Fizikçi J.J. Thomson, 30 Nisan 1897’de Londra’daki Royal Institution’da bir konferans sırasında ”Bu tür parçacıklara korpüskül-damla-tanecik diyeceğiz” dedi. ”Sıradan elementlerin atomları, ağırlıklı olarak deliklerden oluşuyor” diye devam etti. Thomson, bu atom altı cisimlerin varlığını doğrulamak için katot ışınlarıyla yaptığı deneyleri anlattı. Atomun bu modeli, popüler İngiliz tatlısı için adlandırılan “erikli puding” ya da “üzümlü kek” de diyebiliriz. Yazımız “Elektronu Keşfeden J.J.Thomson mu?” ya da Braun’mu konusu üzerine yoğunlaşmıştır.
Bu model aynı zamanda Thomson modeli olarak da tanındı. Ancak baş savunucusu sadece fikri onaylayan J.J. Thomson değil William Thomson (Lord Kelvin) idi.
Ancak bugün bir atomun yapısı hakkında düşündüğümüz gibi değil. Tanecikler elektronlardır ve erikli puding modeli 1911’de Ernest Rutherford’un nükleer modeline yol açmıştır.
Üstte resmedilene benzeyen bir Braun vakum tüpü iyi bir seçim gibi görünüyordu, çünkü mucidi Karl Ferdinand Braun onu elektron ışınlarını incelemek için oluşturdu. Thomson da deneyleri için benzer bir alet kullandı.
Fakat Thomson ve Braun’da Fizikte Nobel Ödülü kazanmışlardır. Ancak ortak noktaları çok azdı.
Aslında birçok insanın elektronun keşfi yönünde iddiaları bulunmaktaydı.
Katot Işınları, Vakum Tüpleri ve Atom Teorisinin Doğuşu
19. yüzyıl sonlarına yaklaşıldığında büyük keşiflerin yapılmış olduğuna diğer bilim insanları gibi İngiliz fizikçi J.J. Thomson da inanıyordu.
Elektrik kullanımı yaygınlaşıyordu. Buhar motorları kullanımı için termodinamik teorileri birleşiyordu.
J.J. Thomson mevcut bilinen atom teorisi alt üst edecek ve temel madde anlayışımızı derinden sarsacaktı.
1876’da Thomson, Cambridge Üniversitesi Trinity College’da burs alarak matematik bölümünden mezun oldu.
1884’te Cavendish Deneysel Fizik Profesörü olarak atandı ve ömür boyu elektromanyetizma çalışmasına başladı.
Thomson’ın araştırmalarının çoğunu katot ışınlarının doğasını anlamaya adanmıştı. Artık bu ışınların bir vakum tüpünün katodundan (veya negatif elektrodundan) çıkan elektron akışları olduğunu biliyoruz.
Katot Işınları Nelerdir?
Birçok Alman fizikçi, görünür katot ışınlarının, tüm alanı saran renksiz, ağırlıksız bir madde olan eterle etkileşimden kaynaklandığına inanıyordu.
Eter, tarihçilerin Aristoteles ve Newton’da kökleri olan 19. yüzyıldan kalma bir fizik sentezi olan Klasik Dünya Görüşü dedikleri şeyin bir parçasıdır. Fransız ve İngiliz bilim insanları katot ışınlarının elektriklenmiş atom altı parçacıklar olduğunu iddia ediyorlardı.
Bu, her şeyin değişmez ve bölünmez atomlardan oluştuğunu iddia eden Klasik Dünya Görüşüne tam olarak uymuyordu.
Atomun ”erikli pudingi” modelinde, negatif yüklü cisimler, pozitif yüklü bir kek içinde asılı kuru üzüm gibiydi. Bu da onun nötr bir atom olması fikrine yol açıyordu.
Thomson deneyler için manyetik bir kuvvetin yüksek basınçtaki elektrik deşarjı üzerindeki etkisi de dahil olmak üzere çeşitli olayları gözlemledi. Bir başka ismi de Crookes Tüpü’dür. Thomson katot ışınlarının tüpün içinde ve dışında taşıdığı yüklerle ilgili deneyleri karşılaştırdı.
Thomson’un katot ışınları ile ilgilenmesinden önce, düşük vakumlu küreler ve tüplerle ilgili olarak 200^den fazla gösteri ve deney yapılmıştı. Francis Hauksbee gibi ilk deneyciler sadece tüplerin içinde neler olduğunu anlamaya çalışıyorlardı ve ürettikleri farklı renkli ışıklar da çok büyük ilgi görüyordu.
1850’lerde, Bonn Üniversitesi’nden fizikçi ve matematikçi Julius Plücker ve cam ustası Heinrich Geissler vakumlu bir tüpün içinde yeşil fosforesansın manyetik olduğunu gözlemlediler. Yapılan bu deneyler ciddi sonuçlar doğurmaya başlamıştı.
Katodun yanına bir mıknatıs yerleştirdiklerinde, ışık bir mıknatısın etrafındaki demir talaşlarına benzer bir düzende yayılıyordu.
Plücker’in öğrencisi Johann Wilhelm Hittorf, katodun önüne yerleştirilen bir cismin tüpün karşı duvarına gölge düşürdüğünü gösterdi.
Hittorf’un “kızdırma ışınları”, Eugen Goldstein’ın 1870’lerde katot ışınlarının içbükey bir katot kullanılarak odaklanabileceğini gösteren deneylerde yapmıştı.
Her yeni araştırmacının bu deneylere bir katkısı oluyordu. Sorasında da William Crookes katot ışınlarını incelemek için çok çeşitli vakum tüpleri tasarladı ve deneyler yaptı. Thomson da Crookes tüpünü kullandı.
Karl Ferdinand Braun Osiloskopun temellerini Geliştirdi?
Alman fizikçi Karl Ferdinand Braun’un televizyon ve bilgisayar monitörlerinde kullanılan 20. yüzyıl Crt’lerinin temeli haline gelen bir tür vakum tüpü icat etti.
Thomson’un dersinden önceki yıllarda Geissler tüpleri, Plücker tüpleri, Hittorf tüpleri ve Crookes tüpleri laboratuvarları ve konferans salonlarını doldurdu.
Çoğunlukla, katot ışınları elektrik deşarjının farklı fosforlu yüzeyler üzerindeki renkli etkileri ile kullanıldılar.
Daha sonra da Wilhelm Röntgen olağandışı bir şey fark etti. Kullandığı Crookes tüpü siyah kartonla kaplı olmasına rağmen odanın karşısındaki fosforlu bir ekran üzerinde bir parlama tespit etti ve 1895’te X-ışınlarını keşfettiğini duyurmasına yol açtı. Bu keşif, yeni bir katot ışını deney dalgası başlattı.
Röntgen’in çalışmalarından ilham alan bir bilim adamı Karl Ferdinand Braun’du. Braun doktorasını 1872’de Berlin Üniversitesi’nden almış, iplerin ve elastik çubukların salınımlarını incelemiş ve sonraki 20 yılını Marburg, Karlsruhe ve Tübingen üniversitelerinde çeşitli pozisyonlarda geçirmişti.
Braun, elektrik devrelerindeki salınım ve geçici olayları görsel olarak yakalayabilen yeni bir enstrüman türü aradı.
Çalışmaları osiloskopun ortaya çıkmasına yol açacaktı. Crookes tüpünü değiştirerek katot ışınlarının ince ışınına odaklandı. Fosfor kaplı bir mika parçası görüntüleme ekranı olarak kullandı. Tüpün dışındaki bir bobin, katot ışını ışınını manyetik alana dik açılarla saptırıyordu. Işın, voltaj veya akımdaki değişikliklere hemen hemen yanıt veriyordu. Braun, Thomson’un duyurusundan 10 hafta önce Şubat 1897’de Annalen der Physik’te bir diyagram da dahil olmak üzere tüpünün bir tanıtımını yayınladı.
Thomson ayrıca atom altı parçacıklarına elektron isimini vermedi.
1874’te İrlandalı fizikçi George Johnstone Stoney, bilinmeyen atom altı parçacık için elektrini önerdi, daha sonra 1891’de elektrona dönüştürdü. Stoney ayrıca elektronun yükünü (ki bu modern değere çok yakın olduğu ortaya çıktı) tahmin etti.
Thomson korpüskül-damla-tanecik hipotezini ortaya koydu. Korpüskül kütlesinin yüklerine oranını ölçtüğü deneyleri anlattı.
Thomson, bunun dışında, katot ışınları üzerindeki deneylerin tarihini takip ederek ve çalışmalarının temelini oluşturan bilim adamlarını ve enstrüman yapımcılarını isimlendirdi (Thomson’ın dersinin metni The Electrician’ın 21 Mayıs 1897 sayısında yayınlandı). Verdiği seminerin yalnızca son bölümünde, cisimcik hipotezini ortaya koydu ve cisimciklerin kütlesinin kütlelerine oranını ölçtüğü deneyleri anlattı. Ancak elektronun keşfi hakkında kesin bir açıklama yapmadı. Bunun yerine, oranın Hollandalı fizikçi Pieter Zeeman’ın sodyum ışığının manyetik alanı üzerindeki deneylerinde bir önceki yıl çıkardığı değerle aynı düzeyde olduğunu belirterek bitirdi.
Zeeman, güçlü bir manyetik alan varlığında bir element yakıldığında, spektral çizgilerin düzenli desenlere bölündüğünü keşfetti. Bugün “Zeeman etkisinin” elektron spininin sonucu olduğunu anlıyoruz, ancak elektron henüz keşfedilmemişti. Bununla birlikte, Zeeman’ın danışmanı Hendrik Lorentz, atomların yüklü parçacıklardan oluşabileceğini zaten kuramlaştırmıştı. Zeeman ve Lorentz, bu çalışma için 1902’de Nobel Ödülü kazandı.
Elektronu kim keşfetti?
Braun’un icadı ve Thomson’un keşfi, çok sayıda bilim adamı ve enstrüman yapımcısı tarafından onlarca yıllık çalışma üzerine inşa edildi.
Braun icadını hiçbir zaman patentlemedi. 1897’nin sonunda, katot ışını araştırmalarından vazgeçti. Ancak 1909’da Guglielmo Marconi ile Nobel Fizik Ödülü’nü kablosuz telgraf ile paylaşma başarısını da gösterdi.
Braun’un CRT’LERİ yaşamı boyunca pek fazla ilgi görmedi. Ancak modifiye edilmiş şekilleri 20. yüzyılın ikinci yarısında televizyonlarda ve bilgisayar monitörlerinde kullanıldı.
Thomson 1906’da Nobel Ödülü’nü kazanıyordu, savunduğu erikli puding modeli çökmüş olsa da elektronun keşfi ie tanına kişidir.
Elektronun keşfi konusunda kimin hak sahibi olduğu konusu tarihçiler, filozoflar, bilim adamları ve ders kitabı yazarları arasında çokca tartışılmaktadır.
Matematik ve bilim tarihçisi Isobel Falconer, J.J. Thomson ve Elektronun Keşfi adlı kitabında, katot ışınlarının doğası hakkındaki geleneksel milliyetçi tartışmalara karşı (oldukça ikna edici bir şekilde) tartışıyor.
Thomson’un 1896’ya kadar onlarla ilgilenmediğine dikkat çekiyor ve o zaman bile, kütlelerin o zamanlar elektron olarak adlandırılanlarla çok az ortak noktası vardı.
Tarihçi Theodore Arabatzis, “Elektronun ‘Keşfini’ Yeniden Düşünmek” adlı makalesinde, gözlemlenemeyen bir varlığı keşfetmenin ne anlama geldiğine dair bir taksonomi önermektedir.
Filozof Ian Hacking, 1983 yılında yazdığı Representing and Intervening adlı kitabında, bir bilim adamının varlığı manipüle etmenin bir yolunu bulduğunda bir şeyin keşfedildiğini öne sürüyor.
Fakat belki de keşif, bir şeyin gösterildiği, yayınlandığı veya adlandırıldığı zamanda sayılmalıdır.
Ya da belki de keşfin tanınması, varlığın çeşitli özelliklerine dair modern kavram kurulduktan sonra geriye dönük olarak gerçekleşmelidir.
Elektron durumunda, bu onun kütlesi, yükü, dönüşü ve parçacık dalgası doğası olacaktır.
Kaynak: spectrum.ieee.org
