Atomla Uğraşan Bilim Adamları
Bugün kullandığımız anlamda atom kavramını ilk kez ortaya atan düşünürler Leukippos ve Demokritos’dur. Bu düşünürler doğada mevcut her maddenin, fiziksel olarak bölünmeyen atomlardan oluştuğunu ifade etmişler, ayrıca atomlar arasında boş uzay bulunduğunu ve devinim halinde olduklarını belirtmişlerdir.Aristotales’in (M.Ö. 384-322) maddeye bakışı, kendinden önce yaşamış olan filozoflara olan tepkisini ifade eder. O, Empedocles’in düşüncesine katılmış ve her şeyin dört ana maddeden yapıldığını savunmuştur.
Bu dönemi izleyen çağlarda bu düşüncelere bir ilave yapılmadı, ilk kez 19. yüzyılda John Dalton modern atom kavramını ortaya attı. Dalton, kimyasal reaksiyonlarda maddenin tam sayılarla belirlenen oranlarda tepkimeye girdiğini gösterdi ve maddelerin atom denen sayılabilir ama bölünemez parçalardan yapıldığını ifade etti. Buna ek olarak , atomların ağırlıklarını ortaya koyan bir çizelge hazırladı.
J.J. Thomson 1897 yılında elektronu keşfetti. 1900′lü yılların başlarında Ernest Rutherford günümüz atom modelinin temelini teşkil eden yapıyı ortaya koydu: atomun, kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan bir çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan oluşmaktadır. Rutherford çekirdeği oluşturan pozitif yüklü parçacığa proton adını verdi.
1932 yılında Chadwick nötronu buldu. Daha sonra kuantum teorisi doğrultusunda Niels Bohr, Bohr atom modelini ortaya attı ve elektronların belli yörüngelerde bulunabildiğini ve bunun Planck sabiti ile ilgili olduğunu ifade etti.NİELS BOHR’un modeli ise modern atom teorisine en yakın modeldir.Bohr’a göre elektronlar çekirdeğin çevresinde rastgele yerlerde değil,çekirdekten belirli uzaklıklarda bulunan katmanlarda döner.Bohr da tasarladığı bu modelle Nobel ödülüne layık görüldü.
(Enrico Fermi )
Enrico Fermi 29 eylül 1901'de Roma'da doğdu. Babası polis şefi Alberto Fermidir. Ilk olarak dilbilgisi okuluna kaydoldu.Onun ilk matematik ve fiziğe olan yeteneğini keşfeden ve destekleyen babasının arkadaşlarından A. Amidei olmuştur. 1918' de Pisa Üniversitesinin bursunu kazandı. Pisa Universite'sinde 4 yıl kaldıktan sonra 1922' de professör Puccianti'den doktorasını aldı.Bir yıl sonra 1923'de Italyan hükümetinden burs kazandı .Ve ***tingen 'de professör Max Born' la birkaç ay birlikte çalıştı. Rockefeller bursuyla 1924'de Leyden'e P. Ehrenfest'le birlikte çalışmaya gitti. Aynı yıl Florence üniversite' sinde matematiksel fizik dersleri vermek için Italya'ya gitti.
1926'da Fermi günümüzde Fermi istatistiği olarak bilinen Pauli parçaçıklarının istatistiğini keşfetti.Bose-Einstein istatistiğine göre hareket eden bosonların tersine, bu parcacıklar fermion olarak bilinir. 1927'de Fermi, Roma üniversite'sinde teorik fizik profesörü oldu.Bu görevini 1938' de Mussolini' nin faşist diktatörlüğünden kaçıp Amerika'ya göç edinceye kadar sürdürdü(Nobel ödülünü aldıktan hemen sonra).
Roma'daki ilk yıllarında kendini elektromanyetik problemlerin çözümüne ve bazı spectroskopik olayların teorik olarak açıklamasına verdi.Fakat asıl ilerlemesini çalışmalarını elektron ve atom çekirdeği üzerine yaptığı zaman gerçekleştirdi.1934'de Beta bozumu Teorisini geliştirerek Pauli'nin radyasyon Teorisi ile birleştirdi. Curie ve joliot' un yapay radyasyonu keşfinden sonra notron bombardımanına tutulan aşağı yukarı her elementin nükleer dönüşüme tabi olduğunu keşfetti. Bu araştırma, yavaş notronların ve Nükleer Fission'un keşfine, ayrıca o zamana kadar periyodik tabloda bilinen elementlerden farklı elementlerin bulunmasına yol açtı.
1938'de Fermi tartışmasız notronlar konusunda en iyiydi. Bu çalışmalarına Amerika'da da devam etti.Amerika'ya varışından hemen sonra Columbia Universite' sine fizik profesörü olarak atandı.Hahn ve Strassmann'nin 1939'un başlarında fission'u keşfinden sonra ikincil notronların yayılma ve zincirleme reaksiyon olasılığını hesapladı.Bu çalışmalarına büyük bir istekle devam etti ve birçok deneyden sonra kontrol altındaki ilk zincirleme reaksiyonu gerçekleştirdi. Bundan sonra atom bombası yapımındaki sorunların aşılmasında önemli rol oynadı, Manhattan Projesi liderlerinden biriydi.
1944'de Fermi Amerikan vatandaşı oldu. II. dünya savaşından sonra 1954' de ölümüne kadar sürecek olan nükleer çalışmaları için Chicago Universite 'sinden profesörlük teklifini kabul etti. Burada yoğunluğunu yüksek enerji fiziğine verdi ve pion-nucleon etkileşimi çalışmalarına öncülük etti. Yaşamının son yıllarında Fermi kozmik ışınların kaynağını araştırmakla geçirdi.Sonunda kozmik ışınların çok büyük enerji kaynakları olduğunu gösteren bir teori geliştirdi.
Fermi'nin teorik ve deneysel fiziği konu alan bir çok yayımı vardır. Bunlardan bazıları ,elektronik gazların istatistiğinin hesabı ve Paul'i parçacıklarından oluşan gazları konu alan "Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico", Rend. Accad. Naz. Lincei, 1935, Atomun istatistiksel modelini(Thomas-Fermi atom modeli) ve atomik özelliklerin hesaplanmasında yeni bir yaklaşımı(semiquantitative method) inceleyen Quantentheorie und Chemie, , Leipzig, 1928, "Uber die magnetischen Momente der AtomKerne", Z. Phys., 1930, "Tentativo di una teoria dei raggi ß", Ricerca Scientifica, 1933 sayılabilir.
Ona Nobel ödülü yavaş notronların yarattığı radyasyon ve nükleer enerji alanındaki çalışmalarından dolayı verildi. Profesör Fermi Laura Capon ile 1928'de evlendi.Giulio adında bir oğlu Nella adında bir kızı vardır. Boş zamanlarında yürümeyi,tırmanmayı ve kış sporlarını severdi. 29 kasım 1954'de Chicago'da öldü.
(Albert Einstein)
Atomla İlgili Araştırma Yapan Bilim Adamları (Albert Einstein)Albert Einstein Almanya 'nın Ulm kasabasında 14 mart 1879' da doğdu. Altı hafta sonra ailesi Münih'e yerleşti ve Luitpold'da okula başladı.Albert daha sonra Italya'ya gitti ,eğitimine Isviçre Aarau'da devam etti. 1896 da Zürih Federal Politeknik okuluna fizik ve matematik öğretmeni olmak için girdi. 1901 de diplomasını aldı ve Isviçre vatandaşı oldu.
Öğretmen olarak iş bulamadığı için Isviçre Patent Ofisinde teknik asistan olarak göreve başladı 1905 de doktorasını aldı. Patent ofisinde çalıştığı sürede önemli çalışmalar yaptı.1908'de Privatdozent(Bern)'e atandı. 1909' da Zürih'te profesör oldu. 1911'de teorik fizik profesörü olarak Prag'a gitti.Bir yıl sonra aynı görevle Zürih'e geri döndü.Berlin Universitesinin Kaise Wilhelm fizik enstütüsünde 1914'de yönetici olarak görev yaptı.Aynı yıl Alman vatandaşı oldu. 1933'de politik nedenlerden Alman vatandaşlığından çıktı. Amerika Princeton Universite 'sinde teorik fizik profesörü oluncaya kadar Berlin'de yaşadı. 1940'da Amerikan vatandaşı oldu.1945 yılında Princeton'daki görevinden emekli oldu.
II. dünya savaşından sonra Einstein dünya siyasetinde önemli bir kişilik olarak ortaya çıktı. Israil'den başkanlık teklifi aldı ve redetti. Sonra Dr Chaim Weizmann'la Jarusalem'de Hebrew Universite 'sinin kurulmasına yardımcı oldu.
Einstein bilimsel çalışmalarının daha başında Newton mekaniğinin yetersizliğini anladı . Onun özel görecelik kuramı mekaniğin kuralları ile elektromanyetiğin kurallarını bağdaştırmaya çalışmasından doğmuştur. Statik mekaniğin klasik problemlerine, quantum mekaniği ile açıklamalar getirmeye çalıştı.Bu yaklaşım moleküllerin Brownian hareketine açıklık getirdi.Düşük radyasyonlu ışığın ısısal özelliklerini inceledi.Ve onun bu gözlemleri photon teorisini yarattı.
Berlin'deki ilk günlerinde özel görecelik teorisinin doğru olarak izah edilebilmesi için yerçekimi teorisinide kapsaması gerektiğini fark etti. 1916'da ilk defa genel görecelik kuramını yayınladı.Bu sırada radyasyon teorisi ve statik mekanik ile de ilgileniyordu.
1920'lerde Einstein, quantum teorisinin olasılık teorisi ile açıklanması üzerinde çalışırken asıl yoğunluğunu birleşik alanlar teorisi üzerine verdi.Tek atomlu gazların quantum mekaniği ile statik mekaniğe katkıda bulundu. Ayrıca atomic geçiş olasılığı ve göreceli evrenbilim alanında değerli çalışmaları oldu.
Emekli olduktan sonra fiziğin belli başlı alanlarını birleştirmeye çalıştı.Onun önemli bazı bilimsel çalışmaları Special Theory of Relativity (1905), Relativity (ingilizce çevrimi, 1920 ve 1950), General Theory of Relativity (1916), Investigations on Theory of Brownian Movement (1926), ve The Evolution of Physics (1938). Bilimsel olmayan çalışmaları, About Zionism (1930), Why War? (1933), My Philosophy (1934), and Out of My Later Years (1950) olarak sayılabilir.
Albert Einstein bir çok Amerikan ve Avrupa üniversitesinden onursal doktora ödülü aldı.1920' lerde Amerika, Avrupa ve uzak doğuda dersler verdi. Dünyanın belli başlı bütün akademilerinin üyelik ve fahri üyeliklerine kabul edildi. Çalışmalarından dolayı birçok ödül aldı. Bunlardan bazıları 1925'de Londra'daki Royal Society' nin Copley Madalyası ve 1935'de Franklin Institute 'deki Franklin Madalya'sıdır.
Einstein'in yetileri onu entellektüel bir yalnızlıkta ikamete zorlamıştır. Müzik dinlemek hayatında önemli rol oynamıştır. Mileva Maritsch ile 1901'de evlendi ve iki oğlu oldu. Bir süre sonra da ayrıldılar, sonra kuzeni Elsa ile evlendi. Elsa 1936'da öldü.
Einstein 1955 'de 18 Nisan da Princeton New Jersey' de öldü.
(Niels Bohr )
Atomla İlgilenen Bilim Adamları (Niels Bohr )1885 -1962) Söylentiye göre, Danimarka halkının övünç duyduğu dört şey vardır: gemi endüstrisi, süt ürünleri, peri masalları yazarı Hans Christian Andersen, fizik bilgini Niels Bohr. Bohr, hem bilgin kişiliği, hem insancıl davranışlarıyla, büyük hayaller peşinde koşan gençlere yetkin bir örnek ve esin kaynağı olan bir öncüydü . O, ne Rutherford gibi dış görünümüyle ürkütücü ne de Einstein gibi "arabaya tek başına koşulan at"tı.
Niels, Kopenhag'da görkemli bir konakta dünyaya geldi. Babası üniversitede fizyoloji profesörüydü. Niels çocukluk yıllarında "hımbıl" görünümüyle hiç de parlak bir gelecek vaadetmiyordu. ileride seçkin bir matematikçi olan kardeşi Harald da pek farklı değildi.
İki kardeşin en çok hoşlandıkları şey anneleriyle tramvaya binip kenti dolaşmaktı. Bir keresinde, boş tramvayda anne can sıkıntısını gidermek için olmalı, çocuklara masal söyler. Anlamsız bakışları, sarkık yanakları ve açık ağızlarıyla duran iki oğlanı uzaktan izleyen bir yolcu, "Zavallı kadın, bu iki şapşala bir şey anlattığını sanıyor!" demekten kendini alamaz. Niels Bohr'un bir çocukluk anısı bu.
Oysa Niels'in okul yılları son derece parlak geçer. Babasının entellektüel ilgi alanı genişti: Biri felsefeci, biri dilci ve biri fizikçi üç arkadaşıyla her Cuma akşamı bir araya gelir, düşün dünyasında olup bitenleri tartışırlardı. İki oğlan da bir köşede oturup uzun süren tartışmaları sessizce izlerlerdi. Özellikle Niels'in spekülatif düşünceye yakın bir ilgisi vardı. Nitekim, üniversitede fiziğin yanısıra ilginç bulduğu felsefe derslerini de kaçırmazdı.
Niels Bohr üniversiteyi üstün başarıyla bitirip; yirmi iki yaşında Danimarka Bilim Akademisi'nin altın madalya ödülünü alır. Delikanlının sonradan unutulan bir başarısı da İskandinav dünyasında tanınmış bir futbolcu olmasıydı. Bohr 1911'de doktora çalışmasını tamamlar tamamlamaz J.J. Thomson'la çalışmak üzere Cambridge-Cavendish Laboratuvarı'na koşar. Ancak genç bilimadamı burada umduğunu bulamaz. Herşeyden önce, İngilizce bilgisi yetersizdi; çevresiyle verimli iletişim kuramıyordu.
Sonradan, daha önce Rutherford'un olağanüstü yeteneğini farketmiş olan Thomson, nedense Danimarkalı gence sıradan biri gözüyle bakıyordu. Tartışmalı bir toplantıda Bohr'un ileri sürdüğü bir çözümü Thomson irdelemeksizin yanlış diye geri çevirir; ama daha sonra aynı düşünceyi kendisi dile getirir. Bu olayı içine sindiremeyen Bohr yeni bir arayış içine girer.
Bu sırada bilim dünyasının parlayan yıldızı Rutherford'dur. Katıldığı bir konferansında Rutherford'un coşkusu ve atılım gücüyle büyülenen Bohr, Cavendish'i bırakır, Manchester'de onun ekibine katılır. Rutherford deneyciydi, Bohr ise kuramsal araştırmaya yönelikti. Ama iki bilimadamı arasında başlayan ilişki ömür boyu süren dostluğa dönüşür. Öyle ki, Bohr biricik oğluna hocanın ilk adı "Ernest"i verir. Oysa, bursunun tükenmesi nedeniyle Manchester'de yalnızca altı ay kalabilmişti.
Bohr'un bilimde ilgi odağı atom çekirdeğine ilişkin deney sonuçları değil, kuramsal bir sorundu: Bir elektrik birimi olan elektronun atom kapsamındaki davranışının bilinen fizik yasalarına ters düşmesinin nedeni ne olabilirdi? Normal olarak, pozitif yüklü çekirdeğin çevresinde dönen negatif yüklü elektronun, devinim sürecinde, elektromanyetik radyasyon salarak enerji yitirmesi ve çekirdeğe gömülmesi; atomun çökmesi gerekirdi.
Max Planck'ın kara-cisim radyasyon katastrofuna benzer bir katastrof! Planck karşılaştığı sorunu E = hf denklemiyle açıklamıştı. Bu sorun da belki kuvantum kavramına başvurularak açıklanabilirdi. Hiç değilse Niels Bohr böyle düşünmekteydi.
Sorun, "spektrum analizi" ya da "spektroskopi" denen konu kapsamındaydı. Bohr "çizgi spektrası"na ilişkin bir formülden nedense habersizdi (Bohr, formülü bir meslekdaşının yardımıyla sonunda öğrenir. Okul ders kitaplarına bile geçen formülün, Bohr'un gözünden kaçmış olması ilginçtir).
Bir aritmetik oyununu andıran işlemi 1885'de Balmer adında İsviçreli bir lise öğretmeni bulmuştu. Buna göre, örneğin, hidrojen spektrumundaki kırmızı çizginin frekansını saptamak için, 3'ün karesi alınır, l bu sayıya bölünür, çıkan bölüm 32.903.640.000.000.000 sayısıyla çarpılır. Yeşil çizginin frekansı için işleme 4, mor çizginin frekansı için 5'le başlanır. Balmer, formülünü ortaya koyduğunda hidrojen spektrumunda yalnızca üç çizgi biliniyordu. Sonra bulunan çizgiler için işleme 6, 7, 8, ... sayılarıyla başlanır.
Bohr 1912'de Kopenhag'a döndüğünde çözüm aradığı problemi birlikte getirmişti. Atomun yapısını açıklamaya çalışan Bohr için Balmer formülü niçin önemliydi? Yanıt basittir: Bohr, Planck sabiti h'yi kullanarak bu formülle enerji kuvantalarından oluşan spektrumu açıklayabileceğini görmüştü.
Başka bir deyişle, formülün sağladığı ipucuyla atomların normalde neden enerji salmadığı, elektronların neden hız kaybedip çekirdeğe gömülmediği açıklık kazanmaktaydı. Bohr'un o zaman bilinen fizikle bağdaşmaz görünen görüşü başlıca dört nokta içeriyordu:
(1) Elektron, olası tüm yörüngelerde değil, yalnız enerjisi Planck sabitiyle bir tam sayının çarpımına orantılı olan yörüngelerde devinir.
(2) Elektron, enerji değişimiyle kuvantum yörüngelerinin birinden öbürüne geçebilir; ancak çekirdeğe en içteki yörüngeden daha fazla yaklaşamaz.
(3) Bir kuvantum yörüngede devinen elektron bir iç yörüngeye düşmedikçe radyasyon salmaz. Bu düşüş belli bir miktarda ışık enerjisi üretmekle kalır. Üretilen enerjinin frekansı iki yörünge arasındaki enerji farkının Planck sabitine bölünmesine eşittir:
(4) Bir elektronun taşıyabileceği enerjiler sınırlıdır ve bu kesintili enerjiler atomun kesintili çizgi spektrumunda yansır.
Atom yapısının anahtarını, salınan ışığın spektrumunda arayan bu görüşün, birtakım gözlemlere açıklık getirmekle birlikte, doğruluğu kuşku konusuydu. Bir kez aynı gözlemler başka hipotezlerle de açıklanabilirdi. Sonra, elektronların Bohr'un öngördüğü biçimde davrandığını gösteren somut kanıtlar da ortada yoktu henüz. Kaldı ki, kuvantum yörüngeleri düşüncesi olgusal dayanaktan yoksundu.
Bohr'un hipotezi öncelikle hidrojen spektrumunu açıklamaya yönelikti. Gerçi olgusal olarak henüz yoklanmamıştı, ama hipotezin Balmer formülünde yer alan sayının anlamını belirginleştirmesi, geçerliği açısından önemli bir avantaj sağlamaktaydı. Ayrıca, Bohr'un değişik kuvantum yörüngelerinin enerjilerini veren formülü, önerdiği atom kuramına istenen belirginliği kazandırır:
(Formülde m elektron kütlesini, e elektrik yükünü, h Planck sabitini göstermektedir. Bu harflerin deneysel olarak saptanan değerleri formülde yerlerine konduğunda, bir saniyedeki titreşimi gösteren sayı, 32.903.640.000.000.000, elde edilmektedir. Barmel'in bulduğu bu sayıya "Rydberg sabiti" de denmektedir).
Bohr oluşturduğu atomun kuvantum kuramını yayımlamadan önce Rutherford'un incelemesine sunmuştu. Rutherford herşeyde basitliği arayan titiz bir kişiydi. Bohr'un yazısı karmaşık, uzun ve gereksiz yinelemelerle doluydu. Rutherford düzeltilmesini gerekli gördüğü noktalara değindikten sonra, "Çalışman gerçekten ilginç; kuramının atoma ilişkin pek çok probleme çözüm getirici nitelikte olduğunu söyleyebilirim", diyerek genç bilimadamını yüreklendirmişti.
Bohr'un kuramı 1913'de ingiltere'de yayımlanır. Ne var ki, bilimadamlarının bir bölümünün tepkisi olumsuzdur: onlara göre, ortaya konan, bir kuram olmaktan çok rakamlarla oluşturulan bir düzenlemeydi. Oysa, başta Einstein olmak üzere kimi bilimadamları, çalışmanın büyük bir buluş olduğunu farketmişlerdi. Kuramın, spektroskopi biliminin atomik temelini kurduğu çok geçmeden anlaşılır. Bir yandan da kuramı doğrulayan deneysel kanıtlar birikmeye başlar.
Kopenhag Teorik Fizik Enstitüsü başkanlığına getirilen Bohr 1922'de Nobel Ödülü'nü alır. Artık kısaca "Bohr Enstitüsü" diye anılmaya başlayan Enstitü'ye dünyanın pek çok ülkesinden genç fizikçilerin akım başlar (Bunlar arasında Heisenberg, Pauli, Gamov, Landau gibi sonradan ün kazanan genç araştırmacılar da vardı). Kısa sürede dünyanın en canlı bilim merkezine dönüşen Enstitü bir grup üstün yetenekli genç için bulunmaz bir eğitim ortamı olmuştu.
Bohr hem bilgin kişiliği, hem insancıl davranışlarıyla büyük hayaller peşinde koşan bu gençlere yetkin bir örnek, esin kaynağı bir öncüydü. O, ne Rutherford gibi dış görünümüyle sarsıcı, ne de Einstein gibi "arabaya tek başına koşulan at"tı.
Bohr çalışma yaşamında sergilediği istenç gücünün yanısıra neşe ve mizahıyla gönülleri fethetmesini biliyordu. Bir keresinde tartıştıkları bir teori üzerindeki sözlerini şöyle bağlamıştı: "Bu teorinin çılgınca bir şey olduğunu biliyoruz. Ama ayrıldığımız nokta, teorinin, doğru olması için yeterince çılgınca olup olmadığıdır."
Danimarka baştacı ettiği bu insanla ne denli övünse yeridir.
(Ernest Rutherford)
Atom İle İlgili Çalışma Yapan Bilim Adamları (Ernest Rutherford)1871 -1937) Yüzyılımızın başında bilimde yer alan büyük devrimsel atılımlar genellikle "Planck" ve "Einstein'ın adlarıyla bilinir. Oysa onların kuramsal atılımlarının yanısıra, sonuçları bakımından son derece önemli deneysel çalışmalar da vardır. Bunların başında, Marie Curie ve Ernest Rutherford'un radyoaktivite üzerindeki çalışmaları gelir.
Rutherford, dış görünümüyle bir bilimadamından çok bir "çiftlik kâhyası" ya da bir "aşiret reisi"ni andırmaktaydı. Esmer, irikıyım yapısı, gür sesi ve pos bıyığıyla yabanıl ve ürkütücü; her yönüyle heybetli bir kişiydi. Laboratuvarında bir şey tersine gitmesin; kükreyen sesi ortalığı sarsar, asistanlar suspus olurlardı. Oysa bu kızgınlık gelip geçiciydi; onun hiç bir yapmacığa kaçmayan anlık sert davranışlarının gerisinde sıcak, sevecen yaradılışı saklıydı.
Ernest, Yeni Zelanda'da küçük bir çiftlikte dünyaya gelmiştir. İskoç göçmeni olan babası, araba tamircisiydi. Ernest, yoksul ve kalabalık bir ailenin içinde büyüdü. Ne var ki, daha küçük yaşta sergilediği olağanüstü öğrenme merakı ona çevredeki en iyi okulların kapısını açtı. Özellikle üniversitedeki parlak başarısıyla dikkatleri çekti ve kazandığı burs, bilim ateşiyle yanan delikanlının yaşamında yeni bir dönemin başlangıcı oldu. 1894'de, Cambridge Üniversitesi ünlü fizik bilgini J.J. Thomson'un yanında çalışmak üzere İngiltere'ye geldi.
Üniversiteye bağlı Cavendish Laboratuvarı'ndaki ilk yılını radyo dalgaları, ikinci yılını yeni keşfedilmiş olan X-ışınları üzerindeki çalışmalarla geçirdi. Sonra, yaşam boyu uğraş konusu olan radyoaktivite üzerindeki araştırmalarına koyuldu. Adı kısa zamanda bilim çevrelerinde duyulan Rutherford'u 1898'de, Kanada'da McGill Üniversitesi, fizik profesörlüğüne çağırdı. Genç bilimadamı beklenmedik bu çağrı karşısında bir ikilem içine düştü: Bir yanda erişilmesi güç, saygın bir unvan, öte yanda araştırma ortamı olarak bulunmaz nimet saydığı Cavendish Laboratuvarı.
Rutherford 27 yaşındaydı. Kısıtlı bursu ile nişanlısını İngiltere 'ye aldırtamaması bir yana; kendi yolculuğu nedeniyle yaptığı borcu bile ödeyemiyordu. Aldığı öneri ona bu olanakları da sağlayacaktı. Rutherford, sonunda ister istemez çağrıyı kabul etti. Karar isabetliydi: McGill'de geçirdiği yaklaşık on yıl içinde hem radyoaktif atomların kendiliğinden değişik nitelikte atomlara dönüştüğünü ispatlayarak Nobel Ödülü'nü kazandı; hem de atomun yapısına ilişkin olarak aranan açıklığı getiren çekirdek buluşunu ortaya koydu.
Birbirini izleyen başarılarına değinen bir meslekdaşı, "Sen gerçekten çok şanslı birisin: hep dalganın tepesinde seyrediyorsun," diye takıldığında, Rutherford'un yanıtı kısa ve çarpıcı olmuştur: "Unutma, o dalgayı ben kendim yarattım." Alçakgönüllülük bir yana, Rutherford çoğu kez insanları küçümserdi. Ona göre, bilim ya fizikti, ya da pul koleksiyonculuğu. Ama Nobel Ödülü'nü fizikten değil, küçümsediği kimyadan almıştı. Hatırlatılınca, elementler gibi kendisinin de transmutasyona uğradığını söyleyerek, işi şakayla geçiştirirdi.
1887'de J.J. Thomson'un elektronu keşfetmesiyle, bilim dünyası yeni bir problemle karşı karşıya kalmıştı. Negatif elektrik yüklü elektronlar, hidrojen atom kütlesinin ikibinde biri kadardı; oysa hidrojen, en basit madde türü olarak biliniyordu. Üstelik Thomson, hangi elemente ait olursa olsun, atomların özdeş parçacıklar saldığı görüşündeydi. Bu da elektronların, sözü geçen parçacıkların bir bölümü olduğu anlamına gelmekteydi. Yanıtlanması gereken soru şuydu: Atomlar eskiden sanıldığı gibi basit, bölünmez birimler değilse, atomun yapısal özelliği ne olabilirdi?
Thomson, atomun, içinde elektron taşıyan pozitif elektrik yüklü top biçiminde bir madde olduğunu ileri sürmüştü. Başka bir deyişle, atom basit değildi; ama katı, yoğun bir madde olmanın ötesinde birşey de değildi.
Rutherford'un radyoaktiviteye ilişkin ilk önemli buluşu, "alfa" ve "beta" dediği iki değişik ışının varlığını belirlemesiydi. Ayrıca, asistanı Soddy ile birlikte bir elementin bir başka elemente dönüşümünde radyoaktivitenin rolünü, deneysel olarak kanıtlamıştı.
1907'de McGill'den Manchester Üniversitesi'ne geçtiği zaman ilk ele aldığı problem atomun yapısıydı. Araştırmasında, beta parçacıklarından sekizbin kat daha yoğun olan alfa parçacıklarının işe yarayacağını düşündü. Hans Geiger ve Ernest Marsden adlı iki asistanını, alfa parçacıklarının ince bir altın yaprağına çarptığı zaman nasıl dağıldıklarını incelemekle görevlendirdi. Alman sonuç beklentiye hiç de uygun değildi. Parçacıkların büyük çoğunlukla altın yapraktan doğrudan geçtiği gözlenmişti. Sanki altın yaprağın yapısında geçişi engelleyen hiç bir atom yoktu! Ama gözden kaçmaması gereken durum, yaprağa çarpan alfa parçacıklarının yaklaşık 20.000'de birinin geri sapmasıydı. Bu ne demekti?
Uzun bir bocalamadan sonra Rutherford bu gözlemin, atomun yapısına ilişkin ipucu verdiğini gördü: Atomun kütlesi neredeyse tümüyle, kapsamında son derece küçük bir yer tutan pozitif elektrik yüklü bir çekirdekte toplanmış olmalıydı. Çekirdeğin çevresinde hızla dönen elektronlar ise pozitif yükü dengeleyen negatif yüklü daha küçük parçacıklardı. Kısacası atom güneş sistemine benzer bir düzen sergilemekteydi. Alam büyük ölçüde boş bir atom gözönüne alındığında, alfa parçacıklarının neden büyük bir çoğunlukla, hiç bir engelle karşılaşmamış gibi altın yapraktan geçtikleri açıklık kazanmaktaydı.
Mikroskopla görülebilen nesnelerden bile küçük olan atomdan daha da küçük olan çekirdek ve elektron gibi parçacıkları hayalde canlandırmak kolay değildir. Rutherford'un modelini çizdiği atomu bir futbol stadyumu büyüklüğünde düşünürsek, çevresinde birkaç sineğin döndüğü çekirdek, bu alanda bir golf topu büyüklüğünde olacaktır.
Rutherford, kuramcı bir bilimadamı değildi: Ona göre, her problemin çözümü deney sonuçlarıyla sınırlı tutulmalıydı. Öyle ki, ortaya koyduğu atom modelinin kuramsal açıklama gerektiren önemli bir sonucuna duyarsız kalmıştı. Üstelik atom modeline ilişkin deneysel kanıtları, yerleşik fizik yasalarıyla da tam bağdaşır değildi.
Örneğin, negatif yüklü elektronlar belirtildiği gibi gerçekten çekirdek çevresinde hızla dönüyorlarsa, bunların da devinen diğer elektrik yükleri gibi, radyasyon oluşturmaları gerekirdi. Bir elektrik yükünün, antende yukarı ve aşağı hareket ettirildiğinde radyasyon üretmesi buna bir örnektir. Çekirdek çevresinde dönen elektron, gerçekten radyasyon çıkarsaydı, çok geçmeden yavaşlayıp çekirdeğe kapanması ve atomun tümüyle çökmesi beklenirdi (Soruna kuramsal açıklamayı ortaya koyan kişi, daha sonra Rutherford'un seçkin öğrencisi olan Niels Bohr'dur).
Rutherford 1908'de Nobel Ödülü'nü , 1914'de "Lord" unvanını aldı. 1919'da Cavendish Laboratuvarı'nın başına geçti. Cavendish onun yönetiminde çok geçmeden dünyanın başta gelen deneysel fizik merkezi oldu. Burada giriştiği ilk çalışmalardan biri, yine alfa parçacıklarını kullanarak bir elementin başka bir elemente yapay dönüşümünü gerçekleştirmek oldu.
Deneyde, alfa parçacıklarının, nitrojen atomları gibi daha hafif atom çekirdeklerine çarptırıldıklarında, geriye sapmaksızın çekirdekle kaynaştıkları ve nitrojen atomunun oksijen atomuna dönüştüğü görülür. Bu süreçte başka bir parçacığın ortaya çıktığını saptayan Rutherford, çekirdeğin temel taşı saydığı pozitif yüklü bir parçaya "proton" adını verdi.
Kütlesi bakımından diğerlerine benzeyen, ama elektrik yükü olmayan üçüncü bir parçacık daha söz konusuydu ("Nötron" denen bu parçacığı Rutherford'un asistanı James Chadwick 1932'de bulur). Bu, bilimsel araştırmaya bol paranın henüz akmadığı bir dönemdi. Cavendish'te bile deneyler, "derme çatma" denebilecek basit araçlarla sürdürülüyordu.
Rutherford'u ziyarete giden tanınmış bilim yazarı Ritchie Calder, gördüklerini şöyle anlatmıştı: "Konuşmamız sürerken bir ara, işlerin nasıl yürüdüğünü görmek ister misiniz?' diyerek kolumdan tuttu, beni laboratuvarın yüksek voltaj bölümüne ***ürdü. Karanlık denilebilecek bir odaya girmiştik; yapay bir şimşek çakıp duruyordu. Sonra parçalanan atomları kaydeden bir sayacın tıkırtı seslerini duyduk. 'Atom parçalayıcı' dedikleri bir makinenin önündeydik; günümüzdeki yüksek voltaj akseleratörleriyle karşılaştırıldığında son derece ilkel kalan bir makine!
Rutherford ve ekibi işte bu araçlarla çalışıyorlardı. 'Paramız olmadığı için kafamızı kullanmak zorundayız,' diyordu Rutherford. O, yalnız araçlarının basitliğiyle değil, bilime yaklaşımındaki basit tutumuyla da övünç duymaktaydı. 'Kendim çok basit olduğum için,' diyordu, 'doğanın da temelde basit olduğuna inanıyorum' ".
Rutherford, bir dizi seçkin fizikçi yetiştirmekle kalmadı, onlara büyük bir esin kaynağı da oldu. Nükleer fizik onun dünyasıydı. Bu alandaki öndeyilerinden pek azı yanlış çıkmıştır. Yanılgılarından biri, çekirdekteki saklı enerjinin sürgit kilitli kalacağı inancıydı. Ölümünden çok değil iki yıl sonra bu enerjinin atom bombasına dönüştürülebileceğine artık kesin gözüyle bakılıyordu. Neyse ki, şansı bir kez daha yüzüne gülmüştü: Hiroşima'daki korkunç patlamayı duymayacaktı.
