Atom

Bir atomu ilk kez ne zaman gördüğümü hatırlamıyorum, ama fen derslerinde onları ilk kez incelediğimiz zamanı hatırlıyorum ve beni büyülemişlerdi. Bize gösterilen çizimlerdeki karmaşıklıkları ve nasıl birleşip maddeler oluşturabildikleri, daha fazlasını öğrenmek istememe neden oldu: onlar hakkında çok şey okudum, periyodik tablodaki yerleri, parçacıkları ve hatta evlerimizdeki enerjiyi üretmek için nasıl kullanıldıkları hakkında bile.

Çok daha sonra programlamayı öğrendim ve derslerde ve kitaplarda öğrendiklerimi yansıtmak istedim. Bir atom yaratmak, hareket ettiğini izlemek, her bir parçasının gerçekmiş gibi görünmesini sağlamak istiyordum; onları birleştirmek ve belki de bir simülatörde daha büyük bir şey inşa etmek istiyordum. Ama beklenmedik bir şey oldu: artık meraklı bir genç değil, farklı bir düşünme biçimine sahip bir yetişkindim. Bu yüzden sıfırdan araştırmaya başladım. Ve sonuç şaşırtıcıydı: konuyla ilgili yıllarca kitap okuduktan sonra, daha önce görmediğim ayrıntıları ortaya çıkarmak için sadece birkaç saatlik eleştirel düşünme yeterli oldu.

Anlatılar büyük ölçüde değişse de, neredeyse hepsi antik çağlara dayanır ve şuna oldukça benzer:

"Atomlar üzerine yapılan ilk çalışmaların antik çağlara dayandığı söylenir; en meraklı zihinler, her şeyin kaç parçaya bölünebileceğini merak etmişti. Uzun çalışmaların ardından, şeylerin yalnızca belirli bir sınıra kadar bölünebileceği sonucuna vardılar; sonunda o kadar küçük ve algılanamaz parçalar kaldı ki, onlara atom adını verdiler."

Fikri kavramak için, inanılmaz derecede sıkıldığınızı ve bölünebilir herhangi bir şeyi —bir kürdan, bir yaprak, bir meyve— alıp ikiye böldüğünüzü hayal edin. Sonra tekrar. Ve tekrar… artık yapamayacak duruma gelene kadar. İşte oldu: bir atomunuz var! …en azından fikir buydu.

Zamanı durdurup bu hikâyeyle yetinebilseydik, simülatörümü sorunsuzca inşa edebilirdim: bir elmayı ikiye, üçe böler…, bir sınır koyar ve işim biterdi. Ama bu, hikâyenin yalnızca başlangıcıydı.

Aşağıda anlatılanlar, bugün atom dediğimiz şeyi yavaş yavaş biçimlendiren tarihsel olaylar ve keşifler üzerine yapılan derin bir çalışmanın ürünüdür.

19. yüzyılın başında, John Dalton adında İngiliz bir kimyager, periyodik tablonun ve kimyasal elementleri temsil edecek sembollerin bulunmadığı bir dönemde, kendi grafik gösterim sistemini yarattı. Esasen, bilinen elementlerin —altın, gümüş, karbon, oksijen...— bir listesini yaptı ve her birini ayırt edebilmek için yanına içinde farklı bir desen bulunan bir daire çizdi.

Dalton, atomları küçük, katı, bölünemez küreler olarak tasarladı; bunlara genellikle "nihai parçacıklar" adını verdi — maddenin artık bölünemediği bir sınır gibi bir şey. Çalışması, atomun soyut kavramını kimyasal deneyle bir kez ve tamamen birleştirmeyi başardı; bu yüzden tarihsel olarak atom teorisinin babası olarak tanınır.

Yaklaşık bir yüzyıl sonra, Joseph John Thomson adında bir başka İngiliz bilim insanı, katot ışınlarının doğasını açıklamaya çalışırken, bunların elektrik taşıyan küçük cisimciklerden oluştuğunu öne sürdü. Bu parçacıkların nereden geldiğini açıklamak için, atomların içinde yaşadıklarını, bir puding içindeki kuru üzümlere benzer bir şey olduklarını savundu ve hatta o üzümlü puding üzerine kurulu bir atom teorisi geliştirdi.

Thomson'ın dünyaya bu cisimciklerden tek birini bile hiç göstermediğini belirtmekte fayda var: onları deneylerinden çıkarımla elde etti, onları görmedi. Yine de fikir 1906'da Nobel Ödülü'yle taçlandırıldı ve bir gerçek olarak yerleşti. O andan itibaren atom, mütevazı bir hipotez olmaktan çıkıp kimsenin sorgulamaya cesaret edemediği bir şey hâline geldi. Bu olaylar, dönemin bilim insanları için oyunun kurallarını tamamen değiştirdi ve atomu ile teorilerini başarıya giden güvenli bir sıçrama tahtasına dönüştürdü.

Yıllar sonra, Ernest Rutherford adında Yeni Zelandalı bir bilim insanı da radyoaktivite üzerine yaptığı araştırmaları atomlarla ilişkilendirdi ve atomların Thomson'ın pudingi gibi durağan olmadığını, minyatür bir güneş sistemine oldukça benzediğini savundu. Ayrıca yeni bir parça ekledi —neredeyse tüm kütlenin yoğunlaştığı küçük bir çekirdek— ve bunun üzerine yeni bir atom teorisi inşa etti.

Yeni gezegensel atom modeli, çevresinde negatif yüklü parçacıkların (elektronların) yörüngede döndüğü, bir tür yörünge sistemi oluşturan çok küçük, pozitif yüklü bir çekirdek gibi bir şeydi. Üçüncü parça, nötron, henüz ortaya çıkmamıştı: 1932'ye kadar görünmeyecekti. Radyoaktif maddeler üzerine yaptığı araştırmalar nedeniyle Rutherford, 1908'de bir Nobel Ödülü kazandı.

Rutherford'ın başarısıyla neredeyse aynı zamanda, Niels Bohr adında genç bir Danimarkalı, gezegensel atom modelindeki hataları düzeltmeye çalışırken, ona yörünge seviyeleri, enerji seviyeleri, yörüngeler arası sıçramalar ve hatta elektromanyetik dalgalar olduğunu varsaydığı ışığın yayılımı ve soğurulmasını ekledi. Çalışmasıyla Bohr, belirli olguları açıklamak için kullanılan teorik bir haritayı, anlaşılması için tahtaları doldurmayı gerektiren bir şeye dönüştürdü. Atomların yapısına yaptığı katkının sonucunda, Niels Bohr 1922'de bir Nobel Ödülü kazandı.

Bohr'un ardından gelen, neredeyse sonu gelmeyen parlak zihinler listesiydi. Hepsi atomlar hakkında —daha önce hiç görülmemiş— giderek daha çılgın teoriler ekledi ve matematiksel aygıtlarını astronomik seviyelere çıkardı. Dürüst olmak gerekirse, konu hakkında saatlerce okuduktan sonra, her atom modeline bakmak, Noel Baba'nın kızağına bakmak gibiydi: kimsenin hiç görememiş olduğu ama akıl almaz biçimde tanıtılan bir şey.

Atom modellerinin hayali bir harita olduğu göz önüne alındığında, daha dürüst bir soru ortaya çıkıyor: atoma benzer bir şey hiç görülmüş müdür? Kısa cevap rahatsız edici: bu, görmekten ne anladığımıza bağlı.

Daha iyi açıklamak için, bir elmaya baktığımızı hayal edelim: ışık yüzeyinden sekip bize ulaşır ve gözlerimizde görüntüsünü oluşturur. Ama yaklaşık 200 nanometrenin altında bu numara işlemez olur: sıradan ışık artık var olanın bir portresini geri döndürmez; sanki nesne saydammış gibi onu çizmeden etrafından geçip yoluna devam eder gibi görünür. Yalnızca çok özel bir ışık —büyük parçacık hızlandırıcılarında üretilen türden son derece yoğun bir ışık— bu ölçeğe yaklaşmayı başarmıştır ve yine de sunduğu şey fotoğraflar değil, örüntülerdir: silüetler ve gölgeler.

Bilim, elindeki tüm teknolojiyi kullanarak şaşırtıcı derecede ileri gitmiştir: bulanık silüetleri konumlandırabilir, onları sayabilir, tek tek düzenleyebilir, inanılmaz derecede küçük ölçeklerde elektrik alanını ölçebilir. Ama bu başarıların her biri, bir görüntü kılığına girmiş bir ölçümdür, doğrudan bir bakış değil. Bugün "atomların fotoğrafı" dediğimiz şey hâlâ bir haritadır —Thomson'ınkinden ya da Bohr'unkinden çok daha iyi, ama sonuçta bir harita—. Ve sakin bir şekilde, dramatize etmeden söylemek gerekir: izini olağanüstü bir hassasiyetle ölçtük; onları, bir elmayı gördüğümüz sade anlamda görmek, henüz değil. Ve aynı şey, çok küçük veya çok uzak olan hemen her şey için de geçerli.

Neredeyse akıl almaz ama bir o kadar da önemli bir varsayım: eğer olasılık dışılığı karşısında atomu bir çırpıda kaldırmaya, onun her modelini sınıflardan ve bilginin her bir dalından silmeye karar verseydik ne olurdu?

Olacak ilk şey, sınıflarda ve eğitimde tam bir kaos olurdu. Ders kitaplarının 200 yıldan fazla tarihi silinerek yeniden yazılması gerekirdi. Milyonlarca sayfa, kavramsal "boşluklar", üzeri çizilmiş kelimeler veya metinleri tamamen okunmaz hâle getirecek yasaklı terimlerle dolu kalırdı. Schrödinger'in denklemleri, Lewis yapıları ve moleküler bağ diyagramları temel bir öncülden yoksun kalır, anlamsız karalamalara dönüşürdü. Nanoteknolojiye, nükleer fiziğe veya biyokimyaya adanmış bütün tezler bir anda geçersiz kılınırdı.

Bilim ise kendi payına durmazdı: atomun açıkladığı şeyi açıklamak için başka yollar —matematiksel, felsefi— ararardı. Çünkü dünya yine aynı şeyden yapılmış olurdu. Yalnızca haritayı silmiş olurduk, toprağı değil.

Ne kadar olası görünmese de, tüm bu çabanın —ve atomu daha iyi çizmeye tüm hayatlarını adayan binlerce insanın— ardında bir bahis var: maddenin daha derin bir düzeyde neden yapıldığını araştırmak, olasılıklarla dolu bir evren vaat ediyor.

Kimyasal elementlerin dönüşümü uygulanabilir hâle gelebilir. Nükleer reaktörler zaten uranyum gibi elementleri plütonyum ve sezyuma dönüştürüyor. Daha hafif elementleri parçacıklarla bombardımana tutmak da onları daha ağır elementlere dönüştürebilir. Ancak bu dönüşümlerin her biri son derece maliyetli ve pratik değildir, ayrıca çok küçük miktarlar döndürür. Süreci daha iyi anlarsak ve daha düşük bir düzeyde kontrol edebilirsek tüm bunlar değişebilecek şeylerdir.

Şaka olarak söylemek gerekirse, taşları altına veya elmasa dönüştürebilir, bankaları doldurabilir ve sonra onları tekrar kayaya çevirebilirdik; hatta daha da ileri gidip yeni özelliklere sahip yeni kimyasal elementler yaratabilirdik: yerçekimine meydan okuyan malzemeler, yüksek sıcaklıklarda süperiletkenler… sonu gelmeyen bir hikâye.

İkinci ödül zaten devrede, hem de bir laboratuvarda değil, sizin evinizde: dünya elektriğinin büyük bir kısmı, hepimizin ondan faydalanmasını sağlayan devasa bir çabadan geliyor. Maddeyi daha iyi anlamak, bugünkünden çok daha iyi ve verimli, henüz bilmediğimiz enerji üretme yollarının önünü açabilir. Bu, tarih boyunca trajik sonuçlar getirmiş olan barışçıl olmayan amaçlar için kullanılma olasılığını göz ardı etmeden söyleniyor.

Ama her şey trajedi getirmezdi. Bu araştırmaların ardında, hastalıkların teşhisi için vazgeçilmez olan nükleer manyetik rezonans görüntüleme gibi teknolojileri geliştirme umudu ya da gelecekteki bilgisayarları hayal bile edilemeyen sınırlara taşıyabilecek yeni bilgi işleme yollarını bulma umudu yatıyor. Ve hiç şüphesiz hepsinin en iddialısı ve en hayali olanı: eski bir hedef beliriyor — zamanın ne olduğunu anlamak ve belki de onu kontrol etmek.

Tüm bunlar, neden bu kadar çok kişinin kalemi hiç bırakmayıp araştırmaya devam ettiğini açıklıyor. Atom kadar bulanık ve hayali bir harita bizi şimdiden bu kadar ileri getirdiyse, maddeyi en alt düzeyinde anlayıp kontrol edebilseydik ne kadar ileri gidebilirdik?

Sonunda, simülatörüm sadece bir girişim olarak kaldı. Tahmin edebileceğiniz gibi, bir atomu bilgisayarda simüle etmek, gözü bağlı kelebek yakalamaya çalışmak gibiydi. Yine de tüm bunlar beni yalnızca atomlara ve onların hayali modellerine ilgi duymaya değil, bir zamanlar hepimizi büyülemiş ve aslında çok azımızın gerçekten bildiği koca bir bilgi evrenine yönelmeye de sürükledi.