Kategoriler
Bilim & İnsan

Chandrasekhara Venkata Raman | Moleküler fizikçi ve ışık teorisyeni

Hintli fizikçi Chandrasekhara Venkata Raman ışığın gaz, sıvı ya da katılardaki moleküller tarafından saçılmasının ışığın dalga boyunda değişime sebep olduğunu keşfetti – Raman saçılması diye bilinen etki. Bu saçılmadan ortaya çıkan ve Raman spektrumu denilen spektrum, maddelerin moleküler yapısının tanımlanmasında ve analizinde kullanılır. Bu keşfi için Raman şövalye unvanı almış ve 1930'da Nobel ödülü alarak Nobel kazanan ilk Asyalı olmuştur.

Chandrasekhara Venkata Raman kimdir?

Raman güney Hindistan eyaleti Tamil Nadu'daki Tiruchirappalli'ye yakın Thiruvanaikaval köyünde doğdu. Babası Chandrasekhara İyer fizik ve matematik profesörüydü. Raman lisansüstü eğitimi için Madras'daki Presidency College'a gitti. Burada yayımlanan ilk araştırmasını yazdı, optik konusundaki "Simetrik Olmayan Kırınım" adlı makalesi Philosophical Magazine'de (Felsefi Dergi) yer aldı. Sömürge zamanlarında Hindistan'da İngiliz üniversitelerinden mezun olmadan bilimsel araştırma kariyeri sürdürmek mümkün değildi.

Fazlasıyla talep gören Hint Hükümeti Mali Denetim ve Muhasebe sınavlarına giren Raman sınavı birincilikle geçti. 1907'de yardımcı genel muhasebeci olarak atandı ve 10 sene Kalküta'da muhasebecilik yaptı. Kalküta'ya gelişinden kısa bir süre sonra Mahendralal Sircar için kurulan Indian Association for the Cultivation of Science'a rastladı. Cemiyetin olanakları sınırlı olmasına rağmen Raman boş zamanlarında burada çalışmaya başladı. İlk belirgin çalışması daha önce Hermann von Helmholtz tarafından verilen temel titreşim modlarının tanımını daha karmaşık modlara genişletmek oldu.

Raman'ın cemiyetteki çalışmaları Kalküta Üniversitesi'nin kurucusu Sir Asutosh Mukherji'nin dikkatini çekti ve kendisine fizik dalında yeni açılan Palit profesörlüğünü önerdi. Raman, kazançlı memuriyetten vazgeçmesi anlamına gelen ve maaşında ciddi kayıp yaşayacağı bu teklifi 1917'de kabul etti.

Raman yurtdışına ilk seyahatini 1921 yılında İngiltere'ye, Britanya İmparatorluğu'ndaki üniversitelerden temsilcilerin katıldığı bilim konferansına giderek gerçekleştirdi. Hindistan'a deniz yoluyla dönerken Akdeniz'in yoğun mavi rengi dikkatini çekti. Fizikçi Lord Rayleigh bu olayı, atmosferdeki güneş ışığının elastik şekilde saçılması (Rayleigh saçılması) sonucu gökyüzündeki mavi rengin denize yansıması olarak açıkladı. Ama deniz yüzeyinin ışığı polarize eden bir cihaz olan Nicol prizması ile 53 derece açıdan (Brewster açısı) gözlemlenmesi ve güneş ışığının saf dışı bırakılması bu açıklamanın yetersiz olduğunu gösterdi.

Raman, Kalküta'da yaptığı deneylerden sonra tıpkı gökyüzünün mavi renginin hava moleküllerinin aldıkları ışığı saçmasına bağlı olması gibi suyun mavi renginin de su moleküllerinin saçtığı ışıktan geldiği sonucuna vardı. Bu sonuç 1922'de Raman'ın Molecular Diffraction of Light (Işığın Moleküler Kırılımı) adlı küçük hacimli kitabında yer aldı, nihayetinde yoğun deney sürecine ve ismini taşıyacak etkiyi keşfetmesine yol açtı.

Saçılan ışığa ışık tutmak

Toronto arkı, suyla soğutulan cıva ark lambası.
Toronto arkı içinde suyla soğutulan cıva ark lambası, Raman spektroskopisi için ışık kaynağı sağlar. Raman saçılmasının keşfi kuantum teorisinin ilk kanıtlanmalarından birine yol açtı: Enerjinin kesintisiz değerleri yoktur. Öyle ki, Kuanta denen bölünemez birimlerin katları olarak yayılır ya da soğurlar.

Raman saçılması ilk kez Raman'ın laboratuvarında 1923 civarında fark edildi ve C.V. Raman'ın 1928'de kurduğu Indian Journal of Physics süreli yayınında yayımlandı. Uyarıcı ışık tanecikleriyle aynı frekansa sahip birincil Rayleigh saçılma bileşenlerine ek olarak, Raman değişir frekansı (yani enerji düzeyi) olan daha zayıf bir ikincil bileşenin olduğunu da gördü.

Başlangıçta Raman saçılmasının floresana bağlı olduğu düşünüldü ama Raman, K.S. Krishnan ile beraber yürüttüğü deneylerde saçılan ışığın yüksek derecede polarize olduğunu göstererek bu ihtimali eledi. Raman, 1928 başlarında gözlemlediği ikinci ışımanın, 1923 yılında Arthur Compton tarafından keşfedilen ve maddeden geçen X-ışınlarının saçıldığı ve daha uzun dalga boyu oluşturduğu X-ışımasının optik analoğu olduğunu fark etti.

Compton etkisinde X-ışını ışıması, maddedeki elektronlarla elastik çarpışmaya giren kuantize olmuş parçacıklar (foton) gibi davranır. Bu etki, enerji ve momentumları frekanslarıyla orantılı bu tür kuantların mevcudiyetinin belirleyici kanıtıydı. Raman saçılmasında, görülebilir ışık, moleküllerle elastik olmayan bir çarpışmaya giren kuantize olmuş parçacıklar gibi davranır. Işık kuantının moleküle enerji vermesi ya da molekülden enerji soğurmasına bağlı olarak, Raman saçılması etkileşime girdiği ışımadan ya daha düşük ya da daha yüksek frekansa sahiptir. Bu etkinin teorisi Werner Heisenberg ve Hendrik Kramers tarafından 1925 yılında saçılımın kuantum teorisi üzerine yapılan çalışmalarda öngörülmüştü. Raman etkisi böylece ışığın kuantize olmuş doğasının güçlü kanıtını sağlamış oldu.

Raman etkisinin başlıca önemi, moleküler yapıları ve enerji seviyelerini incelemeyi sağlayan güçlü bir teknik sağlıyor olmasıydı. Raman spektrumunda, etkileşime giren ışıma ve ikincil ışıma arasındaki frekanstaki kayma, başlangıç ve son moleküler enerji seviyeleri arasındaki farkla doğrudan ilişkilidir ve bu nedenle Raman saçılması, belli molekülleri ve kimyasal bağları tespit etmek için kullanılabilir. İlk elde edilen bilgi çoğunlukla moleküllerin rotasyon ve titreşim seviyelerini içerir. Bunlar daha önce sadece kızıl-ötesi spektrumdan sağlanabiliyordu ve elde etmesi zordu. Raman spektroskopisi bu tür bilgiyi daha uygun koşullarda, daha ulaşılabilir kıldı.

Chandrasekhara Venkata Raman'ın diğer başarıları

Chandrasekhara Venkata Raman 1930'da Nobel Ödülü alan diğer bilim insanlarıyla birlikte. Raman bilim alanında Nobel ödülü alan ilk Hintli bilim insanıdır.
Chandrasekhara Venkata Raman 1930'da Nobel Ödülü alan diğer bilim insanlarıyla birlikte. Raman bilim alanında Nobel ödülü alan ilk Hintli bilim insanıdır.

1960'larda lazerin keşfiyle Raman spektroskopisi daha da gelişti ve kesinleşti. Bu da tekniğin, maddenin mikroskobik incelemelerinde ve ölçümlerinde kullanılmasını sağladı. Bugün tıpta cerrahi müdahaleler esnasında anestezik gazın gerçek zamanlı izlenmesinden tarihi yapıtların korunmasına, kanun güçleri ve güvenlik hizmetleri tarafından uyuşturucu ve patlayıcı tespitinde ve adli kanıt takibinde kullanımına kadar pek çok farklı alanda pek çok değişik işleve hizmet etmektedir.

Raman 1933'te ilk Hintli yönetici olarak Bangalore'daki Hindistan Bilim Enstitüsü'ne katılmak için Kalküta'dan ayrıldı. Hem Kalküta hem de Bangalore'da sonradan önemli mevkilere gelen çok sayıda öğrenci yetiştirdi. Dört yıl sonra enstitütünün yöneticiliğinden ayrılsa da 1948'deki emekliliğine kadar fizik profesörlüğüne devam etti. Bu tarihten sonra Raman Araştırma Enstitüsü'nü kurdu, burada minerallerin optiği ve görmenin fizyolojisi üzerine çalıştı. Bu dönemdeki en dikkate değer katkısı Raman-Nath ultrasonik dalgalar tarafından ışığın kırınımı teorisidir.

Raman 1940'larda Max Born ile Born-Van Karman'ın kafes titreşimleri teorisi üzerinde çalıştı. Bu teori Raman spektrumu için kısmi süreklilik öngörüyordu, Raman ise elmasın spektrumunda belirgin ayrıksı özellikler bulmuştu. Bu anlaşmazlığın çözümü 1953'te başkaları tarafından sağlandı: Gözlenen ayrıksı özellikler, kısmi süreklilikteki normal modların bazılarında mevcut olan tekilliklere atfedildi.

Chandrasekhara Venkata Raman tam bir doğaseverdi, ister denizin ister minerallerin rengi olsun doğanın güzelliği onu büyüledi. Sesten haz ederdi, bu onu müzik aletleri üzerine ve de fısıltıların her yerden duyulduğu iyi akustiğin olduğu kubbe altı mekanlarda çalışmaya yönlendirdi. Fiziği araştırarak yaptığı bilimle doğal güzelliği kutladı.

Chandrasekhara Venkata Raman sözleri

  • "Doğru soruları sorun ve doğa sırlarının kapıları açacaktır. Başarısızlığımın efendisiyim … Eğer asla başarısız olmazsam nasıl öğreneceğim."
  • "Her zaman hayatınıza kimin gireceğini seçemezsiniz ama onlardan ders çıkarabilirsiniz. Başarı, önünüzde yatan göreve cesurca bağlılık ile gelir."
  • "Temel bilimin öğretimsel, endüstriyel, hükümet veya askeri baskılarla yönlendirilemeyeceğine inanıyorum."
  • "Bilim tarihinde, bazı doğal fenomenlerin araştırılmasının yeni bir bilgi dalının geliştirilmesine başlangıç noktası olduğunu sık sık görürüz."

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.