Fizikteki Her Şeyi Bilen Son Adam: Enrico Fermi

Scientific American’ın “Bilim Söyleşileri” programında Steve Mirsky’nin konuğu olan David N. Schwartz, nükleer çağın mimarı olarak anılan fizikçi Enrico Fermi’nin yaşamını konu alan ve 2017 yılı..
Görsel Telif: Enrico Fermi © Bettmann/CORBIS

Scientific American’ın “Bilim Söyleşileri” programında Steve Mirsky’nin konuğu olan David N. Schwartz, nükleer çağın mimarı olarak anılan fizikçi Enrico Fermi’nin yaşamını konu alan ve 2017 yılının sonlarında yayımlanan kitabını tanıtırken, Fermi hakkında edindiği bilgilerin bir kısmını paylaşmıştı. Fermi’yi anlatmak için öğrencilerinden biri tarafından söylenmiş olan ve Schwartz’ın kitabının başlığını da oluşturan tanımlamayla “her şeyi bilen son adam” Fermi’nin çalışmalarına, kişisel özelliklerine ve yaşam öyküsüne ilişkin kısa bir özeti aşağıda bulabilirsiniz.

Bir Fizik Polimatı

29 Eylül 1901 tarihinde Roma’da doğan Enrico Fermi, küçük bir çocukken kardeşiyle birlikte elektrikli motorlar yapıp, elektrikli ve mekanik oyuncaklarla oynayarak vakit geçirirdi. Lise yıllarında eline geçen bir fizik kitabıyla bilimsel altyapısını oluşturmaya başladı. Bir Cizvit papazı olan Andrea Caraffa tarafından 1840’da yayımlanan ve o zamanlar bilindiği şekliyle matematik, klasik mekanik, gökbilim, ışıkbilim (optik) ve sesbilim (akustik) konularını içeren Elementorum physicae mathematicae adında Latince yazılmış 900 sayfalık bir kitaptı bu. Bilimsel konulara ilgi duyan arkadaşı Enrico Persico ile birlikte Fermi, jiroskop yapmak ve Dünya’nın kütleçekim ivmesini ölçmek gibi projeler gerçekleştirdi. Fermi’nin babasının bir arkadaşı da ona fizik ve matematik kitapları verdi; Fermi onları çabucak okuyup özümsedi.

Temmuz 1918’de liseden mezun olan Fermi, Pisa kentinde bulunan Scuola Normale Superiore‘ye başvurdu. Son derece zor olan giriş sınavında Fermi birinci oldu. Sınav “Seslerin özgün özellikleri” adında bir kompozisyon yazımını da içeriyordu ve 17 yaşındaki liseden yeni çıkmış Fermi, titreşen bir kordonun kısmî diferansiyel denklemini türetmek ve çözmek için Fourier analizini kullanmayı seçmişti. Sınavı yapan kişi Fermi’yle yaptığı mülakatın ardından onun olağanüstü bir fizikçi olabileceğini açıkladı.

Scuola Normale Superiore‘de Fermi’nin danışman hocası Luigi Puccianti idi. Fizik laboratuvarının müdürü olan Puccianti, Fermi’ye öğretebileceği çok az şey olduğunu, çoğunlukla kendisinin ondan bir şeyler öğrenmeye çalıştığını söylemişti. Fermi’nin kuantum fiziğine ilişkin bilgisi öyle sağlamdı ki, danışmanı ondan bu konuda seminerler vermesini istemişti. Bu dönemde Fermi, genel görelilik için kilit tekniklerden biri olan tensör kalkülüsünü öğrendi. Anadalı olarak önce matematiği seçmişti ama kısa süre sonra fiziğe geçti. Büyük ölçüde kendi kendine öğrenen biri olmayı sürdürdü; genel görelilik, kuantum mekaniği ve atom fiziği alanlarında çalıştı.

Fermi deney ekipmanlarıyla çalışırken görülüyor.

Enrico Fermi, fiziği bütünleşik bir gövde olarak görebilecek durumda olan muhtemelen son insandı. Fiziğin neredeyse her alanında kapsamlı bilgi birikimine sahipti. Bu birikim, onun çocukluğundan itibaren oluşturmaya başladığı ve hayatının sonuna dek geliştirmeyi sürdürdüğü sağlam temele dayanıyordu. Farklı fizik dallarında engin bilgiye sahipti; gökfiziğinden parçacık fiziğine, yoğun madde fiziğinden kuantum kuramına kadar her şey konusunda ilgisi ve bilgisi vardı. Hatta yerfiziği (jeofizik) konusuna bile eğildi. Bu adam fiziği gerçekten seviyordu ve her dalıyla ilgileniyordu. Dolayısıyla ona bir fizik polimatı (fizik hezârfeni; farklı fizik dallarında uzmanlaşmış kişi) denebilirdi.

Üstelik Fermi, hem kuramsal hem de deneysel bir fizikçiydi ve ikisinde de son derece başarılıydı. Bu gerçekten çok sıradışı bir özellik çünkü fiziğin kuramsal yanıyla ilgilenenler genellikle deney düzeneklerinden uzak dururken, deneysel yanıyla ilgilenenler de ellerinde kağıt-kalemle fazla zaman geçirmeme eğiliminde olur. Temel kuramsal çalışmalarıyla ünlü olan Fermi’nin ise ekipmanla arası çok iyiydi. Eğer gereksinim duyduğu bir parçayı bulamazsa, kendi yapardı. Roma’da yaşadığı zamanlarda kullandığı algıçların (dedektörlerin) hepsini, bütün Geiger sayaçlarını kendi yapmıştı. Böyle şeylerle uğraşmaya bayılıyordu. Kısacası o fiziği bir bütün olarak görüyor, evrenin yapı ve işleyişi hakkındaki her konuya büyük bir merak duyuyordu.

Katkılarına Kısa Bir Bakış

Fermi’nin ilk büyük katkısı istatistiksel mekanik alanındadır. Wolfgang Pauli’nin 1925 yılında “dışarlama ilkesi”ni formüle etmesinin ardından, Fermi şimdilerde Fermi-Dirac istatistiği olarak adlandırılan bir istatistiksel formülasyona başvurarak, bu ilkeyi bir ideal gaza uyguladığı bir makale yayımlamıştır. Fermi’nin onuruna, dışarlama ilkesine uyan parçacıklar günümüzde “fermiyon” olarak adlandırılmaktadır.

Fermi’nin nötron taşınımını incelemek için icat ettiği ve FERMIAC adını verdiği analog bilgisayar.

Pauli daha sonra, enerjinin korunumu yasasını sağlamak için beta bozunumu sırasında bir elektronla birlikte salınan yüksüz görünmez bir parçacığın var olması gerektiğini postüla etmiştir. Fermi bu fikri alarak, var olduğu ileri sürülen ve Fermi’nin “nötrino” (nötroncuk) adıyla sözünü ettiği parçacığı içeren bir model geliştirmiştir. Kuramına “Fermi’nin etkileşimi” denilmeye başlanmıştır ki biz bugün bu temel doğa kuvvetini “zayıf etkileşim” adıyla tanıyoruz.

O zamanlar yeni keşfedilmiş olan nötronla radyoaktifliği tetikleyen deneyler yapan Fermi, hızlı nötronlara kıyasla yavaş nötronların atom çekirdekleri tarafından daha kolay bir şekilde yakalanabildiklerini keşfetti ve bunu tanımlamak için “Fermi yaş denklemi“ni geliştirdi. Yavaş nötronlarla toryumu ve uranyumu bombardımana maruz bıraktıktan sonra, yeni elementler yaratmış olduğu sonucuna vardı. Bu keşfiyle Nobel Ödülü aldı ve sonradan o elementlerin çekirdeksel parçalanma (fisyon) ürünleri olduğu anlaşıldı.

Fermi, parçacık fiziği alanında da önemli çalışmalar yaptı; özellikle de pionlar ve müonlarla ilgili. Kozmik ışınların, yıldızlararası uzayda manyetik alanlar tarafından maddenin ivmelendirilmesiyle oluştuklarını tahmin etti. Fermi’nin onuruna çok sayıda ödül, kavram ve kuruma onun adı verildi: Enrico Fermi Ödülü, Enrico Fermi Enstitüsü, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, Enrico Fermi Nükleer Üretim İstasyonu, Fermi-Dirac istatistiği, fermiyon parçacıklar sınıfı, 10⁻¹⁵ metreye eşit olan 1 Fermi’lik (1 femtometrelik) uzunluk birimi ve atom numarası 100 olan fermiyum elementi gibi.

Fermi insanlık tarihindeki ilk nükleer enerji reaktörü olan Chicago Pile‘ı yaratan ekibin başındaydı. Binlerce yıl önceki Yontma Taş Devri’nde yerden bir taş alıp yontarak biçimlendiren insanın elindeki o en basit aletin bile barınak yapmak gibi iyi ya da başkalarına zarar vermek gibi kötü amaçlarla kullanılabilmesi gibi, keşfedilen bütün teknolojilerin de hem iyiye hem de kötüye kullanılma potansiyeli bulunur. Ne acıdır ki, yaptıkları keşfin “atom bombası” adı verilen kötücül bir amaçla kullanılmasından kaygılanan ve Manhattan Projesi’nde çalışıyor oldukları hâlde projenin amacının zaten bir bomba yapmak olduğundan habersiz olan çok sayıda araştırmacının fisyonun bomba olarak kullanılmasını önleme çabaları sonuçsuz kalmıştır. İnsanlık tarihinin en büyük acılarından ikisi, 6 ve 9 Ağustos 1945 tarihlerinde yaşanarak II.Dünya Savaşı’nı da noktalamıştır. Bu olaylara istinaden Einstein’ın 1949 yılında Alfred Werner ile yaptığı bir söyleşide dile getirdiği şu cümle derin bir uyarı barındırır: “Üçüncü Dünya Savaşı’nda nasıl savaşılacak bilmiyorum ama Dördüncü’de ne kullanacaklarını size söyleyebilirim: Taş!”

Çekirdeksel (nükleer) gücün kullanımıyla ilgili çeşitli patentlerin yanı sıra, Fermi’nin önemli kuramsal çalışmaları da vardı. Nötronlarla tetiklenmiş radyoaktiflik konusundaki çalışması ve trans-uranyum elementlerinin keşfi dolayısıyla 1938 yılında Nobel Fizik Ödülü aldı. Gelmiş-geçmiş en parlak ve en üretken bilimcilerden biri olan Enrico Fermi, 28 Kasım 1954 tarihinde sağlık sorunlarına bağlı olarak sona eren 53 yıllık yaşamında istatistiksel mekaniğin, kuantum kuramının, çekirdeksel fiziğin ve parçacık fiziğinin geliştirilmesine önemli katkılar yaptı.

Fermi, 1951 yılında Şikago Üniversitesi’ndeki sinkrosiklotronun kontrol odasında çalışırken görülüyor.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv