Ana sayfa Bilim Gündemi Bilimin Öncüleri: James Clerk Maxwell (1831 -1879)

Bilimin Öncüleri: James Clerk Maxwell (1831 -1879)

380
PAYLAŞ

Dünya tarihi bir bakıma büyük insanların tarihidir. Bilim tarihine de öyle bakabiliriz. Galileo, Newton, Darwin, Einstein … “bilim” dediğimiz görkemli yapının büyük mimarları! Adı bilim çevreleri dışında pek duyulmayan J. C. Maxwell’in de onlar arasında yer aldığı söylenebilir.

Maxwell için 19. yüzyılın en büyük fizikçisi denmektedir. Aslında onu tüm çağların sayılı bilim insanlarından biri saymak daha yerinde olur. Maxwell kısa süren yaşamında her biri onu unutulmaz yapan önemli buluşlar ortaya koydu. Radyo, radar, televizyon vb. icatlara yol açan elektromanyetik ve ışık alan­larındaki devrimsel atılımlarının yanı sıra, renk bileşimleri ile Satürn gezegeninin halkaları üzerindeki açıklamaları, gazların kinetik teorisi ile enerji korunum ilişkisi konularındaki katkıları … çalışmaları arasında başlıcalarıdır. Daha 14 yaşında iken, yet­kin elips çizme yöntemine ilişkin matematiksel buluşu Edinburg Kraliyet Akademisi’nde görüşülerek ödüllendirilmişti.

Maxwell, Faraday’ın “elektromanyetik indüksiyonu” diye bilinen buluşunu ortaya koyduğu yıl dünyaya gelir. Bu ilginç rastlantının sonraki gelişmelerle nasıl bir anlam kazandığını göreceğiz. Seçkin bir ailenin olanakları içinde büyüyen çocuk, yaşamının ilk yıllarında bile kendine özgü ilgileri ve bağımsız düşünebilme yeteneğiyle dikkat çekmekteydi. Annesi kız kar­deşine yazdığı bir mektupta iki yaşındaki oğlundan övgüyle söz eder: “Çok canlı, mutlu bir çocuk. … En çok kapı, kilit, anahtar, zil gibi şeyler merakını çekmekte. Ağzından hiç eksik olmayan sorusu, ‘Anne, nasıl bir şeydir bu, göster bana.’ Bir başka merakı da, kırlarda dolaştığımızda suların akışını, derelerin çizdiği yol­ları izlemek!”

“Mutlu çocuk” yedi yaşında iken annesini yitirmenin mutsuz­luğunu yaşar; ama öğrenme, araştırma tutkusuyla yeni ufuklara açılmaktan hiçbir zaman geri kalmaz. Son derece duyarlı ve aydın bir kişiliği olan babası, giydiği elbiseden oturduğu evine dek kullandığı hemen her şeyi kendi elleriyle yapan “garip” bir insandı. Öyle ki, oğlu sekiz yaşında okula başladığında, babası­nın özenle hazırladığı gösterişli giysi içinde bir süre okul arka­daşlarının alay konusu olmuştu. Maxwell’in yaşam boyu sürençekingenlik ve dil tutukluğunda, belki de küçük yaşında başın­dan geçen bu olayın etkisi olmuştur.

Maxwell’in başarısını üstün yetenek ve sezgi gücüne borçlu olduğu yadsınamaz; ama, bilimsel ilgilerinin gelişmesinde baba­sının payı büyüktür. Baba üyesi olduğu Edinburg Kraliyet Aka­demisi’nin toplantılarına oğluyla birlikte katılıyordu. Bu arada çocuk gene babasının sağladığı olanakla her fırsatta Edinburg Gözlemevi’ne uğrayarak gezegen ve yıldızların devinimlerini izlemekteydi. Bu gözlemlerin ilerde Satürn gezegeninin halka­ları üzerindeki ödüllendirilen matematiksel çalışmasına zemin hazırladığı söylenebilir.

Maxwell’in1873’de yayımlanan Elektrik ve Manyetizma Üzerine İnceleme adlı kitabında ortaya koyduğu denklemlerden, elektrik ve manyetik etkilerin uzayda ışık hızıyla yol aldığı sonucu da çıkmaktaydı.

Bilim tarihinde 19. yüzyılın ilk yarısı özellikle elektrik, manyetizma ve ışık konularındaki çalışmaların ön plana çık­tığı bir dönemdir. Işığın dalgalar biçiminde ilerlediği görüşü yaygınlık kazanmış; ayrıca, kristal aracılığıyla istenen yönde kutuplaştırabileceği deneysel olarak gösterilmişti. Ne var ki, elektrik, manyetizma ve ışık arasındaki bağıntı henüz yeterince bilinmediğinden bu olaylar bağımsız araştırma konuları olarak ele alınmaktaydı. Maxwell’in 1850’de bu olayların ilişkilerini belirlemesiyle fizikte bir bakıma Newton’unki çapında yeni bir devrimin temeli atılmış oldu.

Newton’un gravitasyon kuramı, evreni mekanik bir modele indirgeyerek açıklıyordu. Bu modelde, değişik büyüklükteki kütlesel nesnelerin, elektrik yükleri gibi, birbirini etkilediği temel varsayımdı. Faraday bir adım ileri giderek elektrik yük­lerinin yalnız birbirini değil çevrelerini de etkilediği görüşüne ulaşır, “elektromanyetik güç alanı” dediği yeni bir kavram oluşturur. Ona göre bu alan uzayda diğer fiziksel nesnelerden bağımsız, kendine özgü bir gerçeklikti. Değişen manyetik ala­nın bir iletkende elektrik ürettiğini saptayan Faraday, bu olayı “elektromanyetik indüskiyon” diye nitelemişti. Faraday’ın de­neysel buluşlarıyla bir tür büyülenmiş olan Maxwell, daha ileri giderek, söz konusu etkinin yalnız iletkende değil, uzayda da oluştuğunu; üstelik, değişen elektrik alanın da manyetizma ürettiğini gösterir. 1873’de yayımlanan Elektrik ve Manyetizma Üzerine İnceleme adlı kitabında ortaya koyduğu denklemlerden, elektrik ve manyetik etkilerin uzayda ışık hızıyla yol aldığı so­nucu da çıkmaktaydı.

Işığın yapı ve niteliği bilim adamları için sürgit bir “bilmece” konusu olmuştu. Işık kimine göre dalgasal nitelikteydi, kimine göre parçacıklardan oluşmuştu. Maxwell ise ışığı uzayda dalga­sal ilerleyen hızlı titreşimli bir elektromanyetik alan diye nite­liyordu. Her biri değişik titreşim frekansıyla ilerleyen değişik renklerin oluşturduğu ışık, ona göre, elektromanyetik titreşim­ler skalasında yer alan olaylardan yalnızca biri olmalıydı. Işığın yanı sıra başka elektromanyetik radyasyon formlarının varlığı da araştırılmalıydı. Maxwell’in kuramsal olarak varsaydığı olaylar ölümünden az sonra deneysel olarak belirlenir. Hertz’in (1857 – 1894) düşük frekanslı radyo dalgaları ile Röntgen’in yüksek frekanslı X-ışınları Maxwell’in öndeyisini doğrulayan bulgu­lardır. Şimdi bildiğimiz gibi, radyasyon spektrumundaki dalga sıralaması, bir uçta, radyo dalgalarından; öbür uçta, gama ışınla­rına uzanan mikrodalga, kızılaltı, ışık, ultraviyole, X-ışınları gibi titreşim frekansı giderek yükselen formları içermektedir.

Maxwell de Faraday gibi evreni dolduran son derece ince ve esnek bir ortamı varsayıyordu. Daha sonra vazgeçilen yerleşik görüşe göre elektromanyetik etkilerin dalgasal yayılımı ancak “esir” denen öyle bir ortamla olasıydı. Elektromanyetik dalgaları ilk sezinleyen Faraday olmuştur. Ancak ışığın tüm özelliklerini bu dalgalarla açıklayan matematiksel kuramı Maxwell’e borçlu­yuz. Maxwell’in bu amaçla formüle ettiği “vektör analizi” diye bilinen matematiksel teknik ile çok sayıda olayı kapsayan ve şimdi “Maxwell denklemleri” diye geçen dört denklem modern elektromanyetik kuramın özünü oluşturur. Bu denklemler, ku­vantum ve relativite teorileriyle dalga mekaniğini gerektirmeyen olgular için bugün de geçerliğini sürdürmektedir.

Başlangıçta, Maxwell’in getirdiği kuramsal açıklamalara karşı çıkıldığını biliyoruz. Bir kez, denklemlerine dayalı öndeyileri olgusal olarak henüz yoklanıp doğrulanmamıştı. Sonra kuramı, ışığa özgü yansıma ve kırılma olaylarını açıklamada yetersiz görülüyordu. Ne var ki, bu yetersizlikler çok geçmeden aşılır, elektromanyetik kuram açıklama gücü ve doğrulanan öndeyile­riyle yerleşik bir teori, bir “paradigma” konumu kazanır.

Maxwell’in başarısı ne denli vurgulansa yeridir. Temelde ku­ramsal olan çalışması daha sonra yol açtığı uygulamalı gelişme­lerle göz kamaştırıcı bir önem kazanır. Maxwell bilim tarihinde sayılı devler arasında yer almışsa, bunu çıkar gözetmeyen katık­sız entelektüel çabasıyla gerçekleştirmiştir.

Faraday içine doğduğu olumsuzlukları, öğrenme merakının sağladığı direnç ve uğraşla aşarak bilimin öncüleri arasına katıl­mıştı. Maxwell ise içine doğduğu varlığın çekici rehavetine düş­meksizin, bilimin uzun ve yoğun uğraş gerektiren çetin yolunda kendini yüceltti.

Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Kasım 2007, 24. Baskı, s.153