Henry Moseley: Çanakkale Savaşı'nda Genç Yaşta Ölen Fizik Dehası!

Henry Gwyn Jeffreys Moseley veya kısaca Henry Moseley, genç yaşta savaşırken öldüğü için çalışmaları yarım kalan, üstün yetenekli bir fizikçidir. 1913 yılında, kendi kurduğu bir düzeneği kullanarak, elementlerin özelliklerini belirleyen ana unsurun proton sayısı olduğunu göstermiştir. Bu keşfi, "atom numarası" denen temel özelliğin, o zamana kadar düşünüldüğü gibi bir elementin sadece periyodik cetveldeki yerinden çok daha fazlası olduğunu göstermiş ve adeta periyodik cetvele ilk defa anlam kazandırmıştır.^[1] Bu sayede Moseley, hem fizik hem de kimya alanında dönüşüm yaratmıştır.

1914'te Oxford Üniversitesi'nde fizik bölümü başkanlığı yapması önerilen Moseley, aynı yıl 1. Dünya Savaşı başladığında İngiliz Ordusu'na gönüllü olarak katılmıştır. 1915'te, sadece 27 yaşındayken Gelibolu'da ölmüştür. Savaş dolayısıyla 1916 yılında verilecek olan Nobel Ödülleri iptal edilmiştir; ancak eğer Henry Moseley hayatta olsaydı ve eğer savaş şartları ödülleri iptal etmeseydi, bu ödüllerden birini alma ihtimalinin çok yüksek olduğu düşünülmektedir.

Henry Moseley'nin Çocukluğu ve Gençliği

23 Kasım 1887'de İngiltere'nin Dorset şehrinde, seçkin bir bilim ailesinin çocuğu olarak dünyaya geldi. Babası anatomi ve fizyoloji profesörüydü, annesi ise kariyer değişikliği yaparak biyolog olmuştu. Babası, aynı zamanda, Charles Darwin'in himayesinde Oxford Üniversitesi'nde zooloji bölümünü kurmuştu. Baba tarafından büyükbabası Henry Moseley, Londra'daki King's College'de doğa felsefesi profesörüydü. Anne tarafından büyükbabası John Gwyn Jeffreys ise, yumuşakçalar konusunda uzmandı.

Museum of the History of Science

Henry Moseley'nin ailesi de Henry'nin zeki bir çocuk olduğunu küçük yaşlarda fark etmişlerdi. Henry, çocukken ailesiyle birlikte babasının profesör olarak atandığı Oxford'a taşındılar ve bu sayede Henry, özel okullarda eğitim gördü. 13 yaşındayken İngiltere'nin en prestijli liselerinden biri olan Eton Koleji'ne burs kazandı. Fen bilimleri ve matematik derslerindeki başarısı hemen dikkat çekmişti, ama Henry'nin en büyük tutkusu kızkardeşi ile kuş yumurtaları toplamaktı. Henry'nin kuş yumurtası arayışları ve doğa tarihine olan tutkusu, ailesi tarafından da teşvik edilmişti. Annesi günlüklerinde Henry'nin bu özelliklerinden bahsetmektedir.

Museum of the History of Science

Moseley, burada deney yapmaya da ilgi duymaya başlamıştı. Okulun yıllık bilim fuarında, su yüzeyinde patlayan bir fosfin gazı balonunun nasıl bir ışık parlaması yaydığını göstermişti. Henry'nin Eton Koleji'ndeki akademik performansı da düzenli olarak ödüllendiriliyordu. Hatta 1904'te, Charles Darwin'in İnsanın Türeyişi adlı eserini ödül olarak almıştı. Henry, 18 yaşındayken Eton Koleji'nin fizik ve kimya ödüllerini de kazandı.

Üniversite ve Sonrası

Eton Koleji'ni bitirdikten sonra, 1906'da Oxford Üniversitesi Trinity Koleji'ne kabul edildi ve dört yıl doğa bilimlerini okudu. Daha sonra Millard Bilim bursunu kazandı ve fizik alanında uzmanlaşmaya karar verdi. Fizik alanına gönül veren Moseley, kürek takımına da katılmıştı. Thames Nehri'nde kürek çekmeyi seviyordu ve ayrıca kolejin münazara kulübüne de katılmıştı. Eğitmenlerinden biri onun için şöyle diyor:

Çok değişken ve düzensiz biri, ama çok sıkı çalışıyor.

Museum of the History of Science

Oxford'daki eğitimini tamamladıktan sonra, fizikçi Ernest Rutherford'un yanında çalışmak üzere Manchester'a gitti. Rutherford ve araştırma ekibinin Manchester Üniversitesi'ndeki çalışmaları Oxford ile karşılaştırıldığında, fizik konusunda daha ileri noktadaydı. Dolayısıyla Moseley'in Manchester'daki çalışmaları da Oxford'da olduğu kadar ilgi görmüştü. Problemleri çözme isteği ve kapasitesi oldukça yüksekti. 1914'te profesörlük için başvurduğunda, daha sadece 27 yaşındaydı.

Science History Institute

Manchester'a gelişinden kısa bir süre sonra Moseley, Charles Galton Darwin (Manchester'da öğretim görevlisi ve aynı zamanda Charles Darwin'in torunu) ile elementlerin X-ışını spektrumları üzerinde çalışmaya başladı ve birçok elementin davranışlarını gözlemledi. Bunu yaparken, dalga boyu ve atom numarası arasında sistematik bir ilişki keşfetti. 1914'te Moseley, atom numarasının atom çekirdeğindeki pozitif yüklerin sayısı olduğu sonucuna vardığı bir makale yayımladı.^[2] Periyodik cetvele anlam kazandıran bu keşfe, bugün Moseley Yasası denmektedir. Moseley, ayrıca çalışmaları sırasında bir dizi eksik elementi ve bunların periyodik tablodaki yerlerini tahmin etti. X-ışını kristalografisi yöntemi, kimyagerleri birkaç yıldır şaşkına çeviren sorunları çözebilmişti.

Moseley Yasası Nedir?

Moseley Yasası, bir atomun yaydığı karakteristik X ışınlarının frekansı (veya dalgaboyu) ile o elementin atom sayısının orantılı olduğunu söyleyen deneysel bir yasadır. Bu keşif, atom bilgisini ilerletmede bir kilometre taşı olmuştur.

Deneysel Olarak Moseley Yasası

Moseley Yasası, şu şekilde gösterilmektedir:

$\nu =A\cdot (Z-b{)}^2$

Burada $\nu$, gözlemlenen X-ışını emisyon çizgilerinin frekansı; $A$ ve $b$, X-ışını spektrografisi notasyonunda $K$ ve $L$ gibi harflerle gösterilen "çizgi tipi"; $Z$ ise atom numarasıdır. Moseley, yasayı empirik (deneysel) olarak ortaya koyduğu için, aşağıdaki deneysel parametreler kullanılmalıdır:

• $K_{\alpha }$ çizgileri $A=(\frac{1}{1^2}-\frac{1}{2^2})\cdot c{R}_{\inf }$ olarak verilir - ki $c{R}_{\inf }$ sayısı Rydberg frekansı olarak bilinir ve $3.289\times 10^{15}Hz$ sayısına eşittir. Bu çizgiler için $b=1$ alınır.
• $L_{\alpha }$ çizgileri içinse $A=(\frac{1}{2^2}-\frac{1}{3^2})\cdot c{R}_{\inf }$ ve $b=7.4$ alınır.

Moseley Yasası'nın Teorik Türetimi

Sonradan geliştirilen Borh atom modeli çerçevesinde bu empirik model teorik olarak da türetilebilmiştir. Buna göre:

$E=h\nu =E_i-E_f=\frac{m_e{q}_e^2{q}_Z^2}{8h^2{\epsilon }_0^2}(\frac{1}{n_f^2}-\frac{1}{n_i^2})$

Bu denklemde:

• ${\epsilon }_0$, boş uzayın elektrik geçirgenliği,
• $m_e$, elektron kütlesi,
• $q_e$, elektron yükü,
• $q_Z$, çekirdeğin efektif yükü (veya $q_e(Z-b)$ olarak da ifade edilebilir),
• $n_f$, nihai enerji seviyesinin kuantum sayısı,
• $n_i$, ilk enerji seviyesinin kuantum sayısıdır.

Bu denklemde $n_f<n_i$ varsayılmaktadır. Buna göre Bohr'un denklemi, Moseley'in $K_{\alpha }$ X-ışını geçişlerini şöyle öngörmektedir:

$\frac{m_e{q}_e^2{q}_Z^2}{8h^2{\epsilon }_0^2}(\frac{1}{n_f^2}-\frac{1}{n_i^2})(Z-1{)}^2=(\frac{3}{4})(Z-1{)}^2\times 13.6eV$

Frekansı elde etmek için iki tarafı $h$'ye bölersek:

$\nu =\frac{E}{h}$

$\nu =(2.47\cdot 10^{15}Hz)(Z-1{)}^2$

Bu denklemi kullanarak, X-ışını frekansı ile atom numarasını öngörmek (ve tam tersi) mümkün olmaktadır.

Zarif Bir İfade

Moseley Yasası'nı daha zarif bir şekilde ifade etmek gerekirse:

$\sqrt{\nu }\propto Z$

Bir diğer deyişle Moseley Yasası, yayılan ışınların frekansının karekökünün, o elementin atom sayısı ile doğru orantılı olduğunu söyler.

Moseley, X-ışınlarının frekanslarının o elementin karakteristiği olduğunu ve üzerindeki yükü tanımlamak için kullanılabileceğini gösteren bir dizi deney gerçekleştirdi. Bu, Rus kimyacı Dmitri Mendeleev tarafından geliştirilen de dahil olmak üzere daha önceki periyodik tablo düzenlemelerinin yeniden gözden geçirilmesine yol açtı.

Moseley'nin Deneyi

Moseley, deneylerinde, çekirdekteki pozitif yükün, atomun temel yapısı hakkında atom kütlesinden daha fazla bilgi verdiğini doğrulamıştı. Moseley, elektromanyetik spektrumun X-ışını bölgesindeki ağır elementler tarafından yayılan spektral çizgileri inceledi. Her elementin farklı ve karakteristik bir dalga boyunda X-ışını yaydığını buldu. Dalga boyu ve frekans, çekirdeğin yüküne göre düzenli bir şekilde değişiyordu. Bu yükü, "atom numarası" olarak adlandırdı.

Slide to Doc

Moseley, 1913'te yaptığı ilk deneylerinde, çinkoya kadar olan elementleri inceledi ve K serisi X-ışınları adını verdiği ışınları kullandı. Ertesi yıl, bu çalışmayı L serisi kullanarak genişletti. Moseley, araştırmasını sürdürürken bu arada Danimarkalı fizikçi Niels Bohr da atomun kuantum kabuk modelini geliştiriyordu. İki bilim insanı çalışmalarını birbirleri ile paylaşıyorlardı; Moseley, denklemindeki K serisi X-ışınlarını tanımlamak için Bohr'un teorisindeki N = 1 kabuğunu ve L'yi tanımlamak için N = 2 kabuğundan yararlandı.

Chemteam

Moseley, X-ışını frekansının kare kökünün atom numarasıyla yaklaşık olarak orantılı olduğunu keşfetti. Orantılılık sabiti, X-ışınının K veya L serisinde olmasına bağlıydı. Bu, Bohr'un Lyman ve Balmer serisi spektral çizgilere uyguladığı formülünde kullandığı ilişkinin aynısıdır. X-ışını frekanslarındaki farklılıkların düzenliliği, Moseley'nin elementleri alüminyumdan altına atom numarasına göre sıralamasını sağladı. Moseley, elementler arasında birden fazla tam sayı bulduğu birkaç yerde, yeni bir elementlerin keşfedilmesi gerektiğini doğru bir şekilde tahmin etti.

Scitechantiques

Rutherford, 1914'te, Moseley'nin keşfini şöyle tanımlıyor:

Moseley, bu kuralın (elementten elemente değişen atom numaraları) bir dizi daha hafif element için de geçerli olduğuna dair çok değerli kanıtlar sağladı. Atom ağırlığı kalsiyum (40) ve çinko (65,4) arasında değişen on iki elementin yaydığı karakteristik X ışınlarının dalga boyunun incelenmesiyle, dalga boyunun değişiminin, çekirdek üzerindeki yükün elementten elemente tam olarak bir birim arttığını varsayarak basitçe açıklanabileceğini gösterdi. Bu, elementlerin atom ağırlıklarına göre periyodik sınıflandırmasında anormal bir nispi konum işgal ettikleri uzun zamandır bilinmesine rağmen kobalt ve nikel için de geçerlidir.

1. Dünya Savaşı ve Moseley'nin Savaşa Katılma Kararı

1914 baharında Moseley, araştırmasını paylaşmak üzere British Association for the Advancement of Science'ın o yıl Avustralya'da düzenlediği yıllık toplantısında davet edildi. Savaş patlak verdiği için Moseley, geziyi kısa kesti ve Mors kodu ve iletişimden sorumlu sinyal subayı olarak gönüllü olduğu İngiltere'ye geri döndü. Aldershot kasabasındaki bir askeri üste eğitimden sonra, birliğiyle birlikte 13 Haziran 1915'te Gelibolu'ya sevk edildi. Haftalarca kayalıklarda kamp kuran ve dizanteri nöbetlerinden mustarip kalan Moseley'nin birliğine, talihsiz saldırı emrini verilmişti.

Museum of the History of Science

Winston Churchill, Türkiye'yi işgal ederek savaşı müttefiklerin lehine çevirmek istiyordu. Müttefik generaller, Ege Denizi'ne uzanan bir yarımada olan Gelibolu'nun Türkiye'de bir dayanak oluşturacağına inanıyorlardı. Ancak Müttefikler, karşılaşacakları direnişi ve coğrafyayı hafife almışlardı. Görev için gönderilen birlik, tehlikeli ve kayalarla dolu gece yürüyüşüne hazırlıksız İngilizlerden oluşan bir birlikti. Askerler asla hedeflerine ulaşamadı. Ölenler arasında gelecek vaat eden genç bir fizikçi de vardı: Henry Moseley.

Sonuç

Moseley öldüğünde sadece 27 yaşındaydı. Periyodik cetvelin yeniden düzenlemesine katkıda bulunmuş ve dört yıldan daha kısa sürede yeni bir tür X-ışını spektroskopisi icat etmişti. Yaşasaydı, çok daha fazla keşiflerde bulunabilirdi. Dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları onun ölüm haberi ile şok olmuşlardı: Moseley'inki gibi parlak bir zihnin cephede ne işi olabilirdi ki! Moseley'in ölümünden sonra Rutherford tepkisini şu sözlerle ifade ediyor:

Bu genç adamın savaşta kaybedilmesi, bilimsel bir yeteneğin kötüye kullanılmasının çarpıcı bir örneğidir.

Bilimkurgu yazarı ve biyokimya profesörü Isaac Asimov da şu sözleri ile destekliyor:

Hala başarmış olabileceği şeyleri göz önünde bulundurarak; ölümü, savaşın genel olarak insanlığa en pahalıya mal olan ölüm olabilirdi.

Çalışma arkadaşı Charles Galton Darwin, 1916'da Harry'nin ölüm ilanında şu sözleri söylemiş:

Moseley, istisnasız ve abartısız en zeki adamdı ve şimdiye kadar tanıştığım en çalışkan insandı. Düzenli öğünler yemezdi ve gecenin büyük bir bölümünde çalışmaya devam ederdi. Gerçekten de Moseley'nin uzmanlık alanlarından biri, Manchester'da sabahın 3'ünde nerede yemek yiyebileceğinizi bilmekti.

Rutherford ve diğer İngiliz bilim insanları, Moseley kaybı üzerine İngiliz hükümetine politikalarını gözden geçirmesi için dilekçe verdiler ve istekleri yerine getirildi. Bir daha böyle umut verici bir bilim insanı savaşa gönderilmedi. Eğer hayatta kalsaydı, Moseley'nin 1916 yılındaki fizik veya kimya Nobel Ödülü için aday olacağı düşünülmektedir (Nobel Ödülü, hayatını kaybetmiş kişilere verilmemektedir). Ne var ki savaş dolayısıyla o sene ödüller de verilememiştir.