J. Robert Oppenheimer

16 Temmuz 1945 sabahı saat 05.29’da, New Mexico’nun “Jornada del Muerto” (Ölü Adam’ın Yolu) adlı çölünde, 30 metrelik bir çelik kulenin tepesinde bir plütonyum küresi patladı. Birkaç saniyeliğine çöl, güneşten daha parlak bir ışıkla aydınlandı. Yaklaşık on kilometre uzaktaki gözlem bunkerinde, ince ve uzun boylu bir adam, J. Robert Oppenheimer, yaklaşık üç yıldır yürüttüğü işin sonuç verdiğini görüyordu. Yıllar sonra bu anı Hindu kutsal kitabı Bhagavad Gita’dan bir dizeyle hatırladı: “Şimdi ölüm oldum, dünyaların yok edicisi.”

Parlak ama huzursuz bir öğrenci

Julius Robert Oppenheimer 22 Nisan 1904’te New York’ta, varlıklı bir Alman-Yahudi göçmen ailesinde doğdu. Çocukken mineraller topluyor, Latince ve Yunanca öğreniyordu; Harvard’da kimya okudu ve üç yılda, en yüksek dereceyle mezun oldu. Sonra Cambridge’deki Cavendish Laboratuvarı’na geçti. Ama deneysel işlerde beceriksizdi ve hayatının bu döneminde yoğun bir bunalım yaşadı. Anlatılana göre bir keresinde laboratuvar hocasının masasına zehirli bir elma bırakmıştı; olayın ne kadarının gerçek olduğu bilinmiyor, ama dönemin ruh hâli hakkında fikir veriyor.

Çözümü kuramsal fizikte buldu. 1926’da Göttingen’e, Max Born’un yanına gitti; 1927’de, 23 yaşında doktorasını aldı. Aynı yıl, Born’la birlikte, molekül fiziğinin temel yaklaşımlarından birini yayımladı: Born–Oppenheimer yaklaşımı.

Fizik köşesi: çekirdekler ağır, elektronlar çevik

Bir molekülde hem çekirdekler hem de elektronlar hareket eder; ikisinin birleşik Schrödinger denklemini çözmek imkânsız denecek kadar zordur. Born ve Oppenheimer şunu fark etti: bir protonun kütlesi bir elektronunkinin yaklaşık 1836 katıdır, bu yüzden elektronlar çekirdeklere göre çok hızlı hareket eder. Çekirdekleri sabit varsayıp elektron problemini çözebiliriz ve toplam dalga işlevi yaklaşık olarak şöyle yazılır:

$$\Psi(\mathbf r,\mathbf R)\approx\psi_{\mathrm{el}}(\mathbf r;\mathbf R)\,\chi(\mathbf R)$$

Burada \(\mathbf r\) elektron, \(\mathbf R\) çekirdek koordinatlarıdır; \(\psi_{\mathrm{el}}\) çekirdek konumları verilmişken elektronların dalga işlevi, \(\chi\) ise çekirdeklerin hareketini tanımlar. Kütle oranının karekökü, \(\sqrt{m_e/M}\approx 1/43\) (hidrojen için), yaklaşımın ne kadar iyi çalıştığını söyler. Bugün hesaplamalı kimyanın, moleküllerin titreşim tayflarının ve kristallerde fonon fiziğinin temeli hep bu fikirdir.

Kara delikler henüz adlarını almadan

Oppenheimer, 1929’da Berkeley’de ve Caltech’te çalışmaya başladı. Kısa sürede, ABD’deki en önemli kuramsal fizik okullarından birini kurdu. Parlak öğrencileri ve onunla çalışan genç bilim insanları vardı; özellikle hızlı düşünen ve sert eleştiren bir hocaydı, ama öğrencilerine bilgi aşılarken de bir şiir okur gibi anlatırdı. 1930’larda kozmik ışınlar ve parçacık fiziği alanlarında çalıştı.

Ama belki de en kalıcı katkıları astrofizikte geldi. 1939’da öğrencisi George Volkoff’la, bir nötron yıldızının alabileceği en büyük kütleyi hesapladı (Tolman–Oppenheimer–Volkoff sınırı). Onların hesabında sınır yaklaşık 0,7 güneş kütlesi çıktı; çünkü nötron etkileşimlerini ihmal etmişlerdi. Bugünkü değer, kullanılan hâl denklemine bağlı olarak yaklaşık 2–3 güneş kütlesi dolayındadır. Aynı yıl Hartland Snyder’la birlikte, yeterince ağır bir yıldızın kendi ağırlığı altında sonsuza dek çökebileceğini gösterdi; bu, kara deliklerin kuramsal doğuşuydu. Bu sonuç o dönemde büyük ilgi görmedi; kara delik fikrinin yaygın kabulü on yıllar sonra geldi.

Los Alamos: bir sırrın içinde şehir

1942’de ABD Ordusu’ndan General Leslie Groves, Manhattan Projesi’nin silah tasarımı bölümünü yönetecek birini aradı. Birçok kişi şaşırdı: Oppenheimer’ın yöneticilik tecrübesi yoktu, bir Nobel’i yoktu ve siyasi geçmişi şüpheliydi, çünkü eşi Kitty, kardeşi ve eski sevgilisi Jean Tatlock’un komünist partiyle bağlantıları vardı. Groves ise onda, bilimsel zekânın yanında, insanları bir araya getirme yeteneği görmüştü.

Oppenheimer, New Mexico’daki bir erkek çocuk okulunun arazisini seçti ve 1943’te Los Alamos laboratuvarı kuruldu. Önce yüzlerce, zamanla binlerce bilim insanı ve teknisyen bu gizli yerleşkede çalıştı: Fermi, Feynman, Bethe, Teller, von Neumann. Oppenheimer her bölümün çalışmalarını yakından bilir, tartışmaları yönlendirir, birbirleriyle çatışan egoları dengelerdi. Onun bu işteki başarısını, birçok tanık, laboratuvarı bir araya tutan şeyin kişisel karizması olarak anlatır.

Trinity denemesindeki patlamanın şiddetini, Britanyalı fizikçi G. I. Taylor, sonradan yayımlanan fotoğraflardan kabaca tahmin edebildi. Bir şok dalgasının yarıçapı \(R\), zaman \(t\), enerji \(E\) ve hava yoğunluğu \(\rho\) arasında boyut analiziyle şu bağıntı çıkar: \(R\sim (E t^2/\rho)^{1/5}\), yani \(E\sim \rho R^5/t^2\). Yaklaşık 25 milisaniyede ateş topunun yarıçapı kabaca 135 metre okunur; \(\rho\approx1{,}2\) kg/m³ ile \(E\approx 9\times10^{13}\) J, yani yirmi kiloton TNT mertebesi çıkar. Gerçek verim yaklaşık 21 kiloton idi.

Bedeli konuşmak

Ağustos 1945’te Hiroşima ve Nagazaki’ye atılan bombalardan sonra Oppenheimer’ın tutumu değişti. Başkan Truman’a elinde “kan lekesi” bulunduğunu söylediği aktarılır. Savaş sonrası, Atom Enerjisi Komisyonu’nun Genel Danışma Kurulu başkanı olarak, hidrojen bombasının acele geliştirilmesine karşı çıktı; bunun hem teknik hem ahlaki nedenleri vardı. Bu tutumu, güçlü rakipler kazanmasına yol açtı.

1954’te, McCarthy döneminin korku havasında, ona güvenlik izni verilmesi bir kurulda görüşüldü. Haftalarca süren duruşmalarda eski komünist bağlantıları, eski arkadaşlarıyla ilişkileri ve hidrojen bombasına karşı olması sorgulandı. Sonuçta güvenlik iznini kaybetti; bilimsel kariyerinin zirvesindeki bir adam, hükümetle ilişkisini yitirdi. Princeton’daki İleri Araştırmalar Enstitüsü’ndeki müdürlüğüne (1947–1966) devam etti ama devlet için çalışması bitmişti.

1963’te Başkan Lyndon Johnson, ona Enrico Fermi Ödülü’nü verdi; bu bir tür onarım jestiydi. 18 Şubat 1967’de, boğaz kanseri nedeniyle 62 yaşında öldü. Aralık 2022’de ABD Enerji Bakanı Jennifer Granholm, 1954’teki kararın “hatalı bir süreç sonucu” verildiğini belirterek bunu geçersiz saydı.

Geriye kalan soru

Oppenheimer’ı anlamak zordur, çünkü hem bir bilim insanı hem de bir bilimin sonucudur. Bugün hâlâ tartışılıyor: Bomba gerekli miydi? Bilim insanlarının sorumluluğu nerede başlar? Kendisi bu sorulara cevap vermedi, ama sorunun peşini bırakmadı. Doğrusu bir fizikçinin bu kadar farklı alanlara (molekül kuramı, kara delik, nötron yıldızı, silah laboratuvarı) dokunması ve her birinde iz bırakması, yirminci yüzyıl fiziğinin hem ihtişamını hem de ağırlığını gösteriyor.

Kaynaklar: M. Born ve R. Oppenheimer, “Zur Quantentheorie der Moleküle”, Annalen der Physik 389, 457 (1927); J. R. Oppenheimer ve G. M. Volkoff, “On Massive Neutron Cores”, Physical Review 55, 374 (1939); J. R. Oppenheimer ve H. Snyder, “On Continued Gravitational Contraction”, Physical Review 56, 455 (1939); G. I. Taylor, “The Formation of a Blast Wave by a Very Intense Explosion”, Proc. R. Soc. A 201, 159 (1950); Los Alamos Ulusal Laboratuvarı arşivleri; ABD Enerji Bakanlığı açıklaması (16 Aralık 2022).