[Bostandere]

SIR ISSAC NEWTON

Newton (1642 - 1727), tarihin yetiştirdiği en büyük bilim adamlarından biridir ve matematik, astronomi ve fizik alanlarındaki buluşları göz kamaştırıcı niteliktedir; klasik fizik onunla doruğa erişmiştir. Bilime yaptığı temel katkılar, diferansiyel ve entegral hesap, evrensel çekim kanunu ve Güneş ışığının yapısı olarak sıralanabilir. Çalışmalarını Doğa Felsefesinin Matematik İlkeleri (Principia) ve Optik adlı eserlerinde toplamıştır.

Newton, diferansiyel integral hesabı bulmuştur ve bu buluşu 17. yüzyılda ortaya çıkan ve çözümlenmek istenen bazı problemlerden kaynaklanmaktadır.

Bu problemlerden ilki, bir cismin yol formülünden, herhangi bir andaki hız ve ivmesini, hız ve ivmesinden ise aldığı yolu bulmaktı. Bu problem ivmeli hareketin incelenmesi sırasında ortaya çıkmıştı; buradaki güçlük, 17. yüzyılda ilgi odağı haline gelen ansal hız, ansal ivmenin hesaplanması (hızın veya ivmenin bir andan diğer bir ana değişmesini belirlemek) idi.

Örneğin, ansal hız bulunurken, ortalama hız durumunda olduğu gibi, alınan yol geçen süreye bölünerek hesaplanamaz, çünkü verilen bir an içinde alınan yol ve süre sıfırdır; sıfırın sıfıra oranı ise anlamsızdır. Bu biçim hız ve ivme değişimleri diferansiyel hesap ile bulunabilir.

İkinci problem, bir eğrinin teğetini bulmaktı. Bu problem hem bir geometri problemiydi, hem de çeşitli alanlardaki uygulamalarda çok önemliydi. Bu problemlerin çözümü için diferansiyel hesabı uygulamak gerekir.

Üçüncü problem de, bir fonksiyonun maksimum veya minimum değerlerinin bulunması sorunuydu. Örneğin, gezegen hareketlerinin incelenmesinde, bir gezegenin Güneş'ten en büyük ve en küçük mesafelerinin bulunması gibi maksimum ve minimum problemleri ile karşılaşılmaktaydı.

Dördüncü problem ise, bir gezegenin verilen bir süre içinde aldığı yol, eğrilerin sınırladığı alanlar, yüzeylerin sınırladığı hacimler gibi problemlerdi. Bunların çözümleri integral hesap yardımıyla bulunur.

Newton 1665 yılında uzunluklar, alanlar, hacimler, sıcaklıklar gibi sürekli değişen niceliklerin değişme oranlarının nasıl bulunacağı üzerinde düşünmeye başlamıştı. Bir niceliğin diğer birine göre ansal değişme oranını (dx/dy) diferansiyel hesap ile bulmuş ve bu işlemin tersiyle de (integral hesap) sonsuz küçük alanların toplamı olarak eğri alanların bulunabileceğini göstermiştir. Newton, iki mekanik problemin çözümünü bulmaya çalışırken diferansiyel entegral hesabı geliştirmiştir. Bu problemler:

1) Gezegenin hareketi sırasında yörüngesi üzerinde katettiği yoldan, herhangi bir andaki hızını bulmak,

2) Gezegenin hızından, herhangi bir anda yörüngesinin neresinde bulunacağını hesap etmekti.

Bu problemlerin çözümüne hazırlık olarak Newton, y = x2 denkleminde herhangi bir andaki yolu y, ve düzgün bir dx hızı ile alınan başka bir andaki yolu da x ile göstererek, 2xdx'in aynı anda y yolunu alan hızı temsil edeceğini söylemiştir.

Newton diferansiyel-integral hesabı bulduğunu 1669 yılına kadar kimseye haber vermemiş ve ancak 42 yıl sonra yayınlamıştır. Bundan dolayı da Leibniz ile aralarında öncelik problemi söz konusu olmuştur. Leibniz, Newton'dan daha iyi bir notasyon kullanmış, x ve y gibi iki değişkenin mümkün olan en küçük değişimlerini dx ve dy olarak göstermiştir.

1684 yılında yayımladığı kitabında dxy= xdy+ ydx, dxn= nxn-1, ve d(x/y)=(ydx-xdy)/y2 formüllerini vermiştir.

Newton matematiğin başka alanlarına da katkıda bulunmuştur. Binom ifadelerinin tam sayılı kuvvetlerinin açılımı çok uzun zamandan beri biliniyordu. Pascal, katsayıların birbirini izleme kuralını bulmuştu; ancak kesirli kuvvetler için binom açılımı henüz yapılmamıştı. Newton (x-x2)1/2 ve (1-x2)1/2 açılımlarını sonsuz diziler yardımıyla vermiştir.

Principia'da Newton, Galilei ile önemli değişime uğrayan hareket problemini yeniden ele alır. Uzun yıllar Aristoteles'in görüşlerinin etkisinde kalmış olan bu problemi Galilei, eylemsizlik ilkesiyle kökten değiştirmiş ve artık cisimlerin hareketinin açıklanması problem olmaktan çıkmıştı.

Ancak, problemin gök mekaniğini ilgilendiren boyutu hâlâ tam olarak açıklanamamıştı. Galilei'nin getirdiği eylemsizlik problemine göre dışarıdan bir etki olmadığı sürece cisim durumunu koruyacak ve eğer hareket halindeyse düzgün hızla bir doğru boyunca hareketini sürdürecektir.

Aynı kural gezegenler için de geçerlidir. Ancak gezegenler doğrusal değil, dairesel hareket yapmaktadırlar. O zaman bir problem ortaya çıkmaktadır. Niçin gezegenler Güneş'in çevresinde dolanırlar da uzaklaşıp gitmezler?

Newton bu sorunun yanıtını, Platon'dan beri bilinmekte olan ve miktarını Galilei'nin ölçtüğü gravitasyonda bulur. Ona göre, Yer'in çevresinde dolanan Ay'ı yörüngesinde tutan kuvvet yeryüzünde bir taşın düşmesine neden olan kuvvettir. Daha sonra Ay'ın hareketini mermi yoluna benzeterek bu olayı açıklamaya çalışan Newton, şöyle bir varsayım oluşturur:

Bir dağın tepesinden atılan mermi yer çekimi nedeniyle A noktasına düşecektir. Daha hızlı fırlatılırsa, daha uzağa örneğin A' noktasına düşer. Eğer ilk atıldığı yere ulaşacak bir hızla fırlatılırsa, yere düşmeyecek, kazandığı merkez kaç kuvvetle, yer çekim kuvveti dengeleneceği için, tıpkı doğal bir uydu gibi Yer'in çevresinde dolanıp duracaktır

Böylece yapay uydu kuramının temel prensibini de ilk kez açıklamış olan Newton, çekimin matematiksel ifadesini vermeye girişir. Kepler kanunlarını göz önüne alarak gravitasyonu F = M.m /r olarak formüle eder. Daha sonra gözlemsel olarak da bunu kanıtlayan Newton, böylece bütün evreni yöneten tek bir kanun olduğunu kanıtlamıştır. Bundan dolayı da bu kanuna evrensel çekim kanunu denmiştir.

Newton'un diğer bir katkısı da fizikte kuramsal evreyi gerçekleştirmiş olmasıdır. Kendi zamanına kadar bilimde gözlem ve deney aşamasında bir takım kanunların elde edilmesiyle yetinilmişti. Newton ise bu kanunlar ışığında, o bilimin bütününde geçerli olan prensiplerin oluşturulduğu kuramsal evreye ulaşmayı başarmış ve fiziği, tıpkı Eukleides'in geometride yaptığına benzer şekilde, aksiyomatik hale getirmiştir. Dayandığı temel prensipler şunlardır:

1. Eylemsizlik prensibi: Bir cisme hiçbir kuvvet etki etmiyorsa, o cisim hareket halinde ise hareketine düzgün hızla doğru boyunca devam eder, sükûnet halindeyse durumunu korur.

2. Bir cisme bir kuvvet uygulanırsa o cisimde bir ivme meydana gelir ve ivme kuvvetle orantılıdır (F = m.a).

3. Etki tepki prensibi: Bir A cismi bir B cismine bir F kuvveti uyguluyorsa, B cismi de A cismine zıt yönde ama ona eşit bir F kuvveti uygular.

Newton'un ağırlıkla ilgilendiği bir diğer bilim dalı da optiktir. Optik adlı eserinde ışığın niteliğini ve renklerin oluşumunu ayrıntılı olarak incelemiştir ve ilk kez güneş ışığının gerçekte pek çok rengin karışımından veya bileşiminden oluştuğunu, deneysel olarak kanıtlamıştır.

Bunun için karanlık bir odaya yerleştirdiği prizmaya güneş ışığı göndererek renklere ayrılmasını ve daha sonra prizmadan çıkan ışığı ince kenarlı bir mercekle bir noktaya toplamak suretiyle de tekrar beyaz ışığı elde edebilmiştir. Ayrıca her rengin belirli bir kırılma indisi olduğunu da ilk bulan Newton'dur.


ALBERT EINSTEIN (1879-1955)

Alman asıllı ABD'li fizikçi Albert Einstein, bütün insanlık tarihinin en büyük bilim adamlarından biridir. Çağdas fiziğin temellerini atan çalısmalarından bugün bile evreni ve evrende gözlediğimiz bütün olayları nasıl yorumlamamız gerektiğine dair yol gösterir.

Yahudi bir ailenin oğlu olan Einstein, Ulm'da doğdu ve Münih'te öğrenime başladı. Okul yıllarında matematiğe özel bir ilgi duyarak bu alanda sivrildi. 15 yaşındayken ailesi İtalya'nın Milano kentine taşınınca Einstein İsviçre'ye geçerek Zürich Teknik Üniversitesi'ne girdi. 1900 de bu üniversitenin kuramsal fizik ve matematik bölümünü bitirdi. Bir süre öğretmenlik yaptıktan sonra Bern'deki patent bürosunda çalışmaya başladı bu görevden arta kalan zamanlarda fizik çalışmalarını sürdürdü ve 1905 te fiziğin gelişmesini sağlayan bir dizi incelemeler yaptı.

Molekül boyutlarının hesaplanmasına ilişkin yeni bir yöntem önerdiği ilk incelemesiyle Zürich Teknik Üniversitesi'nden fizik doktoru ünvanını aldı. İskoçyalı botanikçi Robert Brown'un çiçektozlarında gözlemlediği "Brown hareketi"ne ilişkindi. Brown'ın gözlemlerine göre çiçektozları gibi küçük parçacıklar durgun bir sıvının içinde bile, durmadan hereket ediyordu. Daha önceleri bu olayın rastgele hareket eden sıvı moleküllerinin küçük parçalara çarpmasından olduğu düşünülüyordu. Einstein bu incelemesinde brown hareketin bi matematiksel durum olarak açıkladı.

Einstein'ın üçüncü makalesinde gene yıllar önce keşfedilmiş çok ilginç bir olaya açıklık getiriyordu. Üzerine ışık gönderilen bazı maddelerin elektron yaydığı ama ışığın şiddetini arttığında yayılan elektronların enerjisinde değil yalnızca sayısında artış olduğu biliniyordu. Einstein fotoelektrik etki adıyla bilinen bu olayın açıklamasını yaparken ışığın hem dalgalar halınde hem de enerji yüklü küçük parçacıklar halinde yayıldığını öne sürdü. Bu parçacıklar yani bugünkü adıyla fotonlar maddeye çarptığında atomlardan elektron koparıyor ama serbest kalan elektronlar maddeden kurtulmaya çalısırken atomların çekim kuvvetiyle enerji kaybediyordu. Einstein özellikle bu çalısmasıyla 1921 Nobel Fizik Ödülü'ne değer görüldü.

Einstein aynı yıl yayımlanan dördüncü incelemesi en önemlisidir. Bu makalesinde özel görecelik kuramını 1916 da dahada geliştirerek genel görecelik kuramına ulaşmıştır. Einstein'ın kuramına göre cismin kütlesi,uzunluğu hatta olay süresince zamanın akış hızı cismin hızına bağlı olarak değişir. Bunlar insana inanılmaz gelen devrimci düşüncelerdi ve benimsenmesi çok uzun zaman aldı. Einstein'ın görecelik kuramıyla vardığı en önemli sonuçlardan biri de kütle ile enerjinin eşdeğerliliğidir. Demek ki kütle bir enerji birimi olduğuna göre kütleçekimi de bir kuvvet olarak değil uzayda kütlenin varlığından kaynaklanan bir enerji bandı olarak düşünmek gerekir. Bu nedenle uzaydaki büyük kütleli gökcisimlerinin yakınından geçen ısık ısınlarının doğrultusunda bir sapma olur bu da uzayın eğrilmesine yol açar. Einstein enerji ile kütle arasındaki eşitliği ünlü E=mc2(KARE) bağıntısıyla gösterdi. (E)enerji, (c)ısığın çarpma sayısı, (m) kütle. Işık hızının karesi çok büyük bir sayı olduğundan çok küçük bir kütle çok büyük bir enerjiye eşit olur.

Dünyaca ünlü bir bilim adamı olan Einstein 1914 te Berlin'de kurulan bir arastırma enstütüsünde fizik bölümünün yoneticiliğine getirildi. I. Dünya Savaşı boyunca Almanya'da yasadı ve kararlı barışsever olarak savas karsıtı eylemleri destekledi. 1918 de barışı büyük bir sevinçle karşıladı. Ama 1933 te Nazi Partisi'nin iktidara gelmesi ve yahudilere karşı yürüttükleri eylemler yüzünden artık Almanya'da yaşaması olanaksızdı. Amerika'ya yerleşerek yaşamının sonuna kadar uğraşacağı "Birleşik Alan Kuramı" üstünde çalısmaya basladı. Ne var ki kuvvetle ilişkin bütün fizik kuramlarını tek bir kuramda birleştirmeyi amaçlayan bu çalısmasını sonlandıramadı.

Einstein bütün yaşamı boyunca dünya sorunlarıyla cok yakından ilgilendi. Gerçek bir barışsever olmasına karsın Hitler Almanyasında atom bombası yapmak üzere çalısmalar başladığını öğrenince Almanya ve Japonya'nın böyle bir bombayı kullanmalarını engeller düşüncesiyle atom bombasının ilk kez ABD de yapılmasına ön ayak oldu. Ama II. Dünya Savaşı'nda bu bombaların Hiroşima ve Nagazaki kentlerine atılmasından sonra atom silahının denetlenmesini ve dünya barısının kurulmasını içtenlikle destekledi.

Alçakgönüllü ve sevecen bir insan olan Einstein aynı zamanda bir müziksever ve yetenekli bir kemancıydı