Bilim
Uzayın Keşfi « Uzay Araştırmaları
Uzaya seyahat edebilmek sadece roketlerle mümkün olduğundan, roket gelişiminin tarihi, bir bakıma uzay uçuşlarının tarihi olarak görülebilir. İlk roketin ne zaman yapıldığı bilinmemekle birlikte, onun bir Çin buluşu olduğu söylenmektedir. 1232 yılında Çinliler, Moğolları uçan ateşli oklarla geri püskürtmüşlerdir. 1379'da ise Venedikliler ve Cenevizliler arasında yapılan bir savaşta kaba bir roket kullanılmıştır.
19. yüzyıl, savaş roketlerinin büyük ilgi gördüğü bir yüzyıldır. Büyük Britanyalı Sir William Congreve, Napolyon Savaşları'nda ve 1812 Savaşı'nda katı yakıtlı itici kuvvetle çalışan bir roket geliştirmiştir. Ancak akaryakıtlı roketlerin kullanılması ile Uzay'a seyahatin mümkün olacağını savunan ve bu konuda ilk bilimsel eseri yayınlayan kişi Constantin Tsiolkovsky adlı bir Rus bilim adamıdır. Onun bu çalışması ciddiye alınmazken, Robert H. Goddard adında bir Amerikalı ve Hermann adında Romanya asıllı bir Alman ayrı ayrı çalışarak modern roket biliminin temellerini atmışlardır.
Ayrıca Oberth adında bir bilgin, Dünya'dan bir cismin başka bir aleme gitmesi ile ilgili teorilerini ve formüllerini bir kitapta toplamış ve bu kitaptan esinlenerek Almanya'da Uzay'a Seyahat Kurumu kurulmuştur. Goddard ise, uzun süre üzerinde çalıştığı konu ile ilgili görüşlerini bir rapor olarak yayınlamıştır. 1919'da çıkan bu raporda Ay'a atılacak bir roketten de söz edilmektedir. 1926'da bir deney roketi hazırlamış ve bu roket yaklaşık 60 metre kadar havalanmıştır. 1929 yılında ise Goddard, içinde barometre, termometre gibi ölçü araçlarının ve bir fotoğraf makinasının bulunduğu ilk roketi havaya fırlatmıştır.
Füzecilik ve uzay yolculuğu denildiğinde akla ilk gelen isim kuşkusuz Wernher von Braun'dır. Goddard ve Oberth'in çalışmalarından haberdar olan Von Braun, Uzay'a Seyahat Kurumu'nda füze denemeleri yapmış daha sonra Alman Hava Kuvvetleri hesabına çalışmış ve bu iş için bir füze üssü kurulmuştur. Bu çalışmalar sonucunda İkinci Dünya Savaşı'nın en güçlü silahı olan V-2 roketleri doğmuştur.
Savaştan sonra von Braun, planları ile birlikte Amerika'ya kaçmış ve Kaliforniya'da kurulan Cape Canaveral (şimdiki adı Cape Kennedy) Uzay Araştırmaları Merkezi'nde çalışmaya başlamıştır.
4 Ekim 1957 tarihinde ise Ruslar dünyanın ilk yapay uydusu olan Sputnik-1'i Dünya'nın yörüngesine oturtmayı başardılar. 31 Ocak 1958'de ilk Amerikan yapay uydusu yörüngeye oturtuldu ve Uzay'a uydu gönderilmesi bu tarihten sonra baş döndürücü bir hızla devam etti.
Amerikalılar, uzay çalışmalarını bir çatı altında toplamak için Ekim 1958'de NASA'yı (Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi) kurdular. 12 Nisan 1961'de ilk defa Uzay'a insanlı bir roket fırlatıldı. Vostok-1 adlı roketle birlikte Uzay'a çıkan bu ilk insan Rus Yuri Gagarin idi.
21-27 Aralık 1968'de Frank Borman, James Lowel ve William Anders, Ay çevresini Apollo-8 ile dolaştılar ve inişe uygun yerleri tesbit ettiler. 20 Temmuz 1969 günü ise, Neil Armstrong, Edwin Aldrin ve Michael Collins idaresi altındaki Apollo-11 Uzay Aracı, Ay'ın Sessizlik Denizi denilen ıssız bir düzlüğüne inmeyi başardı ve Neil Armstrong, Ay'a ilk ayak basan insan ünvanını elde etti. Bu başarı, gezegenlere gönderilen insansız araştırma gemileri ve 1981'de uzay mekiğinin geliştirilmesiyle sürdü.
Knidoslu Eudoxos « Bilim Adamları
Eudoxos'un doğum ve ölüm tarihlerini bilemiyoruz. Platon'un öğrencisi olmuş ve Arkitas'tan matematik dersleri almıştır. Atina'dayken kalmış olduğu yer çok uzak olmasına rağmen, derslere yürüyerek gidip geldiği söylenmektedir. Bir ara Mısır'da bulunmuş ve Mısır geleneklerine uyarak sakalını ve kaşlarını traş etmiştir. Dersler vererek geçimini sağlamış ve Atina'ya dönüşünde, hocası Platon, onun şerefine bir şölen düzenlemiştir. Hemşehrileri olan Knidosluların idâri kanunlarını düzenlemek amacıyla Knidos'a gittiğinde, çok iyi karşılanmış ve çok büyük bir saygı görmüştür.
Eudoxos döneminin en büyük matematikçisidir; oranlara ilişkin araştırmaları vardır. Daha önce Kreneli Theodoros ve Atinalı Theaitetos tarafından irrasyonel kavramına ulaşılmıştı. Bunların yanında diğer Pythagorasçılar da, uzunluklarla sayılar arasında bir koşutluk kuruyor ve uzunluklar arasındaki oranların, tam sayılar arasındaki oranlarla ifade edilebileceğini söylüyorlardı. Kuşkusuz bunun tersi de doğruydu.
Ancak yeni keşfedilmiş olan bir uzunluk veya buna karşılık gelen sayı (*2), bir tam sayı değildi ve tam sayıların oranı ile ifade edilemiyordu; bu durum, felsefelerini tam sayılar üzerine kuran Pythagorasçıları son derece rahatsız etmişti; ya aritmetikle geometri arasındaki koşutluğu reddedecekler veya irrasyonel sayıların varlığını kabul edeceklerdi. Doğru olan yapıldı ve sayı kavramı irrasyonel sayıları da içine alacak şekilde genişletildi. Bu işlem aslen bir Pythagorasçı olan Eudoxos tarafından gerçekleştirildi. Eudoxos, daha sonra Eukleides'in Elementler adlı yapıtının V. ve VI. Kitap'larında işlenecek olan genel oranlar kuramı ile sayı kavramına yeni bir içerik kazandırdı.
Bir doğrunun orta orana göre bölünmesine Altın Oran veya Kutsal Oran denir; Yunanlılar, Eudoxos'un bulmuş olduğu altın oranın bir güzelliği ve kutsallığı olduğuna inanırlardı. İrrasyonellerin anlamlandırılması kadar güç olan diğer bir sorun da eğrilerle sınırlanmış olan alanların veya hacimlerin bulunması sorunuydu. Eudoxos, bu sorunu çözmek için, günümüzde tüketme yöntemi denilen yöntemi geliştirmişti.
Bu yöntemle, bilinen bir büyüklüğün, mesela bir doğrunun uzunluğunun, bir bilinmeyenin, mesela bir eğrinin niteliklerine iyice yaklaşıncaya kadar kendi içinde nasıl bölünebileceğini göstermişti. Archimedes'e göre, Eudoxos, piramitlerin ve konilerin hacimlerinin, sırasıyla eşit tabanlı ve eşit yükseklikli prizmaların ve silindirlerin hacimlerinin üçte birine eşit olduğunu kanıtlamak için bu yöntemden yararlanmıştı.
Ayrıca Eudoxos, dairelerin alanlarının, çaplarının karesiyle orantılı olduğunu da göstermişti; uygulamış olduğu yöntem bir bakıma, bir dairenin alanını bulmak için, bu dairenin içine çok sayıda çokgen yerleştirme işlemine benziyordu. Eğrilerle sınırlandırılmış geometrik biçimlerin alanlarının ve hacimlerinin hesaplanmasını olanaklı kılan ve daha sonra Eukleides'in Elementler'inin VII. Kitab'ında derinlemesine geliştirilen bu tüketme yöntemi, integral hesabının temeli olarak kabul edilmektedir.
Eudoxos, kurmuş olduğu ortak merkezli küreler sistemi ile bilimsel astronominin öncülüğünü yapmıştır. Uzun bir süre Mısır'da kalmış olduğu için Mısır astronomisinin inceliklerini, buradayken öğrenmiş olduğu düşünülebilir. Mezopotamya bölgesine ve İran'a gitmemiştir; ancak çeşitli milletlerden insanların toplanmış olduğu Knidos'ta Asya bilimine de âşina olması olanaklıdır.
Mısır'dayken Heliopolis rahiplerinden bilgiler edinmiş ve Heliopolis ile Cercesura arasında bulunan bir gözlemevinde gözlemler yapmıştır. Augustus döneminde bu gözlemevinin etkinliklerini sürdürmekte olduğu bilinmektedir. Eudoxos'un da Knidos'ta bir gözlemevi kurduğu ve burada gözlemler yaptığı söylenmektedir. Hiparkos'un ona atfettiği Ayna ve Phaenomena adlı yapıtlarında bu gözlemleri toplamıştır.
Ortak merkezli küreler sistemi astronomiye yeni bir ruh getirmiş ve ilk defa bu kuram yoluyla, bir gökcisminin belirli bir süre sonra nerede bulunacağını matematiksel olarak belirlemek olanaklı olmuştur. Aslında düzgün bir biçimde devinen yıldızların konumlarını önceden belirlemek oldukça kolaydır, ama gezegenler için aynı şey söylenemez; çünkü onların görünürdeki devinimleri oldukça şaşırtıcıdır; belirli bir doğrultuda giderken, bir ara durur ve daha sonra geriye dönerler ve periyotlarını tamamladıklarında sekizi andırır bir eğri çizerler. Bu eğriyi hippopede - yani atkösteği - olarak adlandırmış olan Eudoxos'a göre, gezegenlerin böyle bir yörüngede dolanıyormuş gibi görünmelerini sağlamak için dairesel hareketleri birleştiren geometrik ve kinematik bir modelden yararlanmak gerekir; böylece "görüntüyü kurtarmak" mümkün olabilecektir.
Eudoxos'un çözümü son derece ilginçtir. Bir kürenin üzerinde bulunan bir gezegen, bu kürenin eksenlerinden birisi üzerinde dolanırken, merkezdeki Yer'in çevresinde dairesel yörüngeler çizer. Şayet kürenin ekseni, başka bir eksen çevresinde dönmekte olan ikinci bir küreye bağlıysa, çizeceği yörünge, bir daire değil, bu iki kürenin devinimlerinin bir bileşkesi olacaktır; küreleri arttırmak suretiyle oluşan bileşke devinimleri, gezegenlerin gökyüzündeki devinimleriyle uylaştırmak olanaklıdır. Nitekim Eudoxos bu amaçla ortak merkezli kürelerin sayısını 27'ye çıkarmıştır.
Böylece ilk defa gökyüzü görünümleri, matematiksel bir modelle anlamlandırılmış oluyordu. Gerçi ortak merkezli küreler sistemi, çok karmaşıktı ve uygulamada oldukça başarısızdı, ama sonuçta görünümleri anlamlandırmaya yönelik kuramsal bir girişimdi ve yaklaşık da olsa görüntüyü kurtarmayı başarmıştı. Sistem, bir süre sonra bu yönüyle, diğer bilimlere de iyi bir örnek oluşturacaktı.
Niels Bohr « Bilim Adamları
(1885 -1962) Söylentiye göre, Danimarka halkının övünç duyduğu dört şey vardır: gemi endüstrisi, süt ürünleri, peri masalları yazarı Hans Christian Andersen, fizik bilgini Niels Bohr. Bohr, hem bilgin kişiliği, hem insancıl davranışlarıyla, büyük hayaller peşinde koşan gençlere yetkin bir örnek ve esin kaynağı olan bir öncüydü. O, ne Rutherford gibi dış görünümüyle ürkütücü ne de Einstein gibi "arabaya tek başına koşulan at"tı.
Niels, Kopenhag'da görkemli bir konakta dünyaya geldi. Babası üniversitede fizyoloji profesörüydü. Niels çocukluk yıllarında "hımbıl" görünümüyle hiç de parlak bir gelecek vaadetmiyordu. ileride seçkin bir matematikçi olan kardeşi Harald da pek farklı değildi.
İki kardeşin en çok hoşlandıkları şey anneleriyle tramvaya binip kenti dolaşmaktı. Bir keresinde, boş tramvayda anne can sıkıntısını gidermek için olmalı, çocuklara masal söyler. Anlamsız bakışları, sarkık yanakları ve açık ağızlarıyla duran iki oğlanı uzaktan izleyen bir yolcu, "Zavallı kadın, bu iki şapşala bir şey anlattığını sanıyor!" demekten kendini alamaz. Niels Bohr'un bir çocukluk anısı bu.
Oysa Niels'in okul yılları son derece parlak geçer. Babasının entellektüel ilgi alanı genişti: Biri felsefeci, biri dilci ve biri fizikçi üç arkadaşıyla her Cuma akşamı bir araya gelir, düşün dünyasında olup bitenleri tartışırlardı. İki oğlan da bir köşede oturup uzun süren tartışmaları sessizce izlerlerdi. Özellikle Niels'in spekülatif düşünceye yakın bir ilgisi vardı. Nitekim, üniversitede fiziğin yanısıra ilginç bulduğu felsefe derslerini de kaçırmazdı.
Niels Bohr üniversiteyi üstün başarıyla bitirip; yirmi iki yaşında Danimarka Bilim Akademisi'nin altın madalya ödülünü alır. Delikanlının sonradan unutulan bir başarısı da İskandinav dünyasında tanınmış bir futbolcu olmasıydı. Bohr 1911'de doktora çalışmasını tamamlar tamamlamaz J.J. Thomson'la çalışmak üzere Cambridge-Cavendish Laboratuvarı'na koşar. Ancak genç bilimadamı burada umduğunu bulamaz. Herşeyden önce, İngilizce bilgisi yetersizdi; çevresiyle verimli iletişim kuramıyordu.
Sonradan, daha önce Rutherford'un olağanüstü yeteneğini farketmiş olan Thomson, nedense Danimarkalı gence sıradan biri gözüyle bakıyordu. Tartışmalı bir toplantıda Bohr'un ileri sürdüğü bir çözümü Thomson irdelemeksizin yanlış diye geri çevirir; ama daha sonra aynı düşünceyi kendisi dile getirir. Bu olayı içine sindiremeyen Bohr yeni bir arayış içine girer.
Bu sırada bilim dünyasının parlayan yıldızı Rutherford'dur. Katıldığı bir konferansında Rutherford'un coşkusu ve atılım gücüyle büyülenen Bohr, Cavendish'i bırakır, Manchester'de onun ekibine katılır. Rutherford deneyciydi, Bohr ise kuramsal araştırmaya yönelikti. Ama iki bilimadamı arasında başlayan ilişki ömür boyu süren dostluğa dönüşür. Öyle ki, Bohr biricik oğluna hocanın ilk adı "Ernest"i verir. Oysa, bursunun tükenmesi nedeniyle Manchester'de yalnızca altı ay kalabilmişti.
Bohr'un bilimde ilgi odağı atom çekirdeğine ilişkin deney sonuçları değil, kuramsal bir sorundu: Bir elektrik birimi olan elektronun atom kapsamındaki davranışının bilinen fizik yasalarına ters düşmesinin nedeni ne olabilirdi? Normal olarak, pozitif yüklü çekirdeğin çevresinde dönen negatif yüklü elektronun, devinim sürecinde, elektromanyetik radyasyon salarak enerji yitirmesi ve çekirdeğe gömülmesi; atomun çökmesi gerekirdi.
Max Planck'ın kara-cisim radyasyon katastrofuna benzer bir katastrof! Planck karşılaştığı sorunu E = hf denklemiyle açıklamıştı. Bu sorun da belki kuvantum kavramına başvurularak açıklanabilirdi. Hiç değilse Niels Bohr böyle düşünmekteydi.
Sorun, "spektrum analizi" ya da "spektroskopi" denen konu kapsamındaydı. Bohr "çizgi spektrası"na ilişkin bir formülden nedense habersizdi (Bohr, formülü bir meslekdaşının yardımıyla sonunda öğrenir. Okul ders kitaplarına bile geçen formülün, Bohr'un gözünden kaçmış olması ilginçtir).
Bir aritmetik oyununu andıran işlemi 1885'de Balmer adında İsviçreli bir lise öğretmeni bulmuştu. Buna göre, örneğin, hidrojen spektrumundaki kırmızı çizginin frekansını saptamak için, 3'ün karesi alınır, l bu sayıya bölünür, çıkan bölüm 32.903.640.000.000.000 sayısıyla çarpılır. Yeşil çizginin frekansı için işleme 4, mor çizginin frekansı için 5'le başlanır. Balmer, formülünü ortaya koyduğunda hidrojen spektrumunda yalnızca üç çizgi biliniyordu. Sonra bulunan çizgiler için işleme 6, 7, 8, ... sayılarıyla başlanır.
Bohr 1912'de Kopenhag'a döndüğünde çözüm aradığı problemi birlikte getirmişti. Atomun yapısını açıklamaya çalışan Bohr için Balmer formülü niçin önemliydi? Yanıt basittir: Bohr, Planck sabiti h'yi kullanarak bu formülle enerji kuvantalarından oluşan spektrumu açıklayabileceğini görmüştü.
Başka bir deyişle, formülün sağladığı ipucuyla atomların normalde neden enerji salmadığı, elektronların neden hız kaybedip çekirdeğe gömülmediği açıklık kazanmaktaydı. Bohr'un o zaman bilinen fizikle bağdaşmaz görünen görüşü başlıca dört nokta içeriyordu:
(1) Elektron, olası tüm yörüngelerde değil, yalnız enerjisi Planck sabitiyle bir tam sayının çarpımına orantılı olan yörüngelerde devinir.
(2) Elektron, enerji değişimiyle kuvantum yörüngelerinin birinden öbürüne geçebilir; ancak çekirdeğe en içteki yörüngeden daha fazla yaklaşamaz.
(3) Bir kuvantum yörüngede devinen elektron bir iç yörüngeye düşmedikçe radyasyon salmaz. Bu düşüş belli bir miktarda ışık enerjisi üretmekle kalır. Üretilen enerjinin frekansı iki yörünge arasındaki enerji farkının Planck sabitine bölünmesine eşittir:
(4) Bir elektronun taşıyabileceği enerjiler sınırlıdır ve bu kesintili enerjiler atomun kesintili çizgi spektrumunda yansır.
Atom yapısının anahtarını, salınan ışığın spektrumunda arayan bu görüşün, birtakım gözlemlere açıklık getirmekle birlikte, doğruluğu kuşku konusuydu. Bir kez aynı gözlemler başka hipotezlerle de açıklanabilirdi. Sonra, elektronların Bohr'un öngördüğü biçimde davrandığını gösteren somut kanıtlar da ortada yoktu henüz. Kaldı ki, kuvantum yörüngeleri düşüncesi olgusal dayanaktan yoksundu.
Bohr'un hipotezi öncelikle hidrojen spektrumunu açıklamaya yönelikti. Gerçi olgusal olarak henüz yoklanmamıştı, ama hipotezin Balmer formülünde yer alan sayının anlamını belirginleştirmesi, geçerliği açısından önemli bir avantaj sağlamaktaydı. Ayrıca, Bohr'un değişik kuvantum yörüngelerinin enerjilerini veren formülü, önerdiği atom kuramına istenen belirginliği kazandırır:
(Formülde m elektron kütlesini, e elektrik yükünü, h Planck sabitini göstermektedir. Bu harflerin deneysel olarak saptanan değerleri formülde yerlerine konduğunda, bir saniyedeki titreşimi gösteren sayı, 32.903.640.000.000.000, elde edilmektedir. Barmel'in bulduğu bu sayıya "Rydberg sabiti" de denmektedir).
Bohr oluşturduğu atomun kuvantum kuramını yayımlamadan önce Rutherford'un incelemesine sunmuştu. Rutherford herşeyde basitliği arayan titiz bir kişiydi. Bohr'un yazısı karmaşık, uzun ve gereksiz yinelemelerle doluydu. Rutherford düzeltilmesini gerekli gördüğü noktalara değindikten sonra, "Çalışman gerçekten ilginç; kuramının atoma ilişkin pek çok probleme çözüm getirici nitelikte olduğunu söyleyebilirim", diyerek genç bilimadamını yüreklendirmişti.
Bohr'un kuramı 1913'de ingiltere'de yayımlanır. Ne var ki, bilimadamlarının bir bölümünün tepkisi olumsuzdur: onlara göre, ortaya konan, bir kuram olmaktan çok rakamlarla oluşturulan bir düzenlemeydi. Oysa, başta Einstein olmak üzere kimi bilimadamları, çalışmanın büyük bir buluş olduğunu farketmişlerdi. Kuramın, spektroskopi biliminin atomik temelini kurduğu çok geçmeden anlaşılır. Bir yandan da kuramı doğrulayan deneysel kanıtlar birikmeye başlar.
Kopenhag Teorik Fizik Enstitüsü başkanlığına getirilen Bohr 1922'de Nobel Ödülü'nü alır. Artık kısaca "Bohr Enstitüsü" diye anılmaya başlayan Enstitü'ye dünyanın pek çok ülkesinden genç fizikçilerin akım başlar (Bunlar arasında Heisenberg, Pauli, Gamov, Landau gibi sonradan ün kazanan genç araştırmacılar da vardı). Kısa sürede dünyanın en canlı bilim merkezine dönüşen Enstitü bir grup üstün yetenekli genç için bulunmaz bir eğitim ortamı olmuştu.
Bohr hem bilgin kişiliği, hem insancıl davranışlarıyla büyük hayaller peşinde koşan bu gençlere yetkin bir örnek, esin kaynağı bir öncüydü. O, ne Rutherford gibi dış görünümüyle sarsıcı, ne de Einstein gibi "arabaya tek başına koşulan at"tı.
Bohr çalışma yaşamında sergilediği istenç gücünün yanısıra neşe ve mizahıyla gönülleri fethetmesini biliyordu. Bir keresinde tartıştıkları bir teori üzerindeki sözlerini şöyle bağlamıştı: "Bu teorinin çılgınca bir şey olduğunu biliyoruz. Ama ayrıldığımız nokta, teorinin, doğru olması için yeterince çılgınca olup olmadığıdır."
Danimarka baştacı ettiği bu insanla ne denli övünse yeridir.
