John Wheeler

John Archibald Wheeler (9 Temmuz 1911 - 13 Nisan 2008), Amerikalı bir teorik fizikçidir. II. Dünya savaşından sonra genel görelilik kuramıyla ilgili birçok araştırması vardır. Wheeler ayrıca Niels Bohr ile Nükleer fisyon tepkimelerinin arkasındaki temel kuralları açıklamak için çalıştı. Gregory Breit ile birlikte Wheeler Breit-Wheeler süreci kavramını geliştirdi. Ayrıca popüler bir terim olan "kara delik" kavramını ortaya sürdü. Bunun yanı sıra "nötron moderatörü", "kuantum köpüğü", "solucandeliği", "it from bit" ve "bir elektron evreni" varsayımına katkıda bulundu.

Wheeler doktorasını süpervizor Karl Herzfeld altında Johns Hopkins Üniversitesinde yaptı ve Breit ve Bohr'un altında Ulusal Araştırma Konseyi bursu ile çalıştı. 1939'da Bohr ile bir takım olup sıvı damlası modelini kullanarak fisyon tepkimelerinin mekanizmasını açıklamaya çalıştı. II. Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesinin Metalurji laboratuvarında nükleer reaktörlerin tasarımına yardımcı oldu. Savaş bittikten sonra Princeton Üniversitesine geri döndü. Ancak 1950'nin başlarında hidrojen bombasının dizaynı ve yapımı için hükûmet hizmetlerine yardımcı oldu. Kariyerinin büyük bir kısmı 1938 yılında katıldığı Princeton Üniversitesinde profesörlük yaparak geçti. 1976'da emekli olana kadar 46 PhD'ye süpervizorlük yaptı. Bu rakam aynı departmandaki bütün profesörlerden daha fazlaydı. Genel görelilik kuramının altın çağındaki fizik kuşağı için kuantum ve kütleçekim alanına katkılarıyla rehber oldu.

Wheeler 11 Temmuz 1911'de Jacksonville, Florida'da Joseph Lewis Wheeler ve Mabel Archibald (Archie) Wheeler çiftinin çocuğu olarak dünyaya geldi. 4 çocuk arasında en büyük olanıydı. Joseph ve Robert adında iki erkek kardeşi ve Mary adında genç bir kız kardeşi vardı. Joseph Brown Üniversitesinde Ph.D yaptı ve Kolombiya Üniversitenden master degree elde etti. Robert Harvard Üniversitesinde jeoloji alanında Ph.D yaptı ve bir petrol şirketi için jeolojist olarak çalıştı. Mary, Denver Üniversitesinde library science üzerine çalıştı ve kendini librarian olarak yetiştirdi. Bütün kardeşler Yogunstown, Ohio da büyüdü fakat, 1921-1922 arasını Benson, Vermont' da bir çiftlikte geçirdiler. Wheeler burada tek odalık bir okulda okudu. Ailesi Youngstown'a geri döndükten sonra Rayen Lisesine girdi.

1926'da Baltimore City College'dan mezun olduktan sonra Maryland Eyaleti bursu ile Johns Hopkins Üniversitesine girdi. İlk bilimsel makalesini 1930'da yayınladı. O sıralar National Bureau of Standards'da yaz işine alınmıştı. Doktorasını 1933 yılında kazandı. "Dağılım Teorisi ve Helyum Emilimi" üzerine olan tez yazısı için çalışmaya süpervizor Kart Herzfeld altında başladı. Ulusal Araştırma Konseyi bursuyla 1933 ve 1934 yıllarında Gregory Breit altında New York Üniversitesinde ardından Kopenhag'da Niels Bohr altında çalıştı. 1934 yılındaki makalesinde, Breit ve Wheeler Breit-Wheeler sürecini tanıttı. Bu, protonların potansiyel olarak madde içerisinde elektron-pozitron çiftlerine dönüşebilme mekanizması üzerineydi.

1933 yılında Wheeler Johns Hopkins tarih bölümünde okuyan Janette Hegner ile randevulaşmaya başladı. Janette, Rye Country Day School'da eğitim vermeye başlayınca, ilerleyen yıllarda ilişkileri New York'ta devam etti. Wheeler, ilişkileri ilerlediği sırada Avrupa'ya gitmişti, fakat, döner dönmez evlenmeye karar verdiler. 10 Haziran 1935'te, Wheeler'in dönüşünden 5 gün sonra, evlendiler. Letitia, James English ve Alisyon Wheeler adında 3 çocukları oldu. "Büyük Buhran" sırasında işleri kötüye gitti, fakat Arthur Ruark, Wheeler'a Chapel Hill Kuzey Karolina Üniversitesinde asistan profesörlük teklif etti. Ama Janette'ye ödenen yıllık $2,400 dolardan biraz az olarak yıllık $2,300'dı.

Wheeler, 1937'de Chapel Hill'de doçent unvanını aldı. Fakat, o parçacık fiziğiyle ilgilenen uzmanlarla daha yakından çalışmak istiyordu. Bu nedenle Johns Hopkins'deki teklifi reddedip Princeton Üniversitesinde asistan profesör olarak çalışmaya başladı. Princeton Üniversitesindeki bu pozisyon Johns Hopkins'te kendisine sunulandan daha az olsa da kendine ait fizik departmanı yapılan Princeton'un kariyeri için daha iyi bir seçenek olduğunu düşündü. 1976'ya kadar bu fakültenin bir üyesi olarak kaldı.

1937'de yayınlanan, "On the Mathematical Description of Light Nuclei by the Method of Resonating Group Structure" adlı makalesinde Wheeler, S-matrix (saçılma matrisi'nin kısaltılmışı)'i tanıttı. Bu matrix, integral denkleriminin asimtotik davranışlarını katsayıların matrix'i ile bağdaştırıyordu. Werner Heisenberg sonradan S-matrix'i 1940'larda geliştirdi. Kuantum alan teorisindeki problemli ıraksamalar mevcut olduğundan dolayı Heisenberg bu teorinin ilerideki değişiklerinin teorinin gelişmesini değiştirmeyecek temel özelliklerini görmezden gelmeyi uygun buldu. Bunu yaparak parçacık fiziği için önemli olan karakteristik S-martix'i geliştirdi.

Wheeler S-matrix'i geliştirmek için uğraşmamıştı fakat, Edward Teller ile birlikte Bohr'un atom çekirdeğinin sıvı damla modeli üzerinde çalıştı. Elde ettiği sonuçları 1938'de yapılan American Physical Society'de sundu. Wheeler'in Chapel Hill'den mezun ettiği öğrencisi Katharine Way ayrıca bir makale yayınladı. Bu makalede sıvı damla modelinin bazı koşullar altında nasıl değişken olabileceğini açıklıyordu. Katherine daha sonra bu makaleye eklemeler yapıp geliştirdi. Sıvı damla modelindeki kısıtlamalar nedeniyle nükleer füzyon tepkimesini tahmin edemediler. 1939 yılında Bohr füzyon'un keşfi ile ilgili Lise Meitner ve Otto Firsch'in çalışmalarını Amerika'ya getirdi. Bunu ayrıca Wheeler'ı bu konuda bilgilendirecek olan Leon Rosenfeld'e anlattı.

Bohr ve Wheeler nükleer füzyon'un mekanizmasını öğrenmek için sıvı damla modeli üzerinde çalıştılar. Füzyon üzerinde çalışan deneysel fizikçiler, bu konu hakkında şaşırtıcı sonuçlar elde etti. George Placzek, Bohr'a uranyumun neden hem çok hızlı hem de çok yavaş nötronlarla füzyon tepkimesi gerçekleştirdiğini sordu. Wheeler ile yaptığı görüşmeler sırasında Bohr, düşük enerjili füzyonların uranium-235 izotopundan, yüksek enerjili olanlarında doğada diğerine göre daha bol bulunan uranium-238 izotopundan dolayı kaynaklandığını anladı. İkisi birlikte füzyon üzerine iki makale daha yayınladılar. Bunlardan ilki Physical Review'de 1 Eylül 1939'da Almanya'nın Polanya'ya girip Avrupa'da II. Dünya Savaşı'nı başlattığı sırada yayınlandı.

Wheeler, pozitron'un zamanda geriye yolculuk yapan elektronlardan geldiği düşüncesi üzerinde yoğunlaşırken 1940'ta bir fikir ortaya attı; tek-elektron evreni. Yani evrende zamanda geri ve ileri sıçrayan tek bir elektron vardı. Mezun olan bir öğrencisi, Richard Feynman, bunu inanılması güç buldu. Fakat, pozitronların elektronların zamanda geriye yolculuk yaparak oluştuğu iddiası onun ilgisini çekti ve "reversibility of time" kavramını Feynman diagramlarına eklemesine neden oldu.

Japonların, Pearl Harbor bombalama saldırısından sonra Wheeler, II. Dünya Savaşı sırasında Arthur Comptop'un teklifini kabul ederek Birleşik Devletlere geldi. Chicago'da Manhattan projesinin Metalurji laboratuvarında çalışmaya başladı. Ocak 1942'de Eugene Wigner'in grubuna katıldı. Onunla birlikte nükleer reaktör dizaynı üzerinde çalıştı. Wheeler, Robert F. Christy ile birlikte "Chain Reaction of Pure Fissionable Materials in Solution" adlı makale üzerinde çalıştı. Bu plutonyumun saflaştırma süreci için önemli bir araştırmaydı. Aralık 1955'e kadar bu makale gizli kaldı. Wheeler, daha önce Enrico Fermi tarafından kullanılan "slower downer" terimi yerine nötron moderatörüne adını verdi.

Amerika Birleşik Devletleri Ordusunun Mühendisleri Manhattan Projesini devraldıktan sonra bu reaktörlerinin inşası ve dizaynı için DuPont firmasını yetkilendirdi. Wheeler, DuPont dizayn etme grubunun bir parçası oldu. Mühendislerle birlikte yakından çalışıyor aynı zamanda sürekli olarak Chicago ve DuPont'un merkezi olan Wilmington Delaware arasında seyahat ediyordu. 1943 Mart ayında ailesiyle birlikte Wimington'a taşındı. DuPont firmasının işleri sadece nükleer reaktör yapımı üzerine değil aynı zamanda bütün plutonyum üretim kompleksini, Hanford Site, Washington üzerine kurmaktı. İşler ilerlerken Temmuz 1944'te ailesini 300 alanda bilimsel araştırma binaları olan Richland, Washington'a taşıdı.

Hanford Site, 15 Eylül 1944'te üç reaktörün ilki olan B Reaktörüne başlamadan önce bile Wheeler, nükleer füzyon tepkimesinin ürünlerinin nükleer zehre dönüşeceği konusunda endişeliydi. Tepkimesi sonucu biriken ürünler, zincirleme reaksiyonun devam etmesi için gereken termal nötronları absorbe edeceğinden bu reaksiyonu sekteye uğratabilirdi. Nisan 1942'deki raporunda Wheeler, hiçbir füzyon ürünü 100.000 barn'dan daha fazla nötron yakalama kesitine sahip olmadıkça bu olay reaktiviteyi %1'den daha az bir oranla azaltabileceğini öngördü. Reaktör beklenmedik bir şekilde kapatılıp yine beklenmedik bir şekilde 15 saat sonra açıldıktan sonra, Wheeler, iodine-135'in 6.6 saatlik yarılanma süresine ve onun ürünü olan xenon-135'in 9.2 saatlik yarılanma süresine sahip olduğundan şüphelendi. Bunun sonucunda Xenon-135'ın 2 milyon barn'dan daha fazla nötron yakalama kesitine sahip olduğu ortaya çıktı. Bu problem ayrıca çıkan zehri yakmak için ek yakıt çubuğu eklenerek doğrulandı.

Wheeler'ın Manhattan Projesi'nde çalışmak için kişisel sebebi vardı. İtalya'da savaşan kardeşi Joe ona üzerinde basit bir mesaj, "Acele et" yazısı taşıyan bir kartpostal gönderdi. Fakat, çok geçti: Joe, Ekim 1944'te öldürüldü. "Biz buradaydık" diye yazdı Wheeler sonra "nükleer bir silah yaparak savaşı bitirmeye çok yakınız. Düşünmeden duramıyorum, savaşın Ekim 1944'te bitirilebileceğini düşünmeden duramıyorum" diye ekledi. Joe arkasında dul bir kadın ve bir kız çocuğu bıraktı; Mary Jo. Mary daha sonra fizikçi James Hartle ile evlendi.

Ağustos 1945'te Wheeler ve ailesi, Wheeler'ın akademik hayatının geri kalanını geçireceği Princeton'a döndü. Feynman ile birlikte çalışırken, Wheeler, parçacıklar ile fizik olasılığını keşfetti ve Jayme Tiomno ile muon'un teorik çalışmalarını gerçekleştirdi. Sonuçları bir topik altında seri makale şeklinde yayınladı. 1949'daki yazısında Tiomno ve Wheeler, farklı formlardaki radyoaktif bozunma ile ilgili "Tiomno Üçgeni" tanıtımını yaptı. 3 Yıl boyunca yayınlanmayan bu makalede muonlar tarafından emilen bir seri Chang radyasyon ölçümleri içeriyordu. Muonlar aynı zamanda kozmik ışınların bir eklentisi ve Wheeler 1948'de Office of Naval Research'dan aldığı $375.000 değerinde bir bağış ile Princeton'un ilk kozmik ışın laboratuvarını kurdu ve başına geçti. 1946 yılında Guggenheim Fellowship'den aldığı para ile 1949-50 akademik yıllarını Paris'te harcadı. Joe-1'in 1949 yılında Sovyetler Birliği tarafından patlatıldığında Birleşik Devler'in bütün çabası boşa çıktı. Teller öncülüğünde yeni ve daha güçlü bir bomba olan hidrojen bombası geliştirilmeye başladı. Princeton'da Wheeler'in departmanında başka olan Henry D. Smyth, onu bu hidrojen bombası projesine çağırdı. Wheeler gibi birçok fizikçi savaş tarafından bölünen bu kariyerlerini tekrar kazanmak istiyorlardı. Diğer fizikçilerin ise ahlaki itirazları vardı. Katılanların arasında Emil Konopinski,Marshall Rosenbluth, Lothar Nordheim ve Charles Critchfield gibi önemli fizikçilerin yanı sıra Norris Bradbury tarafından yönetilen Alamos Laboratuvarındaki silahlar konusunda deneyimli fizikçiler yer alıyordu. Wheeler, Bohr ile konuştuktan sonra Los Alamos'a gitmeye ikna olmuştu. Princeton'dan mezun olan iki kişi, Ken Ford ve John Toll, ona katıldı. Wheeler ve ailesi Los Alamos'ta savaş sırasında Robert Oppenheimer ve ailesinin kaldığı yer olan "Bathtub Row" adlı bölgeye yerleştiler. 1950 yıllarında hidrojen bombası dizaynı ile ilgili pratikte hiçbir veri yoktu. Stan Ulam tarafından yapılan hesaplamalar ve diğer veriler Teller'in "Classical Super" teorisinin çalışmadığını ortaya çıkardı. Teller ve Wheeler, "Alarm Clock" adında yeni bir dizayn ürettiler fakat bu dizayn aslında gerçek bir termonükleer silah değildi. 1951 Ocak ayında Ulam kendi çalışan dizaynını getirdi ve bu yolla gerçek silah üretimine başlayabildiler.

1951 yılında Wheeler, Mattherhorn projesini gerçekleştirmek üzere Princeton'da Los Alamos laboratuvarı için bir şube açmak için Bradbury'den izin almayı başardı. Mattherhorn Projesinin iki ayrı kolu vardı. Biri Lyman Spitzer tarafından yönetilen Matterhorn S (stellatör'ün S'i) idi. Bu kolda nükleer füzyon bir güç kaynağı olarak araştırılmaya başlandı. Matterhorn B (bomba'dan gelen B), Wheeler tarafından nükleer silah üretimi için yönetiliyordu. Bilim insanlarının büyük bir kısmı proje ile ilgilenmeyip uzak durdu. Bunun üzerine Wheeler, mezun olmuş ve post-doc yapan genç öğrencilerle birlikte çalıştı. Ocak 1953'te Wheeler gece treninde seyahat ederken önemli bir güvenlik sorunu yaşadı ve lithium-6 ve hidrojen bombasının dizaynını kaybetti. Bunun sonucu olarak resmi bir kınama cezası aldı. Matterhorn B'nin çabaları, Enewetak Atoll, Pasifiklerde gerçekleştirilen Ivy Mike nükleer testinin başarısı üzerine sonuç aldı. 1 Kasım 1953'te gerçekleştirilen bu deneye Wheeler'da tanık olabildi. 10.4 megaton TNT patlayıcı ile fırlatılan Ivy Mike "Sausage" makinesinin gösterdiği verim bilim insanlarının hesapladığından yüzde 30 daha yüksek çıktı. Matterhorn B bundan sonra devam etmedi, fakat Matterhorn S, Princeton Plazma Fizik Laboratuvarında çalışmalarını sürdürüyor.

Matterhorn Projesini sonuçlandırdıktan sonra, Wheeler, akademik kariyerine devam etti. 1955'teki makalesinde geon, elektromanyetik veya yerçekimi dalgaları üzerinde teoriksel veriler ile çalıştı. Bütün bu araştırmalarını kendi alanında birleştirdi. Araştırmaların sonucunda adına "yerçekimsel elektromanyetik varlık" daralması adını verdi. Wheeler, en küçük geon'un toroid olduğunu keşfetti. Toroid, güneş kadar büyük ama milyonlarca kat daha ağırdı. 1957'de Einstein'ın Genel Görelilik kuramı üzerinde çalışırken, Wheeler, adına wormhole dediği yeni bir kavram ortaya attı. Bu kavram uzay-zamanda kuramsal "tüneller" ifade ediyordu. Bohr, bu sonucun her durumda gerçeli olup olmadığını sormuştu. Fakat, Wheeler'in gelecekti araştırmaları bunun stabil olmadığına sonuç kıldı.

1950'lerde Wheeler, geometrodinamik kavramını, uzay-zaman kavramının geometriksel özelliklerini görebilmek için bir formüle döktü. Bu tablo, yerçekimi ve elektromanyetizm gibi her bir fiziksel fenomenin fiziksel ve ontolojiksel azalmasını gösteriyordu. Wormholes, Wheeler'in evrenin gerçek bir parçası olarak gördüğü tek bir açıklamaydı. Wormholes, Wheeler'in "kuantum süngeri" olarak adlandırdığı kuantum dalgalanmalarının kaotik atom altı alanlarından oluşuyordu. O yıllarda genel görelilik kuramı deneysel bir sonuca varmadığından dolayı fizikçiler tarafından tutarlı bir alan olarak görülmüyordu. Wheeler, bu alanın devam etmesi için anahtar kişiydi. Dennis William Sciama ve Yakov Borisovich Zel'dovich bu alanı Cambridge Üniversitesinde ve Moskova Üniversitesinde geliştirirken, Wheeler'da Princeton'da dersler veriyordu. Wheeler'in ve öğrencilerinin çalışmaları Genel Görelilik Kuramının Altın Çağını yaşamasına çok katkıda bulundular. Wheeler'in genel görelilik kuramıyla ilgili çalışmaları aynı zamanda yerçekimsel çöküş teorisini de içeriyordu. 1967 yılında the NASA Goddard Institute of Space Studies (GISS)'de bir konuşma yaparken "kara delik" teriminden söz etti. Kuantum çekimi alanında çalışmalarından dolayı bu alanında öncüsü sayılır. Ayrıca Bryce Dewitt ile birlikte evrenin dalga fonksiyonunu anlamak için Wheeler-DeWitt denklemini oluşturdu.

festschrift honoring, Wheeler'in 60.doğum günü anısına " Magic Without Magic: John Archibald Wheeler: A Collection of Essays in Honor of his Sixtieth Birthday (1972)" adlı bir kitap yayınladı. Kitap ismini, Wheeler'in "kütlesiz kütle" sözünden esinlenmiştir. Wheeler, Geometrodynamics (1962) kitabını yazdı ve Edwin F. Taylor ile birlikte takım oluşturup Spacetime Physics (1966) ve Scouting Black Holes (1996) eserlerini ortaya çıkardı. Kent Harrison, Kip Thorne ve Masami Wakan ile birlikte Wheeler, Gravitation Theory and Gravitational Collapse (1954) kitabını yazdı. Bu Wheeler'a birçok ciltten oluşan genel görelilik ile alakalı Gravitation (1973) kitabını yazması için ilham kaynağı oldu. Bu kitapları yayınladıktan sonra genel görelilik kuramının altın çağı görülmeye başladı ve geniş kapsamlı olması yeni neslin izafiyet teorisini anlayabilmesi için etkili bir kaynak oldu.

Wheeler, 65 yaşında 1976'da Princeton Üniversitesinden emekli oldu. Emekli olduğunda University of Texas at Austin'daki Teorik Fizik Merkezinde müdürdü ve burada emekli profesör unvanını aldı. Misner, Thorne ve Wojciech Zurek dahil olmak üzere Wheeler'in bütün eski öğrencileri şunları söyledi.

Wheeler'in Texas'ta son 10 yılda yaptığı şeylere bakarsak, aralarında IBM'de çalışan Rolf Landauer'ın da bulunan kuantum üzerinde çalışan birçok bilim insanı onu bu alanın büyük babası olarak görüyor. Fakat bunun sebebi Wheeler'in kuantum alanında yayınladığı ufuklar açan makale yazıları değil. Wheeler, delayed-choice deneylerini (Wheeler's delayed choice experiment ), bir büyük istisna dışında, kendi başına gerçekleştirmedi. Daha çok, Wheeler'in rolü, radikal tutucu bir bakış açısıyla derin sorular sorarak ve bu sorularla ilham vererek, başkalarının araştırmalarında ve keşiflerinde başarıya ulaşmasını sağlamasıdır.

Wheeler's delayed choice experiment aslında kuantum fiziği ile ilgili birçok düşünsel deneyden oluşuyor. Wheeler, bunlardan en önemlisini 1978 ile 1984 arasında gerçekleştirdi. Bu deneylerin amacı iki durumdan birisine karar verip ışığın biçimini kavramak. Bu durumlardan ilki ışığın çift yarık deneyinde giderken deney aygıtını "hissedebildiği" ve davranışını değiştirip en uygun belirli bir durumu tahmin ederek ona göre uyum sağladığı yönündedir. İkinci durum ise ışığın belirsiz bir durumda kaldığını yani ne parçacık ne de dalga olduğunu gösteriyor. Bu sorulardaki deneysel uzlaşının sonucunun değişmesine bağlı olarak cevaplara göre ışık istikrarlı-dalga biçiminde veya istikrarlı-parçacık biçiminde olabilir.

1979 yılında Wheeler, the American Association for the Advancement of Science (AAAS) ile konuşup parapsikoloji'yi bilim olarak saymamasını istedi. Parapsikoloji 10 yıl önce Margaret Mead tarafından AAAS'e eklenmişti. Wheeler, parapsikolojiyi sahte bilim olarak değerlendiriyordu ve sorunlar hakkında ciddi araştırmalara sahip olmadığını savunuyordu. Bunun yanında AAAS'in kabulünü kazanmasın yarattığı meşru olma havasının ancak parapsikolojinin kendi tanımlarıyla dedikleri psi etkilerinin ikna edici test sonuçlarına varılmasıyla oluşmasının gerekliliğini öne sürdü. Sunumu sırasında J. B. Rhine hakkında sahtekar bir öğrenci olduğu yönünde yanlış kanı oluşturdu. Daha sonra bu kanıdaki sözünü Science dergisinde yayınladığı bir mektupta geri çekti. Wheeler'ın bu isteği AAAS tarafından reddedildi ve Parapsychological Association, AAAS'nin bir üyesi olarak kaldı.

Yıllar boyunca Wheeler, sayısız ödül aldı. Bunlardan öne çıkanlar 1968 Enrico Fermi Ödülü, 1969 Franklin Madalyası, 1971 National Medal of Science, 1969 Einstein Ödülü, 1982 the Niels Bohr International Gold Medal, 1983 the Oersted Medal, 1984 J. Robert Oppenheimer Memorial Prize ve 1997 the Wolf Foundation Ödülüdür. Wheeler, aynı zamanda the American Philosophical Society, the Royal Academy, the Accademia Nazionale dei Lincei ve the Century Association gibi yerlere üyeydi. 18 farklı kurumdan onursal derece aldı. 2001 yılında Princeton $3 milyon harcayıp, Fizik alanında "John Archibald Wheeler/Battelle Professorship" bursunu açtı. Ölümünden sonra Texas Üniversitesi Wheeler onuruna konferans salonuna John A. Wheeler Lecture Hall adını verdi. 13 Nisan 2008'de 96 yaşındayken zatürre hastalığından Hightstown, New Jersey'de öldü. Üç çocuğu şu an hayatta, eşi 2007 Ekim'inde öldü.