DÖNEMLER - NEWTONCU DÖNEM

Aristocu Dünya Görüşünü ele alırken bu dünya görüşünün odağında Aristoteles’in yazdıkları olduğunu, ama binerce yıl egemen olan Aristocu Dünya Görüşüne birçok kişinin katkı yaptığını belirtmiştim. Benzer durum Newtoncu Dünya Görüşü için de –hatta daha fazla- geçerlidir. Kuşkusuz birçok bilim insanı Isaac Newton’dan önce ve sonra bu dünya görüşüne çok önemli katkılar sağlamıştır.

Aristocu Dünya Görüşünün zayıf karnının gök bilim olduğunu, özellikle gezegenlerin hareketinin açıklanamadığını belirtmiştim. Bir sonraki dönemin de anahtarı gök bilim konusundaki çalışmalar oldu. Bu nedenle buradan başlayalım.

Çok karmaşık bir yapı da olsa Ptolemaeus sabit dünyayı merkeze alarak, diğer gezegenlerin iç ve dış çemberler (epicycle) üzerinde döndüğünü söyleyerek o günlerdeki gökyüzü gözlemleriyle uyumlu bir sistem geliştirmişti. Hatta gezegenlerin Dünyadan değişken olarak gözlenen hızlarının da tanımlı bir noktaya (equant) göre sabit olduğu öne sürülerek düzeltmeler yapılmıştı.

Nicolaus Copernicus (1473-1543) çok çekingen bir biçimde dünyanın güneş çevresinde dönmesine dayanan bir seçeneği ölümünden hemen önce basıma verdiği kitabında öne sürdü: “Göksel Kürelerin Dönüşleri Üzerine - De revolutionibus orbium coelestium”, 1543). Yine çağın gökyüzü gözlemleriyle uyumlu olan bu sistemde Dünya, Güneşin çevresinde dönüyordu. Önerilen seçenek gezegenlerin dairesel yörüngeleri üzerindeki dış-iç çember uygulamaları ve dönüşün sabit hızlı görüldüğü noktalar ile yalnızca Mars’ı ele alsak bile oldukça karmaşık bir yapıdaydı:

Hatta Güneşe Dünyadan daha yakın olan gezegenler (Merkür ve Venüs) için durum Mars’tan daha da karmaşıktı. Ama Copernicus açısından bu karmaşık yapı çok da önemli değildi. Onun için önemli olan sistemin güneş merkezli olması, yörüngelerin kusursuz şekil olan daire olması ve gezegenlerin sabit hızla ilerlemeleri çok önemliydi. Dairesel yörünge binlerce yıldır çok önemliydi. Çünkü Aristoteles “Başlangıcı ve sonu olmayan her şey daireseldir” demişti. O yıllarda Antik Yunan filozofu Platon’un M.Ö. 400’lerde savunduğu görüşlerin Hıristiyan türevi olarak nitelenen Yeni Platonculuğun (Neoplatonizm) gözde olduğu, Copernicus’un güneş merkezli sisteminin bundan kaynaklandığı da söylenir. Platon fiziksel olmayan, ölümsüz birçok biçimin (form) varlığını vurgular. Örneğin bir geometri teoremi somut fiziksel nesneler hakkında değil, biçimler hakkında bilgi sağlar. Platona göre gerçek, iyilik ve güzellik gibi bazı biçimler diğerlerinden daha yüksektir. Platon güneşi hep iyilik eğretilemesi (metaphor) ile anar. Yeni Platoncular da en yüksek biçim olarak Tanrı’yı tanımlayarak bu metafizik yaklaşımı benimsediler. Copernicus’un Güneş merkezli sistemini bu Güneş eğretilemesine bir gönderme olarak yorumlayanlar vardır.

Tycho Brahe (1546 – 1601) teleskopun icadından önce çıplak gözle yapılabilecek en hassas gökyüzü gözlemlerini yaptı. Aslında Aristoteles’in doğruluğuna inanıyordu. Ama 1577’de gözlediği bir kuyruklu yıldız bu inancına biraz kuşku düşürdü. Aristoteles’in dediği gibi yıldızlar bir kristal küre üzerindeyseler, bu kuyruklu yıldızın küreyi kırması gerekiyordu. Sonunda bir ara yol geliştirdi: Güneş dünyanın çevresinde dönerken diğer gezegenler de Güneş çevresinde dönüyorlardı.

Brache’nin öğrencisi Johannes Kepler (1571 – 1630) ölümünden sonra Brache’nin 20 yıllık titiz çalışmayla elde ettiği verileri kullanarak Kepler Yasaları olarak bilinen yasaları belirledi. Gezegenler Güneş çevresinde daire değil odaklarından birinde Güneş olan bir elips çiziyor ve bu elipsi çizerken eşit zamanda eşit alan tarıyorlar. Bu nedenle Güneşe yakın olduklarında daha hızlı yol alıyorlar:

Görüldüğü gibi 16. Yüzyıl sonlarında Aristo Dünya Görüşü çok büyük yaralar almaya başlamış, dünya merkezli evren modelinden sonra kusursuz şekil daire ve düzenli dönüş, değişmez hız gibi ilkeler de sarsılmaya başlamıştı.  Ama Kepler bunları pek vurgulamadı. O daha çok “Tanrı neden 6 gezegen yarattı?” ve “Tanrı neden gezegenlerin Güneşten uzaklıklarının gözlendiği gibi yarattı?” sorularıyla ilgiliydi.  (O dönemde 6 gezegen olarak Merkür, Venüs, Dünya, Mars, Jüpiter ve Satürn biliniyordu). Kepler, Brache’nin verileriyle bu sorulara mistik yanıtlar arıyordu. Örneğin Antik Yunandan beri 5 kusursuz çokyüzlü biliniyordu  (6 yüzü kare olan küp, 4 yüzü eşkenar üçgen olan tetrahedron, 8 yüzü eşkenar üçgen olan oktahedron, 12 yüzü eşkenar beşgen olan dodekahedron, 20 yüzü eşkenar üçgen olan ikosahedron). Tanrı’nın gezegenleri yerleştirirken bir mesaj vermesi gerektiğini düşünen Kepler de gezegenlerin iç içe geçmiş bu kusursuz şekillerin çevrelerindeki kürelerde döndüğünü göstermeğe çalışıyordu. Bu düşüncesini gösteren katı modeli ve basitleştirip iki boyuta indirgenen şekli aşağıdaki gibi çizebiliriz:

Kepler Mars’ın hareketini ele alan “Yeni Astronomi – Astronomia Nova” adlı kitabını 1609’da yayınladı. Ertesi yıl da Galileo’nun teleskopla yaptığı gözlemleri “Yıldız Mesajları - Sidereus Nuncius” yayınlandı ve Aristoteles’in gök cisimleri konusundaki görüşlerine öldürücü darbe geldi. 

Galileo Galilei (1564 – 1642) her şeyden önce büyük bir gözlemci ve deneyciydi. Bu iki terimi vurgulayarak kullanıyorum. Çünkü Aristoteles de doğayı yakından ve dikkatle gözlemlemişti. Ama deneyler yaparak doğanın yasalarını bulmaya çalışmak bilim tarihinde önemli ve yeni bir aşama. Daha çok genç bir öğrenciyken Galileo katedralin avizesinde sarkaç hareketini gözlemiş, birçok deney yaparak bu konudaki yasayı bulmuş ve üniversitedeki doktorların nabız ölçmeleri için iplerinin uzunluğu değişken sarkaçlar yapmıştı. Pisa kulesinden ağırlıklar atması belki de bir söylence. Ama eylemsizlik ve eğik düzlemlerden küreler yuvarlayıp hareket yasaları üzerinde çalışmalar yaptığı tarihsel gerçekler. 

Derken teleskop bulundu ve Galileo yaptığı teleskobunu büyük bir merakla gök cisimlerine yönelten ilk bilim insanı oldu. Çıplak gözle görünenlerden çok daha fazla yıldız gördü. Evren o güne dek hayal edilenden çok daha büyüktü. Aristoteles evren modelinin yanlışlığını gösteren gözlemlerini 3 noktada toplayabiliriz:

·         Tıpkı dünyanın uydusu Ay gibi Venüs’ün de evrelerinin olduğu teleskopla gözleniyordu. Hatta farklı evrelerde Venüs farklı büyüklüklerdeydi. Venüs gezegeninin Güneşten hiçbir zaman uzakta gözlenmediği, yılın bazı dönemlerinde Güneş doğarken; yılın bazı dönemlerinde Güneş batarken görülebildiği çok uzun zamandır biliniyordu. Bu durumda Ptolemaeus sistemine göre Venüs’ü hep hilal biçiminde görmemiz gerekirdi. Farklı evreler gördüğümüze göre Dünya ve Venüs, Güneş çevresinde dönüyordu:

·         Teleskopla Jüpiter’in çevresinde dönen 4 uydu gözledi. Demek ki Dünya bütün dönüşlerin tek merkezi değildi.

·         Teleskopla Ayın yüzünde dağlar, ovalar, vadiler vb. yeryüzüne benzer şekiller gözleniyordu. (Galileo yanlış olarak denizler ve okyanuslar da gördüğünü sanmıştı). Güneşin yüzeyinde de lekeler vardı. Hatta bunlar yer değiştiriyor ve büyüyüp küçülüyordu. O günkü teleskopların çözünürlüğü ile Satürn çevresindeki halkalar görülemezse de Satürn çevresinde kulak biçimli şekiller gözleniyordu. Bütün bu gözlemler göksel cisimlerin kusursuz ve değişmez olmadığını gösteriyordu.

Galileo’nun, Dünya merkezli kusursuz göksel sistemin yanlışlığını bu biçimde kanıtlanması engizisyonu çıldırttı ve 70 yaşındaki bilim insanı ev hapsine mahkûm edildi. 

Burada akla bir soru geliyor: “Eğer Güneş merkezli sistem konusunda 1543’de Copernicus’un ilk önerisini göz önüne alırsak Galileo’nun mahkûm olduğu 1633 yılına kadar Kilise 90 yıl neden sustu?” Bu soruya verilen birkaç cevap olduğunu söyleyelim. Öncelikle Copernicus ve Kepler’in çalışmalarında yukarıda değindiğim gibi mistik öğeler vardı. Yazdıkları yerleşik bir görüşe karşı öne sürülen birer düşünce egzersizi, tehlikesiz birer seçenek olarak değerlendirildi. Binlerce sayı içeren ve yalnızca astronomlarca kullanılan gezegen konum çizelgelerinin herhangi bir seçeneğe göre hazırlanması çok zarar verici değildi. Galileo ise güçlü kanıtlarla bir model oluşturmuş ve büyük ilgi görmüştü. Kilise dogmalarına karşı adeta alaycı bir tavır takınmıştı. Örneğin “Madem Kilise seçeneklerin tartışılmasına karşı değil o hale ben de bir tartışma yazarım” diyerek 1632’de “İki Temel Dünya Sistemi Üzerine Diyalog - Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo” adlı eserini yazmıştı. Görünüşte bir diyaloğu içeren bu kitapta Güneş merkezli sistemi o denli güzel savunmuştu ki, okuyucu Dünya merkezli sistemin “saçmalığını” açıkça görebiliyordu. (Bu kitap 1825’e dek engizisyonun yasakladığı kitaplar listesinde kaldı). Ayrıca bu günlerde Katolik Kilisesinin zor bir dönem içinde olduğunu göz önüne almalıyız.  1517’de Luther’in reform kıvılcımı yangını başlatmış, 17. Yüzyılın başından beri köylü isyanları ve mezhep savaşları Avrupa’yı kaplamış, Katolik Kilisesi durumunu korumaya çalışmak için tutumunu sertleştirmek zorunda kalmıştı. 

Olayın düşünsel boyutuna baktığımızda bilim konusuna yaklaşımda önemli bir fark görüyoruz. Aristoteles “Belirli bir ağırlık belirli bir yükseklikten belirli bir sürede düşer. Daha büyük bir ağırlık aynı yükseklikten daha kısa bir sürede düşer. Süreler ağırlıklarla ters orantılıdır” demişti. Her halde binlerce yıl boyunca birileri bunun tümüyle yanlış olduğunu gözlemişti. Ama Aristoteles’e karşı çıkmak o kadar zordu ki, Galileo bunu yüksek sesle söyleyinceye dek herkes sessiz kaldı. Galileo Jüpiter’in uydularını gözlediğinde Floransalı Francesco Sizi şöyle yazıyordu: “Jüpiter’in bu uyduları gözle görülemezler. Dünya üzerinde herhangi bir etkide bulunamazlar. Bu nedenle yararsızdırlar. Bu nedenle var olamazlar. Ayrıca modern Avrupalılardan başka, Yahudiler ve başka eski milletler de haftanın 7 güne bölünmesini kabul ettiler ve onlara gezegenlerin adını verdiler. Şimdi biz gezegen sayısını arttırırsak bu güzel sistem bütünüyle yerle bir olur”. (Bu alıntıdaki birçok yanlışa değinmeyeceğim. Ama olan bir şeyin “var olmaması” ve “düzenin bozulmaması” kavramları tartışmamız açısından not edilmeli).

Aristoteles’ten beri inanılan göksel varlıklar dünyasının çökmesi yeni somut sorunları gündeme getirdi. Bunların çoğu hareket ve kütleçekim konuları ile ilgiliydi. Örneğin gezegenler neden sürekli dönüyor? Havaya atılan taş neden yere düşüyor? Hatta -daha önce “Aristocu Dünya Görüşü Bölümünde” değindiğim gibi- neden taş dünyanın hareket yönüne göre geriye düşmüyor? 

Galileo’nun öldüğü yıl büyük fizikçi, astronom, matematikçi Isaac Newton (1642 – 1726) doğdu ve bu soruları cevapladı. 

Newton’un en ünlü eseri hiç kuşkusuz 1687’de basılan 600 sayfalık “Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri - Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”dir. Günümüzde bu kitap daha çok kısaca Principia olarak anılıyor.

Newton kuramını oluştururken çağının matematiğini de geliştirmiş, hatta geliştirmek zorunda kalmıştı. Günümüzde kalkülüs dediğimiz matematik dalını Newton’a ve aynı dönemde ondan tümüyle bağımsız biçimde geliştirmiş olan Gottfried Wilhelm (von) Leibnitz’e (1646 – 1716) borçluyuz. Fizik alanına dönersek Newton Principia’da önce hareket yasalarını sıralar. Ardından oldukça uzun ve ayrıntılı biçimde kütleçekim konusunu ele alır.

Newton’un üç basit hareket yasası vardır:

1 ) Eylemsizlik (inertia) bir cisim üzerine bir kuvvet uygulanmadıkça hareket ediyorsa hareket etmeğe, duruyorsa durmaya devam eder. (Bu yasa aslında daha önce Galileo tarafından dolaylı bir biçimde ifade edilmiş, Descartes tarafından da açıkça tanımlanmıştı).

2) Hareket etmeyen bir cismi hareket ettirmek için cismin kütlesi ve hareketin ivmesinin çarpımı kadar kuvvet uygulanır (F=m*a).

3) Etki kuvveti tepkiye eşittir.

Hepimizin okul sıralarında öğrenip benimsediğimiz bu yasalar bize çok olağan geliyor. Ama 1600’ler için yeni kavramlardı. Bu zorluğu görmek için örneğin kendimize soralım: “Günlük yaşamımızda hangi hareketin sonsuza dek devam ettiğini görürüz?”. Kuşkusuz sürtünme kuvvetlerini, havanın bile harekete bir direnç oluşturduğunu biliyoruz.  Diğer yandan hassas deneyler yapmadıkça bunları günlük yaşamımızda görmediğimizi de itiraf etmeliyiz.

Newton, Principia’da hareket yasalarını çok kısaca tanımladıktan sonra yüzlerce sayfa kütleçekimi tartışıyor. Çünkü temel sorun gezegenlerin güneşten uzaklaşmalarına engel olan kuvvet ne? Eğer gök cisimleri de yeryüzündeki yasalara göre davranıyorsa Eylemsizlik yasası ile gezegenlerin hareketinin sürekli olması açıklanabilir. Ama merkezkaç kuvvetini dengeleyen ve gezegeni Güneşe doğru çeken kuvvet tanımlanmalı.  İşte burada Newton’un kalkülüsü geliştirip kullandığını görüyoruz. Bu konu bu blog çerçevesinde ele alınamayacak boyutta. Zaten yine eğitimimiz sırasında cisimlerin birbirini kütleçekim kuvvetiyle çektiklerini, gezegenlerin bu çekimle çok büyük kütlesi olan güneşin çevresinde döndüğünü, Ayın Dünya çevresinde döndüğünü öğrendik. Oysa uzaktan etkileme kavramı da biraz ilginç. Masamızın üzerindeki bir cismi düşünce gücümüz veya isteğimizle kıpırdatamayız. Cismi hareket ettirmek istiyorsak elimizle iteriz. Uzaktan etkileme konusu o denli yeni bir kavramdı ki bazı çağdaşları Newton’u esrarlı (occult) kuvvetlerin varlığını savunmakla bile suçladılar! Fizikte bu tür uzaktan etkileme için “alan” kavramının geliştirildiğini ve kütleçekim alanı, elektromanyetik alan gibi terimlerin kullanıldığını biliyoruz. Ama yine de –özellikle ileriki bölümlerde ele alacağım Einstein’ın Genel Görecelik Kuramından önce- bu yeni tanımlamaların neden değil nasıla cevap verdiğini vurgulayayım. 

YENİ BİR DÜNYA GÖRÜŞÜ

Aristocu Dünya Görüşüne ilişkin kuşkular ve karşı seçenekler üstü kapalı bir biçimde 16. Yüzyılda ifade edilmeye başladıysa da 17. Yüzyılda Galileo tarafından açıkça söylendi ve Newton tarafından yeni yasalar oluşturuldu. Günümüzde bunların önemini anlamakta zorlanıyoruz. Ama bunların insanın tüm düşünce ve inanışlarında nasıl bir etkisi olduğunu birkaç noktaya bakarak görebiliriz. 

Soru Farklı

Öncelikle Aristoteles varlıkların davranışlarının bir nedeni olduğunu öne sürüp, gözlemlediğimiz davranışlarındaki nasılı bu nedene bağlıyordu. “Bir cismin doğal konumunun … olması nedeniyle … davranışını gözlüyoruz” yapısında düşünüyordu. Galileo’nun gözlemleri ve Newton’un yasaları ise neden konusuna hiç değinmeden yalnıza nasıl sorusuna cevap veriyordu. 

Varlıkların Nitelikleri

Aristoteles’in dünyasında varlıkların doğal konumları, bu doğal konuma ulaşmak “istekleri” adeta “görevleri” var. Newton’un hareket yasaları ise, varlıkların davranışların dışarıdan uygulanan kuvvetlere bağlıyor. Bu nedenle mekanik bir dünya çiziyor.

Yeryüzü ile Göksel Ayrımı

Aristoteles’in dünyasında yeryüzündeki varlıklar ile göksel varlıklar farklı elemanlardan oluşuyor, farklı “istekleri – görevleri” var. Bu nedenle yeryüzündeki yasalar ile gökyüzündeki yasalar birbirinden farklı. Galileo – Newton çizgisinde ise bu ayrım yok.

Tanrı Kavramı Üzerinde Farklılık

Aristocu Dünya Görüşünde Tanrılar –veya Tanrı- benzeri bir kavram, yeryüzündeki elemanlara doğal konumlarını belirlemek ve bu doğal konumlara gitmeleri için bir cins istek vermenin yanında gök cisimlerini evrenin merkezi çevresinde sürekli döndürüyor. Yani Tanrıların –veya Tanrı’nın- evrenin gündelik çalışmasında işlevi var (Deist görüş). Newtoncu Dünya Görüşünde ise evrenin gündelik çalışması kapsamında bir Tanrı kavramına gerek yok! Varlıklar makine gibi olduklarından Tanrı’nın bir kez düzeni kurup, varlıkları ve yasaları oluşturması yeterli (Teist görüş).

Bireyin Konumu Üzerinde Farklılık

Aristocu Dünya Görüşünde varlıkların “doğal konumları” ve bu nedenle “görevleri” olduğunu biliyoruz. Bireylerin de bunlara benzer olarak –Kralların, rahiplerin, askerlerin, kölelerin, köylülerin, kentlilerin- konumlarının ve görevlerinin olması doğaldı. Ortaçağda Kralların kutsal hakları (divine rights) olduğu savunulurdu. Örneğin İngiltere, İskoçya ve İrlanda Kralı I. Charles kendinin kutsal bir hakkı olduğunu savunan son Kraldı. Oysa Newtoncu görüşte nasıl varlıkların değişmez doğal konumları ve bundan doğan görevleri yoksa, bireylerin de toplum içindeki doğal konumları ve görevleri ortadan kalkabilir. 1600’lerin ikinci yarısında Avrupa’da tüm toplum düzenini alt-üst eden ayaklanmalar olduğunu biliyoruz. İç savaş sonunda yukarıda anılan I. Charles idam edildi (1649). Avrupa’da ayaklanmalar dönemini ABD’nin bağımsızlığı (1766) ve Büyük Fransız Devrimi (1789) izledi. Değişen toplum anlayışında buraya kadar ele aldığım bilim alanındaki gelişmelerin ne kadar rolü olduğunu bilmiyorum. Ama –en azından- bu gelişmelerin aynı doğrultuda olduğunu ve birbirlerini desteklediğini söyleyebilirim. 

Galileo - Newton çizgisinin fizik ve gök bilim konusu ile sınırlı kalmadığını, 20. Yüzyıl başına kadar bilim tarihinin Newtoncu bir şemsiye altında geliştiğini görüyoruz. Örneğin Kimya önceleri Newton’un niceliksel yaklaşımından uzak niteliksel bir bilim konusuydu. Simyacıların çeşitli elemanlar karıştırarak ve “kimyasal süreçler” uygulayarak altın yapma çabaları binlerce yıllık bir gelenekti. Antoine Lavosier (1743 - 1794) ile terazi kimya laboratuvarlarının temel ölçü aleti oldu. John Dalton (1766 – 1844) gazların davranışını parçacık hareketleriyle açıkladı. 

Biyoloji alanında vitalistler yaşayan organizmaların cansız varlıklardan tümüyle farklı olduklarını, bu nedenle de farklı yasalara tabi olduklarını öne sürüyorlardı. Ama Luigi Galvani (1737 – 1798) ve Alessandro Volta (1745 – 1827) kurbağa bacaklarıyla yaptıkları deneylerle sinir iletiminin elektriksel bir olay olduğunu gösterdiler. Hatta Friedrich Wohler (1800 – 1882) organik olmayan bileşiklerden üre yaptı. (Kuşkusuz bu konuda son nokta, çok daha sonraları DNA sarmalı, amino asitler, genler üzerindeki çalışmalarla kondu. Ama bu gelişme bu bölümün konusunun dışında kalıyor).

Kısacası 17. Yüzyıldan başlayarak, 19. Yüzyıl sonuna - 20. Yüzyılın ilk yıllarına kadar insanoğlu Newtoncu Dünya Görüşü içinde, bilim konusunda çok olumlu ve ümitli bir hava içindeydi. Doğanın bütün sırlarını birer birer çözüyorduk. 19. Yüzyıl sonunda - 20. Yüzyılın ilk yıllarında ise bazı anlaşılamayan şeyler gözlenmeye başlandı. Bu bilmeceler de bundan sonraki yazımın konusu olacak.