Bu yazı Bugün: 3 Toplam: 432 kez okunmuştur. Özel Görelilik Kuramından Önce...

Özel Görelilik Kuramından Önce..

Bu kuramın ayrıntılarına girmeden önce   19. yy sonlarındaki bilimsel gelişmeleri kısaca özetlemeliyiz. Çünkü özel görelilik kuramı,elektrik ve manyetizma olgularının birbiriyle bağlantılılığının  ve ışığın boşlukta bile yayıldığının anlaşılmasına bağlı olarak geliştirilmiştir.

 Newton fiziği, asıl olarak cisimlerin mekaniğine ilişkindi. Elektriksel ve manyetik olaylar ise, Newton mekaniğinin (klasik mekaniğin)  dışında kalıyordu; ampirik (deneysel) bir düzlemde kalıyordu.. Coulomb, Volta, Oersted, Amper, Ohm, Faraday ve Henry ' nin çalışmaları bu döneme ait ürünlerdir.   Fiziğin 19. yüzyılda gösterdiği olağanüstü gelişme, o dönemde bilinen tüm olguları birkaç genelleme içinde toplamayı başarabilen ortak (ve çok görkemli) bir çabadan kaynaklanmıştır. Diğer yandan bu genlelemeler onları bulanların umduğu gibi herşeyi kapsayan bir tablonun ortaya çıkması sağlamayacaktı; çünkü bilim sonuçta bundan farklı bir yönde gelişti. Devrim yaratan yeni araştırmaların ve yeni görüşlerin bilim alanına girişi fiziksel olguların kuramlara uymamakta direndiği noktalarda gerçekleşti ve çağdaş fiziğin temelleri de bu biçimde atıldı.

Bu dönemde yapılan çalışmaların en önemli sonuç, daha önce birbiriyle tümden bağımsızmış gibi görünen elektrik ve manyetik olaylar arasında derin bir bağın bulunmasıydı.  En önemli gelişme, alan kavramının ortaya atılmasıyla sağlandı. Her elektrik akımı, çevresinde bir manyetik alan doğurmaktadır; böylece bu alanın içine yerleştirilen bir pusula iğnesi de bir kuvvet etkisiyle sapmaktadır. Manyetik bir alanda hareket ettirilen bir sarımda da elektrik akımı oluştuğu gözlenmektedir. Bu olay nicel olarak Faraday yasası ile formüle edilmiştir. Ama bu yasa da ampirik bir yasa olmaktan öteye gidememiştir.19. yüzyıla gelene dek elektriksel olaylarla manyetik olaylar arasında bir ilişki kurulamamıştı.

 Böyle bir ilişkinin varlığı ilk kez 19. yüzyılın başında Michael Faraday' ın deneyleriyle kesin olarak kanıtlandı. Faraday, olağanüstü bir deneysel bilimciydi; ama işin matematik yanını Maxwell geliştirdi.

Gilbert’in çalışmaları manyetik alanların varlığını göstermişti. Bir kağıt üzerindeki demir tozlarına yaklaştırılan mıknatısın demir tozlarını hareketlendirerek kendisine çektiğini çocuklar bile biliyordu. Sıralar halinde dökülen bu demir tozlarını manyetik çizgiler olarak tanımlayan Faraday, bunları elektrik yüklerinin ortaya çıkardığı elektriksel kuvvet çizgilerine benzetiyordu. Çok büyük bir düş gücüyle yola çıkarak kuvvet çizgilerini yönlendiren ilkeleri bulan ve tüm gözlemlerini bunlara dayandıran Faraday’ın hareket halindeki manyetik alanların elektrik akımları ürettiğine ilişkin kuramının birbirini kesen kuvvet çizgilerinin varlığı ile açıklaması mümkündür. Sürekli bur mıknatısla kuvvet çizgileri zorunlu olarak elektrik yükleri üzerinde son buluyordu.

Ampere ve Gauss gibi diğer bazı fizikçilerin de elektriksel nicelikleri ölçülmüş olmalarına karşılık kuramın bütünüyle anlam kazanması Faraday’ın çizdiği tabloyu diferansiyel denklemler biçiminde matematik diline çeviren Maxwell  sağlamıştır. Elektromanyetik alanların özelliklerinin özetlenmesi için belli başlı dört denklem yeterliydi, buna karşılık Maxwell’in denklemleri bundan çok daha fazlasını başarmıştır. Elektromanyetik nicelikler birim kutuplar ve birim yükler olarak mutlak terimlerle ifade olunabilir. Bunlar gerçekte iki ayrı birimler sistemiydi ve aralarındaki orantı 300.000 km/s lik bir hız olarak saptanmıştı (Bu şaşırtıcı hız, aynı zamanda ışığın hızıdır). 1873'te açıklanan ve Maxwell’in genellemesinin temelinde yatan elektromanyetik ışık kuramı optiği de elektrik ve manyetizma ile birleştirmiş ve daha sonraları Hertz’in araştırmaları ile ışık dalgalarının salınım durumundaki elektrik yükleri tarafından ortaya çıkarıldığı kavramına yol açmıştı. Yirminci yüzyılın radyo ve telsiz gibi araçlarının varlığını da bu kavrama borçluyuz. 19. yüzyılın başlarında optik alanında da çok önemli gelişmeler ortaya çıkmıştı. İngiltere’de Young ve Fransa’da Fresnel’in araştırmaları Huygens’in ışık ve titreşim (ışık dalgaları) teorisinin taneciklere ilişkin Newtoncu görüşü ortadan kaldırmasını sağlamış, yine aynı yıllarda Fraunhofer’in deneyleri Güneş spektrumunun Newton’un düşündüğü gibi kesintisiz olmayıp Güneş’in yüzeysel katmanları tarafından soğurulan ışınımlara karşılık gelen koyu renkli çizgiler tarafından kesildiğini göstermişti. Hemen arkasından bu ışınımların ateşe tuz dökülmesi örneğinde olduğu gibi uyarılmış gaz atomlarından ortaya çıktığı bulunmuştu (Bugün gerek sodyum ve cıvalı sokak lambaları gerekse florösan lambaların aracılığıyla bu ışınımlarla yakından tanışmış bulunuyoruz).Evrendeki tüm maddelerin aynı elementlerden oluştuğunun anlaşılmasını sağlayan bu bilgi başlangıçta daha çok kimya ve astronomi alanlarında işe yaradı ve spektral analizi kimya biliminin en önemli yöntemlerinden biri haline getirerek helyum gibi bazı yeni elementlerin bulunmasına yol açmıştı. 19. yüzyılda bu yöntemin uygulanmasıyla sayıları hızla artan bilinen elementler Rus kimyacı Mendeleev tarafından düzene sokulmuş ve (20. yüzyıla dek açıklanamamış olsa bile) elementlere   ilişkin periyodik   sistemin tanımlanması olanaklı hale gelmişti. Bu arada Faraday, araştırmalarını gelecekte çok büyük önem kazanacak olan iki alanda sürdürmekteydi. Elektrik, manyetizma ve optik bilimleri arasında daha önce bilinmeyen yeni bağlantılar bulan bu bilim adamı ışığın polarizasyonunun manyetik alanlar tarafından etkilendiğini ortaya koymuştu. Ünlü Fransız kimyacı Pasteur doğada bulunan kuvars gibi kristallerin ve şeker gibi organik kimyasal maddelerin canlı organizmalardan kaynaklanan asimetrik kuvvetlerin ürünü olduğunu ortaya koymuş ve buradan yola çıkarak ilerde tıp ve tarım alanlarını büyük ölçüde etkileyecek olan bakteriyolojik araştırmalarını başlatmıştı.Faraday’ a geri dönersek, elektrikle ilgili  araştırmaları başlatmış olan bir takım olguları (örneğin vakum ortamında ya da diğer bir deyişle çok düşük basınçlardaki gazların bulunduğu bir ortamda elektrik boşalımından doğan ışıldamayı) incelemekte olduğunu görürüz. Faraday’ın bu alandaki çalışmaları Crookes ve diğerlerinin başlattığı ve ilerde Röntgen'in adıyla anılacak olan x-ışınlarını bulmasıyla sonuçlanana bir dizi araştırmaya temel oldu. Thomson’un elektriğin taşıyıcısı olan elektronun varlığını ortaya çıkarmasına da yol açacaktı. Faraday daha önce elektriğin sıvıların içinde birim miktarlarda taşınabildiğini ileri sürmüşse de atom kavramı ile ilgili önyargı nedeniyle kimse bunu yeni bir parçacığa bağlamaya yanaşmamıştı.

Buna karşılık termodinamiğin ikinci yasasına göre çok büyük boyutlarda sıcak ve soğuk bölgeler içeren evrenin enerjisinin zamanla evrensel bir ılıklığa dönüşmesi kaçınılmazdı. Giderek homojen bir durum alan bir evren kavramı oldukça ürkütücüydü; çünkü bu kavram, zorunlu olarak evrenin düşünülenden daha kısa bir süreden beri var olduğu ve bu nedenle gelecekte de ancak aynı uzunlukta bir süre ile varlığını sürdürebileceği olasılığını da içeriyordu. Bu karamsar görüş, hayvan ve bitki türlerinin geçirmiş olduğu evrim için bundan çok daha uzun bir süreyi öngören Darwin'in Evrim Kuramı ile tam bir çelişki oluşturuyordu.Öte yandan, Güneş'in ısısını ve ışığını sağlayan nükleer dönüşümlerin içerdiği yeni enerji kaynaklarının peşine düşülmesini gerektirecek olan fizik devriminin de habercisiydi.

Enerjinin korunumunun evrenselliği görüşü o dönemde yani 19. yüzyılın ortalarında fiziğin izlemekte olduğu yolu önemli ölçüde etkilemiştir. O sırada enerji, kimyasal tepkimelerin atomla bağlantılı özelliklerine ilişkin varsayımdan uzak durmanın bir yolu olarak görülmekteydi. Bu noktada şunu da belirtmek gerekir ki 18. yüzyılın sonları ile 19. yüzyılın başlarında hızla gelişen kimya, tüm fizik alanına egemen olmuş durumdaydı. Priestley ve Lavoisier’in akışkanlara ilişkin bulguları gerçekçi (rasyonal ) bir kimyanın ortaya çıkmasına büyük ölçüde katkıda bulundu ve oksitlenmenin canlı organizmaların metabolizması için bir enerji kaynağı oluşturduğu görüşüne yol açtı. Daha sonraları fizikçi ve meteorolog John Dalton bazı gaz tepkimelerinin en iyi biçimde atom hipotezi ile açıklanableceğini ileri sürmüştü. Bu hipotezdeki atomlar temelde Yunanlıların a-tomos kavramından zok farklı değildi; ancak bu kez kesin bir biçimde tanımlanmaşlar ve birbirlerinden farklı özellikler gösterdikleri anlaşılmıştı. Her biri kendi özgül ağırlığına sahip olan bu atomlar, entegral oranlarda birbirleri ile birleşmekteydiler.

Her ne kadar atom kavramı tüm güçlüklere karşın maddenin ayrılmaz bir bölümü olarak varlığını sürdürecekse de temel parçacıklardan oluşan atomlara ilişkin çağdaş görüşün yerleşmesi için 19. yüzyılın sonunda Becquerel, Curie’ler ve Rutherford’un radyoaktiflikle ilgili buluşlarının açıklanması gerekecekti.

Süreklilik (kesiksizlik) kavramı ile maddenin atomlardan oluştuğu(kesikli, tanecikli yapı) görüşü arasındaki çelişki bir anlamda 17, yüzyılda Descartes ile Newton’un bu konuda düştükleri anlaşmazlığın devamı niteliğindeydi. Aslında bu tartışma günümüzde de sürmektedir; ama konu artık sadece matemaktiksel fizik düzeyinde ele alınır olmuştur.

(Henri Becquerel,1903 Nobel)

Işık Hızı ve Newton'da Zaman ve Uzay Kavramı

           Faraday' ın ve çağdaşlarının deney sonuçlarından yola çıkan James  Clerk Maxwell (1831-1879), 1865'te kendi adıyla anılan alan denklemlerini açıkladı. Bilim sözlüğüne "elektromanyetik" terimini sokan odur. Elektrik ve manyetik alanlar, "elektromanyetik dalgaları " oluşturmaktaydı. Öte yandan, Maxwell denklemleri, elektromanyetik dalgaların(ışık da bunlardandır) boşluktaki hızının sabit bir değer olduğunu gösteriyordu. Bu hız, ışığın deneysel olarak ölçülen hızıyla aynıydı. Yani ışık, elektromanyetik dalgadan başka bir şey değildi.

Elektromanyetik alanların temel nitelikleri şöyle sıralanabilir:

   1. Elektromanyetik kuvvetler evrensel değildir. Ancak elektrik yüklü parçacıklar bu kuvvetten etkilenir.

   2. Bir elektromanyetik alan, etkileşen parçacıkların elektrik yüklerinin işaretlerine bağlı olarak itici ya da  çekici kuvvetlere neden olur.

   3. Elektromanyetik alanlar da uzun erimlidir. Bu alanların etkileri de ters kare yasasına bağlı olarak uzak mesafelere kadar uzanır (Coulomb yasası).

    Maxwell kuramının en büyük başarılarından biri, kuramın varlığını öngördüğü ışık hızı ile yayılan elektromanyetik dalgaları Henrich Hertz' in 1887' de gözlemesi olmuştu. "Bu buluş sayesinde hem optik gibi geniş ve eski bir konu, elektromanyetik kuramdan türetilebilir olmuş hem de hepimizin yakından bildiği pek çok teknolojik uygulamanın yolu açılmıştır.Fakat hepsinden önemlisi, bu buluşun Maxwell kuramı ile Newton kuramının temeldeki uyuşmazlığını ortaya çıkarmış olmasıdır. Elektromanyetik alanların etkileri uzayda sonlu c  ışık hızıyla yayılırlar. Halbuki Newton kuramında kütleçekim alanlarının etkisi anidir. Yani uzayın herhangi bir noktasındaki çekim alanında görülecek bir değişikliğin aynı anda uzayın tüm diğer noktalarında da fark edileceği varsayılmıştır. Newton kuramının zayıf bir tarafını oluşturan bu nitelik, diğer bir deyişle zamanın mutlak bir kavram olarak kabul edilmesinin sonucudur. Aristocu görüşte hem zaman, hem uzay kavramları mutlak kavramlardır. Yani, evrenin merkezi farz edilen yerküresindeki bir gözlemci tarafından ölçülen mesafe ve zaman aralıklarının, evrenin herhangi bir yerindeki başka bir gözlemci tarafından da aynen ölçülebileceği kabullenilmekteydi. Newton kuramında ise uzayın hiçbir noktasına diğer noktalara göre ayrıcalık tanınmamıştır. Dolaysıyla uzay mutlak anlamını yitirmiştir. Ancak zaman henüz mutlak anlamını korumaktadır. Yerküresindeki bir gözlemci tarafından ölçülen zaman aralıklarının evrendeki diğer gözlemciler tarafından da aynen ölçülebileceği kabullenilmektedir.

Newton mekaniğine göre bir cismin hızı, ölçüldüğü koordinat sistemine göre değişen, göreli  bir niceliktir. Yani ışığın belirli koordinat sisteminde ölçülen hızı ile başka bir koordinat sistemine göre  ölçülen hızı farklı  olmalıdır. Oysa Maxwell denklemleri, ışık hızının  her koşulda sabit bir hız olduğunu bildirmekteydi. Bu çelişkiyi çözmek için ne mi yapıldı? Maxwell ve çağdaşları, alan denklemlerinin tüm koordinat sistemlerinde değil yalnızca tek bir koordinat sisteminde yayıldığını söylediler. Türkçe' si şuydu: Nasıl ki su dalgaları suda, ses dalgaları havada yayılıyorsa ışık ya da elektromanyetik tüm dalga tipleri de bir "maddi ortamda" yayılıyor olmalıdır. Elektromanyetik eter ya da kısaca eter. Ama  ortam düşüncesi,  Newton mekaniği ile tutarlılık sağlaması için biraz " traş" istiyordu. Bu eter denen şey "kütlesiz ve görünmez" di ve de akışkandı. Eter, aslında tüm uzayı, gezegenler arasındaki boşluğu kaplıyordu; ama gezegenlerin hareketine katılmıyordu. Çünkü eter, mutlak durgun bir uzaydı. Daha doğrusu kuram, böyle istiyordu. Maxwell  gibi bir dehanın Newton tarafından sıkıştırıldığına dikkat ediniz.Bu sıkıştırmadan Newton' un haberi yoktu ama evrensel kütle çekimi yasasıyla, başka buluşları ve eserleriyle büyük gücünü tarihe büyüleyici biçimde yazdırmıştı.

19. yüzyıl sonunda bile bilim, Newton' la çelişkiye düşmek suçunu(!) işlemek istemiyordu.

19. yüzyıl fiziğinde diğer önemli gelişme de ısı teorisi ve enerjinin spekturmdaki dağılışı konusunda gerçekleşmiştir. Daha önce yaygın olan görüşe göre sıcak bir cismin ısı yitirmesi ile enerjinin büyük bir bölümü yüksek frekansların dalga boylarında toplanmaktaydı. Bu görüş ısı yitiminin düzenli bir biçimde gerçekleştiği yolundaki yanılgıdan kaynaklanmıştı. Isının ancak birbirinden ayrı paketçikler (eylem kuantası) halinde yitirilebileceğine ve bu nedenle de enerjinin çoğunun düşük frekanslarda toplanacağığna ilişkin (sonradan kanıtlanacak olan) varsayımı ilk kez ortaya atan Planck olmuştur. Bu görüş sadece elektriğin değil, enerjinin kendisinin de kesiksizlik yerine atom kuramına uyum gösterdiğini ileri sürmekle eşdeğerliydi. Böylece atom kavramı kesiksizlik (süreklilik) kavramına karşı bir zafer daha kazanmış oluyordu. Bu aşamada kimyasal tepkimelerin nedeni bilinmeyen etkilerinin (örneğin atomsal işlevlerin kesikli enerji düzeyleri gibi) günışığına çıkmasını sağlayan kuantum kuramına giden yolun başına gelinmişti. Bu görüşün son şeklini alması atomların karakteristikspektral çizgilerinin anlaşılmasına yönelik bir araştırma sonucunda gerçekleşecekti. Süreklilik yerine belirgin frekansların varolduğu gerçeği, atomun kedisinin de çok karmaşık ve parçacıklardan oluşan bir yapıya sahip olduğunu gösteriyordu. Buna karşılık Balmer’in varmış olduğu bu sonuç ancak 1913'te Bohr’un atom kuramını açıklamasından sonra anlaşılabilecek ve böylelikle evrendeki tüm diğer atom spektrumlarının oluşturduğu akıl almaz boyutlardaki karmaşanın çözümlenmesine giden yolda ilk adım atılmış olacaktı.

   Buna karşılık yeni fiziğe ilişkin ilk gerçek ipucu x- ışınlarının incelenmesinden elde edilmiştir. Röntgen ’in saptamış olduğu gibi elektrik boşalımlarının ışıltı olgularına yol açtığının anlaşılması başta uranyum içeren türler olmak üzere bazı mineraller tarafından üretilen benzer ışıltıların(radyoaktifliğin) varlığının farkedilmesini sağlamıştı. İlk kez Becquerel tarafından gözlenen bu olgu radyoaktifliğin bulunmasına ve atomların sonluluğu görüşünün ortaya çıkmasına yol açacaktı. Atomun sonsuz olmadığının anlaşılması ile varlığının kesin biçimde kabul edilmesinin aynı zamanda gerçekleşmiş olması ilginç bir raslantıdır. Atomun sonluluğuna ilişkin  açıklama ilk kez Rutherford’dan gelmiş, daha sonra da Bohr tarafından da doğrulanmıştır. Atomun parçalanması ve kararsızlık ilkesi de dahil olmak üzere nükleer fizik biliminin tamamı bu kavramdan doğmuştur. Atomun parçalanabilirliği kavramı fizikte yeni bir çığır açacak ve bunun nükleer enerjinin kullanımının yanısıra atom bombası biçiminde uygulamaya dönüştürülmesi insanlığın geleceğini (iyisiyle-kötüsüyle) derinden etkileyecekti.

19. yüzyılın klasik fiziğinden çağımızın nükleer fiziğine geçişi oluşturan en belirgin aşamaları böylece özetlemiş bulunuyoruz.

Fizikte Devrim

Bilim adamları 19. yüzyılın sonunda, fizik hakkında bilinmesi gerekenlerin çoğunu öğrendiklerine inanıyorlardı. Newton’un hareket yasaları ve evrensel çekim kuramı,Maxwell’in elektrik ve manyetizmayı birleştiren kuramsal çalışması, termodinamik yasaları ve kinetik kuram, pek çok olayı açıklamada oldukça başarılıydı. Morley'le birlikte yaptığı deneyle büyük bir atılım göstermiş olan Michelson' ın göreliliği kabul etmeyi yanaşmaması ilginçtir. Daha 1894'te yazdıklarına bakın:

" Fizik biliminin görece önemli temel yasalarının hepsi bulunmuş durumda ve artık o derece sıkı kanıtlandılar ki, yeni buluşların onları yerinden etmesi son derece uzak bir olasılık. Gelecekte buluşlarımızı on'un altıncı kuvveti düzeylerinde aramalıyız."

Oysa devrim,bu yazıdan yalnızca iki yıl sonra,  1896'da patlak verdi:Röntgen’in x-ışınlarını bulmasıyla...

Çok geçmeden, Planck 1900'de kuantum kuramına götüren temel düşünceleri ortaya attı. Einstein 1905'te göz alıcı, özel görelilik kuramını formüle etti. Einstein, o günlerin heyecanını  şu sözcüklerle ifade etti: "Yaşamak için olağanüstü bir zamandı. ”

       IŞIK BOŞLUKTA YAYILIR MI? Eter var mı

    Michelson-Morley Deneyi. Eterin Yokluğunun Kanıtlanması

 Şimdi sıra eterin(esirin) varlığını ispatlamaya gelmişti. Işığın dalga  şeklinde yayıldığı artık belliydi. Ancak bir sorun vardı. Su dalgaları suda, ses dalgaları havada yayılabiliyordu. Su ve hava maddi ortamlardı. Peki , ışık dalga olarak hangi ortamda yayılıyordu?

Işığın hızı, o derece büyüktür ki insanlar uzun süre onun birden bire yayıldığını sandı.

Daha 10. yüzyılda Doğu' nun bilgeler bilgesi diye anılan İbni Sina ( 980-1037) ışık hızıyla ses hızının farklı olduğunu belirtiyordu :

" Yıldırımın sesi ile ışığını farklı anlarda algılarız. Önce ışık görülür, sonra kulağa ses gelir". O eski yüzyıllarda bunu kavramak önemli. Onun bilim tarihindeki yerini merak ederseniz  İslam Toplumlarında Bilim dosyasına ve bir de İslam Bilgeleri dosyasına bakınız.

Hemen her cismin hızını değiştirmek, artırmak ve azaltmak mümkün. Mermileri hızlandırmak, uydu çıkışlarını hızlandırmak mümkün. Mermi yolu üzerine bir kum torbası koyarsanız, torbayı geçen merminin hızı düşer. Işık, sudan, bir cam levhadan geçerken  hızı azalır. Işığın ayrıcalığı var:  Işık, tüm hızlılardan daha hızlıdır; hiçbir sürtünme kuvveti onun hızını etkilemiyor. Hiçbir cisim, ortam değiştirmede ışık gibi davranamıyor.

Bir ışık ışının yolu üzerine cam bir levha koyalım. Cam levhayı geçerken ışığın hızı azalır; ama levhayı geçen ışık ışını  yeniden saniyede 300.000 km değerine ulaşır. Işığın boşlukta yayılmasının, diğer bütün hareketlerden farklı temel bir özelliği vardır. Onu hızlandırmak ya da yavaşlatmak mümkün değildir.Bir maddeden geçişi sırasında nasıl bir değişikliğe uğrarsa uğrasın yeniden boşluğa girdiğinde ışık başlangıçtaki hızıyla yayılmaya devam eder.

Ses, daima maddesel bir ortamda yayılır.Ses, içinde yayıldığı ortamın titreşim hareketini temsil eder. Yayılma hızı ortamın yoğunluğuna bağlıdır. Örneğin, ses yolu üzerine madeni bir levha koysak, levhayı geçerken sesin hızı değişir. Ses, ancak maddi bir ortamda yayılabilir. Işık ise boşluk tarafından bile durduralamıyor.Bir elektrik ampulü ile bir zili boşluk elde etmeye yarayan boşluk tulumsbasına bağlı çansı bir aygıtın altına yerleştirelim ve boşluk tulubasını çalıştıralım. Zilin çıkardığı ses bize gittikçe zayıflayarak ulaşır ve sonunda kaybolur. Oysa ampulün yaydığı ışığı devamlı olarak görebilirz. Bu deney açıkça gösteriyor ki ses, ancak maddi bir ortam içinde yayılabilmekte ışık ise boşluk tarafından durdurulamamaktadır.

Bu birini diğerinden ayıran temel bir farktır.

Esir (eter)

Işığın her doğrultuda  saniyede 300.000 km hızla yayıldığı bir laboratuvar durgun bir laboratuvardır. Ses  ile ışığın benzerliğinden yola çıkan fizikçiler, tıpkı sesin havada yayıldığı gibi, ışığın da esir denen bir ortamda yayıldığını düşlemişlerdi.Eterin her yerde,hatta boş uzayda bile bulunduğu varsayıldı ve ışık dalgalarına eter salınımları olarak bakıldı. Bundan başka,eterin kütlesiz ama rijid bir ortam olmak gibi alışılmamış özellikleri olmalıydı ve gezgenlerin ve diğer cisimlerin hareketlerini etkilememeliydi. Cisimler, esir içinde hareket ediyorlar; ama esiri sürüklemiyorlardı. Sesin atmosfer içindeki yalmasıyla ilgili basit gözlemimiz olmasa bile havanın özellikleri çeşitli fiziksel ve kimyasal yöntemerle incelenebilir. Esir ise her türlü gözlemden esrarengiz bir şekilde kaçıyor ve ışık dışırndaki hiç bid olayda varlığını belirtmiyor! Havanın yoğunluğ, yapısı, basıncı kolaylıkla saptanabiliyor; oysa esirle ilgili  bilgi edinme çabaları hiçbir sonuç vermiyor. Esir hipotezinrin yapaylığı ortada.

Ortam, cisimin hareket ettiği ortam harekete karşı bir direnç gösterir. Bundan dolayı cisimlerin esir içindeki hareket mutlaka bir sürtünme doğurmalıdır. Buna göre cisimlerin hareketleri gittikçe yavaşlayacak ve giderek duracaktır. Oysa Dünya, milyonlarca yıldan beri hızında sürtünmeden dolayı bir eksilme kaydedilmeksizin Güneş' inçevresinde dönüyor...

Uzay,Eterle mi Dolu?

Doğayı yalnızca  el yordamıyla, akıl yürütmelerle kavramamız olanaklı değil. Artık ilkçağ filozoflarından ileri çağlarda yaşıyoruz. Bir kuramın değeri üzerine en son sözü deneyler söyler. Öyleyse söz sırasını deneye verelim. Dünya, bizim düş trenimizin yerine geçebilir. Gerçi şöyle diyeceksiniz: Trenin hareketi düzgün ve doğrusal bir harekettir. Oysa Dünya' nın Güneş etrafındaki hareketi ise, yönü her an değişen dairesel diyebileceğimiz bir harekettir. Buna karşın   ışığın laboratuvar aletlerini katettiği saniyenin oldukça küçük bir bölümü sırasında Dünya' nın düzgün ve doğrusal bir harekette bulunduğunu kabul edebiliriz. Bundan doğan hata öylesine önemsizdir ki ölçülmesi bile olanaksızdır.

Dünya' mız saniyede 30 km hızla Güneş etrafında hareket ediyor. Bu hız,  hatırı sayılır bir hızdır ve bize  iyi bir laboratuvar görevi görüyor ( Dünya' nın kendi ekseni etrafındaki dönüşü saniyede 500 metredir  ve biz bunu önemsemiyoruz).

1887' de Michelson çok ustalıklı bir deney düzenledi. Elde edilen sonuç o kadar açıktı ki, önceden tahminh erilenden çok daha küçük bir fark bile ölçülebilecekti.

Michelson, hareket halinde olan Dünya üzerinde ışığın bütün yönlerde aynı hızda yayıldığını gösterdi. Bu deney, hareketin göreliliği ilkesinin sadece olağan cisimlerin hareketlire için değil, fakat ışığın yayılması olayları için de doğru olduğunu gösteriyor. Yukarıda gördüğümüz gibi hareketin göreliliği ilkesini hızlanrın göreliliği ilkesine iundirgeyebiliriz. Bir hızın değeri, birbirine göre yer değiştiren iki laboratuvara göre farklı olmalıdır. Oysa ışığın hızı (300. 000 km/ s) daima bütün laboratuvarlar için aynıdır. Yani ışık hızı göreli değildir. Işık hızı mutlak bir hızdır.

İlginçti; ışık boşlukta bile yayılabiliyordu. Ama boşluk neydi?Aristo “doğa boşluğu sevmez” dememiş miydi?Bunun üzerine eski yılların esir kavramına geri dönüldü. Esir, uzayı dolduran peltemsi bir şey gibi düşünülüyordu. Esir, kımıldamaz bir uzaydı. Peki esir denen şey gerçekten var mıydı? Işık, esir denen peltemsi ortamda yayılıyorsa, Dünya' nın hareketi çevresinde esir dalgası oluşturacak bu da ışığın hızının değişik doğrultularda farklı hızlarda ilerlemesine yolaçacaktı. Tıpkı bir nehirdeki akıntı yönünde yüzen bir yüzücü ile akıntıya karşı yüzen bir yüzücünün hızlarının farklı olduğu gibi.Öyleyse hareketsiz bir ışık kaynağına hızla yaklaşan bir gözlemci ile aynı ışın kaynağından sabit hızla uzaklaşanh diğer bir gözlemci, kaynaktan çıkan elektromanyetik dalgaların yayılma hızlarını farklı olarak ölçmelidirler(Doppler etkisi). Bunu anlamak üzere Amerakalı iki fizikçi  A.A. Michelson(1852-1931)ve E. W. Morley( 1838-1923), 1887' de bir deney düzenlediler. Newton' un işaret ettiği gibi, durgun sudaki geminin hareketini, geminin içinde yapılan mekanik deneylerle anlamak mümkün değildi. Eskiden denizciler bir geminin hızını belirlemek için  halata bağlanmış bir kütüğü denize atar; kütüğe bağlı halat üzerindeki düğümlerin açılışına bakarmış. Michelson -Morley Deneyi  de böyle bir ilkeye dayalıydı. Onların kütüğü ışık demetiydi.  Işık çok yüksek bir hızla ilerler. Işığın esirden ortamdaki hız farkını ortaya çıkarabilmek için hiç olmazsa yüksek hızda hareket eden bir deney sistemi gereklidir. Doğa, bize böyle bir sistem sunmuştur: Dünya. Dünya' mız Güneş çevresindeki yılılk turu sırasında saniyede yaklaşık 32 000 kilometre yol alır. Bu hız, ışığın hızının onda biri kadardı. Varsayım doğruysa, Dünya' nın hareketi yönündeki ışık hızı ile başka yönlerdeki ışık hızı farklı olacaktı. Çünkü Dünya' nın hareketi yönündeki esir 'sıkışık', karşıt yöndeki ise 'seyrek' tir. Öyleyse akıl yürütmeyi sürdürelim. Esir akıntısı yönündeki ışığın hızı saniyede 32 km fazla, akıntıya kaşı gönderilen ışığın hızı ise saniyede 32 km az ölçülmelidir.   Aynı ortamda (aynı hızla) yayılan iki ışık demeti, farklı uzunlukta yol katedip yeniden birleştiklerinde ayrı fazlarda olacaklarından  girişim düzeni fotoğraf plağında bir dizi karanlık ve aydınlık bant şeklinde ortaya çıkar. Michelson ve Morley, bir ayna düzeniyle ışığın bir kısmını Dünya' nın dönüşü yönünde, diğer kısmını da buna dik doğrultuda gönderdiler. Kaynaklarından eşit uzaklıktaki iki aynadan yansıtılan ışınların kaynaklarla aynı konumda bulunan gözlemcilere ulaşmasını sağladılar.Eğer eter denen ortam varsa Dünya' nın hareketinden kaynaklanan eter sürüklenmesi vardır. Buna göre Dünya' nın hareketi yönünde gönderilen ışığın gidip geldiği süreyle, Dünya' nın hareketine dik yönde gönderilen ışığın gidip geldiği süre farklı olacaktır . Bu fark,  esirin sürüklenme hızı ve aynı zamanda Dünya' nın esir içindeki dönme hızı için bir ölçü sayılacaktı. Deney, özenle ve yeterli duyarlılıkta planlanmıştı. Bir çok kere yinelendi ama hep aynı sonuç alındı: Faz farkını ortaya çıkaran bir girişim görülmedi. Yani ışık hızı ile yön arasında bir bağlantı saptanamadı. Yönleri ne olursa olsun ışık ışınlarının hızları değişmiyordu. Dünya' nın esir içindeki hızı, görünürdeki hızı sıfıra eşitti. Bu deney başkalarınca da yinelendi ama sonuç değişmedi.

           Poincare'nin Atamadığı AdımPoincare'nin Atamadığı Adım

Einstein' in yeni evren anlayışına giriş, James Clerk Maxwell' in  ' esir'  kuramının yıkılmasıyla başlar. Maxwell şöyle diyordu 1865' te: " Işık ve ısı ile ilgili olaylara göre, tüm uzayı dolduran ve cisimlerin içinden geçen esir gibi bir ortamın varlığına inanmamız için akla uygun sebepler vardır. Bu esir, harekete geçirilebir ve hareketi bir kısımdan diğerine aktarılabilir, bu hareketi bir maddeye intikal ettirerek onu ısıtabilir, ona çeşitli yollardan etki edebilir."  Maxwell, 1879 yılında öldüğü zaman, bir çok fizikçi, şu esir   denen ortamın varlığını bulmak için çırpınıyordu. Sonuç, içinde sözümona tüm maddelerin hareket ettiği, ışığın yayılma ortamı diye ortaya atılan 'esir denizi' kuramının 'ölüm' kararı oldu. Einstein' in deyişiyle : " Böylece bilim tarihindeki en dramatik durumlardan biriyle karşılaşılmıştır. Esirle ilgili bütün varsayımlar hiçbir sonuca varmamıştır."  Ama bu ünlü deney,  olumsuz sonuçların bazen olumlu sonuçlar kadar değer taşıdığını gösterdi.   Aslında sorun yeni başlıyordu.  Öyle ya esir olmadığına göre acaba ışığın dalga modeli mi yanlıştı? Işık bir dalga değil miydi yoksa ?  Işık, titreşim yapacağı ortam olmadan da yayılabiliyor muydu? Uzay, ışık dalgalarını iletme gibi bir özelliğe mi sahipti?

Newtonsal uzay-zaman kavramı ile Maxwell kuramı çelişiyordu. Çözümün Maxwell kuramını değiştirmekle değil, aksine Newton mekaniğindeki mutlak zaman kavramını terketmekle bulunacağını ilk farkeden aslında H. Poincare oldu. Zamanın büyük Fransız matematikçisi  Poincare, mutlak zaman ve mutlak uzay (mekan) kavramları üzerinde, daha 19. yüzyıl sona ermeden şüpheye düşmüştü. Onun çarpıcı bir düşsel deneyi vardı: eğer bir gece herkes uykudayken evrenin boyutları birden bire bin kat artsaydı, bizim için yine tümüyle aynı evren olurdu.

Neler olduğunu nasıl bilebilirdik? Boyutlardaki bu farklılaşmayı nasıl ölçebilirdik?Elbette ki ölçemezdik. Bu yüzden uzay kavramı, neye göre ölçüldüğüne bağlıdır. Klasik fizik, bir dönüm noktasına yaklaşıyordu ve Poincare de bunun farkındaydı. “Belki de ışık hızının geçilemez bir limit olarak kabul edileceği yeni bir mekanik düzen kurabiliriz” diyordu. Poincare, bilim dünyasını kaosa itebilecek bu adımı atmaya cesaret edemedi. Ama Einstein bunu yaptı:

Işığın boşluktaki hızının, ışık kaynağının veya gözlemcinin hareketli olup olmamasından etkilenmediğini ve sabit olduğunu ileri sürdü. Aynı zamanda, mutlak hareket diye bir şeyin olduğunı da ileri sürüyordu. Bu, mutlak harektsizlik de yoktur anlamına geliyordu. Bir tek ışık hızı, neye göre ölçülürse ölçülsün hep aynı idi. Ama başka her şeyin hızı, neye göre ölçüldüğüne bağlıydı.

Esir Kuramını Kurtarma Çabaları

Michelson-Morley Deneyi, esir kuramına indirilmiş önemli bir darbeydi. Ama 1893 yılında Dublin' deki Trinity Kollejinde görevli Fitzgerald , yeni bir öneriyle esir kuramını kurtarmayı denedi. Bundan ayrı olarak bir başka görüşü de Leiden Üniversitesinden H.A. Lorentz ortaya attı. Fitzgerald ve Lorentz' e göre, esir içinde hareket eden cisim hareket yönünde kısalıyordu. Bu kısalmanın miktarı, cismin hızının ışık hızına yakınlığına bağlıydı. "Lorentz- Fitzgerald kısalması" denen bu değişme, basit bir matematik formülle açıklanmıştı. Buna göre, Dünya' nın Güneş çevresindeki hareketi Michelson-Morley  aletinde 200 milyonda bir oranında kısalmaya neden oluyordu. Ne kadar küçük olursa olsun bu değişme, deneyin neden başarısız olduğunu açıklamaya yeterdi. Aletteki kısalma, aletin gerçek fiziksel büzülmesi, esirden geçerken yavaşlayan ışık demetinin hızındaki herhangi bir azalmayı örtecek düzeydeydi. Lorentz ve Fitzgerald, o an için doğru sonuç veren bir matematiksel hipotez ortaya attılar; ama bunun başarılı bir açıklamasını yapamadılar. Yine de katı maddenin hareketten dolayı kısalması  herkesin dikkatini çekti.Hareket nasıl olur da bir cismin kısalmasına neden olabilirdi?

 1905  DEVRİMİ

Einstein,1905 yılında henüz 26 yaşındaydı. Birden ve harika  bir sona ulaştı...1905' te Einstein Almanya’nın  ünlü fizik dergisi 'Annalen der Physik    ' te   art arda yayımladığı üç çalışması olağanüstü bir yankı uyandırdı; bu yazılar, insanoğlunun evrene bakışını kökten değiştirdi.

Einstein "atomun varlığı"nı Yeniden Kanıtlıyor: Polenlerin Sıvı İçindeki Dansı

Bilindiği gibi John Dalton,19. yüzyılın başında kimyadaki kütlenin korunumu, sabit kütle oranları ve katlı oranlar yasasını temel alarak "atomun varlığını" göstermişti. Ama önyargıların kırılması yüz yılları alıyor çok kere. Yirminci yüzyılın  başında  bile katı pozitifisit Erns Mach gibi filozof fizikçiler, Ostwald gibi kimyacılar ve bir çok fizikçi " atomun varlığını " kabul etmiyordu.

Einstein, 1905' te Durağan Bir Sıvı İçindeki Asılı Parçacıkların Moleküler Kinetik Kuram Çerçevesindeki Hareketleri Üzerine  başlıklı bir makale yayınladı. Bu makale, Brown hareketleri üzerineydi. Gazların ve sıvıların (bu ikisine  akışkanlar denir) kinetik kuramını ele alıyordu. Daha 1827' de İskoçyalı botanikçi Robert Brown, su içinde asılı haldeki çiçek tozlarının hareketini mikroskopla izledi. Sıvı durgundu ama çiçek tozları sürekli ve rasgele olarak hareketini sürdürüyordu..1827 yılında İskoçyalı botanikçi Robert Brown , bir sıvı içindeki polen tozlarının bir yerder den bir yere, sabit uyarıcı altındaymış gibi düzensiz olarak hareket ettiğini saptamıştı. Bu incelemeyi mikroskopla yaptığında, polen taneciklerinin sürekli ve gelişigüzel zig-zaglar çizerek herakat ettiklerini fark etti. Polen tozcukları canlı gibiydiler. Ama organik polen yerine inorganik bir toz koyduğunda, aynı şeyin gözlendiğini gördü. Brown, bilimsel olarak olanaksız görünen bu hareket karşısında hayrete düştü.   1879' da İngiliz kimyacı Sir William Ramsay, çiçek tozlarının hareket etmesinin asıl kaynağının sıvı moleküllerenin hareketi olduğunu ileri sürdü. Einstein' in ilgilendiği konu da işte bu moleküler hareket konusuydu. Einstein, istatistiksel yöntemi kullanarak her parçacığın katedeceği uzaklığın, bu aradaki zamanın kere köküyle ters orantılı olduğunu belirledi. Buradan yola çıkarak, birim hacimdeki sıvı molekülleri sayısının hesaplanabileceğini gösterdi. Einstein ' nin yazısı, atomların,  moleküllerin varlığını ve hareketini açıklıyordu

Einstein, Brown hareketi denen bu fizik yasalarına meydan okuyuşa eğildi ve sonuçta orjinal bir çözüme ulaştı. Kinetik kurama göre, sıvıyı oluşturan ve gözle ya da mikroskopla göremediğimiz moleküller hareket halindeydi ve sıcaklık arttıkça moleküllerin hareketi de artıyordu. 1905 yılında Albert Einstein, bu düzensiz hareketlerin nedenlerini termodinamik prensipleri kullanarak açıklayan bir kuram geliştirdi. Bugün bu hareketler, Brown hareketleri olarak adlandırılmaktadır. Einstein bu olayı, çiçek tozlarına(polenlere), sıvı içinde düzensiz hareket eden "görülmeyen" moleküllerin çarpmaları sonucunda sürekli düzensiz hareketler yaptıkları şeklinde açıklamıştır. Bu önemli deney ve Einstein' in görüşü, bilim adamlarına, moleküllerin hareketlerinin keşfi hakkında çok önemli bilgiler vermiştir. Böylece bilim adamları, maddenin atomik bileşenleri kavramıyla tanışmışlardır.   Einstein, polen tanelerinin Brown tarafından gözlenen hareketinin taneler çarpan moleküllerin varlığı nedeniyle olduğunu açıkladı. Çok küçük olan polen tanecikleri, tıpkı bir basketbol topuna tenis toplarının çarpışı gibi, kendilerine çarpan atomlar tarafından zıplatılıp salladırılırlar. Fransız fizikçi ve kimyacı  

Bir sıvı ya da gazdaki her molekül, sürekli hareket halindedir. Raslantı sonucu diyelim ki bir moleküle tüm yönlerden çarpan molekül sayısı aynı olursa molekül hareket edemez. Ama bir yönde çarpan molekül sayısı fazla olursa çarpılan bir yönde hareket eder. Einstein işte bu etkiyi tanımlamak çin bir formül ortaya attı. Bu formüle göre, görünen parçacıkların herhangi bir yöndeki ortalama hareketi, hareketin gözlendiği sürenin karekökü kadar artıyordu. Eğer parçacıkların bu süre içinde aldıkları yol ölçülürse, belli miktardaki sıvı veya gazın içindeki görünmeyen moleküllerin sayısı da hesaplanabilirdi. Einstein, bu yolla bir gram hidrojen gazının içinde 3.03x 10 üzeri 23 molekül( 0.5 mol) olduğunu hesapladı

Bu kuram,James Clerk Maxwell ( 1831-1879), Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzman  ( 1844-1906)  ve Amerikalı J. Willard Gibbs tarafından geliştirilen istatistiksel mekanik üzerineydi. İstatistiksel mekaniğe göre, hava gibi bir gaz, uçan tenis toplarıyla dolu bir oda gibi hızlı rasgele hareketlerle zıplayarak birbirinden ayrılan çok sayıda molekül veya atomlardan oluşmuktadır. Tenis topları duvarlara, birbirlerine ve odada bulunan şeylere çarpar. Bu model bir gazın özelliklerini taklit eder Fakat bir gaz aslında, hepsi ortalıkta uçuşan, görülemeyecek kadar küçük atomlar ve moleküllerden yapılmış olduğunu belirten atomik önerme doğrudan  bir teste tabi tutulamaz görünmektedir.

Atomlar çok küçük olduğu ve çok fazla sayıda oldukları için atomik önermeyi değerlendirmek zordur. Örneğin son nefesinizde, Julius Ceasar’ın “Sen de mi Brutus?” derken ölmek üzere aldığı son nefesinin en az bir atomunu içinize çekmiş olduğunuz kesindir. Bu bilimsel olarak önemsizdir.Fakat insan nefesinin yaklaşık bir milyon milyar milyar (10 üzeri 24) atom taşıdığı gerçektir. Yeryüzünün tüm atmosferi ile karışsalar da bunlardan birini içinize çekme şansımız yüksektir.

Kütle ve Enerji İlişkisi

Çeşitli cisimlere bir hız kazandırmak isteyelim. Bunun için gereken iş aynı olsa bile gereken zaman farklı olur. Uzayda biri kurşundan, diğeri tahtadan yapılma aynı geometrik şekil ve büyüklükte iki cisim düşünelim. Her cisme diyelim ki, saatte 10 km' lik bir hız vermek için   eşit bir iş yapalım. Bu sonucu elde etmek için hangi cisme daha uzun süre iş yapmalıyız? Elbette kurşundan olana. Böylece deriz ki, kurşunun kütlesi, tahtanın kütlesinden büyüktür. Bu durumda hız zamanla artmaktadır. Uygulanan kuvvet(iş) sabit olduğundan, kütle, durgun halinden verilen hıza erişmek için gerekli zamanla bu istenen hız arasındaki oranla ifade edilir.

Bu, hız artışının sabit kuvvetin uygulanma süresiyle doğru oranltılı olduğunu öneren hipotezin bir sonucu oluyor. Oysa bu hipotez hızların bileşimi (toplanabilirliği) ilkesine dayanıyor. Ama bu ilkenin evrensel bir değeri olmadığını gördük. Anımsayalım: Üzerini ik saniye süreyle bir kuvvet uyguladığımız cismin hızı nasıl değişir? Cismin birinci saniye sonundaki hızı, ikinci saniye sırasındaki hız artışına eklenir, hızların toplanabilrliği ilkesine göre. Ama bu yöntem, ancak ışık hızına göre çok düşük olan hızlar için geçerlidir. Hız arttıkça, hele ışık hızına yaklaştıkça bu ilke bütün anlamını yitirir. Hızları görelilik kuramına göre topladığımızda sonuç, eski bileşim ilkesine göre yapılan hesapla bulduğumuz sonuçtan daima daha düşüktür. Bundan dolayı, çok büyük hızlar sözkonusu olduğunda, artık hız, kuvvetin uygulanma süresiyle doğru orantılı olmuyor ve artış yavaşlıyor. Bunu sınır bir hızın varlığını gözönünde tuttuğumuzda anlamak güç değildir.

Bir cismin hızı, ışığınkine yaklaştıkça, etkiyen aynı bir kuvvet için ivme gittikçe azalır ve hız hiçbir zaman sınır hızı aşamaz.

Hızın, kuvvetin uygulanma süresiyle orantılı olaraka arttığı varsayıldığı sürece kütlenin hızdan bağımsız olduğu söylenebilirdi. Fakat cismin hızı, ışık hızına yaklaştıkça zaman ve hız arasındaki oran bozulur; kütle hıza bağımlı olmaya başlar. İvme sınırsız olarak sürebildiği halde, hız sınır değerini aşamadığı için ktütlehızla birlikte artar ve cismin hızı ışık hızına yaklaştığı zaman sonsuz derece büyük bir değere ulaşır. Hesaplar, hareket halindeki bir cismin kütlesinin uzunluğundaki kısalmayla orantılı olarak arttığını gösteriyor: Saniyede 240. 000 km hızla giden Einstein Treni' nin kütlesi, durgun kutlesinden 10/ 6 kez daha büyüktür.

Doğal olarak,ışık hızından çok küçük hızlar söz konusu olduğunda,hızın cisimlerin boyutları üzerine olan etkisini ya da gözlemcilerin hızlarına bağlı olarak iki olayı birbirlerinden ayıran süredeki değişmeyi hesaba katmamızı mümkün kılan aynı nedenden dolayı bu olayı da önemsemeyebiliriz.

Kütlenin hıza olan göreli bağımlılığı deney deneylerle,örneğin hızlı elektronların hızlarını incelediğimizde doğruluğunu göstermektedir.

Var olan deneysel koşullarda ışık kadar hızlı elektronlar elde etmek hiç de olağanüstü bir şey değildir. Özel akselatörlerde elektronlara ışık hızından sadece saniyede 30.000 km küçük hızlar verilebilmektedir.

Dolaysıyla,modern fizik çok hızlı bir elektronun kütlesini dinlenme halindeki bir elektronun kütlesiyle karşılaştırabilecek olanaklara sahiptir. Denel sonuçlar kütlenin hıza, görelilik kuramının formüllerinin gösterdiği biçimde bağlı olarak değiştiğini doğrulamaktadır.

(L.Landau- Y. Roumer.İzafiyet Teorisi Nedir?, Çeviren:S. Gemici  Say Yayınları,Istanbul 1996

Yıldızlardan Gelen Bir İpucu: Atom Çekirdeğinin Parçalanması

Evet enerjinin kütleye,kütlenin enerjiye dönüşümünün olduğu açıktı. Fakat, bilim admlarının pratik amaçlar için kütlenin enerjiye nasıl çevrileceğine dair hâlâ fikirleri yoktu. Ayrıca Güneş dahil, yıldızların geniş ölçüde enerji üretimi, sis odalarında gözlenenlere benzer nükleer dönüşümlerden  ileri geldiği gittikçe anlaşılmaktaydı.

1938 yılında Cornell Üniversitesi fizik profesörlerinden Hans Bethe, nükleer transformasyonlarla ilgili bir kuramı geliştirdi. Bethe’e göre, Güneş'te rastlanan gayet yüksek sıcaklık ve büyük kütlesinin oluşturduğu muazzam basınç,füzyon denilen bir olaya sebep olmaktaydı. Füzyon tepkimesinde 4 tane proton birleşerek helyum çekirdeği oluşturur. Bu çekirdeğin kütlesi 4 proton kütlesinden biraz daha azdır. Kaybolan kütle, Güneş enerjisi haline gelir.

Ertesi yıl iki Alman kimyacısı Otto Hahn ve Fritz Starassmann, insanoğluna atom enerjisinin kilidini açmanın yolunu   gösteren bir keşifte bulundular. Daha ağır elemanlar elde edebilmek ümidyle uranyum parçasını nötronlarla bombardıman ederken (bu, o zamanlar atom araştırmalarında çok tutmuş bir eğlenceydi) oluşan karışımın gerçekten çok hafif bir madde olan baryumu içerdiğini hayretle gördüler.

Bu bilmeceyi, o sıralarda Nazilerden kaçarak İsveç’e sığınmış olan iki Alman, Lise Meitner ve Otto Frisch    çözdü. Onlar, uranyum çekirdeğinin, kütleleri toplamı uranyumunkinden daha az olan elemanlara ayrıldığını bulmuşlardı. Uranyumun kaybolan kütlesi,  enerjiye çevrilmiş oluyordu.

Bilim adamları bu keşfin önemini hemen kavradılar;ama bu keşfi pratik amaçlar için uygulamaya hazır değillerdi. O zamana kadar, bu olayı, laboratuvarlarda tekrar etmek için biricik yol tepkimede açığa çıkandan daha fazla enerjiyi kullanmaktı. Tepkimenin kendi kendine devam etmesine olanak sağlayacak bir yöntemin bulunması gerekiyordu. Fakat zar bir kere atılmıştı. 1945 yılında, Amerikan hükümetinin savaştan esinlenen gayretleri, bir araya getirilmiş en büyük bilimsel zeka topluluğunu bu işe sevkederek bilmeceyi çözmüş bulunuyordu.