Bilimin faydaları sadece maddi olanlar değildir. Bilimin öğrettikleri gerçekler dünya çapında ortak bir ilgi konusudur. Bilimin dili evrenseldir ve dünyanın halklarını birbirine yaklaştırmada güçlü bir güçtür.
Arthur Holly Compton, 1923 yılında keşfettiği Compton etkisi için 1927 yılında Fizik Nobel Ödülü'nü kazanan Amerikalı bir fizikciydi. Compton etkisi elektromanyetik radyasyonun parçacık doğasını gösterdi. O zamanlar sensasyonel bir keşifti: ışığın dalga doğası iyi bir şekilde kanıtlanmıştı, ancak ışığın hem dalga hem de parçacık özellikleri taşıdığı fikri kolayca kabul edilmedi. Ayrıca Manhattan Projesi'nin Chicago Üniversitesi'ndeki Metalurji Laboratuvarı'nın liderliğiyle tanınır ve 1945'ten 1953'e kadar St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nin Rektörü olarak hizmet etti.
1919'da Compton, öğrencilerin yurtdışında çalışmalarına izin veren ilk iki Ulusal Araştırma Konseyi Bursu'ndan birini aldı. İngiltere'de Cambridge Üniversitesi'nin Cavendish Laboratuvarı'na gitmeyi seçti; orada gama ışınlarının saçılması ve emilimini inceledi. Bu yöndeki daha ileri araştırmalar Compton etkisinin keşfedilmesine yol açtı. X-ışınlarını ferromanyetizmayı araştırmak için kullandı ve bunun elektron spinlerinin hizalanmasının bir sonucu olduğu sonucuna vardı; kozmik ışınları inceledi ve bunların esas olarak pozitif yüklü parçacıklardan oluştuğunu keşfetti.
İkinci Dünya Savaşı sırasında Compton, ilk nükleer silahları geliştiren Manhattan Projesi'nde kilit bir rol oynadı. Onun raporları projeyi başlatmada önemliydi. 1942'de Metallurji Laboratuvarı'nın başına geçti ve nükleer reaktörler üretme, uranyumu plutonyuma dönüştürme, plutonyumu uranyumdan ayırma yolları bulma ve atom bombası tasarlama sorumluluğunu üstlendi. Compton, Enrico Fermi'nin 2 Aralık 1942'de kritik hale gelen ilk nükleer reaktör Chicago Pile-1'in oluşturulmasını denetledi. Metallurji Laboratuvarı ayrıca Tennessee'nin Oak Ridge'indeki X-10 Grafit Reaktörü'nün tasarımı ve işletilmesinden sorumlu idi. Plutonyum, 1945'te Hanford Site reaktörlerinde üretilmeye başlandı.
Savaştan sonra Compton, St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nin Rektörü oldu. Görev süresi boyunca üniversite lisans bölümlerini resmen ayrıştırdı, ilk kadın tam profesörünü adlandırdı ve savaş sonrası gazilerin Amerika'ya dönmesinden sonra rekor sayıda öğrenci kaydetti.
Erken yaşam
Arthur Compton, 10 Eylül 1892'de Ohio'nun Wooster şehrinde doğdu. Babası Elias ve annesi Otelia Catherine Augspurger Compton idi; annesi 1939'da Amerika'nın Yılının Annesi olarak seçildi. Akademik bir ailelerdi. Elias, daha sonra College of Wooster olan University of Wooster'ın dekanıydı ve Arthur da bu üniversiteye gitti. Arthur'un en büyük kardeşi Karl, aynı zamanda Wooster'a gitti, 1912'de Princeton Üniversitesi'nden fizik alanında Doktora derecesi aldı ve 1930'dan 1948'e kadar Massachusetts Institute of Technology'nin başkanı idi. İkinci kardeşi Wilson da Wooster'a gitti, 1916'da Princeton'dan ekonomi alanında doktora derecesi aldı ve 1944'ten 1951'e kadar State College of Washington, daha sonra Washington State University'nin başkanı idi. Üç kardeş de Alpha Tau Omega kültür ve spor derneğinin üyeleri idi.
Compton başlangıçta astronomiye ilgi duyuyordu ve 1910'da Halley Kuyruklu Yıldızı'nın bir fotoğrafını çekti. Yaklaşık 1913'te, dairesel bir tüpte suyun hareketinin incelenmesinin Dünya'nın dönüşünü gösterdiği bir deneyi tanımladı. Bu yıl, Wooster'dan Fen Bilimleri Lisans derecesiyle mezun oldu ve Princeton'a gitti; burada 1914'te Sanat Yüksek Lisans derecesini aldı. Compton daha sonra Hereward L. Cooke danışmanlığında fizik alanında doktora çalışmalarına başladı, tezini X-Işını Yansımasının Yoğunluğu ve Atomlardaki Elektronların Dağılımı üzerine yazdı.
Arthur Compton 1916'da doktorasını aldığında, kendisi, Karl ve Wilson, Princeton'dan doktora derecesi alan ilk üç kardeş grubu oldular. Daha sonra, aynı anda Amerikan üniversitelerine başkanlık yapan ilk üçlü grup olacaklardı. Onların kız kardeşi Mary, bir misyoner olan C. Herbert Rice ile evlendi; o, Lahore'deki Forman Christian College'ın müdürü oldu. Haziran 1916'da Compton, Wooster sınıf arkadaşı ve eğitim arkadaşı Betty Charity McCloskey ile evlendi. İki oğulları vardı: Arthur Alan Compton ve John Joseph Compton.
Compton 1916–17'de Minnesota Üniversitesi'nde fizik öğretmeni olarak bir yıl geçirdi, ardından Pittsburgh'daki Westinghouse Lamp Company'de araştırma mühendisi olarak iki yıl geçirdi; orada sodyum-buhar lambası'nın geliştirilmesi üzerinde çalıştı. Birinci Dünya Savaşı sırasında Signal Corps için uçak enstrümanları geliştirdi.
1919'da Compton, öğrencilerin yurtdışında çalışmalarına izin veren ilk iki Ulusal Araştırma Konseyi Bursu'ndan birini aldı. J. J. Thomson'un oğlu George Paget Thomson ile birlikte çalışan İngiltere'de Cambridge Üniversitesi'nin Cavendish Laboratuvarı'na gitmeyi seçti. Compton, gama ışınlarının saçılması ve emilimini inceledi. Saçılan ışınların orijinal kaynağından daha kolay emildiğini gözlemledi. Compton, özellikle Ernest Rutherford, Charles Galton Darwin ve Arthur Eddington olmak üzere Cavendish bilimcilerden çok etkilendi ve sonunda ikinci oğlunu J. J. Thomson'un adını taşımak üzere adlandırdı.
Bir süre Compton bir Baptist kilisesinde diyakoz idi. "Bilim," dedi, "insanları kendi çocukları olarak gören bir Tanrı'yı öne süren bir dinle hiçbir çekişme yaşayamaz."
Kariyer
Compton etkisi
Amerika'ya dönerek Compton, 1920'de St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nde Fizik Wayman Crow Profesörü ve Fizik Bölümü Başkanı olarak atandı. 1922'de, serbest elektronlar tarafından saçılan X-ışını kuantlarının gelen X-ışınlarından daha uzun dalga boylarına ve Planck ilişkisine göre daha az enerjiye sahip olduğunu buldu; fazla enerji elektronlara aktarılmıştı. "Compton etkisi" veya "Compton saçılması" olarak bilinen bu keşif, elektromanyetik radyasyonun parçacık konseptini gösterdi.
1923'te Compton, Physical Review'da X-ışını kaymasını fotonlara parçacık benzeri momentum atfederek açıklayan bir makale yayınladı; bu, Einstein'ın 1905 Nobel Ödülü'nü kazanan fotoelektrik etki açıklaması için çağrıştırdığı bir şeydi. İlk olarak Max Planck tarafından 1900'de öne sürülen, bunlar ışığın "nicelleştirilmiş" elemanları olarak kavramsallaştırıldı; ışığın frekansına bağlı olarak belirli bir enerji miktarı içeriyordu. Makalesinde Compton, saçılan her X-ışını fotonunun yalnızca bir elektron ile etkileşime girdiğini varsayarak dalga boyundaki kayma ile X-ışınlarının saçılma açısı arasındaki matematiksel ilişkiyi türetti. Makalesi, türettiği ilişkiyi doğrulayan deneyler hakkında rapor vererek sonlanır:
h⁄mec miktarı, elektronun Compton dalga boyu olarak bilinir; bu 2.43×10−12 m'ye eşittir. Dalga boyu kayması λ′ − λ, θ = 0° için sıfır ile θ = 180° için elektronun Compton dalga boyunun iki katı arasında değişir. Bazı X-ışınlarının büyük açılardan saçılmalarına rağmen dalga boyu kayması yaşamadığını buldu; her bir bu durumda foton bir elektronu çıkarmayı başaramamıştı. Böylece kaymanın büyüklüğü, elektronun Compton dalga boyuyla değil, 10.000 kat daha küçük olabilen tüm atom'un Compton dalga boyuyla ilişkilidir.
"Sonuçlarımı 1923'te Amerikan Fizik Topluluğu'nun bir toplantısında sunduğumda," Compton daha sonra hatırladı, "bu, hiç bildiğim en yoğun tartışılan bilimsel kontroversi'yi başlattı." Işığın dalga doğası iyi bir şekilde kanıtlanmıştı ve bunun ikili bir doğaya sahip olabileceği fikri kolayca kabul edilmedi. Kristal kafesinde kırınımın yalnızca dalga doğasına başvurularak açıklanabildiği özellikle belirleyiciydi. Bu, Compton'a 1927'de Fizik Nobel Ödülü'nü kazandırdı. Compton ve Alfred W. Simon, aynı anda bireysel saçılmış X-ışını fotonlarını ve geri tepmeli elektronları gözlemleme yöntemini geliştirdiler. Almanya'da Walther Bothe ve Hans Geiger bağımsız olarak benzer bir yöntem geliştirdiler.
X-ışınları
1923'te Compton, Chicago Üniversitesi'ne Fizik Profesörü olarak taşındı; bu pozisyonu sonraki 22 yıl boyunca işgal edecekti. 1925'te, periyodik tablonun ilk on altı elementinden hidrojen'den kükürt'e kadarına karşı 130.000 voltluk X-ışınlarının saçılmasının polarize edildiğini gösterdi; bu, J. J. Thomson tarafından öngörülen bir sonuçtu. Harvard Üniversitesi'nden William Duane, Compton'un Compton etkisinin yorumlanmasının yanlış olduğunu ispatlamak için bir çabayı başlattı. Duane, Compton'u çürütmek için bir dizi deney yürüttü, ancak bunun yerine Compton'un doğru olduğunun kanıtlarını buldu. 1924'te Duane, bunun böyle olduğunu kabul etti.
Compton, X-ışınlarının tuz içindeki sodyum ve klor çekirdeklerine etkisini araştırdı. X-ışınlarını ferromanyetizmayı araştırmak için kullandı, bunun elektron spinlerinin hizalanmasının bir sonucu olduğu sonucuna vardı. 1926'da General Electric'in Lamba Bölümü'nde danışman oldu. 1934'te Oxford Üniversitesi'nde Eastman ziyaretçi profesörü olarak İngiltere'ye geri döndü. Orada General Electric'ten Wembley'deki General Electric Company plc araştırma laboratuvarındaki faaliyetler hakkında rapor vermesini istedi. Compton, oradaki floresan lambalar üzerine araştırmanın olanaklarıyla ilgilendirildi. Onun raporu Amerika'da bunu geliştiren bir araştırma programını tetikledi.
Compton'un ilk kitabı, X-Işınları ve Elektronlar, 1926'da yayınlandı. Bunda X-ışını kırınım kalıplarından difraksiyon malzemelerinin yoğunluklarının nasıl hesaplanacağını gösterdi. Kitabını Samuel K. Allison'un yardımıyla revize etti ve X-Işınları Teori ve Deneyde 1935 yayınladı. Bu çalışma sonraki otuz yıl boyunca standart bir referans olarak kaldı.
Kozmik ışınlar
1930'ların başında Compton kozmik ışınlara ilgi duymaya başlamıştı. O zamanlar varlıkları biliniyordu ancak kökeneri ve doğası spekülatif kalmıştı. Varlıkları, sıkıştırılmış hava veya argon gazı içeren küresel bir "bomba" kullanılarak ve elektriksel iletkenliği ölçülerek tespit edilebiliyordu. Avrupa, Hindistan, Meksika, Peru ve Avustralya'ya yapılan geziler Compton'a kozmik ışınları farklı rakımlar ve enlemiş ölçme fırsatı verdi. Dünya çapında gözlemler yapan diğer gruplarla birlikte, kozmik ışınların kutuplarda ekvatorda olduğundan %15 daha yoğun olduğunu buldular. Compton bunu, kozmik ışınların Robert Millikan'ın önerdiği fotonlar yerine esas olarak yüklü parçacıklardan oluşmasına ve enlem etkisinin Dünya'nın manyetik alanından kaynaklanmasına atfetti.
Manhattan Projesi
Nisan 1941'de, savaş zamanı Ulusal Savunma Araştırması Komitesi NDRC başkanı Vannevar Bush, NDRC uranyum programı hakkında rapor vermek üzere Compton başkanlığında özel bir komite oluşturdu. Mayıs 1941'de sunulan Compton'un raporu, radyolojik silahlar geliştirme, gemiler için nükleer itki ve uranyum-235 veya yakın zamanda keşfedilen plutonyum kullanan nükleer silahlar geliştirme olanaklarını öngördü. Ekim ayında atom bombası'nın pratikliği hakkında başka bir rapor yazdı. Bu rapor için Enrico Fermi ile uranyum-235'in kritik kütlesi hakkında hesaplamalar yaptı; 20 kilogram 44 lb ile 2 ton 2.0 long ton; 2.2 short ton arasında muhafazakar bir şekilde tahmin etti. Harold Urey ile uranyum zenginleştirme olanaklarını tartıştı, Eugene Wigner ile plutonyumun bir nükleer reaktörde nasıl üretileceği hakkında konuştu ve Robert Serber ile reaktörde üretilen plutonyumun uranyumdan nasıl ayrılabileceği hakkında konuştu. Kasım ayında sunulan raporu, bir bombanın uygulanabilir olduğunu belirtiyordu; ancak Mark Oliphant ve İngiliz meslektaşlarından daha muhafazakar bir tutumu vardı.
Compton'un Kasım raporunun son taslağı plutonyum kullanımından hiç bahsetmemişti, ancak Ernest Lawrence ile en son araştırmaları tartıştıktan sonra Compton bir plutonyum bombası'nın da uygulanabilir olduğundan emin oldu. Aralık ayında Compton, plutonyum projesi sorumluluğuna verildi. Ocak 1943'e kadar kontrollü bir zincir reaksiyonu elde etmeyi ve Ocak 1945'e kadar bir bombaya sahip olmayı umuyordu. Sorunu çözmek için, Columbia Üniversitesi, Princeton Üniversitesi ve University of California, Berkeley'de plutonyum ve nükleer reaktör tasarımı üzerinde çalışan farklı araştırma gruplarını Chicago'da Metallurji Laboratuvarı olarak bir araya getirdi. Hedefleri uranyumu plutonyuma dönüştürmek için reaktörler üretmek, plutonyumun uranyumdan kimyasal olarak ayrılmasına yollar bulmak ve bir atom bombası tasarlamak ve inşa etmekti.
Haziran 1942'de Amerika Birleşik Devletleri Ordu Mühendislik Kolordusu nükleer silahlar programını kontrol altına aldı ve Compton'un Metallurji Laboratuvarı Manhattan Projesi'nin bir parçası haline geldi. Bu ayda Compton, Robert Oppenheimer'a bomba tasarımı sorumluluğunu verdi. Metallurji Laboratuvarı bilimcilerinin icat ettiği farklı reaktör tasarımı türlerinden hangisinin takip edilmesi gerektiğine karar vermek Compton'a düştü; hatta
