Aage Bohr Kimdir?

Tanım

Aage Bohr, 1975 yılında atom çekirdeiğinin yapısını detaylandıran çalışması ile Nobel Fizik Ödülü kazanan bir bilim insanıdır.

Erken Yaşamı ve Eğitimi

Aage Niels Bohr, 19 Haziran 1922’de Danimarka’nın başkenti Kopenhag’da doğdu.

Aynı yıl, Aage’in babası Niels Bohr atom yapısını ve atomların radyasyon yaydığını açıklayan çalışması ile Nobel Fizik Ödülü kazanmıştı.

Aage’in annesi Margrethe Norlund, Aage’in dördüncüleri olarak dünyaya geldiği 6 erkek çocuk dünyaya getirmişti. Margrethe iyi eğitimli bir kadındı, Niels Bohr’a makaleleri ve bilimsel çalışmalarının detayları konusunda daima yardımcı oldu.

Aage Bohr’un eğitimi hem geleneksel hem de bilimsel açıdan ayrıcalıklıydı. Kopenhag’taki pek çok öğrenci akranı gibi o da the Sortedam Gymnasium adındaki gramer okuluna girdi. Bohr aynı zamanda, diğer öğrencilerin aksine dünyadanın ileri gelen fizikçileriyle iletişim kurmaktan da hoşlanıyordu. Bunda babasının rolü olduğu gibi iletişim kurduğu fizikçilerin başında da babası geliyordu.

Aage ilerleyen dönemlerde bilimin Kopenhag’ta babasıyla birlikte çalışmış devleri ile anıldı. Bunun nedeni ise Aage’in onlarla düzenli olarak biraraya gelimesi ve Aage için birnevi amca konumunda olmalarıydı. Bu amcalardan biri 1932 yılında Nobel Fizik kazanan Werner Heisenberg ve bir diğeri de 1945 yılında Nobel Fizik Ödülü kazanan Wolfgang Pauli idi.

İkinci Dünya Savaşı

1940 yılının nisan ayında, Aage 17 yaşındayken, Danimarka Nazi Almanya’sı tarafından işgal edildi.

İşgal Bohr ailesi için endişe vericiydi. Aage’in anne ve babası baptiz Hristiyan olsalar da Aage’in babaannesi Yahudi idi ve bu, Naziler tarafından tehlike altında bırakıldıkları anlamına geliyordu.

Başlarda bir problem yoktu, hatta Aage 18 yaşındayken fizik lisansı alma amacıyla Kopenhag Üniversitesi’ne girdi. Ayrıca babasının bilimsel asistanlığını da yapmaya başlamıştı ki günden güne çalışmalarına daha çok katkıda bulunuyordu.

1943 yılının eylülünde, Naziler, Danimarkalı Yahudileri sınır dışı ederek toplama kamplarına göndermeye karar verdi.

Bohr ailesi bir bot ile Danimarka ve İsveç’i birbirinden ayıran su kitlesini aşarak İsveç’e gittiler. İsveç resmi olarak tarafsız bir ülkeydi ve Nazilerin işgali altında değildi. 1943 yılında neredeyse tüm Danimarkalı Yahudiler denizin ardındaki İsveç’e kaçmıştı.

1943 yılının ekim ayında, bir hafta arayla, Niels ve Aage Bohr İsveç’ten, Nazi işgali altındaki Norveç’in üstünden uçarak Birleşik Krallık’a geldiler. Buraya, kendilerini almak için İsveç’e gelen bir İngiliz savaş uçağı ile gelmişlerdi. Margrethe Bohr ise savaş bitene kadar yaşayacağı İsveç’te kalmaya karar vermişti.

Birleşik Krallık’taki ilk zamanlarında baba ve oğul Niels-Aage ikilisi, İngiliz Hükümeti adına atom bombası projesi yürüten James Chadwick’in ekibinde bilimsel çalışmalar yapmaya başladı.

1944 yılında baba ve oğul, zamanlarının önemli bir kısmını harcadıkları ve Londra’nın yanı sıra Amerika Birleşik Devletleri’nde de çalıştıkları Manhattan Projesi’ne dahil oldular. Amerika’daki mevcudiyetlerini gizli tutmak amacıyla, Nicholas Baker ve James Baker isimleriyle seyahat ettiler.

Kopenhag, Amerika, Kopenhag

1945 yılının ağustosunda savaş sona erdiğinde, Bohr ailesi Kopenhag’a geri döndü.

1946 yılında Aage Bohr, yüklü parçacıkların madde ile etkileşimi üzerine çalıştığı  fizik masterını tamamladı. Bunun ardından Bohr, günümüzde Bohr Enstitüsü olarak bilinen Kopenhag Üniversitesi Teorik Fizik Enstitüsü’nde araştırmacı olarak çalışmaya başladı.

1948 yılında ABD Princeton’daki İleri Araştırma Enstitüsü’nde çalışmaya başladı ve burada atom çekirdeğinin manyetik bir alandaki davranışını modellemeye çalıştı. Buradayken ayrıca Columbia Üniversitesi’nde çalışmak için de çok zaman harcıyordu.

1950 yılında Amerika’dayken Marietta Soffer ile evlendi ve aynı yılın sonlarında birlikte Kopenhag’a döndüler.

Aage Bohr 1954 yılında PhD derecesi kazandı. Bundan birkaç yıl sonra, 1962’de Kopenhag’taki çalışmalarının ardından yöneticil ünvanı kazanan Bohr, emekli olana kadar Niels Bohr Enstitüsü’nde olarak çalıştı. Yöneticilik görevinden 1967 yılında kendisini çalışmalarına adamak amacıyla istifa etti ve 1981 yılında da emekli oldu.

Aage Bohr’un Bilimsel Çalışmaları

Babası gibi, Aage Bohr da atom yapısına meraklıydı.  Özellikle atom çekirdeği, her bir atomun kalbindeki küçük, yoğun şekilde paketlenmiş pozitif yüklü kütle oldukça ilgisini çekiyordu.

Çekirdek aslında neye benziyordu? Yapısal detayları var mıydı ve varsa bunlar neydi?

Bir Sıvı Damlası Olarak Çekirdek

Sıvı damlası modeli, 1930’ların sonlarında Niels Bohr ve John Archibald Wheeler tarafından geliştirilmiş bir fikirdi.  Bu model, atom çekirdeğini yüzey gerilimi tarafından birarada tutulan, dönen bir sıvı damlacığı olarak resmediyordu.

Sıvı damlası, iki parçaya ayrılmak üzere dağılan büyük bir sıvı damlası ve onun küresel şekli tarafından deforme edilebilirdi.  Benzer şekilde, uranyum gibi büyük bir atom çekirdeği iki ayrı atom çekirdeğine ayrılabilirdi. Bu ayrılma atomik fizyon olarak adlandırılır ve uranyum atom bombasının da uranyum enerji santralinin arkasında da bu büyük enerji kaynağı vardır.

Bu atom modeli, uranyum gibi ağır atomların özelliklerini oldukça iyi açıklıyordu.

Sıvı damlası atom modeli 1950’li yıllarda yeni ortaya çıkan kabuk atom çekirdeği modeli tarafından kenara itildi.

Enerji Kabukları ile Atom Çekirdeği

Enerji kabuklarını benimseyen atom modeline göre, elektronlar atom çekirdeğinin etrafındaki enerji kabuklarında yer alırken proton ve nötronlar atom çekirdeğinin içinde bulunuyorlardı.

 1950’li yıllarda pek çok  fizikçi kabuk modelinin sıvı damlası modeline göre daha umut verici olduğuna karar verdi.

Kabuk modeli sayesinde “sihirli” olarak anılan sayılarda proton ve nötron içeren atom çekirdeklerinin neden özellikle kararlı olduğu açıklandı. Bu, tam elektron kabuğuna sahip olan atomların, örneğin en dış kabuğunda 2 veya 8 elektron bulunan atomların özellikle kararlı olduğu ve soy gazların reaktif olmayan davranışına yol açtığının anlatıldığı lise kimyasında öğretilen kararlılık kavramına benzer.

Atom çekirdeği için 2, 8, 20, 28, 50, 82 ve 126 proton ve nötronların sihirli sayıları, kararlı çekirdek atomları anlamına gelir.

Kabuk modeli hafif ve sihirli sayılı çekirdeklerin özelliklerini oldukça iyi açıklıyordu, ancak uranyum gibi ağır atomların özelliklerini açıklamakta pek iyi değildi.

Bugün, kabuk çekirdek modeline yönelik kanıtların sıvı damlası modeli ile gündeme gelen fizikçiler üzerindeki etkisini hayal etmek çok güç.

Birleşme

Aslında, sıvı damla modeli ve kabuk modellinin hem avantajları hem de dezavantajları vardı ki bu, her ikisinin de tüm atom modelleri için geçerli olamayacağını gösteriyordu.

1949’da Columbia Üniversitesi’nde fizikçi olan James Rainwater, sıvı damla ve kabuk modellerinin en iyi yönlerini çekirdeğin tek bir birleşik modelinde birleştirmeye karar verdi. Rainwater, Bohr ile Columbia’da bir ofiste çalıştı ve burada fikirlerini birbirlerine aktardılar. Bohr, Rainwater’ın atom çekirdeğinin davranışını ve yapısını açıklama potansiyelini gördüğünde adeta büyülendi.

Bohr, bu birleşmiş modeli daha da ileri taşımaya kararlıydı ve bu kararlılıkla Kopenhag’a döndü. Burada doktorasını tamamlamış olan Ben Mottelson ile çalıştı. Mottelson, Harvard Üniversitesi’nde ve Harvard Seyahat  Bursu ile Kopenhag’taydı.

Bohr ve Mottelson birlikte, birleşik modelin farklı atom çekirdeklerinden çok sayıda deneysel gözlemi nasıl açıklayabileceğini karmaşık sayılabilecek ayrıntılarla çalıştı. 1953’te, birleşik modellerini açıklayan 173 sayfalık bir rapor yayınladılar ve 1954’te Bohr, Atomik Çekirdeklerin Dönme Durumları’nı yayınladı. En önemlisi, çekirdeklerin nasıl davranacağına dair yaptıkları tahminlerin deneylerde doğrulanmasıydı.

Temel bulgularından biri, çekirdeklerin bazı davranışlarının rotasyondan kaynaklanan farklı miktarlarda enerjiye sahip çekirdeklerle açıklanabileceğydi. Dahası, çekirdekler katı nesneler olarak dönmez, bunun yerine çekirdek etrafında bir yüzey dalgası yer alır. Ayrıca çekirdeklerin şekillerini ortalama bir değer etrafında değiştirerek titreştiğini de bulmuşlardı.

Bohr ilk başta babasını sıvı damla modelinden vazgeçilmesi gerektiği konusunda ikna etmekte zorlandı. Neticesinde Niesl Bohr sıvı damla modelinin mimarlarından biriydi, ama buna rağmen Aage Bohr babasını ikna etmeyi başardı.

Genellikle kolektif model olarak adlandırılan birleşik model, her arının bir nötron ya da proton ve arı sürüsünün de çekirdek olduğu bir arı sürüsüne benzetilir. Sürü, içindeki her arı kendi bireysel enerjisi ile hareket etse bile tek bir varlık olarak hareket eder. Bohr-Mottelson modelinde, sürünün dışı dönerken sürü içe ve dışa doğru sallanır.

Her bir nötron ya da protonun, çekirdek içinde kendi yörünge enerjisi vardır. Bu yörüngeler bazen çekirdeği deforme ederek artık gerçekten küresel olmayacak şekilde deforme edebilir. Örneğin, daha ağır atomların çekirideği basık bir küre (disk şekilli) veya prolat sfero (futbol topu şekilli) olabilir.

Elbette atom çekirdeklerinin hidrojen için 1.7 x 10^-15m ve uranyum için 15 x 10^-15m arasında bir çapa sahip olması gerekiyor.

Bohr ve diğerlerinin böylesine inanılmaz derecede küçük maddeleri matematiksel olarak modelleyebilmesi, ince yapısal ayrıntılar üretebilmesi ve deneysel verilerle uyumlu olacak şekilde bu küçük maddelerin davranışlarını tahmin edebilmesi oldukça dikkat çekicidir.

1975 yılında Aage Bohr, Ben Mottelson ve James Rainwater, çekirdek modelleri için Nobel Fizik Ödüllü’nü paylaştılar. Ödül komitesinin ödül hakkındaki sözleri şunlardı:

“Atom çekirdeğindeki kolektif hareket ile parçacık hareketi arasındaki bağın keşfi ve bu bağlantıya dayalı atom çekirdeğinin yapı teorisinin geliştirilebilmesi için…”

Bu üçlü fizikçi grubu tarafından atılan büyük adımlara rağmen atom çekirdeğinin yapısal detayları hala tam olarak çözülmüş değil.

Son

Aage Bohr 8 Eylül 2009’da 87 yaşındayken hayatını kaybetti. Bedeni Kopenhag’tai Mariebjerg Mezarlığı’nda yakıldı. İlk eşi Marietta ise kendisinden uzun yıllar önce, 1978 yılında ölmüştü.

Bohr 1981’de evlendiği ikinci eşi Bente Meyer Scharff ve ilk eşi Marietta’dan olan iki oğlu ve bir kızı sayesinde hayatta kaldı. Oğullarından biri olan Tomas, Danimarka Teknik Üniversitesi’nde fizik profesörü oldu.

Değer ve başarılarımızı sürekli sorgulamak, ne bilimin ne de toplumun sağlıklı kalamayacağı bir zorluğa sebep olur.

Kaynak: https://www.famousscientists.org/aage-bohr/

Görsel Kaynak: https://cersipamantromanesc.wordpress.com/tag/o-zi-in-istorie/page/99/

Editör: İrem Ezgi Ustaoğlu