Isaac Newton

Woolsthorpe Malikanesi'nde, bin altı yüz altmış altı. O zamanlar genç bir akademisyen olan Isaac Newton'ın Cambridge'deki çalışmaları Büyük Veba tarafından kesintiye uğramıştı. Aile mülküne çekildiği bu izolasyon dönemi, devrimci düşünceler için bir pota haline geldi. İşte burada, farklı gözlemleri tek, nefes kesici bir çerçevede sentezlemeye başladı. "Üstat Newton," diye söze başladı Edmond Halley, sesine belli bir aciliyet sinmişti, "Royal Society çıkmaza girdi. Kepler gezegen yörüngelerini tanımladı, ancak onların amansız yolculuğunun nedeni hala belirsiz. Bu gök cisimlerine hangi kuvvet rehberlik ediyor?" Newton, düşen bir elmayı işaret ederek, sakin bir yoğunlukla yanıtladı, "Gerçekten de, Bay Halley. Ve bir elmayı yere düşüren kuvvet, Ay'ı sürekli dansında tutan kuvvetten neden farklı olsun ki? Sık sık düşündüğüm gibi, 'Gerçek her zaman sadelikte bulunur, şeylerin çokluğunda ve karmaşasında değil,' bu ilke benim araştırmalarıma rehberlik ediyor."

Bin yıllar boyunca, insanın kozmosu anlayışı büyük ölçüde parçalı kaldı. Düşen bir elmayı yöneten karasal yasalar, yıldızları ve gezegenleri yönlendiren göksel mekaniklerden ayrı kabul edildi. Aristoteles'ten Batlamyus'a kadar filozoflar, gök cisimlerini taşıyan, Dünya'nın kusurlu fiziğinden etkilenmeyen mükemmel, kristal küreler tasavvur ettiler. Halley, havada görünmez bir yay çizerek, "Galileo'nun teleskobundan önce," diye düşündü, "gökler değişmezdi, ilahi mükemmelliğin bir alanıydı. Oysa, Dünya'ı merkezden cesurca kaydıran Kopernik bile, gezegenleri için hala dairesel yörüngeler hayal ediyordu. Bu kavramsal bir sıçramaydı, ama nedeninin tam bir açıklaması değildi." Newton başını salladı, "Kesinlikle. Kepler daha sonra bu yolların elips olduğunu gözlemledi ve yasaları onların şaşırtıcı bir hassasiyetle nasıl hareket ettiğini tanımladı. Ancak birleştirici bir güç olmadan, 'neden' derin bir gizem, evreni anlama biçimimizdeki temel bir boşluk olarak kaldı."

Onyedinci yüzyıl doğa filozofları için zorluk çok büyüktü: Dünya'nın gözlemlenebilir fenomenlerini, göklerin karmaşık, görünüşte bağımsız hareketleriyle uzlaştırmak. Tek, evrensel bir ilke hem bir gülle yörüngesini hem de bir gezegenin görkemli süpürmesini nasıl yönetebilirdi? "Bildiğiniz gibi Royal Society," diye devam etti Halley, gözlüklerini ayarlayarak, "bunu uzun zamandır tartışıyor. Robert Hooke, Christopher Wren ve ben ters kare yasasıyla, yani bir kuvvetin mesafenin karesiyle azalabileceği fikriyle boğuştuk. Ama bunu kanıtlamak, hele ki eliptik yörüngeleri zorunlu kıldığını göstermek, elimizden kaçtı." Newton bir karatahtaya döndü, çizmeye başladı, "Gerçekten de, Bay Halley. Gerçek sınav, bu kuvvetin sadece spekülatif değil, matematiksel bir zorunluluk olduğunu göstermekte yatıyor. Bu, hareketin kendisinin temel bir anlayışını, neden ve sonuç için bir dil gerektiriyor."

Yerçekiminin kilidini açmadan önce Newton, önce hareketin kendisini tanımlamak zorundaydı. Üç Hareket Yasası, çok önemli bir kelime dağarcığı sağladı: eylemsizlik, kuvvet ile ivme arasındaki ilişki ve etki-tepki. Bu ilkeler, nesnelerin nasıl hareket ettiğini ve daha da önemlisi, hareketlerinin nasıl değiştiğini açıklığa kavuşturarak temelini attı. Newton, dersliğinde toplanmış küçük bir öğrenci ve akademisyen grubuna bir diyagramı işaret ederek şöyle açıkladı: "Bir taşı düşünün, harekete geçirilmiş. Dış bir kuvvet olmaksızın, süresiz olarak düz bir çizgide devam ederdi. Eylemsizliğin özü budur – Birinci Yasam." Dinleyiciler arasında bulunan Halley araya girdi: "Ve İkinci Yasa, Üstat Newton, hareketin değişiminin uygulanan kuvvetle orantılı olması – işte 'neden'in gerçekten ortaya çıkmaya başladığı yer burası. F eşittir ma, değişimin tam da hesabı, kuvveti gözlemlenebilir ivmeye bağlayan."

Newton'ın düşüncelerinin doruk noktası, bin altı yüz seksen yedi tarihli başyapıtı "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica"da yayımlanan Evrensel Kütle Çekim Yasası'ydı. Bu yasa, evrendeki her madde parçasının diğer her madde parçasını, kütlelerinin çarpımıyla doğru orantılı ve merkezleri arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çektiğini belirtiyordu. "İşte bu, Bay Halley," diye ilan etti Newton, "Principia"sının yeni basılmış bir sayfasını sunarak, "matematiksel kanıt. Ters kare yasası evrensel olarak geçerlidir. En küçük çakıl taşından en büyük gezegene kadar, çekim kuvveti hesaplanabilir." Halley, karmaşık denklemleri incelerken haykırdı, "Demek ki elma ve Ay gerçekten de aynı görünmez bağla bağlı! Bu denklem, F eşittir G çarpı m bir çarpı m iki bölü r kare, evrenin kilidini açıyor! Sadece gezegenlerin nasıl hareket ettiğini değil, neden Kepler yasalarına uyduklarını da açıklıyor."

Newton'ın en sezgiye aykırı ama bir o kadar da derin içgörülerinden biri, yörünge hareketine getirdiği açıklamaydı. O, bir yörüngeyi, bir cismin havada tutulması olarak değil, sürekli olarak başka bir cisme doğru düşen, ancak yatayda o kadar hızlı hareket eden bir nesne olarak tasavvur etti ki, sürekli olarak yere çarpmayı ıskalıyordu. "Bir top hayal edin," diye önerdi Newton Halley'e, bir diyagram üzerine hızla çizim yaparak, "çok yüksek bir dağın tepesine yerleştirilmiş. Bir gülle ateşleyin: düşer. Daha sert ateşleyin, daha uzağa düşer. Muazzam bir hızla ateşleyin, ve Dünya'nın etrafında düşer, ona asla dokunmaz, sürekli olarak yerçekimi tarafından çekilir ama yüzeye asla tam olarak ulaşmaz." Halley'nin gözleri büyüdü. "Yani, Ay gökyüzünde 'yüzmüyor', sadece Dünya'nın etrafında yanlamasına düşüyor, sonsuz bir serbest düşüşe yakalanmış! Bu sürekli bir hareket hali, atalet tarafından kaçması engelleniyor ve yanal hızı tarafından çarpması engelleniyor. Olağanüstü!"

Newton'ın Üçüncü Hareket Yasası, her eylem için eşit ve zıt bir tepki olduğunu belirtir. Newton roketleri kendisi tasavvur etmemiş olsa da, bu temel ilke, karasal motorlardan uzay yolculuğu için gereken devasa itiş gücüne kadar tüm tahrikin temelini oluşturur. Halley, Newton'ın Üçüncü Yasayı gösteren diyagramlarından birini incelerken, "Çıkarımları çok büyük," diye belirtti. "Bir at bir taşı çekerse, taş da atı çeker. Kütleleri nedeniyle etkileri farklı olsa da kuvvetler eşittir. Bu 'etki-tepki' sadece soyut bir kavram değil, hareket sağlamak için güçlü bir mekanizmadır." Newton açıklık getirdi: "Gerçekten de. Bir ateşli silahın geri tepmesini düşünün. Barut mermiyi büyük bir kuvvetle ileri doğru iter ve silaha eşit, zıt bir kuvvet uygulanır. Cisimlerin birbirine kuvvet uyguladığına dair bu temel ilke, kuvvetin hareket için nasıl üretilebileceğini ve yönlendirilebileceğini ortaya koyar."

Newton'ın evrensel yasalarının gerçek gücü, Edmond Halley tarafından muhteşem bir şekilde gösterildi. Newton'ın matematiksel çerçevesini kullanarak, Halley, birkaç kuyruklu yıldızın yörünge parametrelerini titizlikle hesapladı ve bu, şimdi kendi adını taşıyan kuyruklu yıldızın geri dönüşüne dair nefes kesici tahminiyle doruğa ulaştı. Halley, elinde titizlikle hesaplanmış bir çizelgeyle Newton'ın çalışma odasına dalıp, "Üstat Newton," diye haykırdı, "Bin beş yüz otuz bir, bin altı yüz yedi ve bin altı yüz seksen iki kuyruklu yıldızları – hepsi aynı! Yasalarınız kesin bir periyodikliği ortaya koyuyor. Bin yedi yüz elli sekiz yılında geri döneceğini tahmin ediyorum!" Newton, her zamanki stoacılığı nadir bir gülümsemeyle anlık olarak bozulmuş bir şekilde, "Bir zafer, Bay Halley! Çalışkanlığınız çürütülemez kanıtı sağladı. Gezegen hareketinin 'nedeni', yıllar önce tartıştığımız evrensel kuvvet, şimdi göklerin dokusunu tahmin etmek için bir araç haline geldi," diye yanıtladı.

Newton'dan yüzyıllar sonra, yasaları insanlığın en büyük yolculukları olan uzay araştırmaları için vazgeçilmez bir kılavuz haline geldi. Konstantin Tsiolkovsky'den Robert Goddard'a ve Wernher von Braun'a kadar roket mühendisleri, Dünya'nın yerçekimini yenmek ve diğer dünyalara rotalar çizmek için Newton mekaniğini titizlikle uyguladılar. Modern bir havacılık mühendisi, hareketli bir görev kontrol merkezinde meslektaşına, "Her görev, her yörünge manevrası, her yörünge düzeltmesi Newton denklemlerine bağlıdır," diye açıkladı. "Kesin itme kuvvetini, yanma süresini, kaçış hızını hesaplamak; hepsi F eşittir m a'dan ve kütle çekim yasasından kaynaklanır." "Gerçekten de," diye yanıtladı meslektaşı, bir roket fırlatmasını gösteren holografik bir ekrana işaret ederek. "Newton'un Üçüncü Yasası, etki-tepki prensibi, kelimenin tam anlamıyla hırsımızın motorudur. Yüksek hızda kütle atılımı, eşit ve zıt bir kuvvet yaratarak bizi gökyüzüne doğru itiyor. Onun temel çalışması olmasaydı, uzay yolculuğu kavramsal olarak imkansız olurdu."

Isaac Newton'ın mirası sadece tarihsel değil; modern dünyamızın temelini oluşturmaktadır. Küresel iletişimi aktaran uydulardan uzak gezegenleri keşfeden sondalara kadar, onun evrensel yasaları insanlığın kozmosa uzanışına rehberlik etmeye devam etmektedir. Einstein daha sonra yerçekimi anlayışımızı aşırı ölçeklerde geliştirmiş olsa da, Newton'ın klasik mekaniği neredeyse tüm gök navigasyonu için pratik çerçeve olmaya devam etmektedir. "Newton evrenin dilini sağladı," diye yansıttı çağdaş bir astrofizikçi bir belgesel röportajı sırasında, sesi hayranlıkla yankılanarak. "O sadece kozmosu tanımlamakla kalmadı; onu tahmin edilebilir, ölçülebilir hale getirdi. Her uydu fırlattığımızda, her asteroit yolunu hesapladığımızda, Newton'ın ayak izlerinde yürüyoruz." "Onun çalışması gerçekten gökleri ve Dünya'yı birleştirdi," diye ekledi başka bir bilim insanı, uzay çağı teknolojisinin büyük bir ekranının yanında durarak. "Nesilleri hemen ötesine bakmaya, evrensel ilkeler aramaya ilham verdi. Veba salgınıyla boğuşan bir malikanede ateşlediği merak, bizi yıldızlar arasında ilerletmeye devam ediyor."