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.

1799’da elektrik bataryasının icadı, tamamen yeni bilimsel araştırma alanları açtı. Danimarka’da Hans Christian Orsted elektrik ile manyetizma arasında bir bağlantıyı tesadüfen keşfetti. Londra Royal Institution’da (Kraliyet Enstitüsü) Michael Faraday manyetik alanların şeklini kafasında canlandırdı ve dünyanın ilk elektrik motorunu icat etti. İskoçya’da James Clerk Maxwell, Faraday’ın düşüncelerini aldı ve elektromanyetizmanın karmaşık matematiğini oraya çıkardı.

Michael Faraday

Görünmezi Görmek

Elektromanyetik dalgaların görünmez biçimleri, ne oldukları bilinmeden ya da davranışlarını düzenleyen yasalar ortaya çıkarılmadan keşfedildi. Britanya’da, Bath’da çalışan Alman astronom William Herschel günışığının çeşitli renklerini ayırıp sıcaklıklarını araştırmak için bir prizma kullandı; termometresinin, görünür spektrumun kırmızı ucunun ötesinde daha yüksek bir sıcaklık gösterdiğini fark etti. Herschel kızılötesi ışınıma rastlamıştı ve ertesi yıl morötesi ışınım keşfedildi. Spektrumda görünür ışıktan fazlası oluğunu kanıtlandı. Aynı şekilde daha sonra Wilhelm Conrad Röntgen Almanya’daki laboratuvarında X-ışınlarını tesadüfen keşfetti. İngiliz hekim Thomas Young, ışığın gerçekte bir dalga mı yoksa bir parçacık mı olduğunu belirlemek için akıllı bir çiftyarık deneyi tasarladı. Dalga girişiminin keşfi, tartışmayı halletmiş gibi görünüyordu. Prag’da Avusturyalı fizikçi Christian Andreas Doppler, ışığın çeşitli frekanslarda bir spektrumu olan bir dalga olduğu düşüncesinden yararlanarak çift yıldızların rengini açıklayıp, şimdi Doppler Etkisi olarak bilinen olguyu açıklığa kavuşturdu. Bu arada Paris’te Fransız fizikçiler Hippolyte Fizeau ve Leon Foucault ışığın hızını ölçtü ve suyun içinde, havada olduğundan daha yavaş yol aldığını gösterdi.

Doppler Etkisi

Kimyasal Değişmeler

İngiliz meteorolog John Dalton atom ağırlığının kimyacılar için önemli bir kavram olabileceğini tereddütlü bir biçimde öne sürdü ve birkaç atomun ağırlığını hesaplamaya kalkıştı. On beş yıl sonra İsveçli kimyacı Jöns Jakob Berzelius daha tam bir atom ağırlıkları listesi hazırladı. Onun öğrencisi Alman kimyacı Friedrich Wöhler inorganik bir tuzu organik bir bileşiğe dönüştürdü ve canlı kimyasının ayrı kurallara göre çalıştığı düşüncesini çürüttü. Paris’te Louis Pasteur, yaşamın kendiliğinden yaratılmadığını gösterdi. Yeni düşüncelerin esin kaynağı çeşitliydi. Benzen molekülünün yapısı, Alman kimyacı August Kekule’nin yatmaya giderken aklına geldi; Rus kimyacı Dimitri Mendeleyev elementlerin periyodik tablosu sorununu halletmek için bir deste oyun kağıdı kullandı. Marie Curie polonyumu ve radyumu yalıtıp, hem kimya hem fizik alanında Nobel ödülü kazan ilk kişi oldu.

Marie Curie

Geçmişin İpuçları

Yüzyıl, yaşam anlayışında bir devrimden başka bir şey görmedi. İngiltere’nin güney kıyısında Mary Anning, kayalıklardan kazıp çıkardığı soyu tükenmiş yaratıkların bir dizi fosilini belgeledi. Hemen ardından Richard Owen, bir zamanlar gezegende dolaşan “korkunç kertenkeleleri” tarif etmek için “dinozor” sözcüğünü uydurdu. İsviçreli jeolog Louis Agassiz, Yer’in büyük bölümünün bir zamanlar buzla kaplı olduğunu öne sürüp, Yer’in tarihi boyunca çok farklı koşullar yaşadığı düşüncesini daha da geliştirdi. Alexander von Humboldt disiplinlerarası içgörülerden yararlanıp, doğadaki bağlantıları açığa çıkardı ve ekoloji incelemelerini başlattı. Fransa’da Jean-Baptiste Lamarck bir evrim teorisinin ana hatlarını çizdi; yanılgıya düşerek, edinilmiş özelliklerin aktarılmasının evrimin itici gücü oluğuna inandı. Sonra 1850’lerde İngiliz doğa bilimciler Alfred Russel Wallace ve Charles Darwin’in aklına, doğal seçilimle evrim düşüncesi geldi. Thomas Henry Huxley kuşların dinozorlardan evrilmiş olabileceğini gösterdi ve evrimi destekleyen kanıtlar arttı. Bu arada, Gregor Mendel adlı Almanca konuşan Silezya’lı papaz binlerce bezelye bitkisini inceleyerek genetiğin temel yasalarını ortaya çıkardı. Mendel’in çalışması birkaç on yıl ihmal edilecekti, ama yeniden keşfedilmesi doğal seçilimin genetik mekanizmasını sağlayacaktı.

Gregor Mendel
1900’de İngiliz fizikçi William Thomson’in şöyle dediği iddia edilir: “Artık fizikte keşfedilecek yeni bir şey yoktur. Geriye kalan tek şey, giderek daha kesin ölçümdür.”
William Thomson

İlerleme Yüzyılı 1800 – 1900

1800 – Astronom William Herschel kızılötesi ışınımı keşfeder.

1803 – John Dalton, atom ağırlığı düşüncesini sunar.

1811 – Lyme Regis kayalıklarında Mary Anning bilinen ilk ihtiyozor iskeletini bulur.

1820 – Hans Christian Orsted, bir akım devresi açıldığında yakındaki bir pusula ibresinin titreştiğini keşfeder.

1821 – Michael Faraday elektrik motorunun arkasındaki ilkeyi keşfeder.

1837 – Louis Agassiz buz çağını tasvir eder.

1842 – Christian Doppler çift yıldızların neden renkli olduğunu açıklar.

1845 – Alman kaşif Alexander von Humboldt, ekoloji düşüncesini sunar.

1859 – Charles Darwin, Türlerin Kökeni‘nde evrim teorisini açıklar.

1859 – Louis Pasteur yaşamın kendiliğinden oluşumunu çürütür.

1865 – August Kekule benzen molekülünün kimyasal yapısını açıklar.

1866 – Gregor Mendel bezelye genetiği üzerine çalışmasını yayımlar.

1869 – Dimitri Mendeleyev elementlerin periyodik tablosunu hazırlar.

1873 – James Clerk Maxwell, elektromanyetizma yasalarını yayımlar.

1895 – Wilhelm Röntgen X-ışınlarını keşfeder.

1898 – Marie Curie radyoaktif polonyumu yalıtır.

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.

Jüpiter’in birçok uydusu vardır; ama geç 17. yüzyılda Ole Rømer kuzey Avrupa göklerini gözlemlediği sırada teleskopla yalnızca en büyük dördü (Io, Europa, Ganymede ve Callisto) görülürdü. Bu uydular Jüpiter’in oluşturduğu gölgeden geçerken tutulurlar ve belli zamanlarda, Yer’in ve Jüpiter’in Güneş’in etrafındaki göreli konumlarına bağlı olarak, gölgeye girerken ya da çıkarken gözlemlenebilirler. Yılın yaklaşık yarısı boyunca Güneş Yer ile Jüpiter arasında olduğu için, uyduların tutulmaları gözlemlenemez.

jupiter 529951 960 720

1660’ların sonunda Paris’te Kraliyet Gözlemevi müdürü Giovanni Domenico Cassini uyduların tutulmalarını kestiren bir cetvel yayımladı. Bu tutulmaların zamanını bilmek, boylamı çıkarmanın yeni bir yolunu sağladı. Boylamı ölçmek, verili bir konumdaki zaman ile referans bir boylam çizgisindeki (bu örnekte Paris) zaman arasındaki farkı bilmeye dayanır. En azından karada, Jüpiter’in bir uydusunun tutulma zamanını gözlemleyerek ve Paris’teki tahmini tutulma zamanıyla karşılaştırarak boylamı hesaplamak artık olanaklıydı. Bir teleskobu geminin güvertesinde utulmaları gözlemlemeye yetecek kadar sabit tutmak olanaklı değildi ve denizde boylam ölçmek, John Harrison 1730’larda ilk deniz kronometrelerini – denizde zaman ölçebilen saatler – yapana kadar olanaksız kaldı.

Hız Sonlu Mu Sonsuz Mu?

Rømer Io uydusunun iki yıllık bir dönemde alınan tutulma gözlemlerini inceledi ve bunları Cassini cetvellerinde öngörülen zamanlarla karşılaştırdı. Yer Jüpiter’e en yakın olduğu zaman alınan gözlemler ile en uzakta olduğu zaman alınan gözlemler arasında 11 dakikalık bir uyuşmazlık buldu. Bu uyuşmazlık, Yer’in, Jüpiter’in ya da Io’nun yörüngelerinde bilinen düzensizliklerle açıklanamazdı. Işığın Yer’in yörüngesinin çapını kat etmesi zaman almalıydı. Yer’in yörüngesini çapını bilen Rømer ışığın hızını ölçebilirdi. 214.000 km/sn’lik bir rakam çıkardı. Şimdiki değer 299.792 km/sn’dir; bu yüzden Rømer’in hesabı yaklaşık yüzde 25 eksiktir. Yine de mükemmel bir ilk yaklaşık değerdi ve ışığın sonlu bir hızı olup olmadığına ilişkin daha önce açık kalan sorunu çözdü.

ışığın hızını ölçmek

İngiltere’de Isaac Newton, Rømer’in ışığın anlık yol almadığına ilişkin hipotezini kolayca kabul etti. Ne var ki, Rømer’in muhakemesini herkes kabul etmedi. Cassini, diğer uydulara ilişkin gözlemlerdeki uyuşmazlıkların henüz açıklanmadığına işaret etti. İngiliz astronom James Bradley 1729’da yıldız paralakslarını ölçerek daha doğru bir ışık hızı rakamı üretene kadar, Rømer’in bulguları genel kabul görmedi.

ole romer

Ole Rømer Kimdir?

1644’te Danimarka kenti Aarhus’ta doğan Ole Rømer Kopenhag Üniversitesinde okudu. Üniversiteden ayrılınca, Tycho Brahe’nin astronomi gözlemlerinin yayına hazırlanmasına yardım etti. Rømer, Kopenhag’a yakın Uraniborg’da Brahe’nin eski gözlemevinden kendi gözlemlerini de yapıp, Jüpiter uydularının tutulma zamanlarını kaydetti. Oradan Paris’e taşındı ve Giovanni Cassini yönetimindeki Kralivet Gözlemevi’nde çalıştı. 1678’da İngiltere’yi ziyaret etti ve Isaac Newton’la buluştu.

1681’de Kopenhag Üniversitesine dönen Rømer astronomi profesörü oldu. Ölçülerin ve ayarların, takvimin yapı yönetmeliğinin, hatta su şebekelerinin modernleştirilmesiyle ilgilendi. Ne yazık ki, astronomi gözlemleri 1728’de çıkan bir yangında yok oldu.

Tarihte Jüpiter ve Uydularının Gözlemleri

1610 – Galileo Galilei Jüpiter’in dört büyük uydusunu keşfeder.

1668 – Giovanni Cassini Jüpiter uydularının tutulmalarını öngören ilk doğru cetveli yayımlar.

1729 – James Bradley yıldızların konumlarındaki değişimlere dayanarak ışığın hızını 301.000 km/sn olarak hesaplar.

1809 – Jean Baptiste Joseph Delambre Jüpiter uydularına ilişkin 150 yıllık gözlemleri kullanarak 300.300 km/sn’lik bir ışık hızı hesaplar.

1849 – Hippolyte Fizeau astronomi verileri kullanmak yerine bir laboratuvarda ışığın hızını ölçer.

17. yüzyılda Isaac Newton ve Felemenkli astronom Christiaan Huygens ışığın gerçek doğasını araştırdı ve çok farklı sonuçlara ulaştılar. Karşılaştıkları sorun şuydu: Işığın doğasıyla ilgili herhangi bir teori yansımayı, kırılımı, kırınımı ve rengi açıklamalıydı. Kırılım, ışığın bir maddeden diğerine geçerken bükülmesidir ve merceklerin ışığı odaklayabilmesinin nedenidir. Kırınım ışığın çok dar bir aralıkta geçerken yayılmasıdır.

ışık dalgası

Newton’ın deneylerinden önce genel kanıya göre, ışık rengini maddeyle etkileşimden almaktaydı. Işık bir prizmadan geçerken görülen “gökkuşağı” etkisi, prizma ışığı bir şekilde boyadığı için ortaya çıkar. Newton, gördüğümüz “beyaz” ışığın aslında farklı ışık renklerinin bir karışımı olduğunu ve bir prizma tarafından, hepsi biraz farklı miktarlarda kırıldıkları için gruplara bölündüğünü gösterdi.

ışık tayfı

Zamanın birçok doğa filozofu gibi Newton da ışığın bir parçacık ya da “tanecik” akımından oluştuğunu savundu. Bu düşünce ışığın nasıl düz çizgiler halinde yol aldığını ve yansıtıcı yüzeylerden “sektiğini” açıklıyordu. Kırılım da, farklı malzemeler arasındaki sınırlarda bulunan kuvvetlerle açıklanmaktaydı.

Kısmi Yansıma

Ne var ki, Newton’ın teorisi, ışık birçok yüzeye çarptığında nasıl bir kısmının yansıdığını ve bir kısmının kırıldığını açıklayamıyordu. 1678’de Huygens uzayın ağırlıksız parçacıklarla (esir) dolu olduğunu ve ışığın, esirde küresel dalgalar halinde yayılan bozulmalara neden olduğunu öne sürdü. Farklı malzemeler (eter, su ya da cam) ışık dalgalarının farklı hızlarda yol almasına neden olursa kırılım gerçekleşiyordu. Huygens’in teorisi bir yüzeyde hem yansımanın hem kırılımın neden gerçekleşebildiğini de açıklayabiliyordu. Kırınımı da açıklayabilirdi.

Huygens’in düşünceleri o zaman fazla etkili olmadı. Bunun nedeni, kısmen, Newton’ın bilim insanı olarak heybetli bir şahsiyet olmasıydı. Ama bir yüzyıl sonra, 1803’te Thomas Young ışığın gerçekten bir dalga gibi davrandığını gösterdi ve Huygens’in “küresel dalgaları” ile modern ışık modelleri arasında büyük farklar olmasına rağmen, 20. yüzyılda yapılan deneyler, ışığın hem dalga hem parçacık gibi davrandığını gösterdi. Huygens ışık dalgalarının bir maddeden (esir) geçerken oluşan boyuna dalga olduklarını söyledi. Ses dalgaları da boyuna dalgalardır; dalganın içinden geçtiği maddenin parçacıkları dalganın yol aldığı yönde titreşir. Modern ışık görüşümüze göre, ışık dalgaları daha çok su dalgaları gibi davranan enine dalgalardır. Parçacıklar dalganın yönüne dik açılarla (yukarı ve aşağı) titreşirken, yayılmak (iletilmek) için maddeye ihtiyaç duymazlar.

ışık dalgaları

Christiaan Huygens Kimdir?

Felemenkli matematikçi ve astronom Christiaan Huygens 1629’da Lahey’de doğdu. Üniversitede hukuk ve matematik okudu; sonra zamanın bir kısmını, başlangıçta matematik alanında ama daha sonra optik alanında da kendi araştırmalarını yapmaya ayırdı. Teleskoplar üzerinde çalıştı ve kendi merceklerini kendi kesti. Huygens birkaç kez İngiltere’ye gitti ve 1689’da Newton’la karşılaştı. Huygens ışıkla ilgili çalışmaları dışında, hareket ve kuvvet konularını da incelemişti; ama Newton’ın çekim kuvvetini açıklayan “uzaktan etki” düşüncesini kabul etmedi. Huygens’in kapsamlı başarılarından biri de, sarkaçlar üzerine çalışmasının sonucunda zamanın en doğru saatlerini yapmasıydı. Kendi teleskoplarıyla gerçekleştirdiği astronomi çalışmaları Satürn’ün en büyük uydusu Titan’ın keşfini ve Satürn halkalarına ilişkin ilk doğru açıklamayı kapsar.

Önemli Eserleri:

1656 – De Saturni Luna Observatio Nova
1690 – Treatise on Light

Christiaan Huygens

Işık Hakkında Tarihsel Gelişmeler

11. yüzyıl – İbn-i Heysem ışığın düz çizgiler halinde yol aldığını gösterir.

1630 – Rene Descartes, ışığa ilişkin bir dalga tanımı önerir.

1660 – Robert Hooke’a göre ışık, yayıldığı ortamın bir titretişimidir.

1803 – Thomas Young, ışığın bir dalga gibi davrandığını gösteren deneyleri açıklar.

1864 – James Clerk Maxwell ışığın hızını tahmin eder ve ışığın, bir elektromanyetik dalga biçimi olduğu sonucuna varır.

1900’ler – Albert Einstein ve Max Planck, ışığın hem bir parçacık hem bir dalga olduğunu gösterir. Farkına vardıkları elektromanyetik ışıma kuantumu, “foton” olarak bilinir.

foton