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.

Antonie van Leeuwenhoek Hollanda’da, Delft’te bir manifaturacının üstündeki evinden pek çıkmadı. Ama arka odasında kendi başına çalışarak tamamen yeni bir dünya keşfetti. İnsan spermi, kan hücreleri ve en önemlisi bakteriler de dahil, daha önce görülmemiş mikroskobik yaşam dünyası.

Antonie van Leeuwenhoek 1

17. yüzyıldan önce çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük yaşamın varlığını kimse zannetmiyordu. Olası en küçük yaşam formunun pire olduğu sanılıyordu. Sonra 1600 civarında, daha fazla büyümelerini sağlamak için iki gözlük camını bir araya getiren Felemenkli gözlükçüler mikroskobu icat etti.

1665’te İngiliz bilim insanı Robert Hooke, bir mikroskopla baktığı bir dilim mantarda gördüğü küçük canlı hücrelerin ilk çizimlerini yaptı. Kendi gözleriyle göremedikleri bir yerde yaşam aramak, Hooke’un ve zamanın diğer mikroskopçularının aklına gelmedi. Leeuwenhoek ise, merceklerini yaşam yokmuş gibi görünen yerlere, özellikle de sıvılara çevirdi. Yağmur damlalarını, diş plağını, dışkıyı, spermi, kanı ve daha bir yığın şeyi inceledi. Leeuwenhoek mikroskobik yaşamın zenginliğini burada, görünürde cansız maddelerde keşfetti.

Leeuwenhoek sperm
Leeuwenhoek’in insan spermi çizimleri ilk kez 1719’da yayımlandığında, semende yüzen bu kadar küçük “hayvancıkların” bulunabileceğini birçok kişi kabul etmedi.

Hooke’tan farklı olarak Leeuwenhoek, iki mercekli “bileşik” bir mikroskop değil, yüksek kaliteli tek mercek – aslında büyüteç – kullandı. O sırada bu tür basit mikroskoplarla daha berrak resimler üretmek daha kolaydı. Bileşik mikroskoplarla 30 kattan fazla büyütmek, görüntü bulanıklaştığı için, olanaksızdı. Leeuwenhoek kendi tek mercekli mikroskoplarını yaptı ve yıllar içinde tekniğini geliştirdikten sonra, görüntüyü 200 kattan fazla büyütmeyi başardı. Onun mikroskopları yalnızca birkaç milimetre genişliğinde ince merceklerden oluşan küçük aygıtlardı. İncelenecek malzeme örneği merceğin bir yüzündeki bir iğnenin üzerine yerleştiriliyor ve Leeuwenhoek merceğin diğer yüzüne gözünü yaklaştırıyordu.

Leeuwenhoek mikroskobu

Tek Hücreli Yaşam

Leeuwenhoek başlangıçta sıradışı bir şey bulmadı; sonra 1674’te, göl suyundan alınan bir örnekte insanın saç kılından küçük minik yaratıklar gördüğünü bildirdi. Bunlar, şimdi protist olarak bilinen basit yaşam formlarının bir örneği olan yeşil alg Spirogyra‘ydı. Leeuwenhoek bu küçük yaratıklara “hayvancık” dedi. Ekim 1676’da su damlalarında daha da küçük tek hücreli bakteriler keşfetti. Ertesi yıl kendi semeninin şimdi sperm dediğimiz küçük yaratıklarla nasıl kaynadığını tarif etti. Semendeki hayvancıklar, suda bulduğu yaratıklardan farklı olarak, özdeşti. Baktığı binlercesinden her birinin aynı ince kuyruğu ve aynı küçük kafası vardı, başka bir şeyleri yoktu ve semenin içinde iribaşlar gibi yüzdüklerini görebiliyordu.

sperm mikroskop

Leeuwenhoek, Londra’da Kraliyet Derneğine yazdığı yüzlerce mektupla bulgularını rapor etti. Bulgularını yayımladığı halde, mercek yapım tekniklerini gizli tuttu. Küçük merceklerini ince cam iplikleri kaynaştırarak yapmış olabilir, ama emin değiliz.

Antonie van Leeuwenhoek Kimdir?

Bir sepetçinin oğlu olan Antonie van Leeuwenhoek 1632’de Delft’te doğdu. Amcasının tuhafiyesinde çalıştıktan sonra, 20 yaşında kendi manifatura dükkanını açtı ve uzun ömrünün sonuna kadar orada kaldı.

Leeuwenhoek

Leeuwenhoek’in işi, bir mikroskopçu olarak hobisini sürdürmesine olanak verdi; Robert Hooke’un Micrographia’sının bir kopyasını da görmüş olabileceği Londra’yı 1668’de ziyaret ettikten sonra bu hobiyi edinmişti. 1673’ten itibaren bulgularını mektuplarla Kraliyet Derneğine bildirdi; tarihte Kraliyet Derneğine en fazla rapor yazan kişi oldu. Kraliyet Derneği başlangıçta amatörün raporlarına kuşkuyla baktı; ama Hooke, onun birçok deneyini tekrarladı ve keşiflerini doğruladı. Leeuwenhoek, birçoğu özel nesneleri görmek için tasarlanmış 500’den fazla mikroskop yaptı.

Önemli Eserleri:

1673 – Letter 1, Leeuwenhoek’s First Letter To The Royal Society
1676 – Letter 18, Revealing His Discovery Of Bacteria

Mikroskobun Keşfi ve Değişimleri

MÖ 2000 – Çinli bilim insanları çok küçük şeyleri görmek için cam merceklerden ve su dolu bir tüpten oluşan bir su mikroskobu yapar.

1267 – İngiliz filozof Roger Bacon, teleskop ve mikroskop düşüncesini öne sürer.

1600’lü yıllar – Mikroskop Hollanda’da icat edilir.

1665 – Robert Hooke canlı hücreleri gözlemler ve Micrographia’yı yayımlar.

1841 – İsviçreli anatomici Albert von Kölliker, her sperm ve yumurtanın çekirdekli bir hücre olduğunu bulgular.

1951 – Alman fizikçi Erwin Wilhelm Müller alan etkili mikroskobu icat eder ve atomları ilk kez görür.

17. yüzyılda bileşik mikroskobun geliştirilmesi, daha önce görülmeyen yapıların tamamen yeni dünyasını açtı. Basit bir mikroskop yalnızca bir mercekten oluştuğu halde, Felemenkli gözlükçülerin geliştirdiği bileşik mikroskop iki ya da daha fazla mercek kullanır ve genellikle daha fazla büyük gösterir.

robert hooke mikroskop

İngiliz bilim insanı Robert Hooke, mikroskop kullanarak canlıları gözlemleyen ilk kişi değildi. Ama 1665’te Micrographia’sının yayımlanmasıyla birlikte, ilk çok satan popüler bilim yazarı oldu; yeni mikroskop bilimiyle okurlarını şaşkına çevirdi. Hooke’un kendisinin yaptığı aslına uygun bakır klişe çizimler, halkın daha önce hiç görmediği nesneleri – bitlerin ve pirelerin ayrıntılı anatomileri; bir sineğin petekgözü; bir tatarcığın ince kanatları – gösteriyordu. İnsan yapımı nesneler – bir iğrenin mikroskop altında küt görünen sivri ucu – de çizerek, gözlemlerinden yararlanarak, kristallerin nasıl oluştuğunu ve su donunca ne olduğunu da açıkladı. İngiliz günlük yazarı Samuel Pepys Micrographia’ya “hayatımda okuduğum en marifetli kitap” dedi.

Micrographia

Hücreleri Tarif Etmek

Hooke’un çizimlerinden biri, ince bir dilim mantarın çizimleriydi. Mantarın yapısında, bir manastırda keşişlerin hücrelerini ayıran duvarlara benzeyen bir şeyi fark etti. Bunlar, kayıtlara geçen ilk hücre – bütün canlı şeyleri oluşturan temel birim – tasvirleri ve çizimleriydi.

mikroskop görüntüsü
Hooke’un ölü mantar hücresi çizimleri, hücre duvarları arasındaki boş alanları gösterir. Canlı hücreler protoplazma içerir. 16 cm3 mantarda bir milyardan fazla hücre olduğunu hesapladı.

Mikroskop Altındaki Yaşamın Tarihsel Gelişimi

1600’lü yıllar – İlk bileşik mikroskop Hollanda’da, olasılıkla ya Hans Lippershey ya da Hans ve Zacharias Janssen tarafından geliştirilir.

Zacharias Janssen

1644 – İtalyan rahip ve kendi kendini yetiştirmiş bilim insanı Giovanni Battista Odierna, bir mikroskop kullanarak ilk canlı doku tasvirini üretir.

1674 – Antonie van Leeuwenhoek mikroskop altında tek hücreli organizmaları gören ilk kişidir.

Antonie van Leeuwenhoek

1682 – Leeuwenhoek somon balığının kırmızı kan hücrelerinin içindeki çekirdekleri gözlemler.

1931 – Macar fizikçi Leo Szilard’ın elektron mikroskobunu bulması, daha yüksek çözünürlükte görüntü oluşturmaya olanak verir.

elektron mikroskobu

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

17. yüzyılda Avrupa’da birçok bilim insanı havanın özelliklerini araştırdı ve onların çalışmaları, İrlanda asıllı İngiliz bilim insanı Robert Boyle’nin bir gazdaki basıncı açıklayan matematiksel yasaları çıkarmasına yol açtı. Bu çalışma, yıldızlar ile gezegenler arasındaki uzayın doğasıyla ilgili daha geniş bir tartışmayla ilişkiliydi. “Atomculara” göre göksel cisimler arasında boş uzay vardı; Kartezyenlere (Fransız filozof Rene Descartes’ı izleyenler) göre ise, parçacıklar arasındaki uzay esir denilen bilenmeyen bir maddeyle doluydu ve bir vakum üretmek olanaksızdı.

Robert Boyle

Barometreler

İtalya’da matematikçi Gasparo Berti, bir emme tulumbanın suyu neden 10 metreden yukarıya çıkaramadığını anlamak için deneyler yaptı. Berti uzun bir boru aldı, bir ucunu kapatıp suyla doldurdu. Sonra ağzını bir su teknesinin içinde koyup ters çevirdi. Tüpteki suyun düzeyi, sütun yaklaşık 10 metre yükselene kadar düştü.

Gasparo Berti

1642’de Berti’nin çalışmalarından haberdar olan yurttaşı Evangelista Torricelli benzer bir aygıt yaptı, ama su yerine cıva kullandı. Cıva sudan 13 kat daha yoğundur; bu yüzden sıvı sütunu yalnızca 76 santimetre kadar yüksekti. Torricelli’nin buna ilişkin açıklaması şöyleydi: çanaktaki cıvanın üzerideki havanın ağırlığı cıvayı aşağı bastırıyordu ve bu, sütunun içindeki cıvanın ağırlığını dengelemekteydi. Tüpün içinde cıvanın üstündeki alanın bir vakum olduğunu söyledi. Bu durum bugün basınçla (belli bir alan üzerideki kuvvet) açıklanır, ama temel düşünce aynıdır. Torricelli ilk cıvalı barometreyi bulmuştu.

Blaise Pascal’ın barometre deneyleri, hava basıncının yükseklikle birlikte nasıl değiştiğini gösterdi. Pascal fiziğin yanı sıra matematiğe de önemli katkılarda bulundu.
Blaise Pascal

Fransız bilim insanı Blaise Pascal, Torricelli’nin barometresinden 1646’da haberdar oldu ve hemen kendi deneylerini yapmaya başladı. Kayınbiraderi Florin Perier’in gerçekleştirdiği bu deneylerden biri, hava basıncının yüksekliğe bağlı olarak değiştiğini gösterecekti. Bir barometre Clermont’ta bir manastırın zeminine yerleştirildi ve gündüzleri bir keşiş tarafından gözlemlendi. Perier başka bir barometreyi, kasabadan yaklaşık bin metre yükseklikteki Puy de Dôme’un tepesine götürdü. Dağın tepesindeki cıva sütunu, manastırın bahçesinde olandan 8 cm daha kısaydı. Dağın üzerideki hava miktarı aşağıdaki vadinin üzerindeki havadan fazla olduğuna göre, gerçekten de havanın ağırlığı su ya da cıva tüplerindeki sıvıyı orada tutmaktaydı. Bu ve diğer çalışmalarda ötürü, modern basınç birimine Pascal adı verilir.

Torricelli

– Bir barometreyi bir dağın başına götürürseniz, barometredeki cıvanın yüksekliği düşer.

– Bunun nedeni, cıvayı aşağıya bastıran havanın yukarıda daha az olmasıdır.

– Bir barometrede alıcının havası boşaltılınca, civanın düzeyi düşer.

– Yani, alıcıdaki hava miktarı ne kadar azsa, basınç da o kadar düşüktür.

Havanın kütlesi küçüldükçe “havanın yayı” da küçülür.

Hava Pompaları

Bir sonraki önemli atılımı, bir kaptan bir miktar havayı boşaltabilen bir pompa yapan Prusyalı bilim insanı Otto von Guericke gerçekleştirdi. En ünlü gösterisini 1654’te yaptı: İki metal yarımküreyi aralarına hava geçirmez bir conta koyup birleştirdi ve aradaki havayı boşalttı. İki takım metal yarımküreleri birbirinden ayıramadı. Hava boşaltılmadan önce, contalı yarımkürelerin içindeki hava basıncı ile dışarıdaki hava basıncı aynıydı. İçeride hava kalmayınca, dışarıdaki havanın basıncı yarımküreleri bir arada tutuyordu.

Otto von Guericke

Robert Boyle, von Guericke’nin deneylerinden 1657’de yayımlanınca haberdar oldu. Boyle kendi deneylerini gerçekleştirmek için, Robert Hooke’u bir hava pompası tasarlayıp yapmakla görevlendirdi. Hooke’un hava pompası, çapı yaklaşık 40 cm olan cam bir “alıcı” (kap), altında piston bulunan bir silindir ve bu ikisinin arasında tıkaçlardan ve vanalardan oluşmaktaydı. Pistonun peş peşe hareketleri alıcıdan daha fazla havayı dışarıya çekiyordu. Donanımın contalarındaki hafif sızıntı nedeniyle, alıcının içinde vakuma yakın bir durum ancak kısa bir süre sürdürülebiliyordu. Yine de makine daha önce yapılanların üzerinden büyük bir ilerlemeydi; bilimsel bir araştırmayı daha da ilerletmede teknolojinin önemini gösteren bir örnekti.

hava pompası

Deneysel Sonuçlar

Boyle, hava pompasıyla çok sayıda farklı deney yaptı ve bunları 1660’ta New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects kitabında tarif etti. Kitapta, Galileo gibi ünlü deneycilerin bile çoğu kez “düşünce deneylerinin” sonuçlarını ilan ettiği bir zamanda, açıklanan bütün sonuçların deney ürünü olduğuna işaret etmeye gayret etti.

robert boyle icatları

Boyle’nin birçok deneyi, doğrudan hava basıncıyla bağlantılıydı. Alıcı bir Torricelli barometresini tutacak şekilde değişebiliyordu; tutkalla yerine sabitlenen tüp alıcının tepesinde kadar çıkmaktaydı. Alıcıdaki basınç azaltılınca, cıvanın düzeyi düşmekteydi. Tersinden bir deney de gerekleştirdi ve alıcının içinde basıncın yükselmesiyle cıva seviyesinin de yükseldiğini gördü. Bu, Torricelli’nin ve Pascal’ın daha önceki bulgularını doğruladı.

robert boyle hava pompası

Boyle, hava miktarı azaldıkça alıcıdaki havayı boşaltmanın zorlaştığını belirtti ve alıcının içinde yarı şişirilmiş bir torbanın etrafındaki hava boşaltılınca, hacminin arttığını da gösterdi. Torba bir ateşin önünde tutulduğunda da benzer bir sonuca varılabiliyordu. Bu sonuçlara neden olan hava “yay”ına ilişkin iki olası açıklama yaptı: Her bir hava parçacığı bir yay gibi sıkıştırılabilirdi ve bütün hava kütlesi bir yapağıya benziyordu ya da hava rastgele hareket eden parçacıklardan oluşuyordu.

Bu Kartezyenlerin görüşüne benziyordu; ama Boyle esir düşüncesine katılmadı, “taneciklerin” boş uzayda hareket ettiklerini öne sürdü. Açıklaması, maddenin özelliklerini hareket eden parçacıklar bakımından tarif eden modern kinetik teorisine bariz bir biçimde benzer.

Boyle’nin bazı deneyleri fizyolojikti; hava basıncının azalmasının kuşlar ve fareler üzerindeki etkilerini araştırdı ve havanın akciğere nasıl girip çıktığına kafa yordu.

Boyle Yasası

Boyle yasasına göre, gaz miktarı ve ısı aynı tutulduğu sürece, bir gazın basıncının hacmiyle çarpımı bir sabitti. Başka bir deyişle, bir gazın hacmini azaltırsanız, basıncı artar. Hava yayını üreten, bu artan basınçtır. Bir bisiklet pompasında, pompanın ucunu bir parmağınızla kapatıp pompa kolunu içeri doğru iterseniz etkiyi hissedebilirsiniz.

Bu yasa Boyle adını taşımasına rağmen, ilk kez Boyle değil, Torricelli barometresiyle bir dizi deney yapan ve sonuçlarını 1663’te yayımlayan İngiliz bilim insanları Richard Towneley ve Henry Power önerdi. Boyle kitabın ilk taslağını gördü ve sonuçları Towneley’le tartıştı. O sonuçları deneyle doğruladı ve ilk deneylerine yöneltilen eleştiriye yanıtın bir parçası olarak 1662’de “Bay Towneley’in Hipotezi”ni yayımladı.

Boyle’nin dikkatli deney tekniğinden ötürü ve beklenen sonuçları versin ya da vermesin, deneylerini ve olası hata kaynaklarını eksiksiz rapor ettiği için, gazlarla ilgili çalışması özellikle önemliydi. Bu nedenle birçok kişi onun çalışmalarını genişletmeye çalıştı. Bugün Boyle Yasası, başka bilim insanları tarafından ortaya çıkarılan ve ısı, basınç ya da hacim değişiklikleri altında gerçek gazların davranışına yaklaşan “İdeal Gaz Yasası“nı oluşturan yasalarla birleştirilmektedir. Düşünceleri sonunda kinetik teorisinin gelişmesine de yol açtı.

boyle yasası

Robert Boyle Kimdir?

Robert Boyle İrlanda’da doğdu, Cork Kontlarının 14. çocuğuydu. İngiltere’de Eton College’e gitmeden önce evde özel eğitim aldı ve sonra Avrupa’yı dolaştı. 1643’te babası öldü ve bütün zamanını bilimle ilgilenmeye ayırmasına yetecek kadar para bıraktı. Boyle iki yıllığına tekrar İrlanda’ya taşındı; ama 1654’ten 1668’e kadar çalışmalarını daha kolay yürütebilmek için Oxford’ta yaşadı, ardından Londra’ya taşındı.

robert boyle kimdir

Boyle, bilimsel konuları inceleyen, Londra’da ve Oxford’ta toplanıp düşüncelerini tartışan ve “Görünmez Kolej” denilen grubun üyesiydi. Bu grup 1663’te Kraliyet Derneği oldu ve Boyle ilk konsey üyelerinden biriydi. Bilime ilgisinin yanı sıra Boyle simya deneyleri de yaptı ve farklı insan ırklarının kökeni ve teolojiyle ilgili yazılar da yazdı.

Önemli Eserleri:

1660 – New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects

1661 – The Sceptical Chymist (Kuşkucu Kimyager)

Kuşkucu Kimyager

Hava Basıncı Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1643 – Evangelista Torricelli bir cıva tüpü kullanarak barometreyi icat eder.

1648 – Blaise Pascal ile kayınbiraderi, hava basıncının yükseklikle birlikte azaldığını gösterir.

1650 – Otto von Guericke hava ve vakum üzerine, ilk kez 1657’de yayımlanan deneyler gerçekleştirir.

1738 – İsviçreli fizikçi Daniel Bernoulli, gazların kinetik teorisini açıklayan Hydrodynamica’yı yayımlar.

Hydrodynamica

1827 – İskoç botanikçi Robert Brown polenlerin sudaki hareketini, rastgele yönlerde hareket eden su molekülleriyle çarpışmanın sonucu olarak açıklar.

İngiliz filozof, devlet adamı ve bilim insanı Francis Bacon deney yapan ilk kişi değildi – İbn-i Heysem ve diğer Arap bilim insanları 600 yıl önce deneyler yapmıştı – ama tümevarımlı akıl yürütme yöntemlerini açıklayan ve bilimsel yöntemi ortaya koyan ilk kişiydi. Ayrıca bilimi “ihtiyaçlarımızın ve sefilliklerimizin bir ölçüde üstesinden gelecek ve hafifletecek bir icatlar silsilesinin pınarı” olarak görüyordu.

Francis Bacon

Deneyden Kanıt

Yunan filozof Platon’a göre hakikat, otoriteyle ve tartışmayla bulunurdu. Yeterince akıllı insanlar bir şeyi yeterince uzun süre tartışırsa, hakikat ortaya çıkar. Öğrencisi Aristoteles, deneye gerek görmedi. Bacon bu tür “otoriteleri” kendi tözünden ağ ören örümceklere benzetti. Gerçek dünyadan, özellikle de deneyle elde edilen kanıtlarda ısrar etti.

Novum Organum

Bacon’ın iki temel eseri bilimsel soruşturmanın geleceğini hazırladı Novum Organum‘da (1620) bilimsel yöntemin üç temelini ortaya koydu:

Gözlem, gözlemlenen şeyi açıklayabilecek bir teori formüle etmek için çıkarım ve teorinin doğru olup olmadığını test etmek için deney. The New Atlantis‘te (1623) Bacon, uydurma bir adayı ve adanın Salomon Evi’ni (Solomon’s House) – bilginlerin deneye dayalı saf araştırmalar gerçekleştirip icatlar yaptığı bir araştırma kurumu – tasvir eder. Bu hedefleri paylaşan Kraliyet Derneği 1600’de Londra’da kuruldu ve ilk Deney Küratörü de Robert Hooke oldu.

Solomons House

Deneysel Bilim Hakkında Tarihsel Gelişmeler

MÖ 4. yüzyıl – Aristoteles çıkarım yapar, iddia eder, yazar ama deneylerle test etmez. Onun yöntemleri sonraki bin yıl boyunca varlığını sürdürür.

MS 750-1250 – Arap bilim insanları İslamın Altın Çağında deneyler gerçekleştirir.

1630’lar – Galileo düşen cisim deneyleri yapar.

1637 – Fransız filozof Rene Descartes, Yöntem Üzerine‘de sıkı kuşkuculuk ve sorgulayıcılıkta ısrar eder.

1665 – Isaac Newton, ışığı araştırmak için bir prizma kullanır.

1963 – Avusturyalı filozof Karl Popper Conjectures and Refutations‘ta, bir teorinin test edilip yanlışlığının kanıtlanabileceğini, ama doğruluğunun kanıtlanamavacağını ısrarla belirtir.

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

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.