Bilim
Sir Isaac Newton « Bilim Adamları
(1642 -1727) Bilimin öncülerini tarih sürecinde bir dizi yıldız olarak düşünürsek, dizide konum ve parlaklığıyla hepsini bastıran iki yıldız vardır: Newton ve Einstein. Yaklaşık iki yüz yıl arayla ikisi de fiziğin en temel sorunlarını ele aldılar; ikisinin de getirdiği çözümlerin madde ve enerji dünyasına bakışımızı kökten değiştirdiği söylenebilir.
Newton Galileo ile Kepler'in; Einstein, Newton ile Maxwell'in omuzlarında yükselmiştir. Newton çok yanlı bir araştırmacıydı: matematik, mekanik, gravitasyon ve optik alanlarının her birindeki başarısı tek başına bir bilim adamını ölümsüz yapmaya yeterdi. Yüzyılımıza gelinceye dek her alanda bilime model oluşturan fiziksel dünyanın mekanik açıklamasını büyük ölçüde ona borçluyuz.
Isaac Newton İngiltere'de sıradan bir çiftçi ailesinin çocuğu olarak dünyaya geldi. Babası doğumundan önce ölmüştü. Prematür doğan, cılız ve sağlıksız bebek yaşama umudu vermiyordu, ama tüm olumsuzluklara karşın büyümekten geri kalmadı. Çocuk daha küçük yaşlarında ağaçtan mekanik modeller yapmaya koyulmuştu; eline geçirdiği testere, çekiç ve benzer araçlarla ağaçtan yel değirmeni, su saati, güneş saati gibi oyuncaklar yapıyordu. El becerisi dikkat çeken bir incelik sergiliyordu.
Newton'un üstün öğrenme yeteneği amcasının gözünden kaçmaz. Bir din adamı olan amca aydın bir kişiydi; çocuğun çiftçiliğe değil, okumaya yatkın olduğunu fark etmişti. Amcasının sağladığı destekle Newton yörenin seçkin okulu Grantham'a verilir. Ne ki, çocuğun bu okulda göz alıcı bir başarı ortaya koyduğu söylenemez.
Bedensel olarak zayıf ve çelimsiz olan Newton, her fırsatta, zorbalık heveslisi kimi okul arkadaşlarınca hırpalanarak horlanır. Newton'un ilerde belirginlik kazanan çekingen, geçimsiz ve kuşkulu kişiliğinin, geçirdiği bu acı deneyimin izlerini yansıttığı söylenebilir. Belki de bu yüzden Newton, bilimsel ilişkilerinde bile yaşam boyu kimi tatsız sürtüşmelere düşmekten kurtulamaz.
Okulu bitirdiğinde, ülkenin en seçkin üniversitesine gitmeye hazırdır. Yine amcasının yardımıyla, 1661'de Cambridge Üniversitesi'nde öğrenime başlar. Matematik ve optik ilgilendiği başlıca iki konudur. Üniversiteyi bitirdiği yıl (1665), ülkeyi silip süpüren bir salgın hastalık nedeniyle bütün okullar kapanır; Newton baba çiftliğine döner.
Doğanın dinlendirici kucağında geçen iki yıl, yaşamının en verimli iki yılı olur: gravitasyon (yerçekimi) kuramı, kalkülüs ve ışığın bireşimine ilişkin temel buluşlarına burada ulaşır. Einstein, "Bilim adamı umduğu başarıya otuz yaşından önce ulaşamamışsa, daha sonra bir şey beklemesin!" demişti. Newton yirmibeş yaşına geldiğinde en büyük kuramlarını oluşturmuştu bile.
Newton Cambridge Üniversitesi'ne döndüğünde okutman olarak görevlendirilir; ama çok geçmeden üniversitenin en saygın matematik kürsüsüne, hocası Isaac Barrow'un tavsiyesiyle, profesör olarak atanır. Matematik çalışmalarının yanı sıra optik üzerindeki denemelerini de sürdüren Newton'un kısa sürede bilimsel prestiji yükselir, 1672'de Kraliyet Bilim Akademisine üye seçilir. Kendisine sorulduğunda başarısını iki nedene bağlıyordu:
(1) devlerin omuzlarından daha uzaklara bakabilmesi,
(2) çözüm arayışında yoğun ve sürekli düşünebilme gücü.
Gerçekten işe koyulduğunda çoğu kez günlerce ne yemek ne uyku aklına gelir, kendisini çalışmasında unuturdu.
Biraz önce belirttiğimiz gibi, Newton başlıca kuramlarının ana çizgilerini genç yaşında oluşturmuştu. Ne var ki, ulaştığı sonuçları açıklamada acele etmek şöyle dursun, onu bu yolda yirmi yıl geciktiren bir çekingenlik içindeydi.
Dostu Edmund Halley'in (Halley kuyruklu yıldızını bulan astronom) teşvik ve ısrarı olmasaydı, bilim dünyasının en büyük yapıtı sayılan Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri (1687'de yayımlanan kitap genellikle "Newton'un Principia'sı" diye bilinir) belki de hiç bir zaman yazılmayacaktı. Bu gecikmede bir neden de Robert Hooke adında dönemin tanınmış bilim adamlarından biriyle aralarında süren kavgaydı.
Hooke, evrensel çekim yasasında kendisinin de öncelik payı olduğu savındaydı (Newton'un bir başka kavgası Alman filozofu Leibniz ileydi. Matematiğin çok önemli bir dalı olan kalkülüs'ü ilk bulan kimdi? Leibniz'i fikir hırsızlığıyla suçlayan Newton, filozofun resmen kınanmasını istiyordu).
Üç ana bölümden oluşan Principia'nın ilk bölümü nesnelerin devinimine ayrılmıştı. Eylemsizlik ilkesi ve serbest düşme yasasıyla temelini Galileo'nun attığı bu konuyu Newton kapsamlı bir kuram çerçevesinde işlemekteydi. Öyle ki, kökü Aristoteles'e ulaşan iki bin yıllık geleneksel düşünce yerini salt mekanik dünya görüşüne, belli sınırlar içinde geçerliğini bugün de koruyan bir paradigmaya bırakmıştır artık.
Galileo'nun deneysel olarak kanıtladığı eylemsizlik ilkesi nitel bir kavramdı; Newton bu kavramı "kütle" dediğimiz nicel bir kavrama dönüştürür, devinimin birinci yasası olarak belirler. Örneğin, şekilde görüldüğü gibi,
pürüzsüz bir düzlemde A ve B gibi kütleleri değişik iki nesne, sıkışık bir yayın karşıt uçlarına bastırılıp bırakılsın. Yayın ters yönlerde eşit itme gücüne uğrayan nesnelerden kütlesi daha büyük olan A'nın kayma ivmesi, kütlesi daha küçük olan B'nin kayma ivmesinden daha azdır. Buna göre, m1 ve m2 diye belirlenen kütleler, m1 / m2 = a2 / a1 denkleminde gösterildiği üzere a1 ve a2 ivmeleriyle tanımlanabilir.
Mekanik kuramın bir başka temel kavramı kuvvettir. Yukardaki deneyde sıkışık yayın iki nesne üzerindeki itme kuvvetinin eşitliğinden söz ettik. m1 a1 = m2 a2 olduğundan kuvvetler de m1 a1 ve m2 a2 ile ölçülebilir. Buna göre, m kütlesi üzerinde F gibi bir kuvvet a ivmesine yol açıyorsa, ivmeyle kuvvet arasındaki ilişki şöyle belirlenebilir: F = ma (kuvvet = kütle x ivme). Bu denklem Newton mekaniğinin ikinci devinim yasasını dile getirmektedir.
Mekaniğin üçüncü yasası çoğumuzun günlük deneyimlerinden bildiği bir ilişkiyi içermektedir: her etkiye karşı eşit güçte bir tepki vardır. Örneğin, parmağımızı masaya bastırdığımızda, masanın da parmağımız üzerinde eşit baskısı olur.
Kütle, kuvvet gibi önemli kavramların nicel olarak oluşturulması fiziğin birtakım geleneksel saplantılardan arınmasını sağlayan büyük bir ilerleme olmuştur.
Aristoteles geleneğinde göksel nesnelerin çembersel devinimleri açıklama gerektirmeyen "doğal" bir olaydı.
Dünyanın diğer gezegenlerle birlikte güneş çevresinde döndüğünü ileri süren Copernicus bile çembersel devinim öğretisine karşı çıkmadığı gibi bu devinimi açıklama arayışı içine de girmemiştir. Galileo ile Newton mekaniğinde ise yalnızca aynı doğrultuda tekdüze devinim doğaldır; devinimin yön ya da hız değiştirmesi ancak bir dış kuvvetin etkisiyle olasıdır. Kepler gezegenlerin güneş çevresindeki devinimlerini güneşten kaynaklanan manyetik türden bir kuvvete bağlamış, yerçekimi kavramına ipucu hazırlamıştı.
Newton'un "gravitasyon" dediği kuvvet gezegenlerin eliptik yörüngeleriyle yerküredeki serbest düşmeyi açıklayan evrensel bir güçtür. Buna göre, evrende var olan herhangi iki nesne biribirini kütlelerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olarak çeker. İlişkinin matematiksel ifadesi:
(Denklemde F yerçekimi sabitini, m kütleyi d mesafeyi simgelemektedir).
Newton'un gençliğinde ulaştığı ama yayımlamaktan kaçındığı bu sonuç bir hipotez olarak başkalarınca da tartışılmaktaydı. Nitekim, Kraliyet Bilim Akademisinin üç üyesi (Robert Hooke, Edmund Halley ve Cristopher Wren) eliptik yörüngelerin yerçekimiyle açıklanabileceği sayındaydılar, ancak bu savı kendi aralarında kanıtlayamamaktaydılar.
1684'de Halley sorunu Newton'a iletir. Yerçekimi hipotezini yıllarca önce oluşturan Newton, bu arada, hipotezin matematiksel yoldan kanıtlanmasını da gerçekleştirmişti. Böylesine önemli bir çalışmanın yayımlanmadan kalmasını doğru bulmayan Halley, tüm basım masraflarını yüklenerek Newton'u daha fazla zaman yitirmeden kitabını (Principia'yı) yazmaya ikna eder.
Bilim dünyası hayranlıkla karşıladığı bu ölmez yapıtta, ilk kez, mekaniğin diğer yasalarıyla birlikte yerçekimi kuramının, tüm kanıt ve içeriğiyle, matematiksel olarak işlendiğini bulur. Kitapta, ayrıca, sıvı deviniminden güneş ve gezegenlerin kütlelerinin hesaplanmasına, ay'ın devinimindeki düzensizliklerden denizlerdeki gelgit olaylarına değin pek çok sorunsal konuya açıklık getirilmiştir.
Bir kuramın gücü, kapsadığı olgu alanının genişliğine bağlıdır. Güçlü bir kuram başlangıçta açıkladığı olgularla sınırlı kalmayan, yeni ya da beklenmeyen gözlem verilerine açılabilen kuramdır. Bilim tarihinde bunun belki de en başarılı örneğini Newton mekaniğinin verdiği söylenebilir.
Ancak geniş kapsamına karşın bu kuramın bir eksikliği daha baştan belli olmuştu: yerçekimi gücünün uzay boşluğunda biribirinden milyonlarca mil uzaklıktaki iki nesne arasında bile varsanan etkisi nasıl bir düzeneğe bağlı olabilirdi? "Uzaktan etki" diye bilinen, Newton'un kendisini de rahatsız eden bu sorunun, Einstein'ın genel relativite kuramının sağladığı açıklamaya karşın, bugün bile doyurucu bir açıklığa kavuştuğu kolayca söylenemez.
Principia'nın yazılması yaklaşık iki yıl alır. Polemikten kaçınan Newton, düzeysiz tartışmaları önlemek için Latince kaleme aldığı kitabına yetkin örneğini geometride bulduğumuz aksiyomatik bir biçim verir. Şöyle ki, Newton "öncül" diye aldığı bir kaç temel ilkeden (devinim yasalarıyla yerçekimi kuramından) fizik ve astronominin gözlemsel veya deneysel olarak kanıtlanmış önermelerini (örneğin, Kepler'in üç yasası ile Galileo'nun sarkaç, serbest düşme vb. yasalarını) bir tür "teorem" olarak ispatlama yoluna gider.
Newton eşsiz yapıtıyla bilim dünyasını adeta büyüler; deyim yerindeyse, ona yarı-ilâh gözüyle bakılmaya başlanır. Öyle ki, dönemin tanınmış bir matematikçisi, "Acaba O'nun da bizler gibi yeme, içme ve uyuma türünden günlük gereksinmeleri var mıdır?" diye sormaktan kendim alamaz.
Newton, kuşkusuz ne bir ilâh, ne de günlük gereksinmeleri yönünden diğer insanlardan farklıydı. Onu bilim tarihinde yücelten üç özelliği vardı:
(1) üstün zekâ ve imge gücü;
(2) yoğun çalışma istenci;
(3) evreni anlama ve açıklama merakı.
Az ya da çok, tüm insanların paylaştığı bu özellikler, Newton'da kendine özgü yaratıcı bir sentez oluşturmuştu.
Büyük bilim adamı ölümünden kısa bir süre önce kendinden şöyle söz etmişti:
Dünyaya nasıl göründüğümü bilmiyorum; ama ben kendimi, henüz keşfedilmemiş gerçeklerle dolu bir okyanusun kıyısında oynayan, düzgün bir çakıl taşı ya da güzel bir deniz kabuğu bulduğunda sevinen bir çocuk gibi görüyorum.
Şeker Pancarının Hikâyesi « İcatlar ve Keşifler
Havagazı önemli bir keşif olmakla birlikte bir lükstü de. Çünkü XIX. yüzyılın ilk, on yılı içinde asıl sorun yiyecek ve savunmaktı.
Savunma: Daha önce de dediğimiz gibi bakır piyasasını İngilizler tutuyorlardı ve bu madeni, çanları eriterek elde etmişlerdi. Güherçile de, ülkede çıkmadığından, barut imal etmek için nemli mahzenlerin duvarlarında kendiliğinden meydana gelen maddeyi kazıyorlardı. Karbon, kükürt ve güherçilenin karışımından meydana gelen barut yalnız savaşlarda değil, maden ocaklarında ve yapı mühendisliğinde de kullanılmaktaydı. XIX. yüzyılın sonlarında Nobel dinamiti icat edinceye kadar barutun bileşimi değişmedi Fransız kimyacıları Henri Braconnot (1780-1855) ve Jules Pelouze (1807-1867) 1830'da nitroselülozu. Alman Christian Friedrich Schoenbein (1799-1868) pamuk-barutu ve Torinolu Ascanio Sobrero da 1846'da nitrogliserini bulmuşlardı. Ancak, nitroselüloz olsun, nitrogliserin olsun işlenmez, hatta yararlanılmaz patlayıcılar halindeydiler. Bunları Nobel işledi.
Yiyecek: İlk iş olarak, Amerika'dan getirilmekte olan fakat İngilizler yolu kapattıkları için müthiş sıkıntısı çekilen şekerkamışının yerini tutabilecek başka bir şey bulmak gerekiyordu. Şeker imaline yarayacak bir bitki var mıydı acaba? Bu soruyu ilk ortaya atan 1747'de Alman kimyacısı Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782) oldu. Berlin Bilimler Akademisinde şeker pancarından nasıl şeker üretilebileceğini anlattı.
Marggraf'ın anlattıkları teorik görüşlerdi. Eliğinin öğrencilerinden François Achard (1753-1821) hemen bu teorilerin uygulamasına geçti ve 1796-1800 yılları arasında sürdürdüğü çalışmaları sonunda şeker pancarından şeker elde etmeyi başardı. Prusya kralının koruması altında bir fabrika kurarak, günde 3.500 kilo şeker pancarı işlemeye başladı. Ne yazık ki, ekonomik bunalım içinde ve Fransa'nın güçlü baskısı altında olan ülkesi, girişimlerini destekleyecek durumda değildi. Eli kolu bağlanan Achard, çalışmalarından bir başkasının yararlandığını görmenin acısı içinde yaşadı.
Bu başkası, eski Fransız subayı Benjamin Delessert (1773-1847) idi. Paris'te 1801’de ilk Fransız pamuk ipliği fabrikasını kurmuştu. Ertesi yıl bunu, üretimi Marggraf-Achard yöntemine dayanan ilk şeker fabrikası izledi. İlk ürününü 2 Ocak 1813'te aldı ve sevinçten uça uça bunları Baron Chaptal'a götürdü. O da hemen Napolyon'a koşturdu. Buna son derece sevinen Napolyon'un bizzat fabrikaya gelip sanayiciyi kutlayacağını Chaptal, Delessert'e şu satırlarla müjdeledi:
Acele, çok acele
Monsieur Benj. Delessert'e
Coquevin Sokağı.
İmparator fabrikanıza geliyor. Ondan önce orada bulunacağım. Acele gelin. Chaptal. 2 Ocak, öğle
Şeker pancarından şeker yapımı, XIX. yüzyılın ilk yıllarının en önemli kimya sanayii icadıdır. Kısa zamanda bütün dünyaya yayıldı ve fiyatlar durmadan düştü. Çünkü 1836'da günde 1.000 kilo pancar işlenebilir ve 50 kilo, şeker alınabilirken, 1841'de aynı sonuç 750, 1850'de 650 ve 1860’ta 550 kilo pancardan alındı.
Elektron Mikroskopları « Genel
Hareketli elektronların dalgalı doğası, ilki 1932 yılında yapılan elektron mikroskobunun temelin oluşturur. Herhangi bir optik aygıtın kırınım yüzünden sınırlanan, ayırma gücü, deneği aydınlamakta kullanılan her ne ise, onun dalga boyu ile orantılıdır.
Görünen ışık kullanan iyi bir mikroskopta, en büyük faydalı büyülte 500 x civarındadır, daha büyük büyültmeler daha büyük görüntüler verir fakat daha fazla ayrıntı vermez. Halbuki hızlı elektronların dalga boyları görünen ışığınkinden çok kısa olup bunlar yükleri dolayısıyla elektrik ve manyetik alanlarla kolayca kontrol edilebilirler. X ışınlarının da dalga boyları kısadır fakat onları yeterince odaklamak (henüz) mümkün değildir.
Bir elektron mikroskobunda, akım taşıyan bobinler manyetik alanlar oluşturur. Bu alanlar mercek gibi davranarak elektron hüzmesini deneğin üstüne odaklarlar ve daha sonra bir floresan ekran veya fotoğraf plakası üzerinde büyütülmüş bir görünü oluştururlar. Hüzmenin saçılmasını ve bu yüzden görüntünün bulanıklaşmasını engellemek amacıyla, ince bir denek kullanılır ve tüm sistemin havası boşaltılır.
Manyetik "mercekler" in teknolojisi, pratikte, elektron dalgalarının kuramsal ayırma gücüne ulaşmasına izin vermez. Örneğin, 100 keV'luk elektronların dalga boyu 0.0037 nm'dir. Fakat bunların bir elektron mikroskobundaki ayırma gücü sadece 0.1 nm civarındadır. Fakat bu yinede bir optik mikroskobun -200 nm'lik ayırma gücüne göre büyük bir gelişedir. Elektron mikroskopları ile 1.000.000 x'in üstündeki büyütmelere erişilmiştir.
