Isaac Newton doğduğu sırada, Yer’in ve diğer gezegenlerin Güneş’in etrafında döndüğü gün-merkezli Evren modeli, Güneş, Ay ve gezegenlerin gözlemlenen hareketlerine ilişkin kabul gören açıklamaydı. Bu model yeni değildi; ama Nicolaus Copernicus ömrünün son günlerinde, 1543’te düşüncelerini yayımlayınca, tekrar önem kazanmıştı. Copernicus’un modelinde Ay ve gezegenlerin her biri kendi kristalin küresinde Güneş’in etrafında dönmekteydi; bir dış küre de “sabit” yıldızları tutmaktaydı. Johannes Kepler 1609’da gezegen devinimine ilişkin kendi yasalarını yayımlayınca, bu model aşıldı. Kepler, Copernicus’un kristalin kürelerinden vazgeçti ve gezegenlerin yörüngelerinin elips, her elipsin bir odağının Güneş olduğunu gösterdi. Bir gezegenin hareket ettikçe hızının nasıl değiştiğini de açıkladı.

Isaac Newton

Bütün bu Evren modellerinde eksik olan bir şey vardı: Gezegenlerin neden o şekilde hareket ettiklerini açıklamak. Newton burada devreye girdi. Bir elmayı Yer’in merkezine doğru çeken kuvvetin, gezegenleri Güneş’in etrafında yörüngelerinde tutan kuvvetle aynı olduğunu anladı ve bu kuvvetin mesafeyle birlikte nasıl değiştiğini matematiksel olarak gösterdi. Kullandığı matematik, Newton’ın üç Hareket Yasası ile Evrensel Kütleçekim Yasasını gerektirdi.

newton elma

– Elma neden yana ya da yukarıya değil de, hep aşağıya düşer?

Yer’in merkezine doğru bir çekim olmalı.

– Bu çekim elmanın ötesine, Ay’a kadar uzanabilir mi? Öyleyse, Ay’ın yörüngesini etkiler.

– Gerçekten Ay’ın yörüngesine neden olabilir mi? Bu durumda…

Kütleçekim Evren’deki her şeyi etkiler.

Değişen Düşünceler

Deney yapmadan sonuçlara varan Aristoteles’in düşünceleri bilimsel düşünmeye yüzyıllarca egemen olmuştu. Aristoteles, hareket eden nesnelerin itildikleri sürece harekete devam ettiklerini ve ağır nesnelerin hafif nesnelerden daha hızlı düştüklerini düşünüyordu. Aristoteles’e göre ağır nesneler doğal yerlerine doğru hareket ettikleri için Yer’e düşüyorlardı. Kusursuz olan göksel cisimlerin daireler halinde sabit hızlarda hareket ettiklerini de söylüyordu.

Eylemsizlik İlkesi

Galileo Galilei deneyle ulaşılan farklı bir düşünce kümesiyle ortaya çıktı. Rampalardan aşağı inen topları gözlemledi ve hava direnci en az düzeydeyse, bütün nesnelerin aynı hızda düştüklerini gösterdi. Hareket eden bütün nesnelerin, sürtünme gibi bir kuvvet yavaşlatmadıkça hareket etmeye devam ettikleri sonucuna da vardı. Galileo’nun Eylemsizlik İlkesi, Newton’un Birinci Hareket Yasasının parçası olacaktı. Sürtünme ve hava direnci, gündelik yaşamda karşılaştığımız hareket eden nesneler üzerinde etkili olduğu için, sürtünme kavramı tüm çıplaklığıyla ortada değildir. Galileo, bir şeyi sabit bir hızda hareket ettiren kuvvetin yalnızca sürtünmeye karşı koyması gerektiğini dikkatli deneylerle gösterebildi.

Hareket Yasaları

Newton birçok konuda deneyler yaptı; ama hareketle ilgili yaptığı deneylerin kayıtları yoktur. Ama üç yasası birçok deneyle doğrulandı; ışık hızının altındaki hızlar için doğruluğunu koruyor. Newton birinci yasasını şöyle ifade etti: “Her cisim durumunu değiştirmeye mecbur eden kuvvetler tarafından etkilenmediği sürece, hareketsizlik durumunu ya da doğru bir çizgide tekdüze hareket durumunu korur.” Başka bir deyişle, duran bir nesne ancak bir kuvvet etkilerse hareket etmeye başlar ve hareket eden bir nesne, bir kuvvet etkilemediği sürece, sabit hız yöneyiyle hareket etmeye devam eder. Burada hız yöneyi hareket eden bir nesnenin hem yönünü hem hızını ifade eder. Bu yüzden bir nesne ancak bir kuvvet etki ederse hızını ya da yönünü değiştirir. Önemli olan kuvvet, net kuvvettir. Hareket eden bir arabaya etki eden birçok kuvvet (sürtünmeyi ve hava direncini de kapsayan) ve tekerlekleri hareket ettiren motoru vardır. Arabayı ileri iten kuvvetler arabayı yavaşlatmaya çalışan kuvvetleri dengeliyorsa, net kuvvet yoktur ve araba sabit bir hız yöneyini sürdürür.

hareket yasası

Newton’ın İkinci Yasasına göre bir cismin ivmesi (hız değişimi) etki eden kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır ve genellikle F=ma olarak yazılır; burada “F” kuvvet, “m” kütle ve “a” ivmedir. Bu, bir cismin üzerindeki kuvvet ne kadar büyükse ivmesinin o kadar büyük olduğunu gösterir. İvmenin bir cismin kütlesine bağlı olduğunu da gösterir. Verili bir kuvvet için küçük kütleli bir cisim, büyük kütleli bir cisimden daha fazla ivme kazanır.

Roket motorları, Newton’ın Üçüncü Yasasının pratik bir örneğidir. Roket, aşağıya doğru zorlayan bir jet tepkisi üretir. Jet tepkisi, roketi yukarı doğru iten eşit ve karşıt yönde bir kuvvet uygular.

Üçüncü Yasaya göre “her etkinin eşit ve karşıt bir tepkisi vardır.” Yani bütün kuvvetler çiftler halinde vardır: Bir nesne ikinci bir nesnenin üzerine bir kuvvet uygularsa, ikinci nesne birinci nesneye eşzamanlı bir kuvvet uygular ve bu iki kuvvet eşit ve karşıttır. “Etki” terimine rağmen, bunun doğru olması için hareket gerekmez. Bu, Newton’ın kütleçekimle ilgili düşünceleriyle ilişkilidir; çünkü Üçüncü Yasasının bir örnegi, cisimler arasındaki kütleçekimdir. Yalnızca Yer Ay’ı çekmiyor, Ay da aynı kuvvetle Yer’i çekiyor.

kütleçekim

Evrensel Çekim

Newton 1660’ların sonunda, Cambridge’i kasıp kavuran vebadan sakınmak için iki yıllığına Woolsthrope köyüne çekilince kütleçekimi düşünmeye başladı. O sırada birkaç kişi, Güneş’ten gelen çekici bir kuvvet bulunduğunu ve bu kuvvetin büyüklüğünün uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğunu öne sürmüştü. Başka bir deyişle, Güneş ile başka bir cisim arasındaki uzaklık iki katına çıkarsa, aralarındaki kuvvet ilk kuvvetin yalnızca dörtte biridir. Ne var ki, bu kuralın Yer gibi büyük bir cismin yüzeyinde geçerli olabileceği bir elmanın ağaçtan düştüğünü gören Newton şu sonucu çıkardı: Elmayı Yer çekiyor olmalı ve elma yere her zaman dik düştüğüne göre, düşüş yönü Yer’in merkezine doğruydu. Bu yüzden Yer ile elma arasındaki çekim kuvveti, Yer’in merkezinden kaynaklanıyormuş gibi hareket etmelidir. Bu düşünceler, Güneş’i ve gezegenleri büyük kütleli küçük noktalar şeklinde ele almanın yolunu açtı. Newton, elmayı düşüren kuvvetin gezegenleri yörüngelerinde tutan kuvvetlerden farklı olduğunu düşünmek için hiçbir neden görmüyordu. Bu nedenle kütleçekim evrensel bir kuvvetti.

Newton’ın kütleçekim teorisi düşen cisimlere uygulanırsa, Yer’in kütlesi M1’dir, düşen nesnenin kütlesi için M2’dir. Bu durumda bir nesnenin kütlesi ne kadar büyükse, onu aşağı çeken kuvvet de o kadar büyüktür. Ne var ki, Newton’ın İkinci Yasasına göre, eğer kuvvet aynıysa daha büyük bir kütle daha küçük bir kütle kadar çabuk ivme kazanmaz. Bu yüzden daha büyük kütlenin ivme kazanması için daha büyük kuvvete ihtiyaç vardır ve işleri karıştıran hava direnci gibi başka kuvvetler olmadığı sürece, bütün nesneler aynı hızda düşer. Hava direnci olmasa, bir çekiç ile bir tüy aynı hızda düşer. – Apollo 15 seferi sırasında bu deneyi Ay’ın yüzeyinde gerçekleştiren astronot Dave Scott’un 1971’de kanıtladığı bir olgu.

Dave Scott

Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica’nın erken bir taslağında yörüngeleri açıklamak için bir düşünce deneyi tasvir etti. Çok yüksek bir dağın üzerinde giderek artan hızlarda gülle atışı yapan bir top hayal etti. Ateşlenen güllenin hızı ne kadar yüksekse, gülle o kadar uzakta yere düşer. Yeterince hızlı fırlatılırsa yere düşmez, tekrar dağın tepesine gelinceye kadar Yer’in etrafında yoluna devam eder. Aynı şekilde, doğru hızda yörüngesine fırlatılan bir uydu da Yer’in etrafında dönmeye devam edecektir. Yer’in çekimi uyduya sürekli hız kazandırır. Sabit bir hızda hareket eder, ama yönü sürekli değişiyor, düz bir çizgide uzaya savrulmak yerine gezegenin etrafında dolanır. Bu durumda Yer’in kütleçekimi uydunun hızını değil, yalnızca hız yöneyinin yönünü değiştirir.

Newton düşünce deneyi
Newton’ın düşünce deneyi, yüksek bir dağdan yatay ateşlenen bir topu tasvir etmekteydi. Top güllesini atan kuvvet ne kadar büyükse, o kadar uzağa düşer. Yeterince güçlü atılırsa, gezegenin etrafında dönüp dağa geri döner.

Düşünceleri Yayımlamak

1684’te Robert Hooke, gezegen deviniminin yasalarını keşfettiğini arkadaşları Edmond Halley ve Christopher Wren’e övünerek anlattı. Halley, Newton’un da arkadaşıydı ve bunu ona sordu. Newton sorunu daha önce çözdüğünü, notlarını kaybettiğini söyledi. Halley, Newton’ı çalışmayı yeniden yapmaya teşvik etti ve bunun sonucunda, 1684’te Kraliyet Derneğine gönderilen kısa bir el yazması olan Cisimlerin Bir Yörüngede Devinimi Üzerine’yi çıkardı. Bu tebliğde Newton, Kepler’in tarif ettiği gezegenlerin eliptik deviniminin her şeyi Güneş’e doğru çeken bir kuvvetten kaynaklandığını gösterdi; buradaki kuvvet, cisimler arasındaki mesafeyle ters orantılıydı. Newton üç cilt halinde yayımlanan ve diğer şeylerin yanı sıra Evrensel Kütleçekim Yasası ile Newton’ın Üç Hareket Yasasını da içeren Principia Mathematica’da o çalışmasını genişletti, hareket ve kuvvetle ilgili diğer çalışmalarını da ekledi. Kitaplar Latince yazıldı ve Principia Mathematica’nın üçüncü baskısını esas alan ilk İngilizce çeviri 1729’da yayımlandı.

Principia Mathematica

Hooke’un Newton’ın ışık teorisine yönelttiği eleştiriler nedeniyle Hooke ile Newton’ın arası zaten açıktı. Ne var ki, Newton’ın yayımından sonra, Hooke’un gezegen devinimine ilişkin çalışmalarının çoğu gölgede kaldı. Ama Hooke böyle bir yasayı öne süren tek kişi değildi ve işe yaradığını da kanıtlamamıştı. Newton, kendi Evrensel Kütleçekim Yasasının ve hareket yasalarının gezegenlerin ve kuyrukluyıldızların yörüngelerini açıklamak için matematiksel olarak kullanılabildiğini ve bu açıklamaların gözlemlere uyduğunu göstermişti.

Kuşkulu Kabul

Newton’ın kütleçekimle ilgili düşünceleri her yerde iyi karşılanmadı. Newton’ın kütleçekim kuvvetinin “uzaktan etki”si, nasıl ve neden gerçekleştiğini açıklamanın bir yolu olmadığı için, “okült” bir düşünce olarak görüldü. Newton, kütleçekimin doğası üzerine yorumda bulunmak istemedi. Ona göre ters-kare çekim düşüncesinin gezegen devinimlerini açıklayabildiğini ve dolayısıyla matematiğin doğru olduğunu göstermiş olması yeterliydi. Bununla birlikte, Newton’ın yasaları o kadar çok olguyu açıklıyordu ki, kısa sürede yaygın kabul gördü ve bugün uluslararası kullanılan kuvvet birimi, onun adıyla anılır.

Newton yasaları, 1066’da göründükten sonra Bayeux İşlemesi’nde gösterilen Halley kuyrukluyıldızı gibi gök cisimlerinin yörüngelerini hesaplama aletlerini sağladı.

Denklem Kullanmak

Edmond Halley; Newton’ın denklemlerini kullanarak, 1682’de görülen bir kuyrukluyıldızın yörüngesini hesapladı ve 1531 ile 1607’de gözlemlenen kuyrukluyıldızla aynı olduğunu gösterdi. Bu kuyrukluyıldıza şimdi Halley kuyrukluyıldızı deniliyor. Halley, 1758’de – ölümünden 16 yıl sonra – geri geleceğini başarılı bir biçimde öngördü

Kuyrukluyıldızların Güneş’in etrafında döndüğü ilk kez gösterilmişti. Halley kuyrukluyıldızı her 75-76 yılda bir Yer’in yakınından geçer ve 1066’da Güney İngiltere’de Hastings Savaşı’ndan önce görülen kuyrukluyıldız da oydu.

Denklemler yeni bir gezegenin keşfedilmesinde de kullanıldı. Uranüs Güneş’in yedinci gezegenidir ve 1781’de William Herschel tarafından gezegen olarak tanımlandı. Herschel gezegeni, gece gökyüzünde gözlem yaparken tesadüfen buldu. Daha ileri Uranüs gözlemleri astronomların yörüngesini hesaplamalarına ve gelecek tarihlerde nerede gözlenebileceğini öngören cetveller üretmelerine olanak verdi. Ne var ki, bu öngörüler her zaman doğru çıkmadı ve Uranüs’ün ötesinde kütleçekimle Uranüs’ün yörüngesini etkileyen başka bir gezegen olması gerektiği düşüncesine yol açtı. 1845’e gelindiğinde astronomlar bu sekizinci gezegenin gökyüzünde nerede olması gerektiğini hesaplamıştı ve 1846’da Neptün keşfedildi.

Teorinin Sorunları

Eliptik yörüngeli bir gezegenin güneşe en fazla yaklaştığı noktaya günberi denilir. Güneş’in etrafında dönen yalnızca bir gezegen olsaydı, yörüngesinin günberisi aynı yerde kalırdı. Ne var ki, Güneş Sistemimizdeki bütün gezegenler birbirlerini etkiler, bu yüzden günberiler Güneş’in etrafında yalpalar (döner). Bütün gezegenler gibi Merkür’ ün günberisi de yalpalar, ama yalpalama, Newton denklemleri kullanılarak tam açıklanamaz. Bu, 1859’da bir sorun olarak kabul edildi. 50 yıldan fazla bir süre sonra Albert Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi kütleçekimi uzayzaman eğriliğinin bir etkisi olarak tarif etti ve bu teoriye dayanan hesaplamalar, Merkür yörüngesinin gözlemlenen yalpalamasını ve Newton’ın yasalarına bağlı olmayan diğer gözlemleri açıklar.

Genel Görelilik Teorisi
Merkür’ün yörüngesinin yalpalaması (dönme ekseninde değişme), Newton yasalarıyla açıklanamayan ilk olguydu.

Bugün Newton Yasaları

Newton yasaları, “klasik mekanik” denilen şeyin – hareket ve kuvvetin etkilerini hesaplamak için kullanılan bir dizi denklem – temelini oluşturur. Bu yasalar, Einstein’ın görelilik teorilerine dayanan denklemlerle aşılmış olmalarına rağmen, söz konusu hareket ışık hızına kıyasla küçük olduğu sürece iki yasa kümesi hemfikirdir. Bu yüzden, uçakların ve arabaların tasarımında ya da bir gökdelenin bileşenlerinin ne kadar güçlü olması gerektiğini ortaya çıkarmada kullanılan hesaplamalar için, klasik mekaniğin denklemleri hem yeterince doğrudur hem kullanımı daha kolaydır. Newton mekaniği harfi harfine doğru olmayabilir, ama hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

newton

Isaac Newton Kimdir?

1642’de Noel Günü doğan Isaac Newton, 1665’te mezun olduğu Cambridge’deki Trinity College’de okumadan önce, Grantham’da okula gitti. Ömrü süresince Newton Cambridge’de matematik profesörü, Kraliyet Darphanesi müdürü, Cambridge Üniversitesinin parlamento temsilcisi ve Kraliyet Derneği başkanı oldu. Newton, Hooke’la anlaşmazlığının yanı sıra, Alman matematikçi Gottfried Leibnitz’le de kalkülüsün geliştirilmesinde öncelik konusunda bir kan davası güttü.

Newton bilimsel çalışmalarına ek olarak, simya araştırmalarına ve Kitabı Mukaddes yorumlarına da epeyce zaman harcadı. İnançlı ama alışılmışın dışında bir Hristiyan olan Newton, üstlendiği bazı görevler gerektirmesine rağmen, rahip olarak atanmaktan sakınmayı başardı.

Kütleçekim Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1543 – Nicolaus Copernicus gezegenlerin Yer’in etrafında değil, Güneş’in etrafında döndüklerini öne sürer.

1609 – Johannes Kepler, gezegenlerin Güneş’in etrafında eliptik yörüngelerde serbestçe dolaştıklarını öne sürer.

1610 – Galileo’nun astronomik gözlemleri Copernicus’un görüşlerini destekler.

1846 – Matematikçi Urbain Le Verrier; Newton’ın yasalarını kullanıp Neptün’ün nerede olması gerektiğini hesapladıktan sonra, Johann Gaile gezegeni keşfeder.

1859 – Le Verrier, Newtoncı mekaniğin Merkür’ün yörüngesini açıklanmadığını bildirir.

1915 – Genel görelilik teorisiyle Albert Einstein kütleçekimi, uzay-zaman eğriliği bakımından açıklar.

İnsan kültürleri binlerce yıl Yer’in yaşına kafa yordu. Modern bilimden önce tahmini hesaplar kanıtlara değil inançlara dayanmaktaydı. Ancak 17. yüzyılda Yer’in jeolojisine ilişkin artan bilgi, gezegenin yaşını belirleme araçlarını sağladı.

dünyanın yaşı kaçtır

Kitabı Mukaddes Tahminleri

Musevi-Hristiyan dünyada Yer’in yaşıyla ilgili düşünceler Eski Ahit’teki tasvirlere dayanmaktaydı. Ama bu metinler yalnızca ana hatlarıyla yaratılış hikayesini sundukları için, özellikle Adem ile Havva’nın ortaya çıkışını izleyen karmaşık soy kronolojileri konusunda, çok fazla yoruma tabi tutuldular.

Bu Kitabı Mukaddes hesaplarının en ünlüsü, bütün İrlanda’nın Protestan Başpiskoposu James Ussher’ın hesabıdır. 1654’te Ussher, Yer’in yaratılış tarihini MÖ 23 Ekim 4004 Pazar gününden önceki gece olarak saptar. Bu tarih, birçok Kitabı Mukaddes’te Eski Ahit kronolojisinin bir parçası olarak yer alınca, Hristiyan kültürde fiilen kutsallaştı.

Bilimsel Bir Yaklaşım

MS 10. yüzyılda İran’da bilginler, Yer’in yaşı sorununu daha ampirik ele almaya başladılar. Deneysel bilimin bir öncüsü olan El-Biruni’nin akıl yürütmesine göre, kuru karada deniz fosilleri bulunuyorsa, kara bir zamanlar denizin altında olmuş olmalı. Yer, uzun zamandır evriliyor olmalıydı. İranlı başka bir bilgin, İbn-i Sina, kaya tabakalarının üst üste bindiğini öne sürdü.

1687’de Isaac Newton soruna bilimsel bir yaklaşım önerdi. Yer erimiş demirden oluştuysa, o kadar büyük bir cismin soğumasının yaklaşık 50.000 yıl aldığını savundu. Bu rakamı, “akkor halde açık havaya bırakılan 2,5 cm çapında demir bir küre” için ölçülen soğuma zamanını ölçeklendirilerek elde etti. Newton, Yer’in oluşumuna ilişkin önceki anlayışlara bilimsel bir meydan okumanın kapısını açmıştı.

Newton’ı izleyen Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, akkor halinde büyük bir demir topla deneyler yaptı ve Yer erimiş demirden oluştuysa, soğumasının 74.832 yıl alacağını gösterdi. Buffon, şahsen Yer’in çok daha yaşlı olması gerektiğini düşündü; çünkü deniz fosillerinin kalıntılarından tebeşir dağların oluşması için çok uzun zaman dilimlerine ihtiyaç vardı. Ama bu düşüncesini kanıtsız yayınlamak istemedi.

Kayaçların Sırrı

İskoçya’da, İskoç Aydınlanmasının önde gelen doğa filozoflarından biri olan James Hutton, Yer’in yaşı sorununa tamamen farklı bir yaklaşım benimsiyordu. Hutton jeolojik alan çalışmasının bir öncüsüydü ve 1785’te Edinburgh Kraliyet Derneğine savlarını kanıtlamak için alan çalışması kanıtlarını kullandı.

Hutton arazinin çıplaklaşma ve döküntülerinin denizde birikme süreçlerinin görünür sürekliliğinden etkilendi. Yine de bütün bu süreçler, beklenebileceği gibi, karasal yüzeyin kaybına yol açmadı. Olasılıkla, arkadaşı James Watt’ın yaptığı ünlü buhar motorunu düşünen Hutton, Yer’i, “bütün parçaları hareket eden maddi bir makine” olarak gördü; sürekli eski dünyanın kalıntılarından yeni bir dünya yeniden şekillenmekte ve yeniden dolaşıma girmekteydi.

Hutton, Yer-makine teorisini destekleyici kanıtları bulmadan formüle etti; ama 1787’de aradığı “uyumsuzlukları” – tortul kayaçların sürekliliğinde kopukluklar – buldu. Karaların çoğunun bir zamanlar deniz yatağı olduğunu; deniz tabanında tortu tabakaları oluştuğunu ve sıkıştığını gördü. Birçok yerde bu tabakalar yukarı doğru itilmişti, bu yüzden deniz seviyesinin üstündeydiler; çoğu kez çarpıktılar, bu yüzden yatay değildiler. Daha yaşlı katmanların kesik üst sınırlarından kayaç malzemenin, üstteki daha genç kayaçların tabanıyla birleştiğini fark etti.

Bu tür uyumsuzluklar Yer tarihinin birçok dönemi olduğunu göstermekteydi; bu sürede erozyon, taşınma ve kayaç döküntüsünün birikme ardışıklığı tekrarlanmış ve volkanik etkinlik kayaç tabakalarını hareket ettirmişti. Bugün bu, jeolojik döngü olarak biliniyor. Bu kanıttan yola çıkan Hutton, bütün kıtaların, aynı süreçlerle önceki kıtalardan kalan malzemeden oluştuğunu ve bu süreçlerin bugün hala işlediğini ilan etti. “Bu yüzden, şimdiki bu araştırmanın sonucu şudur: Bir başlangıç izi – bir son ihtimali – görmüyoruz” diye yazdı.

Hutton’un “derin zaman”la ilgili düşüncelerinin popülerleşmesinin nedeni, Hutton’un gözlemlerini resimli bir kitapta yayımlayan İskoç bilim insanı John Playfair ve Hutton’un düşüncelerini üniformitaryanizm denilen bir sisteme çeviren İngiliz jeolog Charles Lyell’di. Bu sisteme göre, doğa yasaları hep aynıydı ve bu nedenle, geçmişin ipuçları şimdiki zamanda yatar. Ne var ki, Hutton’un gezegenin eskiliğiyle ilgili içgörüleri jeologlara doğru gibi geldiği halde, gezegenin tam olarak kaç yaşında olduğunu belirlemenin doyurucu bir yöntemi hala yoktu.

Deneysel Bir Yaklaşım

18. yüzyılın sonundan itibaren bilim insanları, Yer kabuğunun ardışık tortul katmanlardan oluştuğunu kabul etmekteydi. Bu katmanların jeolojik haritalarının çıkarılması, çok kalın olduklarını ve birçoğunun, birikme ortamlarında yaşamış organizmaların fosil kalıntılarını içerdiğini açığa çıkardı. 1850’lere gelindiğinde, jeolojik katman sütunu (stratigrafik sütun olarak de bilinir), sekiz tane adlandırılmış katman ve fosil sistemine az çok bölünmüştü; bu sistemlerin her biri, bir jeolojik zaman dilimini temsil etmekteydi.

Jeologlar, 25-112 km kalınlığında olduğu hesaplanan katmanların toplam kalınlığından etkilendiler. Bu tür katmanları oluşturan kayaç malzemenin aşınma ve birikme süreçlerinin çok yavaş olduğunu – 100 yılda birkaç santimetre olduğu hesaplandı – gözlemlemişlerdi.

1858’de Charles Darwin, Güney İngiltere’de Kretase-Tersiyer yok oluşu dönemi kayaçlarının erozyonu kesmesinin 300 milyon yıl aldığını hesaplayınca, tartışmaya biraz hesapsız bir dalış yaptı. 1860’ta Oxford Üniversitesinde jeolog olan John Phillips, Yer’in yaklaşık 96 milyon yaşında olduğunu hesapladı.

Ama 1862’de, önde gelen İskoç fizikçi William Thomson (Lord Kelvin), bu tür jeolojik hesaplamalara bilimsel değil diye burun kıvırdı. Kelvin katı bir ampiristti ve Güneş’in yaşıyla sınırlı olduğunu düşündüğü Yer’in doğru yaşını belirlemek için fiziği kullanabileceğini öne sürdü. Yer’in kayaçlarına, erime noktalarına ve iletkenliklerine ilişkin bilgi, Buffon’un zamanından bu yana epeyce gelişmişti. Kelvin Yer’in başlangıç sıcaklığını 3900°C olarak aldı ve yüzeyden aşağı doğru gittikçe sıcaklığın arttığına – her 15 metrede yaklaşık 0,5°C – ilişkin gözlemi kullandı. Buradan Kelvin, Yer’in soğuyup şimdiki durumuna gelmesinin 98 milyon yıl aldığını hesapladı; daha sonra bunu 40 milyon yıla indirdi.

Radyoaktif Bir Saat

Kelvin o kadar itibarlıydı ki, ölçümü pek çok bilim insanı tarafından kabul edildi. Ama jeologlar 40 milyon yılın, gözlemlenen jeolojik süreçler, biriken çökeller ve tarih için yeterince uzun olmadığını hissettiler. Ama Kelvin’e karşı koyacak bilimsel bir yöntemleri yoktu.

1890’larda Yer’in bazı minerallerinde ve kayaçlarında doğal olarak oluşan radyoaktif elementlerin keşfi, Kelvin ile jeologlar arasındaki kilitlenmeyi çözecek anahtarı sağladı; çünkü atomların bozunma hızı güvenilir bir zaman ölçerdir. 1903’te Ernest Rutherford radyoaktif bozunum hızını kestirdi ve radyoaktivitenin, onu içeren mineralleri ve kayaçları tarihlemek için bir “saat” olarak kullanılabileceğini öne sürdü.

1905’te Rutherford; Connecticut’ta, Glastonbury’de bir mineralin ilk radyometrik oluşum tarihlerini elde etti: 497-500 milyon yıl. Bunların minimum tarihler olduğu uyarısında bulundu. 1907’de Amerikalı radyokimyacı Bertram Boltwood, Rutherford’un tekniğini geliştirip, bilinen bir jeolojik bağlamı olan kayaçlarda minerallerin ilk radyometrik tarihlerini çıkardı. Bunların arasında, Sri Lanka’dan 2,2 milyar yaşında bir kayaç da vardı. 1946’ya gelindiğinde İngiliz jeolog Arthur Holmes, Grönland’da kurşun içeren kayaçlarda izotop ölçümleri yapmış ve 3,015 milyar yıllık bir yaş elde etmişti. Bu, Yer’in ilk güvenilir minimum yaşlarından biriydi. Sonra Holmes, kurşunun türediği uranyumun yaşını hesaplamaya geçti ve 4,46 milyar yıllık bir tarih elde etti; ama bunun, Yer’in oluştuğu gaz bulutunun yaşı olması gerektiğini düşündü.

Nihayet 1953’te Amerikalı jeokimyacı Clair Cameron Patterson Yer’in oluşumu için, ilk genel kabul gören 4,55 milyar yıllık radyometrik yaşı elde etti. Yer’in başlangıcından kalan bilinen bir mineral ya da kayaç yoktur; ama birçok göktaşının, Güneş Sistemindeki benzer olaylardan kaynaklandığı düşünülür. Patterson, Canyon Diablo göktaşındaki kurşunlu minerallerin radyometrik tarihini 4,51 milyar yıl olarak hesapladı. Yer’in kabuğundaki granit ve bazalt kor kayaçların 4,56 milyar yıllık radyometrik yaşıyla karşılaştırarak, tarih benzerliğinin Yer’in oluşma yaşının işareti olduğu sonucuna vardı. 1956’ya gelindiğinde, 4,55 milyar yıllık tarihin doğruluğuna güvenini arttıran başka ölçümler de yapmıştı. Bugün bilim insanlarının kabul ettiği rakam budur.

James Hutton Kimdir?

1726’da Edinburgh’ta saygın bir tüccarın oğlu olarak doğan James Hutton, Edinburgh Üniversitesinde insan bilimleri okudu. Kimya ve ardından tıbba merak sardı; ama doktorluk yapmadı. Onun yerine, İngiltere’de East Anglia’da kullanılan yeni tarım tekniklerini inceledi; çıkarılan toprak ve kayaçlar, jeolojiye ilgi duymasına yol açtı. Bu onu, İngiltere’de ve İskoçya’da alan deneyleri yapmaya götürdü.

James Hutton

1768’de Edinburgh’a dönen Hutton, mühendis James Watt ve ahlak felsefecisi Adam Smith’in de aralarında bulunduğu İskoç Aydınlanmasının önemli şahsiyetleriyle tanıştı. Sonraki 20 yıl boyunca Hutton, Yer’in yaşına ilişkin ünlü teorisini geliştirdi ve arkadaşlarıyla tartıştıktan sonra 1788’de uzun bir özet ve 1795’te çok daha uzun bir kitap olarak yayımladı. 1797’de öldü.

Önemli Eserleri:

1795 – Theory of the Earth with Proofs and Illustrations (Yer Kuramı, kanıtlar ve çizimler ile)

Dünyanın Yaşı Hakkında Tarihsel Gelişmeler

10. yüzyıl – El-Biruni fosil kanıtları kullanarak karanın bir zamanlar denizin altında olması gerektiğini savunur.

1687 – Isaac Newton; Yer’in yaşının bilimsel olarak hesaplanabilir olduğunu savunur.

1779 – Comte de Buffon’un deneyleri, Yer’in yaşını 74.832 yıl olarak gösterir.

1860 – John Phillips; Yer’in yaşının 96 milyon yıl olduğunu hesaplar.

1862 – Lord Kelvin; Yer’in soğumasının 20-400 milyon yıl aldığını hesaplar, daha sonra 20-40 milyonda karar kılar.

1905 – Ernest Rutherford; radyoaktiviteyi kullanarak bir minerali tarihler.

1953 – Clair Patterson; Yer’in yaşını 4,55 milyar yıl olarak saptar.

17. yüzyılda bilim insanları ışığı sonlu ve ölçülebilir bir hızının olup olmadığını araştırmaya başladı. 1690’da Christiaan Huygens ışığı bir boyuna dalga gibi düşündü ve dalganın, camda ya da suda, havada olduğundan daha yavaş yol alacağını öngördü. 1704’te Isaac Newton, bir “tanecik” ya da parçacık akımı olarak ışık teorisini yayınladı. Newton’ın kırılmaya – bir ışık demetinin bir saydam malzemeden diğerine geçerken bükülmesi – ilişkin açıklaması, ışığın havadan suya geçerken daha hızlı yol aldığını varsaydı.

Işığın hızına ilişkin hesaplar, ışığın uzayda ne kadar hızlı yol aldığını gösteren astronomik olgulara dayanmaktaydı. İlk karasal ölçüm 1849’da Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau tarafından gerçekleştirildi. Dönen bir dişli çarkın bir diş aralığına bir ışık demeti tutuldu. Sonra bu ışık 8 km uzağa konulan bir aynayla yansıtıldı ve tekrar çarkın bir sonraki diş aralığından geçirildi. Zaman ve mesafeyle birlikte, bunun gerçekleşmesini olanaklı kılan dönüşün kesin hızını da alan Fizeau, ışığın hızını 313.000 km/sn olarak hesapladı.

Hippolyte Fizeau

Newton’la Çelişmek

1850’de Fizeau, fizikçi arkadaşı Leon Foucault ile işbirliği yaptı; Foucault ışık demetini çark dişlisinden geçirmek yerine dönen bir aynadan yansıtarak Fizeau’un aygıtını uyarladı ve daha küçülttü. Dönen aynaya çevrilen ışık, yalnızca döner ayna doğru açıda olduğunda uzak aynaya yansıyacaktı. Sabit aynadan dönen ışık döner ayna tarafından tekrar yansıtılıyordu; ama ışık yol alırken bu ayna hareket ettiği için, tekrar doğrudan kaynağa yansımıyordu.

Foucault’nun deneyinde, bir ışık demeti döner bir aynadan sabit aynaya ve sabit aynadan tekrar döner aynaya yansıtılırken oluşan açı farkından ışığın hızı ölçüldü.

Işığın hızı, ışığın döner aynaya gidişi ile gelişi arasındaki açıdan ve aynanın dönüş hızından yola çıkılarak hesaplanabilirdi.

Foucault Sarkacı

Işığın sudaki hızı, aygıtta döner ayna ile sabit ayna arasına bir su tüpü koyarak ölçülebilirdi. Bu aygıtı kullanan Foucault ışığın suda daha yavaş yol aldığını saptadı. Ona göre, bu haliyle ışık bir parçacık olamazdı ve bu deney, o sırada Newton’ın tanecik teorisinin çürütülmesi olarak görüldü. Foucault aygıtını daha da geliştirdi ve 1862’de ışığın havadaki hızını 298.000 km/sn olarak ölçtü; bugünün 299.792 km/sn’lik değerine çok yakın.

Leon Foucault Kimdir?

Paris’te doğan Leon Foucault, bakteriyolog Alfred François Donne’den ders aldığı tıp okuluna girmeden önce esas olarak evde eğitim gördü. Kan görmeye tahammül edemediği için Foucault çok geçmeden okulu bıraktı, Donne’nin laboratuvar asistanı oldu ve mikroskopla fotoğraf çekmenin bir yolunu buldu. Daha sonra Hippolyte Fizeau ile birlikte çalışıp, Güneş’in ilk fotoğrafını çekti.

Leon Foucault

Foucault ışığın hızını ölçmenin yanı sıra, 1851’de bir sarkaç ve daha sonra bir jiroskop kullanarak Yer’in dönüşünün deneysel kanıtlarını göstermeklede ünlüdür. Resmi bilim eğitimi almamış olmasına rağmen, Paris’te İmparatorluk Gözlemevi’nde Foucault’a bir kürsü ayrıldı. Birçok bilim derneğine de üye oldu ve Eyfel Kulesi’nde adı yazılı 72 Fransız bilim insanından biridir.

Önemli Eserleri:

1851 – Demonstration of Physical Movement of Rotation of the Earth by Means of the Pendulum
1853 – On the Relative Velocities of the Light in Air and in Water

Işığın Hızı Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1676 – Ole Rømer, Jüpiter’in uydusu Io’nun tutulmalarını kullanarak ışık hızının ilk başarılı ölçümünü yapar.

1690 – Christiaan Huygens, ışığın bir tip dalga olduğunu öne süren Treatise on Light’ı yayınlar.

1704 – Isaac Newton’ın Opticks’i ışığın bir “tanecikler” akımı olduğunu öne sürer.

1864 – James Clerk Maxwell, elektromanyetik dalgalann hızı ışığın hızına o kadar yakındır ki, ışık bir elektromanyetik dalga biçimi olması gerektiğini anlar.

1879-83 – Almanya doğumlu ABD’li fizikçi Albert Abraham Michelson, Foucault’nun yöntemini geliştirir ve bugünün değerine çok yakın bir ışık hızı elde eder.

Hava ve okyanus akıntıları düz çizgi halinde akmaz. Akıntılar hareket ederken, kuzey yarımkürede sağa, güney yarımkürede sola saparlar. 1830’larda Fransız bilim insanı Gaspard-Gustave Coriolis, bugün Coriolis kuvveti olarak bilinen bu etkinin arkasındaki ilkeyi keşfetti.

Dönmeyle Sapma

Coriolis düşüncelerine dönen su dolaplarını inceleyerek ulaştı; ama daha sonra meteorologlar bu düşüncelerin, rüzgar ve okyanus akıntılarının hareket tarzı için de geçerli olduğunu anladılar. Coriolis, bir nesne dönen bir yüzey üzerinde ilerlerken, momentumunun onu kavisli bir yola sokuyormuş gibi göründüğünü gösterdi. Dönen bir atlıkarıncanın ortasından dışarıya atılan bir topu kafanızda canlandırın. Top kavis çizer gibi görünür – atlıkarıncanın dışından bakan birine göre fiilen düz bir çizgide hareket ediyor olsa bile.

Yer’in dönüşü rüzgarların kuzey yarımkürede sağa, güney yarım kürede sola sapmalarına neden olur.

Dönen Yer üzerindeki rüzgarlar aynı şekilde sapar. Coriolis kuvveti olmasaydı, rüzgarlar yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına düz eserdi. Rüzgar yönü, aslında, alçak basınç çekimi ile Coriolis sapması arasında bir dengedir. Rüzgarların kuzey yarım kürede saatin tersi yönünde, güney yarım kürede saat yönünde dönmesinin nedeni büyük ölçüde budur. Aynı şekilde okyanus yüzey akıntıları da kuzey yarım kürede saat yönünde, güneyde saatin tersi yönünde dev döngüler ya da girdaplar şeklinde dolaşır.

Coriolis Kuvveti

Yer’in Hareketleri ve Rüzgarlar Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1684 – Isaac Newton merkezkaç kuvvet düşüncesini sunar ve kavisli bir yolda her devinimin etkide bulunan bir kuvvetin sonucu olması gerektiğini ifade eder.

1735 – George Hadley, Yer’in dönüşü hava akımlarını saptırdığı için ticaret rüzgarlarının ekvatora doğru estiğini oraya koyar.

1851 – Leon Foucault, Yer’in dönüşünün bir sarkacın sallanışını nasıl saptırdığını gösterir.

1856 – ABD’li meteorolog William Ferrel, rüzgarların izobarlara – eşit atmosfer basıncı noktalarını birleştiren çizgiler – paralel estiğini gösterir.

1857 –
Felemenkli meteorolog Christophorus Buys Ballot, rüzgar arkanızda esiyorsa alçak basınç alanı sol tarafınızdadır diyen bir kuralı formüle eder.

Alessandro Volta’nın pili buluşundan esinlenen kimyacılar kuşağının öncü ışığı İsveçli Jöns Jakob Berzelius bir dizi deney yapıp, elektriğin kimyasallar üzerindeki etkisine baktı. 1819’da yayımlanan, Elekrokimyasal İkicilik (Düalizm) denilen ve bileşiklerin karşıt elektrik yüklü elementlerin bir araya gelmesiyle yaratıldığını öne süren bir teori geliştirdi. 1803’te Berzelius bir maden sahibiyle birlikte çalışıp, bir volta pili yapmış ve elektriğin tuzları nasıl ayırdığını görmüştü. Alkali metaller ile alkalin topraklar pilin negatif kutbuna; oksijen, asitler ve oksitlenmiş maddeler pozitif kutbuna göç etti. Tuzlu bileşiklerin pozitif yüklü bazik bir oksit ile negatif yüklü asidik bir oksiti birleştirdiği sonucuna vardı.

Berzelius düalist teorisini geliştirip, bileşiklerin, bileşen parçalar arasında karşıt elektrik yükünün çekimiyle birbirine bağlandığını öne sürdü. Bu teori, daha sonra yanlış olduğu gösterilmesine rağmen, kimyasal bağlara ilişkin araştırmaları tetikledi. 1916’da elektriksel bağlanmanın “iyonik” bağlanma olarak gerçekleştiği; yani atomların elektron kazanarak ya da kaybederek birbirini karşılıklı olarak çeken yüklü atomlar ya da iyonlar haline geldikleri anlaşıldı. Aslında bu, bir bileşikte atomların bağlanma yollarından yalnızca biriydi – biri de, elektronların atomlar arasında paylaşıldığı kovalent bağdır.

Kimyasal Bileşikler Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1704 – Isaac Newton atomların bir kuvvet tarafından birbirine bağlandığını öne sürer.

1800 – Alessandro Volta iki farkı metali yan yana koymanın elektrik üretebildiğini gösterir ve böylece ilk pili yaratır.

1807 – Humphry Davy tuzları elektrolizle ayırarak sodyumu ve diğer metal elementleri keşfeder.

1857-58 – August Kekule ve diğerleri valans – bir atomun oluşturabildiği bağ sayısı – düşüncesini geliştirir.

1916 – ABD’li kimyacı Gilbert Newton Lewis elektronların paylaşıldığı kovalent bağ düşüncesinin öne sürerken, Alman fizikçi Walther Kossel iyonik bağlar düşüncesini önerir.

19. yüzyılın dönümünde ışığın doğası sorunuyla ilgili bilimsel görüş bölünmüştü. Isaac Newton bir ışık demetinin sayısız, minik, hızlı hareket eden “taneciklerden” (parçacık) oluştuğunu savunmuştu. Işık mermiye benzer bu taneciklerden oluşursa, diyordu, ışığın düz çizgiler halinde yol almasının ve gölge yapmasının nedenini açıklar. Ama Newton’ın tanecikleri ışığın neden kırıldığını (cama girince büküldüğünü) ya da gökkuşağının renklerine bölündüğünü – yine kırılmanın bir sonucu – açıklamıyordu. Christiaan Huygens ışığın taneciklerden değil dalgalardan oluştuğunu savunmuştu. Işık dalga olarak yol alırsa, diyordu Huygens, bu olayları açıklamak kolay olur. Ama Newton o kadar heybetliydi ki, pek çok bilim insanı parçacık teorisine arka çıktı. Sonra 1801’de İngiliz hekim ve fizikçi Thomas Young’ın aklına, sorunu şöyle ya da böyle halledeceğine inandığı basit ama yaratıcı bir deney tasarlamak geldi. Bu düşünce, Young berrak bir su damlacığından geçen mum ışığının yarattığı ışık örüntülerine bakarken başladı. Örüntü parlak bir merkezin etrafında renkli halkaları gösteriyordu ve Young, halkalara etkileşen ışık dalgalarının neden olup olmadığını merak etti.

Aydinlik

– Eğer ışık düz çizgi halinde yol alan parçacıklardan oluşuyorsa, basit bir deneyle kanıtlanabilir.
– Bir ışığı iki bitişik yarıktan bir perdeye yansıtın. Perdede iki ışık havuzu görülmelidir.
– Ama onun yerine, tıpkı su dalgaları iki yarıktan akınca olduğu gibi, ışığın ve karanlığın karışan örüntülerini yaratır.
Işık dalga olarak yol almalı.

çift Yarık Deneyi

Çift Yarık Deneyi

Young bir oyun kağıdında iki yarık açtı ve üzerlerine bir ışık demeti çevirdi. Işık, yarıkların arkasına yerleştirilen kağıt perdede, Young’ı dalga olduklarına inandıran bir örüntü yarattı. Newton’ın dediği gibi ışık parçacık akışları olsaydı, her yarığın tam ötesinde bir ışık şeridi olmalıydı. Ama Young, hatları belirsiz bir barkod gibi, almaşık parlak ve koyu bantlar gördü. Işık dalgalarının yarıkların ötesine yayılınca etkileşim içine girdiklerini öne sürdü. İki dalga aynı zamanda yukarı (tepe) ya da aşağı (çukur) dalgalansa, iki kat büyük bir dalga meydana getirirler (yapıcı girişim) – parlak bantlar yaratarak. Bir dalga yukarı doğru dalgalanırken diğeri aşağı doğru dalgalanırsa, birbirlerini silerler (yıkıcı girişim) – koyu bantlar yaratarak. Young ışığın farklı renklerinin farklı girişim örüntüleri yarattığını da gösterdi. Bu, ışığın renginin dalga boyuna bağlı olduğunu kanıtladı.

Young’ın çift yarık deneyi, ışığın bir parçacık değil, bir dalga olduğuna bilim insanların bir yüzyıl boyunca inandırdı. Sonra 1905’te Albert Einstein, ışığın sanki bir parçacık akışıymış gibi de hareket ettiğini gösterdi – bir parçacık ve bir dalga gibi davranabilir. Young’ın deneyi o kadar basitti ki, 1961’de Alman fizikçi Claus Jönsson atomaltı parçacık elektronlarının benzer girişim ürettiğini, dolayısıyla onların da dalga olması gerektiğini göstermek için bu deneyi kullandı.

Thomas Young Kimdir?

İngiltere’de Somerset’te Quaker ebeveynlerin büyüttüğü 10 çocuğun en büyüğü olan Thomas Young’ın parlak zekası onu bir çocuk dahi yaptı ve “Genç Fenomen” lakabı takıldı. 13 yaşında beş dilden metinleri okuyabiliyordu. Yetişkin olarak Mısır hiyegroliflerinin ilk modern çevirisini yaptı.

Thomas Young

İskoçya’da tıp eğitim aldıktan sonra 1799’da Londra’da hekimliğe başladı; ama boş zamanlarında, bir müzikal akord teorisinden dilbilime kadar her konuda araştırma yapan gerçek bir bilgindi. Ama en çok ışık üzerine çalışmalarıyla ünlüdür. Işık girişimi ilkesini kanıtlamanın yanı sıra, renkli görmeye ilişkin ilk modern bilimsel teoriyi geliştirdi ve gördüğümüz renklerin, üç temel rengin – mavi, kırmızı ve yeşil – değişik oranları olduğunu savundu.

Önemli Eserleri:

1804 – Experiments and Calculations Relative to Physical Optics
1807 – Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts (Doğa Felsefesi ve Mekanik Sanatlar Üzerine Dersler)

Işık Hakkında Tarihsel Görüşler

1678 – Christiaan Huygens, ışığın dalga olarak yol aldığını ilk kez önerir. Treatise on Light’ı 1690’da yayımlar.

1704 – Opticks kitabında Isaac Newton, ışığın parçacık ya da “tanecik” akışlarından oluştuğunu öne sürer.

1905 – Albert Einstein ışığın hem dalga hem daha sonra foton denilen parçacık olarak düşünülmesi gerektiğini savunur.

1916 – ABD’li fizikçi Robert Andrews Millikan, Einstein’ın haklı olduğunu deneyle kanıtlar.

1961 – Claus Jönsson, Young’ın çift yarık deneyini elektronlarla tekrarlar ve ışık gibi elektronların da hem dalga hem parçacık gibi davranabildiklerini gösterir.

17. yüzyılda Isaac Newton “Yer’i tartma”nın – ya da Yer’in yoğunluğunu hesaplamanın – yöntemlerini önermişti. Bu yöntemlerden biri, bir dağın kütleçekimin onu düşeyden ne kadar uzağa çektiğini bulmak için bir çekül ipinin dağın her tarafındaki açısını ölçmeyi gerektiriyordu. Bu sapma, çekül doğrusu astronomik yöntemler kullanılarak hesaplanan bir düşeyle karşılaştırılarak hesaplanabilirdi. Dağın yoğunluğu ve hacmi belirlenebilse, o zaman buna bağlı olarak Yer’in yoğunluğu da belirlenebilirdi. Ne var ki, Newton’ın kendisi de, sapmanın o günün aletleriyle ölçülemeyecek kadar küçük olacağını düşündüğü için, bu düşünceye aldırış etmedi.

Chimborazo Dağı

1738’de Fransız astronom Pierre Bouguer, deneyi Ekvador’da Chimborazo’nun yamaçlarında yapmaya çalıştı. Ne var ki, hava durumu ve yükseklik sorunlara neden oldu ve Bouguer ölçümlerinin doğru olmadığını düşündü. 1772’de Nevil Maskelyne, Londra Royal Society’ye deneyin Britanya’da yapılabileceğini önerdi. Society kabul etti ve bir yerölçümcüyü uygun bir dağ seçmeye gönderdi. Maskelyne İskoçya’da Schiehallion’u seçti ve dağın her iki tarafından neredeyse dört ay gözlem yaparak geçirdi.

Schiehallion Dağı
Schiehallion, şekli simetrik ve yalıtık olduğu (bu nedenle diğer dağların kütleçekiminden daha az etkilendiği) için bu deney yeri olarak seçildi.

Kayaçların Yoğunluğu

Çekülün yıldızlara göre yönelimi, yükseklik farkından ötürü, herhangi bir kütleçekim etkisi olmasa bile, iki istasyonda farklı olmalıydı. Ne var ki, bu hesaba katıldığında bile, hala 11,6 saniyelik bir yay farkı (0,003 derecenin biraz üstünde) vardı. Maskelyne dağın şeklinin bir etüdünü ve kayaçlarının yoğunluk ölçümünü kullanıp, Schiehallion’un kütlesini çıkardı. Bütün Yer’in Schiehallion’la aynı yoğunlukta olduğunu varsayıyordu; ama çekül sapması, beklediğinin yarısından az bir ölçülen değer gösterdi. Maskelyne yoğunluk varsayımının doğru olmadığını anladı. Yer’in yoğunluğu, olasılıkla metalik bir çekirdeğe sahip olduğu için, yüzey yoğunluğundan fazlaydı. Fiilen gözlemlenen açı kullanılıp, Yer’in genel yoğunluğunun Schiehallion kayaçlarının yaklaşık iki katı olduğu çıkarıldı.

Bu sonuç, İngiliz astronom Edmond Halley’in savunduğu ve Yer’in içinin boş olduğunu söyleyen teoriyi çürüttü. Yer’in hacminden ve ortalama yoğunluğundan kütlesini çıkarmaya da olanak verdi. Maskelyne’in Yer’in genel yoğunluğu için bulduğu değer 4500 kg/m3’tü. Bugün kabul edilen değer 5,515 kg/m3’le karşılaştırıldığında, Yer’in yoğunluğunu yüzde 20’den az bir hatayla hesaplamış ve süreç içinde Newton’ın kütleçekim yasasını kanıtlamıştı.

Nevil Maskelyne Kimdir?

1732’de Londra’da doğan Nevil Maskelyne okulda astronomiye merak saldı. Cambridge Üniversitesinden mezun olup rahip olarak atandıktan sonra, 1758’de Kraliyet Derneği üyesi oldu ve 1765’ten ölünceye kadar Kraliyet Astronomu oldu.

Nevil Maskelyne

1761’de Kraliyet Derneği, Maskelyne’ı Atlantik adası St. Helena’ya Venüs geçişini gözlemlemeye gönderdi. Gezegen Güneş eğrisinden geçerken alınan ölçümler, astronomların Yer ile Güneş arasındaki mesafeyi hesaplamalarına olanak verdi. Denizdeyken boylam ölçme sorununu – o zamanın önemli bir sorunu – çözmeye de çok zaman harcadı. Yöntemi, ay ile verili bir yıldız arasındaki mesafeyi dikkatli bir biçimde ölçmeyi ve yayımlanmış cetvellere başvurmayı kapsamaktaydı.

Önemli Eserleri:

1764 – Astronomical Observations Made at the Island of St. Helena
1775 – An Account of Observations Made on the Mountain Schiehallion for Finding its Attraction

Yer’in Yoğunluğu Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1687 – Isaac Newton; Yer’in yoğunluğu ölçmek için deneyler önerdiği Principia’yı yayımlar.

1692 – Yer’in manyetik alanını açıklamaya çalışan Edmond Halley, gezegenin eşmerkezli üç boş küreden oluştuğunu öne sürer.

1738 – Pierre Bouguer, Ekvador’da bir volkan olan Chimborazo’da Newton’ın deneyini yapmaya kalkışır ve başarılı olmaz.

1798 – Henry Cavendish Yer’in yoğunluğunu hesaplamak için farklı bir yöntem kullanır ve 5448 kg/m3 olduğunu bulur.

1854 – George Biddell Airy, bir madende sarkaç kullanarak Yer’in yoğunluğunu ortaya çıkarır.

İngiliz bilgin John Michell, 1783’te Royal Society’de Henry Cavendish’e yazdığı bir mektupta, kütleçekimin etkisiyle ilgili düşüncelerini açıklar. Mektup 1970’lerde yeniden keşfedildi ve kara deliklere ilişkin dikkate değer bir açıklama içerdiği görüldü. Newton’ın kütleçekim yasasına göre, bir nesnenin kütleçekim kuvveti kütlesiyle birlikte artar. Michell, kütleçekimden etkilenen ışığa ne olabileceğini ele aldı. Şöyle yazıyordu: “Güneşle aynı yoğunlukta bir kürenin yarıçapı l’e 500 oranında azalsaydı, sonsuz yükseklikten ona doğru düşen bir cisim, yüzeyinde ışığınkinden daha büyük bir hız kazanırdı ve dolayısıyla, ışığın aynı kuvvet tarafından çekildiğini varsayarsak… böyle bir cisimden yayılan her ışık ona dönecek şekilde olurdu.” 1796’da Fransız matematikçi Pierre-Simon Laplace, Exposition du Systeme du Monde‘de benzer bir düşünceyle ortaya çıktı.

Ne var ki, 1915’te Albert Einstein genel görelilik üzerine yazısında kütleçekimi uzay-zaman eğrilmesinin bir sonucu olarak açıklayana kadar, kara delik düşüncesi uykuda yatacaktı. Einstein, maddenin uzay-zamanı kendi etrafına nasıl sarıp, Schwarzschild yarıçapı ya da olay ufku denilen bir bölgede kara delik meydana getirdiğini gösterdi. Madde – ışık da – kara deliğin içine girebilir, ama çıkamaz. Bu resimde ışığın hızı değişmez. Aksine, ışığın içinden geçtiği uzay değişir; ama Michell’in sezgisinin bir mekanizması vardı ve ona göre ışığın hızı, en azından azalır gibi görünürdü.

karadelik
Madde soğurulmadan önce halka şeklinde bir “yığılma diski”ndeki bir kara deliğin etrafında girdap yaparak döner. Girdap diskindeki ısı deliğin enerji – dar X-ışını demetleri olarak – yaymasına neden olur.

Teoriden Gerçekliğe

Einstein’ın kendisi de kara deliklerin gerçekte var olup olmadıklarından kuşkuluydu. Ancak 1960’larda varlıklarına ilişkin dolaysız kanıtlar arttıkça genel kabul görmeye başladılar. Bugün pek çok evrenbilimci kara deliklerin, büyük yıldızlar kendi kütleçekimleri altında çökünce oluştuklarını, daha fazla madde emdikçe büyüdüklerini ve her galaksinin merkezide dev bir kara deliğin pusuda yattığını düşünür. Kara delikler maddeyi içine çeker; Stephen Hawking’e atfen Hawking ışınımı denilen soluk kızılötesi ışınım dışında hiçbir şey kaçamaz. Kara deliğe düşen bir astronot hiçbir şey hissetmez ve olay ufkuna yaklaşırken sıradışı hiçbir şey fark etmez; ama kara deliğe doğru bir saat atsa, saat yavaşlar gibi görünür ve olay ufkuna yaklaşır ama hiçbir zaman tam ulaşmaz, yavaş yavaş gözden kaybolur.

kara delik astranot

Ne var ki, teorinin hala sorunları vardır. 2012’de fizikçi Joseph Polchinski, kuantum ölçeğinde etkilerin olay ufkunda, içine düşen astronotu yakıp kül edecek bir “ateş duvarı” yaratacağını öne sürdü. 2014’te Hawking fikrini değiştirdi ve kara deliklerin her şeye rağmen var olamayacakları sonucuna vardı.

John Michell Kimdir?

John Michell gerçek bir bilgindi. 1760’ta Cambridge Üniversitesinde jeoloji profesörü oldu, ama aynı zamanda aritmetik, geometri, teoloji, felsefe, İbranice ve Yunanca dersleri verdi. 1767’de din adamı olmak üzere emekli oldu ve kendi bilimine odaklandı.

John Michell

Michell yıldızların özelliklerine kafa yordu, depremleri ve manyetizmayı araştırdı ve Yerin yoğunluğunu ölçmek için yeni bir yöntem icat etti. “Dünyayı tartma” – hassas bir torsiyon terazisi – aygıtı yaptı; ama 1793’te kullanamadan öldü. Aygıtı arkadaşı Henry Cavendish’e bıraktı; Cavendish, deneyi 1798’de gerçekleştirdi ve şu anda kabul edilen rakama yakın bir değer elde etti. O günden bu yana, oldukça haksız bir biçimde “Cavendish deneyi” olarak anılmaktadır.

cavendish torsiyonu

Önemli Eserleri:

1767 – An Inquiry into the Probable Parallax and Magnitude of the Fixed Stars

Kara Delikler Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1686 – Isaac Newton evrensel kütleçekim yasasını formüle eder; buna göre nesneler arasındaki kütleçekimin gücü kütleleriyle orantılıdır.

1796 – Pierre-Simon Laplace kara delik olasılığıyla ilgili teoriler kurar.

1915 – Albert Einstein kütleçekimin uzay-zaman süreminin bükülmesi olduğunu gösterir; kütlesiz ışık fotonlarının kütleçekiminden etkilenmesinin nedeni bu bükülmedir.

1916 – Karl Schwarzschild olay ufkunu önerir; bu ufkun ötesinde, bir kara delikle ilgili hiçbir veri alınamaz.

1974 – Stephen Hawking, olay ufkundaki kuantum mekaniğinin kızılötesi ışınım yayacağını öngörür.

1781’de Alman bilim adamı William Herschel, başlangıçta bir kuyrukluyıldız olduğunu düşünmesine rağmen, ilkçağlardan beri görülen ilk yeni gezegeni saptadı. Onun keşfi, Newton yasalarına dayanan kestirimlerin bir sonucu olarak başka bir gezegenin keşfine de yol açtı. 18. yüzyılın sonuna gelindiğinde astronomi aletleri önemli ölçüde ilerlemişti – özellikle ışık toplamak için mercek yerine ayna kullanarak, o sırada merceklerle bağlantılı birçok sorundan kurtulan yansıtmalı teleskopların yapılmasıyla. Bu, ilk büyük astronomik incelemeler çağıydı; astronomlar gökyüzünü tarıyor ve bir dizi “uydu olmayan” nesne – şekilsiz gaz bulutlarına ya da yoğun ışık toplarına benzeyen yıldız salkımları ve bulutsular – saptıyorlardı. Kız kardeşi Caroline’den yardım alan Herschel sistematik olarak gökyüzüyle ilgilendi; beklenmedik sayıda ikili ve çoklu yıldız gibi tuhaflıkları kaydetti. Hatta farklı yönlerde saydığı yıldızların sayısına dayanarak Samanyolu galaksisinin bir haritasını çıkarmaya bile kalkıştı.

William Herschel 40 fit
1780’lerde Herschel ayna çapı 1,2 metre ve odak uzunluğu 12 metre olan kendi “40-foot” teleskopunu yaptı. 50 yıl boyunca dünyanın en büyük teleskopu olarak kaldı.

13 Mart 1781’de Herschel Gemini takımyıldızını tararken, bir kuyrukluyıldız olabileceğinden şüphelendiği soluk yeşil bir disk fark etti. Birkaç gece sonra tekrar ona döndü ve hareket etmiş olduğunu gördü; bu durum, bir yıldız olmadığını doğruladı. Herschel’in keşfine bakan Nevil Maskelyne yeni nesnenin bir kuyruklu yıldız olamayacak kadar yavaş hareket ettiğini ve aslında uzak bir yörüngede bir gezegen olabileceğini anladı. İsveçli-Rus Anders Johan Lexell ve Alman Johann Elert Bode, birbirlerinden bağımsız olarak, Herschel’in keşfinin yörüngesini hesaplayıp, kabaca Satürn’ün iki katı kadar uzakta bir gezegen olduğunu doğruladılar. Bode, Satürn’ün mitolojik babası, eski Yunan gök tanrısı Uranüs’ün adını vermeyi önerdi.

gezegenler

Düzensiz Yörünge

1821’de Fransız astronom Alexis Bouvard, Uranüs’ün yörüngesini Newton yasalarına göre olması gerektiği gibi tarif eden ayrıntılı bir cetvel yayımladı. Ne var ki, gezegenle ilgili yaptığı gözlemler cetvelin öngördükleriyle önemli tutarsızlıklar olduğunu gösterdi. Yörüngesindeki düzensizlikler, daha uzak sekizinci bir gezegenin kütleçekimini göstermekteydi. 1845’te iki astronom, Fransız Urbain Le Verrier ve John Couch Adams birbirinden bağımsız olarak, sekizinci gezegenin gökteki yerini hesaplamak için Bouvard’ın verilerini kullanıyorlardı. Teleskoplar öngörülen alana ayarlandı ve 23 Eylül 1846’da, Le Verrier’in öngördüğü yerin yalnızca bir derece ötesinde Neptün keşfedildi. Varlığı Bouvard’ın teorisini doğruladı ve Newton yasalarının evrenselliğinin güçlü bir kanıtı oldu.

evren

William Herschel Kimdir?

Almanya’da, Hanover’de doğan Frederick William Herschel 19 yaşında müzik alanında kariyer yapmak için Britanya’ya göç etti. Armoni ve matematik çalışmaları, optiğe ve astronomiye ilgi duymasına yol açtı ve kendi teleskoplarını yapmaya koyuldu.

William Herschel

Herschel Uranüs’ü keşfettikten sonra, Satürn’ün iki uydusu ile Uranüs’ün en büyük iki uydusunu keşfetti. Güneş Sisteminin galaksinin geri kalanına göre hareket halinde olduğunu da kanıtladı. 1800’de Güneş’i incelerken yeni bir ışıma biçimini keşfetti. Güneş ışığının farklı renklerinin sıcaklığını ölçmek için bir prizma ile bir termometre kullanarak bir deney yaptı ve görünür kırmızı ışığın ötesindeki bölgede sıcaklığın yükselmeye devam ettiğini bulguladı. Güneş’in bizim bugün kızılötesi dediğimiz, onun o zaman “ısıtıcı ışın” dediği görünmez bir ışık biçimi yaydığı sonucuna vardı.

Önemli Eserleri

1781 – Account of a Comet
1786 – Catalogue of 1000 New Nebulae and Clusters of Stars

samanyolu

Yeni Gezegenlerin Keşfi Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1600’lerin başı – Mercekli teleskop icat edilir, ama aynalı teleskop Isaac Newton ve diğerleri taralından 1660’1ara kadar geliştirilmez.

1774 – Fransız gözlemci Charles Messier kendi astronomi ölçümlerini yayımlar ve Herschel’in kendi ölçümleri üzerinde çalışmaya başlamasını sağlar.

1846 – Uranüs’ün yörüngesinde açıklanamayan değişiklikler, Fransız matematikçi Urbain Le Verrier’in sekizinci bir gezegenin – Neptün – varlığını ve konumunu öngörmesine yol açar.

1930 – ABD’li astronom Clyde Tombaugh, başlangıçta dokuzuncu gezegen kabul edilen, ama şimdi küçük buz dünyalarından oluşan Kuiper Kuşağı’nın en parlak üyesi olarak görülen Plüton’u keşfeder.

17. yüzyılın sonunda Isaac Newton hareket ve kütleçekim yasalarını saptayarak, bilimi her zamankinden daha kesin ve matematiksel hale getirdi. Çeşitli alanlarda bilim insanları Evren’i yöneten temel ilkeleri tanımladı ve bilimsel araştırmanın çeşitli kolları giderek daha fazla uzmanlaştı.

Universum small

Akışkan Dinamiği

1720’lerde İngiliz din adamı Stephen Hales bitkilerle bir dizi deney yaparak kök basıncını – bitkilerin sapı bu sayede yükselir – keşfetti ve laboratuvarda gaz toplama aygıtını, pnömatik hazneyi icat etti; bu aygıtın daha sonra havanın bileşenlerini saptamada yararlı olduğu anlaşıldı. İsviçreli matematikçi bir ailenin en parlak üyesi olan Daniel Bernoulli, Bernoulli denklemini formüle – bir akışkan hareket edince basıncı düşer – etti. Bu, kan basıncını ölçmesini olanaklı kıldı. Bu, aynı zamanda uçakların uçmasına olanak veren ilkedir de.

0 15db78 2a6ec649 XL

Daha sonra gizil ısı teorisini formüle edecek olan İskoç kimyacı Joseph Black 1754’te, kalsiyum karbonatın bozunması ve “sabit hava”nın, yani karbondioksitin oluşması üzerine dikkate değer bir doktora tezi üretti. Bu tez, kimyasal araştırma ve keşif alanında zincirleme bir tepkimenin kıvılcımını çaktı. İngiltere’de münzevi deha Henry Cavendish hidrojen gazını yalıttı ve suyun iki parça hidrojen ile bir parça oksijenden oluştuğunu kanıtladı. Muhallif papaz Joseph Priestley oksijeni ve başka birçok yeni gazı yalıttı. Felemenkli Jan Ingenhousz, Priestley’in bıraktığı yerden devam etti ve yeşil bitkilerin gün ışığında oksijen, karanlıkta karbondioksit saldıklarını gösterdi. Bu arada Fransa’da Antoine Lavoisier karbon, kükürt ve fosfor dahil, birçok elementin oksijenle birleşerek yandığını ve bugün bizim oksit dediğimiz şeyi oluşturduğunu gösterip, yanıcı malzemelerin yanmalarını sağlayan ve filojiston denilen bir madde içerdiğine ilişkin teoriyi çürüttü. (Ne yazık ki, Fransız devrimciler Lavoisier’i giyotine gönderecekti.)

1793’te Fransız kimyacı Joseph Proust, kimyasal elementlerin neredeyse her zaman belirli oranlarda birleştiklerini keşfetti. Bu, basit bileşiklerin formüllerini çıkarma yönünde yaşamsal bir adımdı.

Yer Bilimleri

Terazinin diğer ucuna Yer süreçlerine ilişkin bilgi büyük ilerlemeler kaydediyordu. Amerika’da Benjamin Franklin, şimşeğin bir elektrik biçimi olduğunu kanıtlamak için tehlikeli bir deney yapmanın dışında, Gulf Stream araştırmalarıyla büyük ölçekli okyanus akıntılarının varlığını kanıtladı. İngiliz hukukçu ve amatör meteorolog George Hadley, ticaret rüzgarlarını Yer’in dönüşüyle ilişki içinde açıklayan kısa bir kitapçık yayımlarken; Newton’ın bir düşüncesine sarılan Nevil Maskelyne, bir İskoç dağının kütleçekimini ölçmek için ağır hava koşullarında birkaç ay kamp kurdu. Bunu yaparken Yer’in yoğunluğunu ortaya çıkardı. James Hutton İskoçya’da çiftlik miras aldıktan sonra jeolojiyle ilgilenmeye başladı ve Yer’in daha önce sanılandan daha yaşlı olduğunu ortaya çıkardı.

1200 base image 4.1424268652

Yaşamı Anlamak

Bilim insanları Yer’in aşırı yaşını öğrenince, yaşamın nasıl başladığına ve evrildiğine ilişkin yeni düşünceler ortaya çıkmaya başladı. Zamanının ötesinde Fransız yazar, doğa bilimci ve matematikçi Georges-Louis Leclerc, diğer adıyla Comte de Buffon, modern evrim teorisi yönünde ilk adımları attı. Alman teolog Christian Sprengel ömrünün çoğunu bitkilerle böceklerin etkileşimini inceleyerek geçirdi ve erdişi çiçeklerin erkek ve dişi organları farklı zamanlarda çıkardıklarını, dolayısıyla kendi kendilerini döllemediklerini açıkladı. İngiliz rahip Thomas Robert Malthus dikkatini demografiye verdi ve nüfus arttıkça felaket öngören An Essay on the Principle of Population’ı (Nüfus Artışı Hakkında Araştırma) yazdı. Malthus’un kötümserliğinin yersiz olduğu (şimdiye kadar) anlaşıldı; ama kontrol edilmezse nüfus artışının kaynakları aşacağı düşüncesi, daha sonra Charles Darwin’i etkileyecekti.

DigiRev

Yüzyılın sonunda İtalyan fizikçi Alessandro Volta, izleyen on yıllarda ilerlemeleri hızlandıracak elektrik bataryasını icat ederek yeni bir dünyanın kapısını açtı. 18. yüzyıl boyunca öyle bir ilerleme olmuştu ki, İngiliz filozof William Whewell, filozoftan farklı yeni bir mesleğin yaratılmasına önerdi: “Genel olarak bilimle uğraşan birini tarif etmek için bir ada çok ihtiyacımız var. Ben bilim insanı deme eğilimindeyim.”

Genişleyen Ufuklar 1700 – 1800

1727 – İngiliz din adamı Stephen Hales kök basıncını gösteren Vegetable Staticks‘i yayımlar.

1735 – İsveçli botanikçi Carl Linnaeus flora ve fauna sınıflandırmasının başlangıcı olan Systema Naturae‘yi yayımlar.

1735 – George Hadley on yıllarca meçhul kalan kısa bir kitapçıkta ticaret rüzgarlarının davranışlarını açıklar.

1738 – Daniel Bernoulli gazların kinetik teorisinin temelini atan Hydrodynamica‘yı yayımlar.

1749 – Georges-Louis Leclerc, Histoire Naturelle‘nin ilk cildini yayımlar.

1754 – Joseph Black’in karbonatlar üzerine doktora tezi, nicel kimyada öncü eserdir.

1766 – Henry Cavendish, çinkoyu asitle tepkimeye sokarak hidrojen ya da yanar hava yapar.

1770 – Amerikalı diplomat ve bilim insanı Benjamin Franklin, Gulf Stream akıntısının bir haritasını yayımlar.

1774 – Joseph Priestley bir büyüteç ve Güneş ışığı kullanıp cıva oksidi ısıtarak oksijen meydana getirir, buna filojistonsuz hava der.

1774 – Antoine Lavoisier, Priestley’den tekniği öğrendikten sonra, aynı gazı meydana getirir ve adına oksijen der.

1774 – Nevil Maskelyne, bir dağın kütleçekimini ölçerek Yer’in yoğunluğunu hesaplar.

1779 – Jan Ingenhousz yeşil bitkilerin gündüz dışarıya oksijen verdiklerini keşfeder; bu, fotosentezdir.

1788 – James Hutton Yer’in yaşıyla ilgili teorisini yayımlar.

1793 – Christian Sprengel, tozlaşma üzerine kitabında bitki cinselliğini tasvir eder.

1798 – Thomas Robert Malthus insan nüfusu üzerine, daha sonra Charles Darwin ve Alfred Russel Wallace’ı etkileyen ilk denemesini çıkarır.

1799 – Alessandro Volta elektrik bataryasını icat eder.