Bilim
Michael Faraday « Bilim Adamları
(1791-1867) Bilimin öncüleri arasında, modern yaşam koşulları üzerindeki etkisi bakımından, Faraday ile boy ölçüşebilecek bir başka ad kolayca gösterilemez. "Deneysel Bilimin Prensi" Faraday, bir ömüre sığmayacak sayıda önemli pek çok çalışma ortaya koydu: Kimya, elektro-kimya, metalürji alanlarında pratik sonuçlarından bugün de yararlandığımız deneyler yaptı. Maden ocaklarında kullanılan Davy lambasını geliştirmede katkıları oldu. Elektro-kimyadaki deneyleriyle kendi adıyla bilinen elektroliz yasalarına ulaştı.
Deneysel olarak, bir maddeden geçen belli miktarda elektrik akımının, o maddenin bileşenlerinde belli miktarda bir çözülüme yol açtığını gösterdi. Bu sonuç ilk elektrik sayaçlarının üretimine olanak verir. Faraday'ın bir başka önemli katkısı da "amper" denilen akım biriminin kesin tanımım vermiş olmasıdır. Elektrolizde geçen "elektrot", "anot", "katot", "elektrolit", "iyon" vb. terimleri de ona borçluyuz.
Faraday'ın yetişme koşullarına baktığımızda başarıları gözümüzde daha da büyümektedir.
Michael Faraday, Londra'da yoksul bir ailenin çocuğu olarak dünyaya gelmişti. Babası demirci, annesi ev hizmetçisiydi. Kısa süren öğreniminde okuma, yazma, bir miktar aritmetik öğrenmekle kalmıştı.
Henüz onüç yaşında iken bir kitapçının yanında çırak olarak çalışmaya başlamıştı. Ancak çok geçmeden kitap ciltleme becerisini kazanır. Bu iş ona yaşamının büyük fırsatını sağlar. Boş bulduğu zamanlarım kitap okumakla, ilgilendiği konularda not almakla dolduran Michael, ustasının sempati ve anlayışından da yararlanarak, eksik kalan eğitimini kendi kendine tamamlama çabası içine girer.
Daha sonra yazdığı anılarında, "O sıra okuduklarım arasında ilgimi en çok iki kitap çekmişti," der. "Bunlardan biri elektrik konusunda bana ilk bilgileri sağlayan Britannica Ansiklopedisi, diğeri Jane Marcet'in Kimya Üzerine Söyleşiler adlı kitabıydı". Bu kaynakların, onun düşünce yapısının kurulmasındaki önemi kesin, çünkü kimya ile elektrik yaşamı boyunca ilgilendiği başlıca iki konu olmuştur.
Faraday ondokuz yaşına geldiğinde, bilim merakı bir tutkuya dönüşmüş, kendi olanakları içinde ciddi deneylere bile koyulmuştu. 1812'de bir müşterinin sağladığı biletle, dönemin seçkin bilim adamı Sir Humphrey Davy'nin Kraliyet Enstitüsünde düzenlenen konferanslarına katılma olanağı bulur. Burada dinledikleriyle öğrenme tutkusu daha derinleşen Faraday'ın bilimden kopması olanaksızdı artık.
Konferansta tuttuğu notlarla deneyleri ilişkin şekilleri bir kitapta toplayarak asistanlık için Davy'ye başvurur. Davy'den beklediği yanıtı hemen alamazsa da ciltçilik işinde de daha fazla kalamazdı, artık! Kısa bir süre için de olsa Faraday işsiz kalmıştı, ama umutsuz değildi. Bir süre sonra şans yüzüne güler: Kraliyet Enstitüsü'nden uzaklaştırılan bir asistanın yerine bir başkası alınacaktır. Davy, daha önceki başvurusunu hatırlayarak, Faraday'ı göreve çağırır.
Genç araştırmacı çok geçmeden giriştiği deneyleriyle yeteneğini ispatlar. Daha işe başladığı ilk yıl içinde deney sonuçlarım yayımlamaya, Enstitü'de ders vermeye başlar. Bu arada yeni evlendiği eşine hazırladığı sürpriz de ilginçtir: Bir Noel sabahı Faraday eşini Kraliyet Enstitüsü'ne götürür.
Bayan Faraday kendisini bekleyen Noel armağanının merak ve heyecanı içindedir. Ama bulduğu yalnız kendisine değil tüm dünyaya verilen bir armağandır: elektrik akımıyla sürekli mekanik devinim sağlayan basit bir düzenek! Oyuncak trenlerden büyük elektrik lokomotiflerindeki makinalara değin bildiğimiz elektrik motorlarının ortaya konmuş ilk örneği.
Bilim çevrelerinde pek rastlanmayan bir hızla ün kazanan Faraday, 1823'te Kraliyet Bilim Akademisi üyeliğine seçilir; bir yıl sonra da çalıştığı enstitüde laboratuvar direktörlüğüne atanır.
Faraday enstitünün başına geçtikten sonra da deneylerini sürdürmekten geri kalmaz; "Faraday yasaları" diye bilinen ilişkileri ortaya koyar. Bunlardan en önemlisi, bir maddeden geçen elektrik miktarıyla o maddeden ayrılan bileşenlerin miktarı arasındaki ilişkidir. Bunun ortaya koyduğu bir sonuç atomların yalnızca belli miktarlarda elektrikle bağıntılı olduğu olayıdır ki, bilimsel açıklaması ancak yüzyılımızın başında Rutherford'un atomun yapısını belirlemesiyle verilebilmiştir.
Faraday elektro-kimya alanındaki çalışmasıyla yetinseydi bile bilim tarihinde önemli bir yeri olacaktı. Ama onu bilimin öncüleri arasına sokan asıl başarısı elektromanyetik konusundaki buluşlarıdır.
19. yüzyılın başlarına gelinceye dek elektriğe gizemli bir olay gözüyle bakılıyordu. Elektrik Benjamin Franklin için bir tür akışkandı. Kimisine göre ise, elektrik pozitif ve negatif olmak üzere iki değişik akışkandı. İlk kez Faraday elektriği bir "kuvvet" diye niteler. Elektrik gibi manyetizma da ilgi çeken, tartışılan bir konuydu; ama ikisi arasındaki ilişki henüz bilinmiyordu.
1820'de Danimarkalı bilim adamı Hans Oersted, elektrik akımı taşıyan bir telin yakınındaki bir pusula ibresini devindirdiğini saptamıştı. Bu gözlem pek çok deneylere, bu arada elektrik akımının manyetik etkilerine ilişkin Amper kuramına yol açar. Ancak bu konudaki asıl açıklama Faraday'ın mıknatısın elektriksel etkisini sezinlemesiyle gerçekleşir. Buna göre, bir tel bobinde oluşan manyetik etki, ikinci bir bobinde elektriksel etki olarak ortaya çıkmalıdır. "Elektromanyetik indüksiyon" denen bu olayı Faraday deneysel olarak 1831'de belirler.
Şekilde de görüldüğü üzere, ip ya da kumaş parçasıyla yalıtılmış demir bir halkanın karşıt yanlarına bakır telden iki bobin yerleştirilmiş olsun. Bobinlerden birinin uçları bir batarya ve şaltere, diğerinin uçları ise altında mıknatıslı bir ibre olan kuzey - güney doğrultusundaki bir tele bağlandığında, birinci bobinden elektrik akımının geçmesiyle mıknatıslı ibrenin devindiği görülür.
Bu, bir anlık olan akımın ikinci telde mıknatısın etkisiyle oluştuğu demektir. Oysa akım sürekli olursa ikinci telde öyle bir akım oluşmaz, ancak akım kesildiğinde mıknatıslı ibrenin bu kez ters yönde devindiği görülür. Bu da ikinci bobinde bir anlık ama tersine bir akımın oluştuğu demektir. Birinci bobinden geçen akım demir halkayı mıknatıslamakta, bu ise ikinci bobinde elektrik akımına yol açmaktadır.
Aynı ilişkiyi değişik deneylerle de ortaya koyan Faraday, bir başka deneyinde çok büyük bir mıknatısın kutupları arasında bir bakır disk döndürür. Diskin kenarlarıyla dingili arasındaki akımın sürekli olduğu görülür. Bu sonuçta da ilk basit dinamo örneğini bulmaktayız.
Faraday'a bilimde üstün konum sağlayan bir diğer önemli katkısı da bilime alan kavramını kazandırmış olmasıdır. Bu kavram yalnız elektromanyetik kuramın değil, Einstein'ın genel görecelik kuramının da içerdiği bir kavramdır.
Faraday'ı kavramı belirlemeye yönelten basit deneye bakalım: üzerinde demir kırıntıları olan bir kartı mıknatıs üstünde tutup hafifçe fiskelediğimizde kırıntıların mıknatısın kuzey -güney kutuplarını birleştiren birtakım çizgiler oluşturduğu görülür.
Faraday bu çizgilere, "manyetik güç çizgileri" demişti. Bu şekilde oluşan çizgiler, mıknatısı çevreleyen manyetik alanı temsil etmekte, çizgilerin yönü ise manyetik alanın yönünü göstermektedir. Ayrıca, çizgilerin biribirine yakınlığı manyetik alanın güçlü, çizgilerin biribirine uzaklığı manyetik alanın zayıf olduğu demektir.
Manyetik güç çizgilerinin bir devre tarafından kesilmesiyle elektrik akımının indükleneceğini belirten Faraday, uzayda da elektrik yüklü bir nesneyi çevreleyen manyetik güç çizgilerine benzer elektrik güç çizgilerinin olduğu kanısındaydı. Üstelik, elektrik güç çizgisinin bir pozitif yükten ona denk bir negatif yüke uzandığını düşünüyordu. Deneysel olarak da, bir tür elektrik indüklenirken, ona denk bir başka tür elektrik indüklenmesinin kaçınılmaz olduğunu göstermişti.
Örneğin, ipekle ovulan kuru bir cam parçası pozitif yük kazanır, elektrik güç çizgileri de camdan eşit negatif yük taşıyan çevresine uzanır.
Faraday bir atılım daha yaparak mıknatısın ışık üzerinde etki oluşturabileceği hipotezini ortaya koymuş, uzun deneylerden sonra ışığın gerçekten etkilendiğini kanıtlamıştı. Bilindiği gibi polarize ışık bir manyetik alan aracılığıyla döndürülebilmektedir. Ancak Faraday'ın belirlediği bu olguyu dönemin fizikçileri bir tür görmezlikten gelmişlerdi.
Faraday buluşlarının pratik sonuçlarıyla pek ilgilenmiyordu. Ama bu onun o sonuçların önemini kavramaktan uzak kaldığı demek değildi. Nitekim dönemin, başbakanı ona dinamonun ne işe yarayabileceğini sorduğunda, "Bilmiyorum, ama hükümetinizin bir gün ondan vergi sağlayabileceğini söyleyebilirim," demişti.
Faraday'ın övgüye değer bir özelliği de bilimi halkın anlayacağı dil ve düzeyde yayma çabasıdır. Kraliyet Enstitüsü'nde halk için düzenlediği yıllık konferans ve dersler bugüne dek sürüp gelmektedir. Faraday büyük ilgi toplayan konferanslarından bir bölümünü yaşamının son yıllarında Mumun Kimyasal Tarihi adı altında bir kitapta toplayarak çocuklar için yayımlama yoluna bile gider.
Faraday'ın matematik bilgisi buluşlarını matematiksel olarak dile getirmek için yeterli değildi; ama nitel de olsa deney sonuçlarını açıklayan bir kuramı vardı. Bu kuramın matematiksel olarak işlenmesi geçen yüzyılın büyük fizik bilgini James Clerk Maxwell'i bekleyecektir.
İyi Koca Geni « Genetik
Amerikalı bilim adamları, erkeklerin daha şefkatli ve tek eşli olmasını belirleyen geni keşfettiler. ABD'nin Atlanta Kenti'ndeki Emory Üniversitesi bilim adamları Tom Insel ile Larry Young'ın fare türleri üzerinde yaptıkları araştırma, çok ilginç sonuçlar ortaya koydu. Sürü halinde veya tam tersine tek başına yaşayan, tek eşli ya da çok eşli gibi birbirlerinden oldukça farklı yaşam tarzları olan fare türleri arasında yapılan araştırmalar, tek bir genin erkek cinsin sosyal ve monogam olma gibi özelliklerini belirdiğini kanıtladı.
Nature Dergisi'nde yayınlanan araştırma raporuna göre, Insel ve Young, erkek cinsin davranış biçimleri üzerinde etkili olan genetik faktörleri belirlemek istedi. İki bilim adamı, bu amaçla normalde anti sosyal ve çok eşli olan laboratuvar faresine bunun tam tersi özelliklere sahip yani sadakatıyla meşhur, tek eşli ve sosyal bir canlı olan tarla faresi geni aşıladı.
Aşılanan labortuvar faresi, sürü halinde yaşayan ve oldukça sosyal olan tarla faresinin davranış özelliklerini aynen benimsedi. Yani, hem sosyalleşti, hem de tek eş seçerek, ona karşı çok sevecen davranmaya başladı.
Bilim adamları, söz konusu genin insan dahil birçok memelide bulunan vasopressin adlı doğal hormonun salgılanmasına yol açtığını, bu hormonun da erkeklerin saldırganlık, iletişim kurma yeteneği ve cinsel davranışlarını etkilediğini belirttiler. Tek eşli ve sevecen tür farelerde, DNA sarmalınının, ötekilere oranla daha uzun olduğu ve dolayısıyla vasopressin adlı hormon salgısını ateşlediği anlaşıldı.
Sosyal olmayan farelerde DNA, daha kısa çıktı. İlk kez yapılan bu deney sonunda; anatomisi, kimyası ve psikolojisi hakkında çok az şey bilinen beraber yaşama ya da tek eşe bağlanma gibi sosyal formasyonlar hakkında bilgiler artacak. Yani iyi bir koca nasıl olunur veya hangi tür erkek iyi koca olur gibi yanıtsız kalan sorulara tatmin edecek yeni cevaplar üretilebilecek. Bunun yanısıra otizm, şizofreni ve Alzheimer hastalığı gibi hastalıklara karşı etkili tedaviler geliştirilebilecek.
Özel Görelilik Kuramı « Kuram ve Teoriler
Einstein, 1905'de esirin gereksiz ve fazla bir kavram olduğunun ilan ettikten sonra Mach'tan etkilenerek kurduğu özel görelilik kuramında zaman ve uzayın Tanrı ile olan ilişkilerini, kopardı ve onları insanlara ilişkin göreli birer kavrama dönüştürdü. Artık zaman ve uzay düşünce ürünü olmayıp ölçülebilen şeyler haline geldi.
Ondokuzuncu yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğu ve bu dalgaları uzak mesafelere taşıyan gözle görülemez, seyrek, esnek ve ağırlıksız bir ortamın (esir) var olduğu kabul ediliyordu. Eğer dünya böyle bir ortamda saniyede otuz km.lik bir hızla hareket ediyorsa zıt yönde bir esir rüzgarının oluşması ve ayrıca bu esir rüzgarıyla birlikte hareket eden ışığın bu rüzgara karşı hareket eden ışığa göre daha büyük bir hıza sahip olması gerekiyordu. Oysa ki 1887 yılında Albert Michelson ile Edward Morley, yaptıkları deneylerle ışık hangi yönde hareket ederse etsin, ışık hızının değişmediğini saptadılar. O halde, acaba esir diye bir şey yok muydu?
Esirin varolduğuna inanan bazı bilim adamları, Michelson ve Morley'in ulaştıkları sonucu yapay olarak etkisiz kılmaya çalıştılar. Örneğin, George Fitzgerald, dünyanın esir içinde hareket ederken hareket doğrultusunda büzüldüğünü ve bu büzüme ile ışığın hızında ortaya çıkacak olan farkın yok olduğunu ileri sürdü. Ne var ki, esirin varlığını savunmak için geliştirilen bu ve buna benzer açıklamalar bilim adamlarını tatmin etmiyordu.
İşte belirsizliğin sürdüğü böyle bir atmosferde, Einstein cesurca esir kavramının bir işe yaramadığını ve fizikten atılması gerektiğini vurguladıktan sonra özel görelilik kuramının iki temel ilkesini ortaya koydu:
1 - Bir deney yalnız göreli hareketi saptayabilir. Başka bir deyişle hiçbir deney mutlak durağanlığı veya düzenli hareketi saptayamaz. (Örneğin, bu ilkeye göre esirin varlığını saptamak olanaksızdır.)
2 - Işık, kaynağına bağlı olmaksızın, boşlukta sabit bir hızla hareket eder.
Einstein, bu iki temel ilkeyi, bazı düşünce deneyimlerini ve matematiği kullanarak Newton fiziğinin ana kavramlarını kökünden değiştirdi. Newton'a göre zaman mutlaktır yani evrensel olarak farklılık göstermez ve geçmişten geleceğe doğru düzenli bir biçimde akar. Sağduyuya uygun olan bu evrensel zaman anlayışına göre eşzamanlılık da evrenseldir.
Mutlak zaman kavramına karşı çıkan Einstein'a göre zaman kavramını içeren önermeler eşzamanlı olaylar hakkında ortaya konan önermelerdir ve eşzamanlılık iki olayın aynı anda gerçekleşmesi anlamına gelmektedir. Örneğin, "Mavi Tren Ankara Garına saat yedide gelecektir" demek saatimin akrebinin yedi üzerine gelmesiyle Mavi Trenin Ankara Gar'ına girmesi olayının aynı anda gerçekleşmesi yani bu iki olayın zamandaş olması demektir.
Ancak Einstein'a göre zaman, daha doğrusu eşzamanlılık, mutlak ve everensel değildir, çünkü bir gözlemci için eşzamanlı olan bir olay genellikle başka bir gözlemci için eşzamanlı değildir. Einstein'ın bu sonuca nasıl ulaştığını anlayabilmek için şu düşünce deneyini gözden geçirebiliriz:
Bir trenin (devingen sistem) orta noktasında iki ışık ışınını ters yönlere aynı anda gönderelim. Tren içindeki gözlemci için ışığın hızı (c) sabit olduğundan onun sistemde bu iki ışık ışını ters yöndeki duvarlara aynı zamanda ulaşır; gene bu gözlemci için bu iki olay (ışık ışınlarının ters yönlerdeki iki duvara çarpması) zamandaş olacaktır. Peki, trenin dışındaki gözlemci ne diyecektir?
Onun için de kendi sisteminde ışığın hızı sabittir; ancak trene baktığında duvarlardan birinin ışıktan uzaklaştığını, diğerinin ışığa doğru ilerlediğini görür. Böylece ona göre, ışık ışını kendisine yaklaşan duvara daha erken, kendisinden uzaklaşan duvar ise daha sonra çarpacaktır. Bundan çıkan kaçınılmaz sonuç şudur: Bir sistemdeki gözlemci için zamandaş olan iki olay, bu sisteme göresel düzgün devinen ikinci bir sistemdeki gözlemci içinse zamandaş değildir.
Acaba bu iki gözlemciden hangisi haklıdır? Einstein'a veya birinci temel ilkeye göre iki gözlemci de haklıdır. Eğer zaman kavramı göreli ise, fiziğin diğer temel kavramları da göreli olmak zorundadır. Örneğin, bir cismin uzunluğunu belirlemek için iki farklı gözlemci farklı zamanlarda ölçümler yapacaklarından (çünkü eşzamanlılık onlar için aynı değildir.) farklı değerler saptayacaklardır.
Özel görelilik kuramındaki olaylar ile Mach'ın algıları (elementleri) arasında bir fark yoktur. Örneğin, saatin akrebinin hareketiyle Mavi Trenin Ankara Garına girmesi aynı anda algılanan olaylardır. Aynı şekilde düşünce deneyimindeki gözlemcilerin gözlemleri de algılardan ibarettir. İşte Einstein'ın kuramında zaman ve uzay kavramaları ölçülebilen ve algılanabilen yani insanlara göre anlam kazanan kavramlar dönüştürüldükleri için Machçılığın Einstein üzerinde önemli bir rol oynadığını iddia edebiliriz.
Nitekim Einstein bile Mach'ın etkisinde kaldığını arkadaşlarına yazdığı mektuplarda açıkça belirtti. Hatta bizzat Mach'a yolladığı mektuplarda onun bir öğrencisi ve izleyicisi olduğunu açıkça itiraf etti. Bununla birlikte Mach hiçbir zaman özel görelilik kuramını tam olarak desteklemedi.
Einstein, zamanın ve uzayın göreli kavramlar olduğunu deneyler yaparak göstermiş değildir, çünkü onun özel görelilik kuramına ilişkin olarak sözünü ettiği deneyler zihninde yaptığı deneylerdir. Ayrıca bu kuramın temel direkleri olan iki ilke tamamen usun ürünleri olduklarından onları deneyimsel yöntemle doğrulama ya da yanlışlama olanağı yoktur.
Özel görelilik kuramının bir sonucu da madde ile enerjinin eşdegerliğini ve birbirlerine dönüşebilirliğini gösteren "E = mc2" nin formülüdür. Bu formülde E enerjiyi, m cismin kütlesini ve c de ışığın hızını temsil etmektedir. Bu formül, çok küçük bir madde parçasının çok büyük miktarlarda enerji içerdiğini ortaya koydu ve böylece nükleer çağa girilmiş oldu.
