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.

Gezegen geçişleri, Johannes Kepler’in gezegen devinimine ilişkin üç yasasından ilkini – gezegenler eliptik bir yörüngede Güneş’in etrafında döner – test etme fırsatı sunmaktaydı. Venüs ve Merkür’ün güneşin eğrisinin önünden kısa süreli geçişleri – o zamanlar Kepler’in Rudolf Cetvelleriyle öngörülürdü – temelde yatan teorinin doğru olup olmadığını açığa çıkaracaktı.

venüs

İlk test – 1631’de Fransız astronom Pierre Gassendi’nin gözlemlediği Merkür geçişi – umut verici oldu. Ne var ki, bir ay sonra Venüs’ün geçişini saptama girişimi, Kepler’in rakamlarındaki yanlışlıklar nedeniyle başarısız oldu. Bu aynı rakamlar, 1639’da Venüs ile Güneş’in “tehlikeli bir yakınlaşması”nı öngörmekteydi; ama İngiliz astronom Jeremiah Horrocks, aslında bir geçişin gerçekleşeceğini hesapladı.

venüs gezegeni

4 Aralık 1639’da gündoğumunda, Horrocks en iyi teleskopunu kurup, Güneş kursunu bir karta odakladı. Öğleden sonra saat 15:15 civarında bulutlar dağıldı, Güneş’in önünden yavaş yavaş ilerleyen “sıra dışı büyüklükte bir leke” – Venüs – ortaya çıktı. Horrocks ilerleyişini karta işaretleyip her aralığın süresini ölçerken; bir arkadaşı da geçişi başka bir yerde ölçtü. Farklı bakış açılarından iki ölçü kümesini kullanan ve Venüs’ün Güneş’e göre çapını yeniden hesaplayan Horrocks, Yer’in Güneş’ten uzaklığını öncekilerden daha doğru tahmin edebildi.

venus

Venüs’ün Geçişi Hakkında Gözlemler

1543 – Nicolaus Copernicus, güneş-merkezli bir Evren’e ilişkin ilk eksiksiz savunmayı yapar.

1609 – Johannes Kepler bir eliptik yörüngeler sistemi önerir. Gezegen deviniminin ilk eksiksiz tasviri.

1663 – İskoç matematikçi James Gregory, 1631 ve 1639’da Venüs’ün geçişlerine ilişkin gözlemleri kullanarak Yer ile Güneş arasındaki tam mesafeyi ölçmenin bir yolunu tasarlar.

1769 – İngiliz kaşif Kaptan James Cook, Güney Pasifik’te Tahiti’de Venüs geçişini gözlemler ve kaydeder.

2012 – Astronomlar 21. yüzyılın son Venüs geçişini gözlemler.

Nicolaus Copernicus’un göksel yörüngeler üzerine 1543’te yayımlanan eseri, Güneş-merkezli bir Evren modeli için inandırıcı bir gerekçe sunduğu halde, sistemin önemli sorunları vardı. Göksel cisimlerin kristal kürelere takılı olduğuna dair eski düşüncelerden kurtulamayan Copernicus, gezegenlerin Güneş’in yörüngesinde kusursuz dairesel bir yol izlediğini söyledi ve düzensizliklerini açıklamak için modeline çeşitli karmaşıklıklar sokmak zorunda kaldı.

Nicolaus Copernicus

– Bir takımyıldızda yeni bir yıldızın doğuşu, gezegenlerin ötesindeki göklerin değişmez olmadığını gösterir.

Kuyrukluyıldız gözlemleri, gezegenlerin arasından yörüngelerini keserek geçtiklerini gösterir.

– Bu durum, göksel cisimlerin sabit göksel kürelere bağlı olmadıklarını gösterir.

– Gezegenler kürelere sabitlenmemişse, Güneş’in etrafında eliptik bir yörünge gezegenlerin gözlemlenen hareketini en iyi açıklar.

Her gezegenin yörüngesi bir elipstir.

Süpernova ve Kuyrukluyıldızlar

16. yüzyılın ikinci yarısında Danimarkalı soylu Tycho Brahe (1546 – 1601), sorunları çözmede yaşamsal oldukları anlaşılacak gözlemler yaptı. 1572’de Cassiopeia takımyıldızında görülen parlak bir süpernova patlaması, gezegenlerin ötesinde Evren’in değişmez olduğu düşüncesini zayıflattı. 1577’de Brahe, bir kuyrukluyıldızın hareketini çizdi. Kuyrukluyıldızların, Ay’dan daha yakın oldukları sanılmıştı; ama Brahe’nin gözlemleri, kuyrukluyıldızın Ay’ın epeyce ötesinde olması gerektiğini ve aslında gezegenlerin arasında dolaştığını gösterdi. Bu kanıt, “göksel küreler” düşüncesini bir darbeyle yerle bir etti. Bununla birlikte Brahe, Yer-merkezli modelinde dairesel yörüngeler düşüncesine bağlı kaldı.

Tycho Brahe

1597’de Brahe Prag’a davet edildive son yıllarını orada, İmparator II. Rudolph’un imparatorluk matematikçisi olarak geçirdi. Ölümünden sonra Brahe’nin çalışmalarını devam ettiren Alman astrolog Johannes Kepler, burada ona katıldı.

Dairelerden Kopma

Kepler, Brahe’nin gözlemlerinden yola çıkarak Mars için yeni bir yörüngeyi hesaplamaya zaten başlamış ve o sırada yörüngenin daire değil, daha çok oval (yumurta seklinde) olması gerektiği sonucuna varmıştı. Kepler oval yörüngeli güneş-merkezli bir model formüle etti; ama gözlem verilerine hala uygun değildi. 1605’te Mars’ın güney etrafındaki yörüngesinin elips – iki odak noktasından biri Güneş olan “gerilmiş bir daire” – olması gerektiği sonucuna vardı. 1609’da Astronomia Nova’sında (Yeni Astronomi) gezegen hareketinin iki yasasını açıkladı. Birinci yasaya göre, her gezegenin yörüngesi bir elipstir. İkincisine göre, bir gezegeni Güneş’e birleştiren doğru parçası eşit zaman dilimlerinde eşit alanlar tarar. Yani, gezegenlerin hızı Güneş’e yaklaştıkça artar. 1619’da üçüncü bir yasa, bir gezegen yılının Güneş’ten uzaklığıyla ilişkisini tarif etti: Bir gezegenin yörüngede dolanma süresinin (yılının) karesi, Güneş’ten uzaklığının üçüncü kuvvetiyle orantılıdır. Yani, Güneş’ten uzaklığı başka bir gezegenin uzaklığının iki katı olan bir gezegenin, yaklaşık üç kat uzun bir yılı alacaktır.

Kepler

Gezegenleri yörüngede tutan kuvvetin doğası bilinmiyordu. Kepler, manyetik kuvvet olduğuna inanmaktaydı, ama Newton 1687’de kütleçekim olduğunu gösterecekti.

Kepler’in yasalarına göre gezegenler Güneş’in etrafında eliptik bir yörüngede dolaşır ve elipsin iki odak noktasından biri Güneş’tir. Verili bir t zamanında gezegenleri Güneş’e birleştiren bir doğru parçası elipste eşit alanlar tarar.
Johannes Kepler 1

Johannes Kepler Kimdir?

Güney Almanya’da Stuttgart’a yakın Weil der Stadt kentinde 1571’de doğan Johannes Kepler, küçük bir çocukken 1577’nin Büyük Kuyrukluyıldızına tanık oldu ve gökyüzüne hayranlığı böyle başladı. Tübingen Üniversitesinde okurken, parlak bir matematikçi ve astrolog olarak ün kazandı. Zamanın önde gelen astronomlarıyla mektuplaştı; bunların arasında Tycho Brahe de vardı ve 1600’de Prag’a gidip Brahe’nin öğrencisi ve akademik varisi oldu. Brahe’nin 1601’de ölümünden sonra Kepler İmparatorluk Matematikçisi görevini üstlendi ve Brahe’nin üzerinde çalıştığı Rudolphine Tables’i tamamlaması istendi. Bu çalışmayı Avusturya’da, 1612’den 1630’da ölene kadar çalıştığı Linz’de tamamladı.

Rudolphine Tables

Önemli Eserleri

1596 – The Cosmic Mystery (Evrenin Gizemi)
1609 – Astronomia Nova (Yeni Gökbilim)
1619 – The Harmony of the World (Dünyanın Uyumu)
1627 – Rudolphine Tables (Rudolf Cetvelleri)

Gezegenlerin Yörüngeleri Hakkında Önemli Gelişmeler

MS 150 – İskenderiyeli Ptolemaios, Yer’in merkezde olduğu ve Güneş’in, Ay’ın, gezegenlerin ve yıldızların sabit göksel küreler üzerinde dairesel yörüngelerde Yer’in etrafında döndüğü varsayımına dayanan bir Evren modeli olan Almagest’i yayınlar.

16.yüzyıl – Güneş-merkezli bir evrenbilim fikri, Nicolaus Copernicus’un düşünceleriyle taraftar bulmaya başlar.

1639 – Jeremiah Horrocks, Kepler’in düşüncelerini kullanıp, Venüs’ün Güneş karşısında geçişini kestirir ve görür.

1687 – Isaac Newton’ın hareket ve çekim yasaları, Kepler’in yasalarına yol açan fiziksel ilkeleri açıklar.

Erken tarihi boyunca Batı düşüncesini, her şeyin merkezine Yeri yerleştiren bir Evren düşüncesi şekillendirdi. Anlaşılan bu “yer-merkezli” model, başlangıçta güncelik gözlemlere ve sağduyuya dayanmaktaydı. Üzerinde durduğumuz zeminin herhangi bir hareketini hissetmiyoruz ve gezegenimizin de hareket ettiğine ilişkin gözlemsel bir kanıt yok gibi görünüyordu. Kuşkusuz en basit açıklama şudu: Güneş, Ay, gezegenler ve yıldızlar farklı hızlarda Yerin etrafında dönüyorlardı. Bu sistem ilkçağ dünyasında yaygın kabul görmüş ve MÖ 4. yüzyılda Platon’un ve Aristoteles’in eserleriyle klasik felsefeye iyice yerleşmiş gibi görünüyor.

Bununla birlikte, antik Yunanlılar gezegenlerin hareketlerini ölçünce, yer-merkezli sisteminin sorunları olduğu anlaşıldı. Bilinen gezegenlerin – gökyüzünde dolaşan 5 ışık – yörüngeleri karmaşık yollar izliyordu. Merkür ve Venüs her zaman sabah ve akşam gökyüzünde görülmekte, Güneş’in etrafında dar halkaları tarif etmekteydi. Bu arada Mars, Jüpiter ve Satürn’ün dönüşü sırasıyla 780 gün, 12 yıl ve 30 yıl alıyordu; yavaşladıkları ve hareketlerinin genel yönünü geçici olarak tersine çevirdikleri “geri hareket” halkaları hareketlerini karışık hale getirmekteydi.

sistemler

Ptolemaios Sistemi

Yunan astronomlar bu karışılıkları açıklamak için ilmek düşüncesini devreye soktu, gezegenler dairesel “alt-yörüngeler”de dönmekteydi; alt-yörüngelerin merkezi “eksen” noktaları ise Güneş’in etrafında hareket etmekteydi. Bu sistemi en iyi MS 2. yüzyılda İskenderiyeli astronomi coğrafyacı Ptolemaios geliştirdi.

Ne var ki, klasik dünyada bile fikir ayrılıkları vardı. Örneğin Yunan düşünür Samoslu Aristarkhos, MÖ 3. yüzyılda trigonometrik ölçümleri kullanarak Güneş’in ve Ay’ın göreli uzaklıklarını hesapladı. Güneş’in büyük olduğunu anladı ve bu durum, kozmosun hareketinin eksen noktasının Güneş olmasının daha olası olduğunu öne sürmesine ilham kaynağı oldu.

Ptolemaios sistemi sonunda rakip teorilere yenildi ve bunun çok kapsamlı içerimleri oldu. Roma İmparatorluğu sonraki yüzyıllarda küçülürken, Hristiyan Kilise imparatorluğun varsayımlarının çoğunu miras aldı. Her şeyin merkezinde Yerin bulunduğu ve Yer üzerindeki hakimiyetiyle insanın Tanrı’nın en üstün yaratığı olduğu düşüncesi Hristiyanlığın temel akidelerinden biri haline geldi ve 16. yüzyıla kadar Avrupa’da egemen oldu.

Ama bu, astronominin Ptolemaios’tan sonra 500 yıl hiç gelişmediği anlamına gelmez. Gezegenlerin hareketlerini doğru bir biçimde öngörme yeteneği yalnızca bilimsel ve felsefi bir bilmece değildi, astrolojinin hurafeleri sayesinde sözde pratik amaçları da vardı. Her inançta yıldız gözlemcilerinin, gezegenlerin devinimlerini hep daha doğru ölçmeye çalışmaları için haklı nedenleri vardı.

Ptolemaios’un evren modelinde Yer merkezde hareketsizdir; Güneş, ay ve bilinen beş gezegen Yer’in etrafında dairesel yörüngelerde döner. Ptolemaios, yörüngeleri gözlemlere uygun hale getirmek için, her gezegenin hareketine daha küçük ilmekler ekledi.
Ptolemaios sistemi

Arap Alimliği

Birinci binyılın son yüzyılları, Arap biliminin ilk büyük çiçeklenmesine denk geldi. 7 yüzyıldan itibaren İslamın Ortadoğu’ya ve Kuzey Afrika’ya hızlı yayılışı Arap düşünürleri, Ptolemaios ve diğerlerinin astronomiyle ilgili yazdıkları da dahil, klasik metinlerle ilişkiye soktu.

Konum astronomisi pratiği – gök cisimlerinin konumlarını hesaplama – İslami, Yahudi ve Hristiyan düşüncenin dinamik bir potası haline gelen İspanya’da doruğuna ulaştı. 13. yüzyılın sonunda Kastilya Kralı X. Alfonso, yeni gözlemleri yüzyılların İslami kayıtlarıyla birleştirip Ptolemaios sistemine yeni bir kesinlik kazandıran ve 17. yüzyılın başına kadar gezegenlerin konumunu hesaplamak için kullanılacak verileri sağlayan Alfonso Cetvelleri’nin hazırlanmasına destek oldu.

Ptolemaios’u Sorgulamak

Ne var ki, bu noktada Ptolemaios modeli saçmalik derecesinde karışıklaşıyordu; öngörüyü gözleme uydurmak için daha fazla ilmekler eklendi. 1377’de Fransız filozof, Lisieux Piskoposu Nicole Oresme, Livre de Ciel et du Monde‘da (Göğün ve Yerin Kitabı) bu sorunu kökten ele aldı. Yer’in durağan olduğunun gözlemsel katının olmadığını gösterdi ve hareket halinde olmadığını varsaymak için hiçbir neden olmadığını savundu. Yine de, Ptolemaios sisteminin kanıtlarını yok etmesine rağmen, Oresme hareket eden bir Yer’e inanmadığını söyledi.

Livre de Ciel et du Monde

16. yüzyılın başına gelindiğinde durum çok farklı olmuştu Rönesans’in ve Protestan Reformasyonun gücü, çok sayıda eski dinsel dogmanın sorgulanmasını sağladı Warmia eyaletinden Polonyalı Katolik Nicolaus Copernicus, Evrenin merkezini Yer’den Güneş’e kaydıran ilk modern güneş-merkezli teoriyi öne sürdü.

Commentariolus

Copernicus düşüncelerini ilk kez 1514 civarinda arkadaşlar arasında elden ele dolaşan ve Commentariolus olarak bilinen küçük bir kitapçıkta yayımladı. Teorisi özünde Aristarkhos’un önerdiği sisteme benzer ve önceki sistemin birçok başarısızlığının üstesinden geldiği halde, Ptolemaios düşüncesinin bazı dayanaklarına bağlı kaldı, en önemlisi de, gök cisimlerinin yörüngesinin, kusursuz bir dairesel hareketle dönen kristalin küreye binili olduğu düşüncesi. Sonuç olarak Copernicus, yörüngelerinin belli bölümlerinde gezegen devinimlerinin hızını düzenlemek için kendi “ilmeklerini” devreye sokmak zorunda kaldı. Modelinin önemli bir içerimi, Evren’in boyutun çok büyük ölçüde büyütmesiydi. Yer Güneş’in etrafında dönüyorsa, değişen bakış noktamızın neden olduğu paralaks etkileriyle kendini ele vermelidir: Yıldızlar yıl boyunca gökyüzünde ileri geri yer değiştirir gibi görünmelidir. Böyle olmadıkları için, gerçekten de çok uzakta olmalılar.

paralaks etkisi
Yer Güneş’in etrafında dönerken, farklı uzaklıklarda yıldızların görünen konumu, paralaks denilen bir etki nedeniyle değişir. Yıldızlar çok uzak oldukları için, etki çok küçüktür ve ancak teleskop kullanılarak fark edilebilir.

Çok geçmeden Copernicus modelinin, eski Ptolemaios sisteminin düzeltilmiş bir şeklinden çok daha doğru olduğu anlaşıldı ve haber bütün Avrupa’da entelektüel çevrelere yayıldı. Duyuru Roma’ya bile ulaştı; popüler inancın aksine, bazi Katolik çevrelerde model başlangıçta iyi karşılandı. Yeni model, Alman matematikçi Georg Joachim Rheticus’un Warmia’ya gidip 1539’dan itibaren Copernicus’un öğrencisi ve asistanı olmaya yetecek kadar bir heyecan yarattı. Copernicus sisteminin elden ele dolaşan ilk anlatımı Narratio Prima’yı 1540’ta yayımlayan Rheticus’tu. Rheticus yaşlı papazdan eserinin tamamını yayımlamasını istedi. Bu Copernicus’un yıllardır düşündüğü, ama ancak 1543’te ölüm Copernicus döşeğindeyken razı olduğu bir şeydi.

Narratio Prima

Matematiksel Araç

Ölümünden sonra yayımlanan De Revolutionibus Orbium Coelestium (Göksel Kürelerin Dönüşleri Üzerine) Yerin hareket halinde olduğu önel Kutsal Kitabın birçok pasajıyla doğrudan çelişmesine ve bu nedenle hem Katolik hem Protestan teologlar tarafından sapkın sayılmasına rağmen, başlangıçta öfkeyle karşılanmadı. Konuyu geçiştirmek için, güneş-merkezli modelin yalnızca matematiksel bir kestirim aleti olduğunu, fiziksel Evrenin bir tasviri olmadığını açıklayan bir önsöz eklenmişti. Oysa Copernicus sağken böyle bir çekince göstermemişti. Sapkın içerimlerine rağmen Copernicus modeli, Papa XIII. Gregorius’un 1582’de başlattığı büyük takvim reformunun gerektirdiği hesaplamalar için kullanıldı.

De Revolutionibus Orbium Coelestium

Ne var ki, modelin öngörü doğruluğuyla ilgili yeni sorunlar hemen ortaya çıkmaya başladı; çünkü Danimarkalı astronom Tycho Brahe’nin (1541-1601) titiz gözlemleri, Copernicus modelinin gezegen devinimlerini yeterince doğru tarif etmediğini gösterdi. Brahe, bu çelişkileri kendine ait olan bir modelle çözmeye çalıştı; onun modelinde gezegenler Güneş’in etrafında dolaşıyordu, ama Güneş ve ay Yerin etrafındaki yörüngede kalıyordu. Gerçek çözümü – eliptik yörünge çözümü – onun öğrencisi Johannes Kepler bulacaktı.

Johannes Kepler

60 yıl sonra Copernicusçuluk, büyük ölçüde İtalyan bilim insanı Galileo Galilei etrafında dönen anlaşmazlık sayesinde, Kilise Reformasyonunun Avrupa’da neden olduğu bölünmenin gerçek simgesi olacaktı. Galileo’nun 1610’da Venüs’ün sergilediği evrelere ve Jüpiter’in yörüngesinde uyduların varlığına ilişkin gözlemleri, onu gün-merkezli teorinin doğru olduğuna inandırdı ve Katolik İtalya’nın kalbinden bu teoriye verdiği ateşli destek, İki Büyük Dünya Sistemi Üzerine Konuşmalar‘da (1632) ifade edildi. Bu durum Galileo’nun papalıkla çatışmasına yol açtı ve bunun bir sonucu, De Revolutionibus’taki tartışmalı pasajların geriye dönük sansürlenmesi oldu. Bu yasak iki yüzyıldan fazla bir süre kaldırılmayacaktı.

İki Büyük Dünya Sistemi Üzerine Konuşmalar

Nicolaus Copernicus Kimdir?

1473’te Polonya’nın Torun kentinde doğan Nicolaus Copernicus, zengin bir tüccarın dört çocuğunun en küçüğüydü. Nicolaus 10 yaşındayken babası öldü. Amcası onu kanatlarının altına aldı ve Krakow Üniversitesinde eğitimine göz kulan oldu. Birkaç yıl İtalya’da tıp ve hukuk okudu: 1503’te Polonya’ya dönüp, artık Warmia Prens-Piskoposu olan amcasının yönetimindeki papazlara katıldı.

Copernicus hem dil hem matematik üstadıydı; çok sayıda önemli eser çevirdi ve kendi astronomi teorileri üzerinde çalışırken, aynı zamanda ekonomiye ilişkin düşünceler de geliştirdi. De Revolutionibus’ta ana hatlarını çizdiği teori matematiksel karmaşıklığıyla ürkütücüydü; bu yüzden birçok kişi önemini kabul etmesine rağmen, pratik günlük kullanım için astronomlar tarafından pek benimsenmedi.

Önemli Eserleri:

1514 – Commentariolus
1543 – De Revolutionibus Orbium Coelestium (Göksel Kürelerin Dönüşleri Üzerine)

Evren Hakkında Tarihi Gelişmeler

MÖ 3. yüzyıl- Kum Cetveli adlı bir eserde Arşimet, Evren’in sanılandan daha büyük olduğunu ve merkezinde Güneş bulunduğunu öne süren Samoslu Aristarkhos’ın düşüncelerini aktarır.

MS 150 – İskenderiyeli Ptolemaios matematiği kullanarak, yer-merkezli bir Evren modeli tasvir eder.

1609 – Johannes Kepler, eliptik yörüngeleri önererek gün-merkezli Güneş Sistemi modelindeki belirgin çelişkileri çözer.

1610 – Galileo Jüpiter’in uydularını gözlemledikten sonra, Copernicus’un haklı olduğunu inanır.

İslami Altın Çağ, bilimin ve sanatın büyük gelişme kaydettiği bir dönemdi. 8. yüzyılın ortasında Abbasi Halifeliğinin başkenti Bağdat’ta başladı ve yaklaşık 500 yıl sürdü. Deney yapmanın ve modern bilimsel yöntemin temellerini attı. Aynı dönemde Avrupa’da, bilimsel düşüncesinin dinsel doğmanın sınırlamalarının üstesinden gelmesine daha birkaç yüzyıl vardı.

Aristoteles

Tehlikeli Düşünme

Yüzyıllarca Katolik Kilisenin evren görüşü Aristoteles’in düşüncesine dayandırıldı; buna göre yer, büyün gök cisimlerinin yörüngesel merkezindeydi. Ardından, 1532 civarında, Polonyalı hekim Nicolaus Copernicus karmaşık matematiğiyle yıllarca uğraştıktan sonra, merkezinde Güneş olan sapkın evren modelini tamamladı. Sapkınlığın farkında olan Copernicus, dikkatli davranıp bunun yalnızca matematiksel bir model olduğunu ifade etti ve ölüm eşiğine gelinceye kadar bekleyip ondan sonra yayımladı; ama Copernicus’un modeli hızla taraftar kazandı. Alman astrolog Johannes Kepler, Felemenkli hocası Tycho Brahe’nin gözlemlerini kullanarak Copernicus’un teorisini geliştirdi ve Mars’ın, dolayısıyla diğer gezegenlerin yörüngelerinin elips oluğunu hesapladı. Gelişmiş teleskoplar İtalyan bilgin Galileo Galilei’nin 1610’da Jüpiter’in dört uydusunu saptamasına olanak verdi. Yeni evrenbilimin açıklayıcılık gücü inkar edilemez oluyordu.

Galileo Galilei

Galileo düşen nesnelerin fiziğini araştırarak ve etkili bir zaman sayacı olarak sarkacı tasarlayarak bilimsel deneyin gücünü de gösterdi. Felemenkli Christiaan Huygens, Galileo’nun sarkacını kullanarak 1657’de ilk sarkaçlı saati yaptı. İngiliz filozof Francis Bacon bilimsel yöntemle ilgili düşüncelerini ortaya koyan iki kitap yazarak, deneye, gözleme ve ölçmeye dayanan modern bilimin teorik temelini geliştirdi.

Isaac Newton

Peşinen gürül gürül yeni keşifler geldi. Robert Boyle bir hava pompası kullanıp havanın özelliklerini araştırırken, Huygens ve İngiliz fizikçi Isaac Newton ışığın nasıl yol aldığına ilişkin karşıt teorilerle ortaya çıkıp optik bilimini pekiştirdiler. Danimarkalı astronom Ole Rømer, Jüpiter uydularının tutulma cetvellerinde tutarsızlık fark etti ve bunları kullanarak, ışık hızının yaklaşık bir değerini hesapladı. Rømer’in vatandaşı Piskopos Nicolas Steno eski bilgilerin çoğuna kuşkuyla bakıyordu ve hem anatomi hem jeoloji alanında kendi düşüncelerini geliştirdi. Stratigrafinin (kayaç katmanlarının incelenmesi) ilkelerini belirleyip, jeoloji için yeni bir bilimsel temel kurdu.

Robert Hooke

Mikro Dünyalar

17. yüzyıl boyunca teknolojideki gelişmeler en küçük ölçekte bilimsel keşiflere güç verdi. 1600’lerin başında Felemenkli gözlükçüler ilk mikroskopları geliştirdi; daha sonra Robert Hooke kendi mikroskobunu yaptı ve bulgularının güzel resimlerini çizerek, ilk kez pire gibi küçük böceklerin karışık yapısını açığa vurdu. Olasılıkla Hooke’un resimlerinden esinlenen Felemenkli manifaturacı Antonie van Leeuwenhoek yüzlerce mikroskop yaptı ve su gibi, daha önceden kimsenin bakmayı akıl etmediği yerlerde küçük yaşam formları buldu. Leeuwenhoek, “hayvancık” dediği protist ve bakteri gibi tek hücreli yaşam formlarını keşfetmişti. Bulgularını British Royal Society’ye (İngiliz Kraliyet Derneği) rapor edince, gerçekten böyle şeyler görüp görmediğini doğrulamak için üç rahip gönderildi. Felemenkli mikroskopçı Jan Swammerdam, yumurta, larva, pupa ve erişkinin, Tanrının yarattığı ayrı hayvanlar değil, bir böceğin gelişim evreleri olduğunu gösterdi. Aristoteles’e kadar geri giden eski düşünceler, bu yeni buluşlarla birlikte bir tarafa atıldı. Bu arada İngiliz biyolog John Ray, ilk ciddi sistematik sınıflandırma girişimine işaret eden büyük bir bitki ansiklopedisi hazırladı.

1 Historia Plantarum

Matematiksel Analiz

Aydınlanmanın habercisi olan bu keşifler, modern bilimsel astronomi, kimya, jeoloji, fizik ve biyoloji disiplinlerinin temelini attı. Yüzyılın taçlandırıcı başarısı, Newton’ın hareket ve çekim yasalarını ortaya koyan bilimsel eseri Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ile geldi. Newton fiziği iki yüzyıldan fazla bir süre fiziksel dünyanın en iyi tasviri olarak kalacaktı ve Newton ile Gottfried Wilhelm Leibniz’in birbirinden bağımsız geliştirdiği analitik hesaplama teknikleriyle birlikte, gelecekte bilimsel çalışmalara güçlü bir araç sağlayacaktı.

newton

Bilimsel Devrim 1400 – 1700

1543 – Nicolaus Copernicus gün-merkezli bir evrenin ana hatlarını çizen De Revolutionibus Orbium Coelestium‘u (Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine) yayımlar.

De Revolutionibus Orbium Coelestium

1600 – Astronom William Gilbert, manyetizma üzerine bilimsel bir eser olan De Magnete‘yi yayımlar ve yerin mıknatıs olduğunu öne sürer.

1609 – Johannes Kepler, Mars’ın eliptik bir yörüngesi olduğunu öne sürer.

1610 – Galileo Jüpiter’in uydularını gözlemler ve yamaçlardan yuvarladığı toplarla deney yapar.

1620’ler – Francis Bacon bilimsel yöntemin ana hatlarını çizen Novum Organum Scientiarum ve The New Atlantis‘i yayımlar.

1639 – Jeremiah Horrocks Venüs’ün geçişini gözlemler.

1643 – Evangelista Torricelli barometreyi icat eder.

1660’lar – Robert Boyle hava basıncını araştıran New Experiments Physico-Mechanical, Touching the Spring of the Air and its Effects‘i yayımlar.

1665 – Micrographia‘da Robert Hooke dünyayı pirelerin, arıların ve mantarların anatomisiyle tanıştırır.

micrographia

1669 – Nicolas Steno, katıların içindeki katıları (fosiller ve kristaller) yazar.

1669 – Jan Swammerdam, Historia Insectorum Generalis‘te böceklerin evreler halinde nasıl geliştiğini tarif eder.

1670’ler – Antonie van Leeuwenhoek basit mikroskoplarla tek hücreli organizmaları, spermi, hatta bakterileri gözlemler.

1676 – Ole Rømer, Jüpiter’in uydularını kullanarak ışığın belirli bir hızı olduğunu gösterir.

1678 – Christiaan Huygens, daha sonra Isaac Newton’ın parçacık olarak ışık düşüncesiyle karşılaştırılacak ışığın dalga teorisini ilan eder.

1686 – John Ray bitki krallığının ansiklopedisi Historia Plantarum‘u yayımlar.

1687 – Isaac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica‘da kendi hareket yasalarının ana hatlarını çizer.

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

MÖ 140 civarında, olasılıkla antik dünyanın en iyi astronomu olan Yunan astronom Hipparkhos, 850 kadar yıldızdan oluşan bir katalog hazırladı. Güneş’in ve Ay’ın hareketlerini ve tutulmaların tarihini öngörmenin yolunu da açıkladı. MS 150 civarında İskenderiyeli Ptolemaios eseri Almagest’te 1000 yıldız ve 42 takımyıldız listeledi. Bu eserin büyük bölümü, Hipparkhos’un yazdıklarının güncellenmiş bir versiyonuydu ama daha kullanışlı bir biçimde. Batıda Almagest, ortaçağ boyunca standart astronomi metni oldu. Cetvelleri, Güneş’in ve Ay’ın, gezegenlerin ve önemli yıldızların gelecekteki konumlarını, hatta ay ve güneş tutulmalarını hesaplamak için gerekli bütün bilgileri kapsamaktaydı.

Almagest

MS 120’de Çinli bilge Zhang Heng; Evrenin Ruhsal Bünyesi başlıklı bir eser çıkardı. Bu eserde “-Gök bir tavuğun yumurtasına benzer ve bir arbalet topu gibi yuvarlaktır; Yer ise bir yumurtanın sarısı gibidir, merkezde tek başına yatar. Gök büyüktür, Yer küçük.” diyordu. Bu, Hipparkhos ve Ptolemaios’ta olduğu gibi, merkezde Yer olan bir Evren’di. Zhang 2500 “parlak” yıldız ve 124 takımyıldız katalogları: “-Çok küçük yıldızlardan 11250 tane var.” diye ekledi.

Ay ve Gezegen Tutulmaları

Zhang tutulmalara hayrandı. Şöyle yazmış: “-Güneş ateş gibidir ve Ay da su gibi. Ateş ışık saçar, su ışığı yansıtır. Bu yüzden Ay’ın parlaklığı güneşin ışımasından kaynaklanır ve Ay’ın karanlığı, güneşin ışığının engellenmesi nedeniyledir. Güneş’e bakan taraf tamamen aydınlıktır, uzak olan taraf ise karanlıktır.” Zhang, araya Yer girdiği için Güneş tutulmasını da tarif etti. Gezegenlerin de “su gibi” ışığı yansıttığını, bu yüzden onların da tutulduklarını anladı. Benzer bir etki “-Bir gezegende de olunca, buna örtünme diyoruz. Ay, Güneş’in yolundan geçince, o zaman Güneş tutulması olur.”

güneş ve ay

11. yüzyılda başka bir Çinli astronom, Shen Kuo, Zhang’ın çalışmasını önemli bir konuda genişletti. Ay’ın büyümesine ve küçülmesine ilişkin gözlemleriyle gök cisimlerinin küre şeklinde olduğunu kanıtladı.

Zhang Heng Kimdir?

Zhang Heng, Han Hanedanı döneminde şimdi Henan eyaleti denilen yörede Xie kasabasında MS 78’de doğdu. 17 yaşında edebiyat okumak ve yazar olmak için evden ayrıldı. Zhang yirmili yaşlarının sonunda yetenekli bir matematikçi oldu ve İmparator An-ti’nin sarayına çağırıldı; MS 115’te İmparatorun baş astrologu olarak atandı.

Zhang, bilimde hızlı ilerlemelerin olduğu bir zamanda yaşadı. Astronomiyle ilgili çalışmalarının yanı sıra, suyla çalışan halkalı bir küre (gök cisimlerinin modeli) yaptı ve MS 138’de 400 kilometre uzaktaki bir depremi başarılı bir biçimde kaydedene kadar dalga geçilen dünyanın ilk sismometresini icat etti.

Zhang Heng sismograf

Taşıtla geçilen uzaklıkları ölçmek için ilk yol sayacını ve at arabası biçiminde, manyetik olmayan ve güneyi gösteren bir pusula da icat etti. Zhang, zamanın kültürel yaşamına ilişkin canlı içgörüler sunan saygın bir şairdi.

Zhang Heng pusula

Önemli eserleri
MS yaklaşık 120: Evrenin Ruhsal Bünyesi
MS yaklaşık 120: Ling Xian’ın Haritası

Gezegenlerin Şekilleri Hakkında Tarihi Gelişmeler

MÖ 140: Hipparkhos tutulmaları öngörmenin yolunu buluyor.

MS 150: Ptolemaios; Hipparkhos’un çalışmalarını geliştirir ve gök cisimlerinin gelecekteki konumlarını hesaplamak için pratik cetveller çıkarır.

11.Yüzyıl: Shen Kou; Rüya Havuzu Denemeleri’ni yazar. Burada Ay’ın büyümesinden ve küçülmesinden yararlanarak, bütün gök cisimlerinin küre şeklinde olduğunu gösterir.

1543: Nicolaus Copernicus; Göksel Kürelerin Dönüşleri Üzerine’yi yayımlar. Burada gün merkezli bir sistem tasvir eder.

1609: Johannes Kepler; gezegenlerin hareketini, elips şeklinde boşlukta dolaşan cisimler olarak açıklar.

Bilim, sürekli bir hakikat arayışıdır. Evrenin nasıl çalıştığını keşfetmek için en eski uygarlıklardan beri süre gelen bir mücadeledir. İtici gücünü insanın merakından alan bilim, akıl yürütmeye, gözleme ve deneye dayanmaktadır. Eski yunan filozoflarının en ünlüsü olan Aristoteles bilimsel konularda yazılar yazdı ve sonradan gelen birçok çalışmanın temellerini attı. İyi bir doğa gözlemcisiydi; ama tamamen düşünceye ve muhakemeye dayandı, deney yapmadı. Bu nedenle birçok şeyi yanlış anladı. Örneğin büyük nesnelerin küçük nesnelerden daha hızlı düştüğünü ve bir nesnenin ağırlığı başka bir nesnenin iki katıysa, iki kat daha hızlı düşeceğini öne sürdü. Bu yanlış olmasına rağmen, İtalyan astronom Galileo Galilei 1590’da bu düşünceyi çürütene kadar hiç kimse ondan kuşkulanmadı. Bugün iyi bir bilim insanının ampirik kanıtlara yaslanması gerektiği aleni olabilir, ama her zaman öyle değildi.

Bilimsel Yöntem

Bilimsel süreç için mantıksal bir sistemi, ilk kez 17. yüzyılda İngiliz filozof Francis Bacon öne sürdü. 600 yıl önce Arap bilim insanı İbn-i Heysem’in çalışmalarına dayanan ve çok geçmeden Fransız filozof Rene Descartes tarafından güçlendirilen Bacon’ın bilimsel yöntemi, bilim insanlarının gözlem yapmasını, olup biteni açıklayan bir teori oluşturmasını ve teorinin işe yarayıp yaramadığını görmek için bir deney gerçekleştirmek gerektirir. Doğru gibi görünürse, sonuçlar akran değerlendirmesine gönderilebilir; burada, aynı ya da benzer alanda çalışan insanlar, yanlışları tek tek bulup çıkarmaya, böylece teoriyi çürütmeye ya da sonuçlarının doğru olduğundan emin olmak için deneyi tekrarlamaya davet edilir. Test edilebilir bir hipotez öne sürmek ya da kestirimde bulunmak her zaman yararlıdır. 1682 kuyruklu yıldızını gözlemleyen İngiliz astronom Edmond Halley, 1531 ve 1607’de kayıtlara geçen kuyruklu yıldızlara benzediğini fark etti ve üçüncünün aynı nesle, güneşin yörüngesinde olduğunu öne sürdü. 1758’de geri geleceğini ön gördü ve son anda da olsa haklı çıktı – 25 Aralık günü fark edildi. Bugün o kuyruklu yıldız, Halley Kuyruklu Yıldızı olarak biliniyor. Astronomlar deney yapmadıkları için, kanıtlar ancak gözlemle elde edilebilir.

Deneyler bir teoriyi test edebilir ya da tamamen spekülatif olabilir. Yeni Zelanda doğumlu fizikçi Ernest Rutherford, bunun bir top mermisinin pelur kağıdından sekmesi gibi bir şey olduğunu söyledi- ve bu, onu atomun yapısı konusunda yeni bir düşünceye götürdü.

Bilim insanı yeni bir mekanizma ya da teori önerirken sonuçla ilgili bir öngörüde bulunabilirse, deney daha zorlu olurdu.Deney öngörülen sonuçları verirse, bilim insanı teorisini destekleyen kanıtlara sahip olur. Yine de bilim, 20.yüzyıl bilim felsefecisi Karl Popper’ın işaret ettiği gibi, bir teorinin doğru olduğunu asla kanıtlayamaz, şeylerin yalnızca yanlışlığını kanıtlayabilir. Öngörülen yanıtları veren her deney destekleyici kanıttır; ama başarısız olan tek bir deney, bütün teoriyi çökertebilir.

Yer-merkezli Evren, dört vücut sıvısı, ateş-element filojiston ve esir denilen gizemli bir ortam gibi yüzyıllardır savunulan kavramların yanlışlığı kanıtlandı ve yerlerini yeni teoriler aldı. Bunlar da yalnızca teoridir ve çürütülebilir, birçok durumda destekleyici kanıtlara bakılırsa, ihtimal dışı olmasına rağmen.

Düşüncelerin İlerlemesi

Bilim nadiren sade, mantıksal adımlarla ilerler. Birbirinden bağımsız çalışan bilim insanları eş zamanlı keşifler yapabilirler, ama neredeyse her ilerleme, önceki çalışmalara ve teorilere bir ölçüde dayanır. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, LHC, olarak bilinen devasa aygıtı yapmanın tek nedeni, 40 yıl önce, 1964’te varlığı öngörülen Higgs parçacığını aramaktı. Bu öngörü, atomun yapısına ilişkin Rutherford’a kadar geri giden on yılların teorik çalışmalarına ve Danimarkalı fizikçi Niels Bohr’un 1920’lerdeki çalışmasına dayanıyordu, bu çalışmalar da 1897’de elektronun keşfedilmesine, o da 1869’da katodun keşfine dayanmaktaydı. Vakum pompasi ve 1799’da icat edilen pil olmasıydı bunların hiçbiri olamazdı böylece zincir on yıllarca ve yüzyıllarca geriye gider. Büyük İngiliz fizikçi Isaac Newton’ın ünlü bir sözü vardır: “Daha uzağı gördümse, devlerin omuzlarında durduğum içindir.” Öncelikle Galileo’yu kast ediyordu, ama İbn-i Heysem’in Kitabu’l-Menazır’ının bir kopyasını da görmüş olabilir.

İlk Bilim İnsanları

Bilimsel bir bakışı olan ilk filozoflar, MÖ 5. ve 6. yüzyıllarda eski Yunan dünyasında aktifti. Miletoslu Thales, MÖ 585’te bir Güneş tutulmasını öngördü; Pythagoras, 50 yıl sonra bugünkü Güney İtalya’da bir matematik okulu kurdu ve Ksenophanes, bir dağda deniz kabukları bulduktan sonra, bütün Yer’in bir zamanlar denizle kaplı olması gerektiği sonucuna vardı.

MÖ 4. yüzyılda Sicilya’da Empedokles, toprak, hava, ateş ve suyun “her şeyin dört kökü” olduğunu iddia etti. Taraftarlarını volkanik Etna Dağı’nın kraterine götürdü ve anlaşılan, ölümsüz olduğunu göstermek için, kraterin içine atladı. Sonuç olarak onu bugün hatırlıyoruz.

1200 base image 4.1424268652

Yıldız Gözlemcileri

Bu arada Hindistan’da, Çin’de ve Akdeniz’de insanlar, gök cisimlerinin hareketlerini anlamaya çalışıyordu. Yıldız haritaları yaptılar – kısmen navigasyon yardımcı olsun diye, yıldızlara ve yıldız gruplarına ad verdiler. Birkaç yıldızın, “sabit yıldızlara” göre düzensiz bir yol izlediğini de fark ettiler. Yunanlar, bu gezici yıldızlara “gezegen” dedi. Çinliler, MÖ 240’ta Halley kuyruklu yıldızını ve 1054’te şimdi Yengeç Bulutsusu olarak bilinen bir süper novayı fark ettiler.

Beytü’l-Hikmet

MS 8. yüzyılda Abbasi halifesi, yeni başkenti Bağdat’ta muhteşem bir kütüphane olan bilgelik evi Beytü’l-Hikme’yi açtı. Bu, İslam bilim ve teknolojisinin hızlı ilerlemesine ilham verdi. Yıldızların konumunu kullanan bir navigasyon aleti olan usturlabın yanı sıra, çok sayıda zeka işi mekanik alet icat edildi. Simya gelişti ve damıtma gibi tekikler ortaya çıktı. Kütüphanedeki alimler Yunanistan’dan ve Hindistan’dan pek çok önemli kitabı toplayıp Arapçaya çevirdi. Batı, kadim eserleri bunların sayesinde daha sonra yeniden keşfetti. Hindistan’dan alınan Arap “rakamlarını” -sıfır dahil- öğrendi.

Modern Bilimin Doğuşu

Batı dünyasında Kilisenin bilimsel hakikat üzerindeki tekeli zayıflamaya başlarken, 1543 yılı çığır açıcı iki kitabın yayımlanmasına tanık oldu. Belçikalı anatomici Andreas Vesalius, insan cesetlerinde yaptığı diseksiyonlari muhteşem görsellerle açıklayan De Humani Corporis Fabrica‘yı çıkardı. Aynı yıl Polonyalı hekim Nicolaus Copernicus, Evrenin merkezinin Güneş olduğunu ifade edip, bin yıl önce İskenderiyeli Ptolemaios’un oluşturduğu Yer-merkezli modeli altüst eden De Revolutionibus Orbium Coelestium‘u yayımladı.

1600’de İngiliz hekim William Gilbert De Magnete’ye yayımladı; burada Yer’in kendisi bir mıknatıs olduğu için pusula ibresinin kuzeyi gösterdiğini açıkladı. Yerkürenin merkez çekirdeğinin demirden olduğunu bile öne sürdü. 1623’te başka bir İngiliz hekim, William Harvey, kalbin nasıl bir pompa gibi çalışıp kanı bütün vücuda ilettiğini ilk kez açıkladı ve böylece, 1400 yıl geriye, Yunan-Romalı hekim Galenos’a kadar geri giden önceki teorileri geçersizleştirdi. 1660’larda Anglo-İrlandalı kimyacı Robert Boyle, kimyasal bir elementi tanımladığı The Sceptical Chymist de aralarında olmak üzere bir dizi kitap çıkardı. Bu, kimyanin, mistik simyadan ayrı bir bilim olarak doğuşunun işaretiydi.

Bir süre Boyle’un asistanlığını yapan Robert Hooke, 1665’te ilk çok satan bilimsel eser Micrographia‘yı çıkardı. Pire ve sinek gözü gibi konuların katlanıp açılır görselleri daha önce hiç kimsenin görmediği mikroskobik bir dünyayı herkese açtı. Sonra 1687’de, birçok kişinin tüm zamanların en önemli bilim kitabı olarak gördüğü eser, Isaac Newton’ın kısaca Principia olarak bilinen Philosophiae Naturalis Principia Mathematica’sı geldi. Newton’ın hareket yasaları ve evresel çekim ilkesi klasik fiziğin temelini oluşturur.

Elementler, Atomlar, Evrim

18. yüzyılda Fransız kimyacı Antoine Lavoisier yanmada oksijenin rolünü keşfedip, eski filojiston teorisini itibarsızlaştırdı. Kısa sürede bir sürü yeni gaz ve özellikleri araştırıldı. Atmosferdeki gazlarla ilgili düşünce, İngiliz meteorolog John Dalton’ın her elementin benzersiz atomlardan oluştuğunu öne sürüp, atom ağırlıkları düşüncesini önermesine yol açtı. Sonra Alman kimyacı August Kekulé moleküler yapının temelini geliştirirken, Rus mucit Dimitri Mendeleyev, ilk genel kabul gören periyodik tabloyu oluşturdu.

1799’da İtalya’da Alessandro Volta’nın elektrik bataryasını icat etmesi yeni bilim alanları açtı; Danimarkalı fizikçi Hans Christian Orsted ve İngiliz çağdaşı Michael Faraday bu alana girip, yeni elementler ve elektromanyetizmayı keşfetti ve bu da, elektrikli motorun icat edilmesine yol açtı. Bu arada, klasik fiziğin düşünceleri atmosfere, yıldızlara, ışığın hızına ve ısının doğasına uygulandı; bunlar da gelişip, termodinamik bilimine yol açtı.

Kaya tabakalarını inceleyen jeologlar Yer’in geçmişini yeniden inşa etmeye başladılar. Soyu tükenmiş yaratıkların kalıntıları çıkmaya başladıkça, paleontoloji moda oldu. Eğitimsiz İngiliz genç kız Mary Anning, dünyaca ünlü fosil kalıntı derleyicisi oldu. Dinozorlarla birlikte, en ünlüsü İngiliz doğa bilimci Charles Darwin’den olmak üzere evrim düşünceleri, yaşamın kökeni ve ekolojisi üzerine yeni teoriler geldi.

bilim tarihi

Belirsizlik ve Sonsuzluk

Yirminci yüzyılın başında Albert Einstein adlı genç bir Alman kendi görelilik teorisini önerip, klasik fiziği sarstı ve mutlak zaman ve mekan düşüncesine son verdi. Yeni atom modelleri önerildi; ışığın hem bir parçacık hem bir dalga olarak hareket ettiği gösterildi; başka bir Alman, Werner Heisenberg, Evren’in belirsiz olduğunu gösterdi.

Bununla birlikte, son yüzyılın en etkileyici gelişmesi, teknik ilerlemelerin bilimin daha önce olduğundan daha hızlı ilerlemesini olanaklı kılması, artan bir kesinlikte birbirini izleyen düşünceler oldu. Daha güçlü parçacık çarpıştırıcıları, maddenin yeni temel birimlerini açığa çıkardı. Daha güçlü teleskoplar Evren’in genişlemekte olduğunu ve bir Büyük Patlamayla başladığını gösterdi. Kara delikler düşüncesi kök salmaya başladı. Anlaşılan, her neyseler kara madde ve kara enerji Evren’i dolduruyordu ve astronomlar yeni dünyalar -uzak yıldızların yörüngesinde, bazılarında yaşam bile olabilen gezegenler- keşfetmeye başladılar. İngiliz matematikçi Alan Turing evrensel hesap makinesini düşündü ve 50 yıl içinde kişisel bilgisayarlarımız, dünya çapında ağımız ve akıllı telefonlarımız oldu.

Yaşamın Sırları

Biyolojide, kromozomların kalıtımın temeli olduğu gösterildi ve DNA’nın kimyasal yapısının şifresi çözüldü. Bu durum 40 yıl sonra insan genom projesine yol açtı, göz korkutucu bir iş gibi görünüyordu, ama bilgisayar yardımıyla, ilerledikçe daha da hızlandı. DNA dizileme, artık neredeyse rutin bir laboratuvar işlemidir; gen terapisi umut olmaktan çıkıp, gerçekliğe dönüştü ve ilk memeli klonlandı.

Bugünün bilim insanları bu ve diğer başarıların üzerine başarı katarken, durmak bilmeyen hakikat arayışı devam ediyor. Öyle görünüyor ki, her zaman sorular yanıtlardan fazla olacak ve gelecekteki keşifler de kesinlikle şaşırtmaya devam edecek.