Bilimin Öncüleri: Isaac Newton (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 yüzyıl 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 insanını 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. Pre­matüre 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 insanı umduğu başarıya 30 yaşından önce ulaşamamışsa, daha sonra bir şey beklemesin!” demişti. Newton 25 yaşma 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 (1630 – 1677) tavsiyesiyle, profesör olarak atanır. Matematik çalışmalarının yanı sıra optik üzerindeki denemelerini de sürdüren Newton’un kısa sürede bilimsel prestiji yükselir, 1672’de Kraliyet Bilim Akademisi’ne 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 20 yıl ge­ciktiren bir çekingenlik içindeydi. Dostu Edmund Halley’in (1656 – 1742; Halley kuyrukluyıldızını 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 hiçbir 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 (1646 – 1716) ileydi. Matematiğin çok önemli bir dalı olan kalkülüsü 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 2 binyıllık geleneksel düşünce yerini salt mekanik dünya görüşüne, belli sınırlar içinde geçerliliğini 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.

Dünya’nın diğer gezegenlerle birlikte Güneş çevresinde döndüğünü ileri süren Kopernik 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 Güneş’ten 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 birbi­rini kütlelerinin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin kare­siyle ters orantılı olarak çeker. İlişkinin matematiksel ifadesi:

FGmmd=.22

Newton’un gençliğinde ulaştığı ama yayımlamaktan kaçındığı bu sonuç bir hipotez olarak başkalarınca da tartışılmaktaydı. Nitekim, Kraliyet Bilim Akademisi’nin üç üyesi [Robert Hoo­ke, Edmund Halley ve Cristopher Wren (1632 – 1723)] eliptik yörüngelerin yerçekimiyle açıklanabileceği savındaydılar, 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 birbirinden 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 bir­kaç 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-ilah gözüyle bakılma­ya başlanır. Öyle ki, dönemin tanınmış bir matematikçisi, “Aca­ba onun da bizler gibi yeme, içme ve uyuma türünden günlük gereksinmeleri var mıdır?” diye sormaktan kendini alamaz.

Newton, kuşkusuz ne bir ilahtı, 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 insanı 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 çakıltaşı ya da güzel bir denizkabuğu bulduğunda sevinen bir çocuk gibi görüyorum.”

Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Kasım 2007, 24. Baskı, s.115