüktür: Sanat ve yazında üretken dehanın yoksunluğu, din ve felsefenin ahlaksal öğretilerini gözardı etme, ulusal egemenlik gibi modası geçmiş politik anlayışları terk etmede yavaşlık. Ve gene de hepimiz bu büyük trajedinin içindeyiz, ve öz-sakınım içgüdüsü, çocuklarımıza sevgimiz bizi bir esenlik yolu konusunda düşünmeye götürür.

İki politik dev vardır, A.B.D. ve S.S.C.B., ve ikisi de barıştan başka birşeyi hedeflemediğini ileri sürer, ikisi de tüm güçleri ile ideolojilerini ve yaşam yollarını savunmak için silahlanır, ve aralarında bir orta yol tutturmaya çalışan zayıf bir bölünmüş Avrupa vardır. Her iki yan da silahlı kuvvetleri için uygulayımbilimin en son başarımlarını hırsla yiyip yutar. Her ikisinin de yaşam yolları için hayret verici bir bağnazlık ile inandıkları bir tür kuramı vardır. Gene de bu kuramların temelleri oldukça kuşkuludur. Ayrı düşünceler için, giderek karşıt düşünceler için aynı sözcükleri kullanırlar, örneğin ‘‘demokrasi,'' ki Batıda özgür ve gizli oyla seçilmiş parlementer temsil dizgesi demekken, Doğuda ise bütünüyle başka ve formüle etmesi güç birşey demektir (‘‘halk''ı temsil etmeyi hedefleyen ve onun için çalışan karışık bir ekonomik ve politik bürokrasi piramidi). Başka bakımlardan Amerikan kuramı Rus kuramından çok daha bulanıktır, ve bunun tarihsel bir nedeni var gibi görünür. Amerika aşağı yukarı boşlukta yerine getirilen bir yayılmacılık yoluyla büyümüştür: Amerikan Batısına giden öncülerin korkunç doğal engelleri, ama gözardı edilebilir insan direncini yenmeleri gerekti. Bugünün Rusyasının yalnızca doğal değil ama insansal güçlükleri de yenmesi gerekti: Çarların çürümüş dizgesini parçalaması ve geri Asya kabilelerini özümsemesi gerekti; şimdi önüne Uzak Doğunun eski uygarlıklarına kendi yeni modernleşme tipini götürme görevini koymuştur. Bu amaçla yoksul kitlelerin gereksinim ve içgüdülerine seslenen belgilerle doldurulmuş iyi tanımlı bir öğretinin olması vazgeçilmezdir. Böylece Marx'ın felsefesinin Doğuda kazandığı gücün nedenini anlamak olanaklıdır. Biz bilimciler bu çatışmada ne yapabiliriz? Savaşı törel zeminlerde yadsıyan tinsel, dinsel, felsefi güçleri birleştirebiliriz. Giderek çatışmanın kendisinin ideolojik temellerine saldırabiliriz. Çünkü bilim yalnızca uygulayımbilimin temeli değil ama sağlam bir felsefe için de gereçtir. Ve modern fiziğin gelişimi düşünmemizi temel önemdeki yeni bir ilke ile, tümleyicilik düşüncesi ile varsıllaştırmıştır. Fizik gibi sağın bir bilimde aynı kavramlar yoluyla tanımlanamayan ama iki tür anlatıma gereksinen karşılıklı olarak dışlayıcı ve tümleyici durumların bulunması olgusu insan etkinlik ve düşüncesinin başka alanlarına uygulanabilirler. Yaşambilim ve ruhbilim alanında Niels Bohr tarafından önerilen bu tür uygulamaların sözünü etmiştik. Felsefede eski ve özeksel bir özgür istenç sorunu vardır. Her isteme edimi bir yandan bilinçli anlıktaki kendiliğinden sürecin bir yanı olarak, öte yandan dış dünyadan geçmiş ya da şimdiki izlenimlere bağımlı güdülerin bir ürünü olarak görülebilir. Eğer ikincilerin belirlenimci doğa yasalarına altgüdümlü oldukları varsayılırsa, eylem özgürlüğü duygusu ile bir doğal süreç zorunluğu arasında bir çatışmadan söz edilebilir. Ama eğer bu bir tümleyicilik örneği olarak görülürse, görünürdeki çelişkinin bilgikuramsal bir yanılgıdan başka birşey olmadığı açığa çıkar. Bu sağlıklı bir düşünme yoludur ki, doğru olarak uygulandığında, yalnızca felsefede değil ama tüm yaşam yollarında — örneğin politikada — birçok yeğin tartışmayı ortadan kaldırabilir.

Yüz yaşında olan Marxist felsefenin hiç kuşkusuz bu yeni ilke konusunda hiçbir bilgisi yoktur. Bununla birlikte, önde gelen bir Rus bilimci yakınlarda onu tüm düşünmenin belli bir savaşımdan sonra bir sentezde bileştirilen bir antitez ve onunla karşıtlık içinde duran bir tezden oluştuğunu öğreten ‘‘diyalektik materyalizm''in bakış açısından yorumlama girişiminde bulundu. Bu Marxist inakta, diye ileri sürer, fizikte olmuş olanın bir öngörüsünü elde edersiniz, örneğin optikte Newton'ın ışığın parçacıklardan oluştuğu yolundaki tezi Huygens'in ışığın dalgalardan oluştuğu yolundaki antitezi ile her ikisi quantum mekaniğinin sentezi yoluyla birleştirilinceye dek karşıtlık içinde duruyordu. Bu, gerçi biraz basmakalıp olsa da, çok güzel ve tartışma götürmez bir noktadır. Ama niçin daha ileri gidilmesin ve yarışmakta olan iki ideolojiye, tez ve anti-tez olarak Liberalizme (ya da Kapitalizm) ve Komünizme uygulanmasın? O zaman, ortaklaşacılığın tam ve kalıcı utkusunu amaçlayan Marxist öğreti yerine, bir tür sentez beklenecektir. Marx'ın yaklaşık 100 yıl önce geliştirilen düşüncelerinin modern bilimin gelişimi üzerine ışık düşürebileceği pek beklenemez. Tersi daha olasıdır: 100 yıl boyunca bilim tarafından geliştirilen yeni felsefi düşünceler toplumsal ve politik ilişkiler üzerine daha derin bir anlayışa yardımcı olabilirler. Aslında, aynı yapıyı, devleti, bütünüyle ayrı ve görünürde çelişkili yollarda ele alan iki düşünce dizgesi buluruz. Biri temel kavram olarak bireyin özgürlüğünden, öteki ise topluluğun ortaklaşa çıkarından başlar.

Ayrım kabaca az önce sözünü ettiğimiz istenç sorununun iki yanına karşılık düşer: Bir yanda öznel özgürlük duygusu, öte yanda güdülerin nedensel zinciri. Böylece Batı politik ve ekonomik liberalizmi idealleştirirken, Doğu herşeyden güçlü bir devlet tarafından düzenlenen ortaklaşa yaşamı idealleştirir. Ama özgür istenç sorunundaki çelişkinin tümleyicilik düşüncesini uygulayarak çözülebilmesi olası görünürken, aynı şey politik ideolojilerin çelişkisi için de geçerli olacaktır. Böylece Batı ve Doğu arasındaki entellektüel uçurum kapanabilir, ve bu doğal felsefenin içinde bulunduğumuz bunalımda önerebileceği hizmettir.

Bilimin armağanlarını kitleleri yok etmede kullanmak için öylesine istekli olan dünya bu uzlaşma ve işbirliği çağrısına kulak vermelidir.