Arthur Compton Kimdir?

Tanım

Arthur Compton, 1892-1962 yıllarında yaşadı. Işığın, hem bir parçacık hem de bir dalga gibi davranabileceğini keşfetti ve tanımlamak için Foton tanımını kullandı. Compton’ın keşfi, fizikçileri parçacık olduğu düşünülecek nesnelerin dalga ve nesne gibi davranabileceği sonucuna yönlendiren en önemli açıklamalardan biri oldu. Daha sonra öğrencisi Luis Alvarez ile Compton, kozmik ışınların pozitif yüklü parçacıklar içerdiğini gösterdi.

Arthur Compton, 2. Dünya Savaşı zamanında ilk atom bombalarının gelişiminde önemli bir rol oynamıştır.

Erken Yaşam ve Eğitim

Arthur Compton, 10 Eylül 1892’de ABD’nin Ohio eyaletindeki Wooster kentinde doğdu. Babası Elias Compton, Wooster Üniversitesi’nden mezun olmuş Presbyterian Kilisesi’nin Bakanı ve Felsefe Öğretmeni idi. Annesi Otelia Augspurger, üniversite mezunu eski Okul Öğretmeniydi ve Altın Kural Vakfı’nda, 1939 Yılı’nın Amerikan Annesi olarak anıldı.

Arthur, dördüncü çocuklarıydı. Notları, kardeşlerinkinden daha yüksek olan ablası Mary, Hindistan’da Misyoner oldu. Fizikçi olan Karl, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Başkanı ve iş adamı olan Wilson ise Washington Eyalet Üniversitesi Başkanı oldu.

Arthur, 14 yaşından sonra Wooster Hazırlık Okulu’na gitti. İyi eğitimli ebeveynleriyle ve kitap dolu bir evde yetişmesiyle kısa sürede bilime ilgi duydu. Özellikle, Astronomi ve uçuşla ilgileniyordu.

Astronomi

Arthur Compton, 12 yaşındayken bir Astronomi kitabı okudu. İlk teleskopu ile baktığı şaşırtıcı biçimdeki gök cisminin Satürn olduğunu fark ettiğinde çok heyecanlandı. Fakat teleskobu, Satürn’ün halkalarını görebilecek kadar güçlü değildi.

Arthur Compton, 1910 yılında 17 yaşındayken ev yapımı fotoğraf makinesi ile Halley’s Comet’in fotoğrafını çekti. Bu fotoğrafı, hayatının geri kalanında değerli görerek sakladı.

Uçaklar

Arthur Compton, 1907 yılında 15 yaşındayken 1903-1905’te gerçekleşen Wright Brothers’ın elektrikli uçuşlarına ilgi duydu. Bu ilgi öyle büyümüştü ki kağıtla kaplı ahşap çerçevelerden boyu kadar büyük model uçak tasarlamaya ve yapmaya başladı. 16 yaşında, ahırda çalışarak 27 fit genişliğinde ve uzunluğu 12 fit (8.2 x 3.7 metre) triuçak olan tam boyutlu bir Planör yaptı.

Çam ağacı, kumaş ve piyano teli yapı malzemelerindendi. 35 dolardan az maliyeti vardı ve bu parayı, komşularının işlerini yaparak kazandı. 1909 ilkbaharında 16 yaşındayken Planörü, başarılı bir şekilde uçtu ve havacılık hakkında çok şey öğrendi. Fakat anne ve babası, uçarken hayatını kaybetmesinden o kadar korkmuştu ki durmayı kabul etti. Planörü büyük bir ateşle imha etti.

1909 yılında, havacılık hakkında Fly ve Aeronautics’te olmak üzere iki gazete yayınladı. Ayrıca Bilimsel Amerikalı’da da uçaklarla ilgili gönderdiği bir mektup yayınlandı.

Misyoner Mi Yoksa Bilimsel Mi?

Arthur Compton, bilim sevgisi ve onun misyoner olmaya çeken Hıristiyan inancı arasında kaldı. Kilise Başkanı olan babası, oğlunun Hıristiyanlığa daha fazla hizmet vermesi gerektiğini söyledi.

Bir Fizikçi Olma Yolunda

Arthur Compton, Wooster Üniversitesi’nde  Fizik lisans  bölümüne kayıt yaptırdı ve Fizik diplomasını aldı. Teoriden çok deneysel çalışmalara kendini adadı. Compton, 1913’te Princeton Üniversitesi Mühendislik alanında lisansüstü çalışmalar yapmak için New Jersey’deki evinden ayrıldı. Fakat ilk yılını, Fizik alanında Yüksek Lisans diploması yaparak geçirerek Fizikçi olmaya karar verdi.

1914’te Princeton’da Fizik Doktorası için çalışmaya başladı. 1916’da X ışını yansımasının yoğunluğu ve elektronların atomlara dağılımı başlıklı tezle mezun oldu. Sonrasında, bir yıl boyunca Minnesota Üniversitesi’nde eğitmen olarak çalıştı ve Westinghouse’da iki yıl mühendislik yaptı. Westinghouse’da, ruhunun ticari araştırmalardan çok saf bilime adamaya karar verdi.

Bilim Hayatı

Arthur Compton, 1919’da Cambridge Üniversitesi’nin ünlü Cavendish Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırma yapmasına imkan sağlayan prestijli bir burs kazandı. Orada, gama ışınlarının dağılım ve absorbsiyonunu inceledi. Elektron keşifleri, J. J. Thomson ile proton ve atom çekirdeği keşifleri olan Ernest Rutherford ile arkadaş oldu ve her ikisine de büyük hayranlık duydu.

Compton, 1920 yılında 28 yaşında St. Louis, Missouri’deki Washington Üniversitesi Fizik Başkanı olarak ABD’ye döndü. Compton, bu küçük departmanı birinci sınıf haline getirmekle görevlendirildi.

Işığın Yapısı

Arthur Compton, bundan çok daha fazlasını yaptı. Tutarlı olmayan yanıtların bilim insanlarını yüzyıllar boyunca aradığı bir soruya yanıt vermede önemli bir rol oynadı: ‘Açık renkli bir parçacık mı yoksa dalga mı?’

17. yüzyılın iki muhteşem bilim insanı karşıt tutumlara sahipti. Işığın parçacık gibi davrandığını söyleyen Isaac Newton ve ışığın dalga gibi davrandığını söyleyen Christian Huygens.

Işık Kesinlikle Bir Dalga

Yüzyıl içinde soru çözülmüş gibi görünüyordu. James Clerk Maxwell’in ünlü denklemleri, ışığın bir dalga olduğu ve daha fazlası olduğu konusunda anlaşmaya  vardı. Ayrıca, görünür ışığın daha büyük bir elektromanyetik spektrumun küçük bir parçası olduğunu gösterdi.

Maxwell’in çalışmaları, klasik fiziğin zirvesini temsil ediyordu. Fakat 19. yüzyılın sonunda klasik fizikte sorunlar vardı. Örneğin; sıcak metal tarafından yayılan ışığın renkleri tahmin edilememişti.

Yoksa Öyle Mi?

Max Planck, sıcak metal renk sorununu çözmek için sıcak nesneler ışık yaydığında ışığın enerjisinin her zaman belirli bir sayının katı olması gerektiği fikrini önerdi. Bu fikirle Planck, Fizik Teorisini gerçek hayat gözlemleriyle tekrar anlamayı başarabildi. Günümüzde, Planck Constant Fiziği’ne giren Planck numarasını aramaktayız.

Planck’in fikri, fiziği sonsuza dek değiştirmişti. Işık Enerjisi, sadece belirli bir sayının katlarından geliyorsa diğer enerji değerleri yasak olmalıdır. Bu, fizik kurallarını önemli ölçüde ve kalıcı olarak değiştiren 20. yüzyıl Kuantum Devrimi’nin başlangıcı olmuştur.

Albert Einstein’ın Girişi

Albert Einstein 1905’te Fotoelektrik Etki olarak adlandırılan, metalin üzerine ultraviyole ışık tutmasının metalin, elektronlarından bazılarını çıkarmasına neden olduğunu açıkladı.

Einstein, ışığın parçacık gibi davranması ve bu parçacıklarının ışığın frekansıyla verilen enerji miktarının Planck Sabiti ile çarpılması durumunda etkinin açıklanabileceğini söyledi.

Düşününce bu garip görünüyordu. Einstein aynı zamanda, ışığın frekansı olduğunu yani bir dalga olduğunu ancak bunun, bir parçacık gibi davrandığını söylüyordu. Günümüzde bu ışık parçacığını, Foton olarak adlandırıyoruz. Bu kelimenin aslında, Arthur Compton tarafından söylendiği tahmin ediliyor.

“Işık bir dalga mı, yoksa bir parçacık mı?” sorusu, Kuantum Teorisi’nin içsel bir parçası haline geldi. Aslında davranışı koşullara bağlıdır. Bazen ışığın dalga benzeri karakteri ortaya çıkar ve parçacık benzeri karakteri dışarı çıkar, diğer zamanlarda roller tersine döner.

Fakat 1905 Einstein’in teklifi, ışığın bir parçacık gibi davranabileceği birçok bilim insanı tarafından reddedildi. Arthur Compton, 1923 yılında Einstein’ın haklı olduğunu gösteren sonuçlar yayınladı.

Compton Etkisi

Arthur Compton, X ışınları biçiminde çok yüksek enerjili bir ışıkla çalışarak X ışınlarının elektronlarla nasıl etkileşim kurup kurmadığını gözlemliyordu. Einstein’in doğruluğunu göstermeye çalışmıyordu. Amacı, elektronların atomlara nasıl dağıtıldığını araştırmak ve katılardaki atomların konumlarının X ışınları kullanılarak nasıl elde edilebileceğini gösteren Lawrence Bragg‘ınkine benzer prensipler kullanmaktı.

Compton, 1922’de X ışınlarının elektronlarla etkileşimiyle değiştiğini gözlemlemiştir. Etkileşimin ardından X ışınları, daha düşük frekanslar ve daha uzun dalga boylarına sahipti.

Elektronlarla etkileşime geçen X ışınlarının yollarını ve enerjilerini incelediğinde, X ışınları ve elektronların birbirine çarpan iki partikül gibi davranmış olduğu ve neredeyse iki havuz topunun çarptığı saptanmıştı. Compton, tek bir X ışınını birkaç elektronla etkileşim kurmadığını saptadı. Tek bir X ışını, tek bir elektron ile etkileşimde bulunur.

Compton’un deneyi, Einstein’ın Fotoelektrik etkisine ilişkin açıklamasının doğru olduğuna kesin bir kanıt sağladı. Compton, çalışmalarını Nisan 1923’te Amerikan Fiziksel Toplumu’na açıklayıp bir tartışma başlattı.

Compton çalışmalarını, Mayıs 1923’te yayınladı. Teknik açıdan, X ışınlarının ilk olarak Einstein tarafından önerilen denklemle verilen momentumla parçacık olarak davranabileceğini belirlemiştir:

1924 yılında Louis de Broglie, tüm meselenin dalga benzeri özelliklere sahip olduğunu önerdi. 1927 yılında Clinton Davisson ve J. J. J. Thomson’un oğlu George Paget Thomson, elektronların dalga gibi davranabildiğini kanıtladı ve bu yüzden dalga-parçacık ikiliği ortaya çıktı.

Arthur Compton, Compton Efektini keşfetmesiyle 1927 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü..

Bugün fotonların ve elektronların kuantum dünyasında, dalga veya parçacık olarak davranan bir şeyin kendi ortamına bağlı olduğunu bilmekteyiz.

Kozmik Işınların Doğası

1912 yılında Victor Hess, Theodor Wulf ve Domenicio Panini gibi başkaları tarafından tespit edilen gizemli radyasyonun kaynağını araştırmak için deneyler yaptı.

Compton, kozmik ışınları ilk olarak 1921’de denedikten sonra Ernest Rutherford, radyoaktivite nedenlerini düşünmesini istemiş ve Compton, Marie Curie‘nin radyumun radyoaktivitesinin kozmik ışınları yakalamasından kaynaklanarak spekülasyonlar yaptığını öğrenmişti.

Compton’un deneyleri, Curie Teorisini test etti. Compton, daha yüksek yerlere oranla daha az kozmik ışın alan Grand Canyon’un dibinden bir radyum örneği aldı. Radyumun radyoaktivitesi, hiç değişmedi ve radyoaktif öğelerin kozmik ışınlar tarafından radyoaktif hale gelmediğini söyledi.

1930’larda iki farklı düşünce vardı: Kozmik ışınlar elektrik yüklü parçacıklardır ve kozmik ışınlar, X ışınları gibi ancak çok daha yüksek enerjiyle şarj edilmemiş elektromanyetik radyasyondur.

Chicago Üniversitesi’nde 1923’de profesörlüğe atanan Compton, kozmik ışınları gözlemlemek için dünyanın çeşitli yerlerine keşif gezileri düzenledi. Ailesiyle birlikte 40,000 mil seyahat ederek, Kuzey Kanada ve Avustralya’nın yanı sıra Avrupa, Hindistan ve Yeni Zelanda’yı ziyaret etti.

Ekipler, dünyanın manyetik ekvatorundan uzak konumlarda en fazla kozmik ışını gözlemlendiğini keşfettiler. Bu da kozmik ışınların, büyük oranda yüklü parçacıklardan meydana geldiğini kanıtladı.

1932 yılında Compton’un Yüksek Lisans Öğrencisi Luis Alvarez, kozmik ışınları incelemek için bir dizi Geiger pulu inşa etti. 1933 yılında Alvarez ve Compton, fiziksel incelemede kozmik ışınların pozitif yüklü partiküller olduğunu belirleyen bir yazı yayınladı. Ancak protonlara değil, pozitif yüklü parçacıklar olarak gösterdikleri pozitiflere işaret etmesinde hata yaptı. Compton, çalışmada genç yüksek lisans öğrencisine büyük ölçüde kredi verdi.

Atom Bombası

Nazi Almanya’nın 1939 yılında Polonya’yı işgal etmesi, çoğu Avrupa ülkesini savaşa soktu. 1940 yılında Amerika henüz bu savaşa girmemişti. Arthur Compton, Pasifizm çağrısında bulunan kilise başkanına karşı çıktı.

Compton, ilk nükleer silahların geliştirilmesinde kilit rol oynamıştır. İngiliz bilim insanları, Amerikalı meslektaşlarına atom bombasının yaklaşık üç yıl içinde üretildiğini söylediler. 1941’in başlarında Compton, bunun gerçekçi olup olmadığını soruşturan Amerikan bilim insanlarından oluşan bir ekibe liderlik etmek için görevlendirildi. 1941 Ekim’inde New York’taki bir toplantıda bilim insanları, üç buçuk yıl içinde atom bombasının mümkün olduğu sonucuna vardılar.

Aralık 1941’de Compton, kimyasal madde plutonyuma dayalı bir nükleer silah inşa etme amacı olan Plutonyum Projesi’nin başkanı oldu. Bu da Compton’a, plutonyum üretmek için gereken dünyanın ilk nükleer reaktörünü inşa etmek için sorumluluk verildiği anlamına geliyordu.

Compton, Chicago’daki kendi üniversitesinde nükleer reaktörü inşa etmeye karar verdi. Bir yıl sonra, 2 Aralık 1942’de dünyanın ilk kendi kendine yeten nükleer zincir reaksiyonu, Chicago Üniversitesi futbol sahası Stagg Field’ın standlarının altındaki squash mahkemesinde Enrico Fermi’nin yönetiminde gerçekleşti.

Arthur Compton, savaş zamanı çalışmalarından ötürü Merit Madalyası’na layık görüldü.

Bazı Kişisel Bilgiler ve Ölümü

1916 yılında Princeton’da Doktora çalışması sırasında Compton, Wooster’dan eski bir sınıf arkadaşı olan Betty Charity Mc Closkey ile evlendi. 1918 Arthur Jr., 1928 John olmak üzere iki oğulları vardı. John’un ikinci adı Joseph ve adını J. J. Thomson’a verdi. Arthur, hükümetin yabancı hizmetine katıldı ve John Joseph Vanderbilt Üniversitesi’nde Felsefe Profesörü oldu.

1945 yılında atom silahları çalışmaları tamamlanmış olan Compton Washington Üniversitesi’ne geri döndü. 1946 yılında Washington Üniversitesi Şansölyesi oldu.1954’te 62 yaşında, bu görevinden emekli oldu. 1961 yılına kadar, Fizik Profesörü olarak çalışmaya devam etti.

Arthur Compton, serebral kanama sonrasında 15 Mart 1962 tarihinde Berkeley, Kaliforniya’da 69 yaşında hayata veda etti. Wooster Mezarlığı’na, Wooster’ın memleketi Ohio’da gömüldü.

Kaynak: https://www.famousscientists.org/arthur-compton/

Görsel Kaynak: https://www.famousscientists.org/arthur-compton/

Editör: Elif Berfin kORGAN