İnsanlı uzay uçuşu yapan Sovyetlerin ardından, uzay çağı savaşlarının devamı niteliğinde olan bir gelişmenin kurulmasından 7 yıl sonra, 1965 yılında NASA’nın Gemini 4 projesi kapsamında uzaya gönderilen James Alton McDivitt (1929 – ) ve Edward Higgins White (1930–1967) adlı astronotlar, uzayda ilk yürüyüşü gerçekleştirmiştir. 21 Temmuz 1969 tarihinde Amerikalı astronotlar Neil Louis Armstrong (1930 – 2012) ve Edwin Eugene Buzz Aldrin (1930 – ) Apollo 11 uzay aracıyla aya inen ve aya ayak basan ilk insan özelliğine sahip olmuştur.

1967 yılına gelindiğinde İngiliz astronom Antony Hewish (1924 – ) ve öğrencisi Jocelyn Bell Burnell (1943 – ) ilk pulsar yıldızını keşfetmiştir. Bu iki gök bilimci bu buluşlarını radyo dalgalarında meydana gelen anlık oynamaları kaydetmek amacıyla özel tasarlanmış radyo teleskop yardımıyla yapmıştır. Pulsar (veya atarca) aslında “kalp gibi atan” anlamına gelmektedir. İngilizcede “kalbin atması” anlamına gelen “pulsate” kelimesinden türetilen pulsarlar, içinde bulundukları nebulaların çekirdeği ve kalbi hükmünde oldukları kadar, kalp atışları gibi muntazam fasıllarla (ritimlerle) uzaya radyo dalgaları gönderen nötron yıldızlarıdır. Bu keşif Hewish’e 1974 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü getirmiştir.

Uzay çalışmaları açısından 1971 yılı özel bir yıl olmuştur. Amerika tarafından Mars gezegenine sonda cihazı gönderilmiştir. Uzay sondaları, Dünya’nın çekim alanından kurtulup gökcisimlerine, gezegenlerarası ya da galaksilerarası uzay boşluğuna gönderilerek veri toplamaya yarayan robotik uzay aracı ve bu aracın yerine getirdiği göreve verilen ortak bir addır. Mars’a gönderilen Mariner-9 aracı, yaklaşık bir yıl boyunca gezegenin yüzeyi hakkında bilgi toplamıştır. Aynı yıl Ruslar ise Salyut-1 adını verdikleri uzay istasyonunu Dünya yörüngesine oturtmuştur. Dünya ve uzay hakkında bilgi toplama ve gözlem yapma amacı olan Salyut-1 Dünya’ya çok yakın bir yerde yörüngeye yerleştirilmiş, yerin çekim gücünden dolayı, her geçen gün yeryüzüne biraz daha yaklaşmış ve 6 ay gibi bir sürede de atmosfere girerek düşmüştür.

Macar Fizikçi Eugene Paul Wigner (1902–1995), 1963 yılında, atom çekirdeği ve temel parçaçıklarla ilgili çalışmalara temel simetri prensiplerini ilk kez uygulayarak yaptığı katkılardan dolayı 1963 Nobel Fizik Ödülüne layık görülmüştür. Wigner bu çalışmasıyla, kuantum mekaniğinde simetri kuramının temelini atmış ve buna ek olarak atom çekirdeğinin yapısı üzerine matematiksel ve kuramsal araştırmalar yapmıştır. Ayrıca nükleer reaktörlerde Xe-135 zehirlenmesi de ilk olarak Eugene Wigner tarafından belirlenmiştir.

20.yy’ın ikinci yarısı radyo dalgalarının keşfi ve radyo astronominin gelişmesi açısından önemlidir. Alman astronom Arno Allan Penzias (1933- ) ve Amerikalı astronom Robert Woodrow Wilson (1936 – ) 1965 yılında evrende 3 Kelvinlik artık ısıl enerjiye denk gelen bir fon ışıması (cosmic microwave background radiation) keşfetmiştir. Günümüz teknolojisi ve bilgisiyle bu ışımanın evrenin milyarlarca yıl önceki oluşumu sırasında gerçekleşen başlangıç patlamasından günümüze ulaşan bir fon ışıması olduğu konusunda görüş birliği oluşmuştur. Penzias ve Wilson’a bu değerli keşiflerinden dolayı 1978 yılı Nobel Fizik Ödülü verilmiştir.

1964 yılı çekirdek fiziği açısından çok önemli gelişmelere sahne olmuştur. Amerikalı Fizikçi Murray Gell-Man (1929-2019) madde parçacıklarını oluşturan ve kuark adı verilen temel parçacıklarla ilgili bir model geliştirmiştir. Kuarkların babası olarak da bilinen Gell-Man 1969’da Nobel Fizik ödülünü üzerinde çalıştığı kuark teorisi sayesinde kazanmıştır.

Genel olarak özetlemek gerekirse; kuarklar, temel parçacıktır ve maddenin temel bileşenlerinden biridir. Kuarklar bir araya gelerek hadronlar olarak bilinen bileşik parçacıkları oluşturur. Bunların (hadronların) en kararlı olanları atom çekirdeğinin bileşenleri olan proton ve nötrondur. 1969 yılında Gell-Man’ın önerdiği kuarkların varlığı Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi (SLAC)’inde deneysel olarak ispatlanmış oldu.

1960’lı yılların sonlarına ait çalışmalar ile devam edecek…

Antimadde kavramı Dirac tarafından önerildikten sonra ilk antimadde pozitron Anderson tarafından keşfedilmiştir. 1955 yılında ise ikinci antimadde yani antiproton İtalyan Fizikçi Emilio Gino Segrè (1905–1989) ve Amerikalı Fizikçi Owen Chamberlain (1920-2006) tarafından keşfedilmiştir. Varlığı daha öncesinde kuramsal olarak öngörülen antiprotonun keşfi için 1954 yılında Lawrence Berkeley National Laboratory’de bevatron adı verilen bir hızlandırıcı tasarlanmıştır. 1955 yılında gözlenen antiproton 1956 yılında tamamen doğrulandıktan sonra Segrè ve Chamberlain 1959 Nobel Fizik ödülünü almıştır.

1957 yılı uzay çalışmaları açısından oldukça önemli bir yıldır. 4 Ekim 1957 yılında Dünya’nın ilk yapay uydusu Sputnik-1 yörüngeye yerleştirilen ilk uydu olma özelliğine sahiptir. Bu gelişme sayesinde resmen uzay çağı başlamış kabul edilir. Sputnik 1’in uzaya gönderilmesi soğuk savaş yıllarında gerçekleşmiş ve süper güçler arasında yeni bir rekabet olan Uzay Yarışı’nı başlatmıştır. Sputnik-1 Dünya çevresindeki bir tam dolanımını 96 dakikada tamamlamıştır. 1958 yılında Sputnik-1 atmosfere girerek sürtünmeden dolayı yanmıştır. Rusların bu hamlesinden sonra Amerika 1958 yılında Amerikan Ulusal Havacılık Dairesi’ni (NASA) kurmuş ve zaten sürdürdüğü uzay çalışmalarına da hızlandırmıştır.

1960 yılına geldiğimizde Amerikalı Fizikçi ve mühendis Theodore Harold Maiman (1927-2007), dünyadaki ilk ‘lazer’i icat etti. Maiman optoelektronik disiplininin babası olarak bilinir ve ilk çalışan lazer patentini almış bilim adamıdır. Günümüzde lazer; haberleşme-uydu sistemlerinde, askeri amaçlı, tıpta ve sanayide birçok uygulama alanı bulmuş bir konudur.

Uzay çağı ve uzay savaşlarının etkisi iyiden iyiye kendisini göstermeye başlamıştır. 2 Nisan 1961 tarihinde Sovyetler Birliği ilk insanlı uzay uçuşunu gerçekleştirmiştir. Rus kozmonot Yuri Gagarin (1934-1968) Vostok-1 isimli uzay aracıyla Dünya’nın etrafını 108 dakikada dolaşmıştır.

1948 yılının bir diğer önemli gelişmesi ise yeryüzünün enerji kaynağı olan Güneş’in enerji üretim mekanizmasının çözülmesi olayıdır. Rus bilim adamı George Gamow (1904-1968) Güneş’in merkezinde bir termonükleer füzyon reaktörünün olduğunu, 4 hidrojenin birleşerek helyuma dönüştüğünü ve yüksek miktarlarda enerji üretildiğini söylemiştir.

Yarıiletken cihaz teknolojisinin gelişimi açısından da 1948 yılı önemli bir yıldır. Yarı iletken diyot ve transistörlerinin John Bardeen (1908-1991), Walter Brettain (1902-1987) ve William Shockley (1910-1989) tarafından bulunuşuyla vakum tüpler yerini yarı iletkenlere bırakmıştır. Yarı iletken diyot ve transistörler; küçük, hafif, çok az enerji ile çalışan, verimli, uzun ömürlü olduklarından vakum tüp diyot ve transistörlere göre çok avantajlıydı.  Bu teknoloji yardımıyla diyot ve transistorün yanısıra entegre devreler de üretildi. Yukarıda isimleri sıralanan bilim adamları teknolojide yepyeni bir çığır açan ve elektroniğin kuruluşu anlamına gelen bu buluşlarından dolayı, 1956 yılında Nobel Fizik Ödülü´nü paylaşmıştır.

1945 yılında atom bombasının ilk kez kullanılmasından sonra Gamow’un Güneş için önerdiği mekanizmaya benzer bir sistem 1952 yılında hidrojen reaktöründe denendi ve ilk hidrojen bombası yapılmış oldu. Bu bombayı tasarlayan ve geliştiren Amerikalı Fizikçi Edward Teller (1908-2003) hidrojen bombasının babası olarak da bilinmektedir. İlk yapılan deneme Büyük Okyanus’taki Biikini bölgesinde yapılmış ve atom bombasından daha fazla enerji elde edilmiştir. Bu bomba termonükleer bomba olarak da bilinmektedir.

1941 yılına gelindiğinde İsveçli ünlü Fizikçi (1908-1995) Hannes Olof Gösta Alfvén yüklü gazların gösterimine yönelik yeni bir tasarım ortaya atmıştır. Maddenin dördüncü hali olarak da isimlendirilen plazma, iyonlaşmış (elektron vermiş) gaz demektir. Alfvén’in söylediğine göre plazma içindeki madde parçacıkları birbirine çok yakınsa sanki sürekli bir ortam gibi düşünülebilir. Bu durumdaki bir plazma bir akışkan gibi kabul edilebilir. Yüklülük ve elektromanyetik alan etkilerini de dikkate alırsak yeni bir çalışma disiplini ortaya çıkar. Alfvén, bu disipline elektromanyetik alandaki yüklü akışkanların dinamiği anlamına gelen Manyetohidrodinamik demiştir. Evrenin %90 ile yıldız içlerinin plazma olduğunun bilindiği bir ortamda Alfvén’in yaptığı katkı çok değerlidir. Alfvén önerdiği bu çalışma disiplini ve sonrasındaki katkılarından dolayı 1970 yılı Nobel Fizik Ödülünü almaya hak kazanmıştır.

Rutherford’un atomun artı yüklü çekirdeğini keşfinden sonra çekirdek fiziği ile ilgili çalışmalar önemli bir hız kazanmıştır. Yukawa tarafından çekirdeğin bozunmadan nasıl durduğunun açıklanması ve Einstein’in kütle-enerji eşitliğini bulması çekirdeğin nasıl parçalanabileceğinin de önünü açmıştır. Atom bombasının babası olarak bilinen Amerikalı Fizikçi Julius Robert Oppenheimer (1904-1967) başkanlığında Manhattan Projesi olarak da bilinen nükleer silah oluşturma projesi başlamıştır. İlk atom bombası Temmuz 1945’te Albuquerque’de (ABD’nin New Mexico eyaletinin en büyük şehri) denenmiş ve 1 ay sonrasında ise savaş amaçlı olarak Japonya’nın Hiroşima ve Nagazaki kentlerinde kullanılmıştır. Bu durum ne yazık ki etkisi büyük ve uzun yıllar süren yıkımlara yol açmıştır.

1948 yılına geldiğimizde çığır açan bir çalışma olmuş, Amerikalı Fizikçiler Richard Feynman (1928-1988), Jullian Scwinger (1918-1994) ve Japon Fizikçi Itiro Tomonaga (1906-1979) kuatum mekaniği ve elektrodinamik üzerine olan çalışmalarını tamamlamıştır. Bu bilim adamları kuantum elektrodinamiği adını verdikleri yeni disiplinin kurulmasına ön ayak olmuştur. Bu disiplin, yüklü atomaltı parçacıklar arasındaki elektromanyetik ilişkiyi inceleyen göreliliği kullanan bir kuantum kuramıdır. Mesela fotonların, kütlesi bulunmayan “ışık parçacıkları” olarak açıklanmasında, kuantum elektrodinamiğinin ortaya çıkışı önemli bir rol oynar. Feynman, Scwinger ve Tomonaga’ya bu çalışmalarından dolayı 1965 yılı Nobel Fizik ödülü verilmiştir.

1934 yılının bir diğer önemli gelişmesi de yeni bir ışınım oluşturma yöntemi olan Cherenkov ışımasıdır. Öncesinde bahsettiğimiz gibi Röntgen tarafından katod ışın tüplerinde oluşturulan X ışınları, Rus bilim adamı Pavel Alekseyevich Cherenkov (1904-1990) tarafından farklı bir yöntemle oluşturulmuştur. Cherenkov, yüklü bir parçacık (örneğin elektron) boşluk haricindeki bir ortamda ışığın o ortamdaki hızından daha hızlı hareket ederse ışınım oluştuğunu gözlemlemiştir. Bu çalışmasıyla Cherenkov 1958 yılında, bu fenomenin açıklanmasına katkı veren Rus bilim insanları Igor Tamm (1895-1971) ve Ilya Frank (1908-1990) ile birlikte Nobel Fizik Ödülünün paydaşı olmuştur. Cherenkov ışıması sayesinde ortam içindeki maddenin iyonlaşmasının sağlanmasının yanı sıra yeni bir X-ışını kaynağı daha bulunmuştur.

Alman kimyacı Otto Hahn (1879-1968) 1938 yılında uranyumun ürünlerinden birinin daha hafif bir radyoaktif element olan baryum olduğunu bulmuştur. Bu durum uranyumun kendisinden daha hafif atomlara bölündüğünü göstermekteydi. Otto Hahn ağır çekirdeklerin hafif çekirdeklere bölünmesi yani fisyon konusundaki çalışmaları için 1944 yılı Nobel Kimya ödülüne layık görülmüştür.

1940 yılında Amerikalı bilim adamları Edwin McMillan (1907-1991) ve Philip Hauge Abelson (1913–2004) uranyumu nötron bombardımanına tutarak transuranium elementler dediğimiz neptünyum ve plutonyumu keşfetmiştir. Bu çalışma McMillan’a 1951 yılı Nobel Kimya Ödülünü getirmiştir.

Kuantum Fiziğinin ortaya çıkışı ve 20. Yüzyıl Fiziği-12

1932 yılında olmuş bir diğer önemli gelişmede radyo astronominin temellerinin atılmasıdır. Radyo astronomi çalışmalarında evrendeki gök cisimleri sıcaklıklarından dolayı radyo dalgası frekansında ışınım yaymakta idi. Bunu ilk gözleyen ise Karl Guthe Jansky (1905-1950) isimli Amerikalı bilim adamıdır. Bu çalışma ile ortaya çıkan radyo astronomi, ilerleyen yıllarda Büyük Patlama’nın en önemli kanıtlarından biri olan kozmik mikrodalga arkafon ışımasının da gözlenmesinin yolunu açacaktır.

Artı yüklü protonlar ve nötronların bir arada bulunduğu atom çekirdeği nasıl oluyor da bir arada bozunmadan durabiliyordu? Bunun cevabını 1934 yılında Hideki Yukawa (1907-1981) isimli Japon bilim adamı verecekti. Yukawa, mezonlar teorisi adı verilen teorisini ortaya attı. Bu teori atom çekirdeğinde bulunan proton ve nötronlar arasındaki ilişkiyi açıklıyordu. Atom çekirdeğinin bir arada durmasını sağlayan nükleer kuvvetin taşıyıcısı olarak öngördüğü mezonun varlığı ve yaklaşık kütlesi hakkında öngörüde bulunmuştur. İki yüklü parçacık arasındaki elektromanyetik etkileşimin gizli foton isimli parçacıklar arasındaki değiş-tokuşun bir sonucu olarak kabul edilmesini göz önüne alan Yukawa, nükleonlar arasındaki nükleer etkileşimin de bu ara parçacıklar arasındaki yani mezonlar arasındaki değiş-tokuştan doğduğunu varsaymıştır. Eğer böyle olmasaydı iki veya daha fazla proton içeren tüm çekirdeklerin, elektromanyetik itme sonucunda paramparça olması gerekirdi. Yukawa bu parçacığa Yunancada ortadaki anlamına gelen mesos’tan yola çıkarak mezon adını verdi. Çünkü mezonun öngörülen kütlesi elektron ile elektronun kütlesinin 1836 katı olan protonunkinin arasındaydı. Yukawa başlangıçta parçacığı mesotron olarak isimlendirmişti, ancak bu isim daha sonra babası Yunanca profesörü olan Heisenberg tarafından gramatik açıdan mezon olarak düzeltildi. Güçlü nükleer kuvvetlerin incelendiği bu çalışma ile Yukawa 1949 yılı Nobel Fizik ödülünü almıştır.

Kuantum Fiziğinin ortaya çıkışı ve 20. Yüzyıl Fiziği-11

1931 yılı elektronik merceğin geliştirildiği yıl olmuştur. Alman Fizikçi Ernst August Friedrich Ruska (1906-1988) tarafından tasarlanan bu mercek, elektronları tıpkı ışık gibi odaklayan elektromıknatıslardan oluşmaktaydı. Devamında Ruska birden fazla elektron merceğini kullanarak ilk elektron mikroskobunu yapmıştır. Kendisi yaklaşık 50 yıl sonra 1986 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü elektron optiğine yaptığı katkılardan dolayı kazanmıştır.

Öncesinde Dirac’ın kuramında ortaya atılan antimaddeyi ilk defa Amerikalı Fizikçi Carl David Anderson (1905-1991) 1932 yılında deneysel olarak gözlemlemiştir. Bu ilk anti parçacık pozitron adı verilen ve 1897 yılında ilk defa keşfedilen elektronun anti parçacığı idi. Başka bir deyişle artı yüklü elektrondu. Anderson bu çalışmasıyla 1936 yılı Nobel Fizik ödülünü almaya hak kazanmıştır.

1932 yılında yapılan bir diğer önemli çalışma da nötronun keşfidir. İngiliz Fizikçi James Chadwick (1891-1974) yaptığı çalışmalarda atomun çekirdeğinde protonla hemen hemen aynı değerde kütleye sahip yükü olmayan bir parçacık bulunması gerektiğini söylemiş, ispatlamış ve 1935 yılı Nobel Fizik ödülünü almaya hak kazanmıştır. Yükünün olmamasından dolayı bu parçacığa nötron adı verilmiştir. Çekirdeğin proton ve nötrondan oluştuğu sonucuna varılması biri dışında bütün kuşkuları gidermiştir. Fakat hepsi artı yüklü olan parçacıkları bu kadar dar bir yerde tutan neydi? Bu soruyu cevaplandırmak için iki yıl daha beklemek gerekiyordu.

Kuantum Fiziğinin ortaya çıkışı ve 20. Yüzyıl Fiziği-10

Günümüzde dalga mekaniği ve kuantum mekaniği kavramları iç içe girmiş iki kavram olup bu nedenle sanki aynı kavramlarmış gibi düşünülmektedir. Heisenberg tarafından yapılan bu belirsizlik tanımı, aslında bizi elektronun olma olasılığının bulunduğu yani bulunabileceği konum için kullanılan orbital kavramına kadar götürmektedir. Orbital kavramı 1966 yılında Amerikalı kimyager ve Fizikçi Robert Sanderson Mulliken’e (1896-1986) 1966 yılı Nobel Kimya ödülünü kazandırmıştır.

Belçikalı bilim adamı ve rahip olan George Lemaitre (1894-1966), 1927 yılında hazırladığı Genel Görelilik kuramını kullandığı doktora tezinde evrenin genişlediğini söylemiştir. 1929 yılında ise aslında bir hukukçu olan ve sonradan astronom olan Amerikalı Edwin Hubble (1889-1953) galaksilerin birbirinden uzaklaştığını gözlemlemiştir. Lemaitre’nin söyledikleri ve Hubble’ın gözlem sonuçları birleştirildiğinde Büyük Patlama Kuramı’nın temelleri atılmakta idi. Bu iki sonuç bizi Büyük Patlama’ya götürmekteydi.