Büyük Patlama’dan kuantum evrenine, dahi fizikçi George Gamow

Georgiy Antonovich Gamow, kuantum kuramına öncülük eden Ukrayna doğumlu bir kuramsal fizikçi ve kozmologdu. Kuantum tünelleme yoluyla alfa bozunmasının keşfi ve atom araştırmalarıyla ilgili “sıvı damla” modeli de dahil olmak üzere, atom çekirdeğinin radyoaktif bozunmasıyla ilgili çalışmalarıyla büyük bir şöhrete kavuşmuştu. Kozmik mikrodalga arka plan ışıması ve evrendeki mevcut hidrojen ve helyum seviyelerinin açıklanmasıyla ilgili öngörüleri, Büyük Patlama kuramına çok büyük bir kuramsal destek sağlamıştı. Bunların yanı sıra, yıldızların oluşumu ve nükleosentezi, ayrıca DNA araştırmaları hakkında hâlâ bilimin yolunu aydınlatan makaleler yazarak bilim dünyasına gerçek anlamda çağ atlattı.

Tarkan Tufan  ttufan@gazeteduvar.com.tr

DUVAR – Fizik dünyasında, gezegenimizi ve yaşadığımız evreni daha iyi anlama arayışında kuramları şekillendirmeye ve keşifleri sorgulamaya yardımcı olan birçok isim bulunur. Bu isimler arasında belki de takdiri en çok hak edenlerden biri, Rus kozmolog ve kuramsal fizikçi George Gamow’dur.

Asıl ismi Georgiy Antonovich Gamow olan öncü fizikçi, atom çekirdeğini etkileyen radyoaktif bozunma(1), yıldız nükleosentezi(2) ve yıldız oluşumu konularında araştırmalar yaptı. Kuantum tünelleme(3) yoluyla alfa bozunmasına(4) ilişkin kuramsal açıklamalar ortaya koydu. Bunların dışında, güncellediği ve genişlettiği Büyük Patlama kuramının en eski savunucularından biriydi. Ayrıca moleküler biyoloji üzerine yaptığı çalışmalarla tanınıyordu.

Gençlik döneminde zamanının çoğunu zaten bilim araştırmalarına adamıştı ama kariyerinin orta ve geç bölümlerinde neredeyse tüm hayatını araştırmalarına vakfetti ve birçok popüler bilim kitabını okuyucularla buluşturdu. 1939 yılında ‘Bay Tompkins Harikalar Diyarı’nda’ kitabıyla büyük bir çıkış yaptı. Kitaplarının bazıları, ilk yayınlanışının üstünden uzun zaman geçse de taşıdığı bilimsel değer nedeniyle hâlâ kaynak eser niteliğini sürdürüyor.

RUS İMPARATORLUĞU’NDA BAŞLAYAN HAYAT

George Gamow, 4 Mart 1904 tarihinde o dönemki Rus İmparatorluğu (günümüzde Ukrayna) topraklarında bulunan Odessa kentinde dünyaya geldi. Ailesi Rus’tu. Annesi Odessa’daki kız okulunda tarih ve coğrafya dersleri veren bir öğretmendi. Ne var ki, George henüz dokuz yaşındayken öldü. George çocukluğunda gerçek bir astronomi düşkünüydü ve babası on üçüncü yaş günü için kendisine bir teleskop hediye etmişti. Bu teleskop, insanlığın göreceği en büyük dehalardan birinin ortaya çıkmasında basit ama muazzam bir araç görevi görecekti.

Annesi gibi bir öğretmen olan babası, yerel bir lisede edebiyat ve Rus dili dersleri veriyordu. Genç George, ilköğretim ve lise döneminde Fransızca ve Almanca öğrendi. Gamow, üniversiteye girmeden önceki dönemde, İngilizceyi akıcı bir şekilde konuşamıyordu. Üniversite hayatıyla birlikte, İngilizceyi de hızlı bir şekilde öğrenmeye başladı.

Gamow

George Gamow, 1922-1923 yılları arasında Odessa’da bulunan Novorossiya Üniversitesi’ne ve ardından, 1923’te Leningrad Üniversitesi’ne kaydoldu. Çalışmaları optik ve kozmoloji alanlarında yoğunlaşmıştı. Leningrad’da okuduğu yıllarda, kendisine, evrenin genişlediğini öne süren ilk kozmologlardan Alexander Friedman danışmanlık yapıyordu. Gamow okuldaki diğer teorik fizik öğrencileriyle sıkı arkadaşlıklar geliştirdi ve Dmitri Ivanenko, Lev Landau ve Matvey Bronshtein ile yakın arkadaş oldu. Bronhstein, 1937’de rejim tarafından tutuklanacak ve bir yıl sonra idam edilecekti. Zaman geçtikçe bu küçük bilim grubu daha da yakınlaştı ve “Üç Silahşörler” adını verdikleri bir bilimsel çalışma grubuna evrildi. Grup, kuantum mekaniğindeki önemli keşifleri incelemek ve tartışmak amacıyla düzenli biçimde toplanıyordu.

1926 yılında üniversite diplomasını alan Gamow, kuantum kuramı üzerine araştırmalar yapacağı Almanya’daki Göttingen Üniversitesi’ne kaydoldu ve 1929’da doktora derecesini atom çekirdeği hakkında yaptığı çalışmalarla aldı.

RADYOAKTİF BOZUNMA KURAMI

Yirminci yüzyılın başlarında, radyoaktif maddelerin, karakteristik üstel bozulma oranlarına veya yarı ömre sahip olduğu bilinmekteydi. Aynı zamanda, radyasyon salımlarının belirli karakteristik enerjilere sahip olduğu da biliniyordu. 1928 yılında araştırmalarını Göttingen’de sürdürmekte olan Gamow, atom çekirdeğiyle ilgili alfa bozunma kuramını, Nikolay Kochin’in matematiksel yardımı ile ve kuantum tünelleme yoluyla çözmüştü. Aynı mesele Ronald W. Gurney ve Edward U. Condon tarafından da bağımsız bir şekilde doğrulanacaktı. Ancak Gurney ve Condon, Gamow tarafından elde edilen nicel sonuçları elde edememişti.

Bununla birlikte, kuantum mekaniğinde, parçacık potansiyel kuyusunun duvarı boyunca “tünelleme” ve kaçma olasılığı söz konusudur. Gamow, çekirdekle ilgili bir potansiyel model ortaya koydu ve ilk prensiplerden, daha önce deneysel olmayan biçimde keşfedilerek ‘Geiger-Nuttall Kanunu’ adıyla bilinen ve alfa-bozunma olay sürecinin yarı ömrüyle ilişkili bir bağlantıdan yararlandı. Birkaç yıl sonra, ‘Gamow faktörü’ veya ‘Gamow-Sommerfeld faktörü’, elektrostatik Coulomb duvarı boyunca tünel yapan ve nükleer reaksiyonlara giren nükleer parçacıklar olasılığına uygulandı ve somut verilere ulaşıldı.

KOPENHAG VE LENINGRAD GÜNLERİ

Gamow, 1929 yılında Ernest Rutherford ile birlikte, kayda değer araştırmalar gerçekleştirdiği Cambridge Cavendish Laboratuvarı’nda kısa bir süre geçirdi. Atom çekirdeği kuramları üzerinde çalışmaya devam etti ve bir atom çekirdeğinin bağlanma enerjisini açıklamaya yardımcı olan ‘sıvı damla’ modelini oluşturdu. Bu kavram, nihayetinde nükleer fisyon ve füzyon kuramlarının da yolunu açacaktı. Bunun dışında Gamow, Fritz Houtermans ve Robert Atkinson ile yıldız fiziği alanında işbirliği yaparak, Güneş’in ve diğer yıldızların içindeki termonükleer reaksiyon hakkında hesaplama çalışmaları yürüttü.

Gamow, doktorası derecesini aldıktan sonra, çalışmalarını sürdürmesi için 1931 yılına dek kalacağı Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi Teorik Fizik Enstitüsü’ne davet edildi. Yine aynı yıl SSCB Bilimler Akademisi’ne üye olarak seçildi; o günlerde yalnızca 28 yaşındaydı. Bu durum, Gamow’u Akademi tarihindeki en genç üye yapmıştı. 1931-33 yılları arasında, Vitaly Khlopin başkanlığında Leningrad’daki Radyum Enstitüsü’nün Fizik Bölümü’nde çalıştı. Lev Mysovskii ve Igor Kurchatov ile birlikte, Avrupa’daki en eski parçacık hızlandırıcı araçlarından biri olan ilk siklotronu(5) tasarladı ve 1937’de inşa edilmesine öncülük etti.

ABD’YE GÖÇ VE SONU GELMEYEN KEŞİFLER

Gamow, kariyerinin ilk yıllarında birkaç farklı Sovyet kuruluşu için çalışmıştı ama ilerleyen yıllarda ülkedeki artan baskı nedeniyle Rusya’dan ayrılmaya karar verdi. 1931 yılında İtalya’da düzenlenen bir konferansa katılmasına izin verilmemişti. O yıl, Rus bir fizikçi olan Lyubov Vokhmintseva ile evlendi. İlk iki yıl, evli bir çift olarak, izin verilsin ya da verilmesin Rusya’dan ayrılmaya çalıştılar.

Gamow ve eşi, nihayet 1934’de Amerika’ya taşındı ve George Washington Üniversitesi’nde profesör olarak çalışmaya başladı. 1935 yılında oğulları Rustem Igor dünyaya geldi. ABD’ye göçen Gamow, ABD’li bilim insanı Edward Teller ile beta çürüme kuramı üzerinde birlikte çalıştı ve ikili, 1936 yılında “Gamow-Teller Beta Salımı Geçişi” kuramını meydana getirdiler.

Gamow 1940 yılında Amerikan vatandaşlığına geçti ve 1942’de kırmızı yıldızların iç yapısı hakkında bir kuram yayınladı.

BÜYÜK PATLAMA’NIN İSPAT YOLU

1948 yılında diğer öncü fizikçiler olan Ralph Alpher ve Hans Bethe ile birlikte “Kimyasal Elementlerin Kökeni” adlı makalesi yayınlandı. Yayınlanan araştırma, Büyük Patlama sonrası evrendeki kimyasal elementlerin dağılımını açıklamayı önerirken, artık haldeki kozmik mikrodalga arka plan ışınımının gücüyle ilgili tahminler içeriyordu. Bilim dünyasında kısmen anlaşılan bu büyük kuram, dünyanın her tarafındaki bilim insanları için yol gösterici bir niteliğe sahipti ve onlarca yıl boyunca çoğu kez bir alay konusu olan Büyük Patlama kuramının ispatlanması hususunda anahtar bir rol oynayacaktı. Ne var ki, bilim, her zaman beklendiği üzere düzenli bir gelişim ritmine sahip değildi.

Gamow-Alpher kuramı, 1953’ten sonra gelişimini büyük ölçüde durdurdu ve son derece seçkin dergilerde yayınlanmış olmalarına, ayrıntılı ve test edilebilir tahminlerde bulunmalarına rağmen, diğer bilim insanlarını pek etkileyemedi. Ne yazık ki, 1960’lara dek hidrojen/helyum oranının teoriyi test etmek hususunda yeterli olduğu, çok da bilinmiyordu. Daha da ilginci, Alpher ve Gamow, arka plan radyasyonunu tespit etme noktasında radyo astronomlarının ilgisini çekememişti ve öngörüleri çok geçmeden unutuldu.

Uzun zaman sonra, 1964 yılında Amerikalı radyo astronomlar Arno Allan Penzias ve Robert Woodrow Wilson bu dalga boyundaki ışımayı keşfederek 1978 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazanacaktı. NASA tarafından atmosfer şartlarından etkilenmeden doğru ölçüm yapması için bu kurama özel olarak üretilip uzaya gönderilen COBE sondası, 18 Kasım 1989’da göreve başladı. COBE’nin gönderdiği resimler ayrıntılı bilgiler sunmasa da evrenin genel bağlamda kozmik arka plan ışınımını gözler önüne seriyordu. 1993 yılında görevi sona eren COBE sondasının yerine 30 Haziran 2001 günü WMAP sondası uzaya gönderildi. WMAP, COBE’ye kıyasla daha ayrıntılı görüntüler tespit etti ve günümüzde hâlâ bu görüntülerin kullanılmasına devam ediliyor.

DNA EVRENİNDEKİ DEVRİMİN ÖNCÜSÜ

Gamow, 1954 yılında, DNA araştırmalarıyla da ilgilenmeye başlamıştı. Deoksiribonükleik asidin (DNA) yapısı, ilk olarak 1953 yılında Francis Crick, Rosalind Franklin ve James D. Watson tarafından keşfedilmişti ve bu buluş Gamow’u derinden etkilemişti. 1953 yılında, DNA’nın çifte sarmal yapısını tanımlayan Francis Crick ve James Watson tarafından yazılan makaleyi okuyan Gamow, Crick’e, DNA’nın yapısını 20 amino asidin varlığına bağlayan matematiksel bir kod belirlediği bir mektup gönderdi.

Gamow’un kodlama önerisi, genetik camiasına “yıldırım gibi” düşmüştü. Ortaya koyduğu en büyük yenilik, kodlama sorunuyla ilgili matematiksel akıl yürütmeyi, biyokimyasal detaylar üzerinde çok fazla durmadan ortaya konmasıydı. Çok geçmeden biyoloji alanı, genetik kodu çözmek için soyut matematiksel girişimlere yönelik heyecan dolu araştırmalara yelken açacaktı. Gamow ve Crick bu girişimin öncüleriydiler.

Gamow, 1956’da Colorado’da bulunan Boulder Üniversitesi’nden gelen fizik profesörlüğü teklifini kabul ederek hayatının sonuna dek bu görevi sürdürdü. Aynı yıl, UNESCO tarafından Kalinga Ödülü’ne lâyık görüldü. 1958 yılında ADB’li Barbara Perkins ile evlendi. Gamow, yüzlerce araştırmaya ek olarak, görelilik, atom ve nükleer fizik gibi kavramlara aşina okuyucuları aydınlatan popüler bilim kitapları da yazdı. İlk kitabı olan ‘Bay Tompkins Harikalar Diyarı’nda’ 1939 yılında basıldı. Diğer popüler eserleri arasında ‘Bir, İki, Üç… Sonsuzluk’, ‘Güneş Denen Yıldız’, ‘Evrenin Oluşumu’ gibi kitaplar yer alırken, popüler bilim kitaplarının yanı sıra birçok bilimsel ders kitabı da yazdı.

Yıllar boyunca eşsiz bilimsel araştırmalar ve kuramlar yaratan Gamow, zaman geçtikçe alkolle olan dostluğunu artırdı. 19 Ağustos 1968’de profesörlük görevine devam ettiği Colorado’da, 64 yaşındayken karaciğer yetmezliği nedeniyle hayata veda etti ve Boulder’da bulunan Green Mountain Mezarlığı’na defnedildi. Ardında bıraktığı onlarca kuram, uzay-zamanın ortaya çıkışını ve mevcut yapısını keşfettiğimiz devasa bir alandan, kuantum ve DNA araştırmaları gibi inanılmaz derecedeki küçük evrenlere dek, insanlığı neredeyse başka hiç kimsenin yapamadığı oranda ileriye taşıdı.


1. Radyoaktivite, radyoaktiflik, ışınetkinlik veya nükleer bozunma, atom çekirdeğinin, tanecikler veya elektromanyetik ışımalar yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır, bir enerji türüdür. Çekirdek tepkimesi sırasında ortaya çıkar.

2. Nükleosentez, daha önceden var olan çekirdek parçacıklarından, esasen proton ve nötronlardan, yeni atomik çekirdeklerin yaratılması sürecidir. İlk atomik çekirdekler, Büyük Patlama’dan yaklaşık üç dakika sonra, Büyük Patlama nükleosentezi olarak bilinen sürecin sonunda oluştu.

3. Kuantum tünelleme, bir parçacığın bariyer boyunca olan kuantum mekaniğini ifade eder. Bu, Güneş gibi yıldızlar dizisinde meydana gelen nükleer birleşmeler gibi birçok fiziksel olayda önemli bir rol oynar. Tünel diyotu, kuantum bilgisayarı ve taramalı tünelleme mikroskobu gibi modern araçlarda önemli uygulamaları vardır.

4. Alfa bozunumu veya ‘α bozunumu’, atomun alfa parçacığı saçarak fazla enerjisinden kurtulmasıdır. Alfa bozunumu, radyoaktif bir saçılmadır.

5. Siklotron, elektrikle yüklü parçacıkları alternatif gerilim ve manyetik alan etkisiyle spiral bir yörüngede hızlandıran düzeneğe verilen isimdir.

Kaynaklar:

http://scihi.org/george-gamow-bigbang-cosmology/

https://cosmosmagazine.com/space/this-week-in-science-history-big-bang-theorist-george-gamow-dies

https://www.physicsoftheuniverse.com/scientists_gamow.html

https://www.famousscientists.org/george-gamow/