Bir nefeste evren

Bu, çok mantıklıydı. Model, yalnızca gökyüzünde gözlemledikleri şeylerle uyuşmakla kalmıyor, aynı zamanda Dünya’nın yaratılışın merkezi olduğu hakkındaki dini inançlarıyla da uyuşuyordu. O zamanlardaki birçok modelde Dünya merkezdi, etrafı ise Güneş’in, Ay’ın, gezegenlerin ve yıldızların bulunduğu çarklarla çevriliydi. Gökyüzünden en hızlı geçen cisim Ay olduğundan doğal olarak ilk çarkta o vardı. Sonra Merkür, Venüs, Güneş, Mars, Jüpiter ve Satürn geliyordu. Satürn’ün ötesinde ise takımyıldızlarından ayrılmayan sabit yıldızlar bulunuyordu.

Eski astronomlar, Güneş’in Dünya’nın etrafında döndüğü “Dünya merkezli evren modeli”ne inanıyorlardı. Bu modelin, 1687 yılında yapılmış bir örnek çizimi.

Ancak bu modelle ilgili büyük bir sorun vardı, çünkü bu model gezegenlerin geri hareketini açıklayamıyordu. Bazı çarklar neden önce durup sonra tekrar geriye doğru hareket ediyordu? Yunan matematikçi Batlamyus bu soruna, “Batlamyus Modeli” olarak bilinen bir çözüm üretti. Düşüncesine göre gezegenler dış çember adı verilen küçük bir çember üzerinde hareket ediyordu ve bu çember de yörünge denen daha büyük bir çember üzerinde, Dünya’nın etrafında dönüyordu (resim için bkz. 27. sayfa). Gezegenin dış çemberdeki hareketi, yörüngedekiyle aynı olursa gezegenlerin tutulum çemberi üzerinde tek bir yönde hareket ettiğini görürüz. Ancak eğer gezegen, dış çemberde yörüngedekinin tersi bir hareket sergilerse gezegenin yön değiştirdiğini görürüz. Bu gayet zekice bir çözümdü ve gökcisimlerinin hareketini açıklama konusunda ileri sürülen en sağlam iddialardan biriydi. Bu düşünce bin yıldan fazla bir süre su götürmez bir gerçek olarak kabul edildi.

KLAUDYOS BATLAMYUS (MS 100-170)

Astronomik düşünce konusunda etkisi bin yıldan fazla sürmesine rağmen, Batlamyus hakkında çok az şey biliyoruz. Ondan geriye yalnızca çalışmaları kaldı. O zamanlar Roma İmparatorluğu’nun topraklarına, şimdi ise Mısır topraklarına dahil olan İskenderiye’de yaşadı.

Planetary Hypotheses (Gezegenlere Dair Hipotezler) adlı kitabında gezegenlerin geri hareketini açıklayan dış çemberleri düzenledi ve evrenin boyutunu hesaplamaya çalıştı. Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığını, Dünya’nın çapı üzerinden hesaplamaya çalıştı ve bu uzaklığın Dünya’nın çapının 605 katı olduğunu buldu (doğru sayı 12.000 kata yakın). Yıldızların da Dünya’nın çapına oranla 10.000 kat uzaklıkta olduğunu düşündü (doğru sayı 3 trilyon kattan fazla). Diğer önemli eseri Almagest’te (Büyük Bileşim) birçoğu şu an bile geçerli olan kırk sekiz takımyıldızı listeledi.

Her ne kadar bazı kaynaklar, Batlamyus’un hayat şartları iyi olduğu için şanslı olduğunu söylese de o, istekli ve arzulu bir astrologdu. Müzik, optik ve coğrafya hakkında da çalışmalar yaptı. Tıpkı Eratosten gibi, o da Ay’da bulunan bir kraterin isim babasıdır.

Batlamyus, gezegenlerin geri hareketini açıklamak için dış çemberler ve yörünge modelini çizdi.

Kopernik ve günmerkezlilik

16. yüzyıla gelindiğinde Batlamyus’un modeli Avrupa’da öyle yerleşmişti ki bu modeli sorgulamak hayatınızı tehlikeye sokabilirdi. Hıristiyanlık, antik Yunan zamanlarından beri Avrupa’ya tamamen yayılmıştı. Hıristiyanlığın en temel öğretilerinden biri de Tanrı’nın evreni yedi günde yarattığıydı. Yani Dünya’nın evrenin merkezi olduğu herkesçe doğal karşılanıyordu. Bu görüşle birlikte gelen hareketin merkezinde olma onuru varken neden bir sürü zahmete katlanıp yeniden sorgulama yapılsın ki? Zaten bu sorgulamayı yapmak bile kâfirliğe giriyordu. Bu sırada Ortadoğu’daki Müslüman bilginler bu tür dogmalara çok da bağlı değildi ve MS 1050 yılları gibi erken bir dönemde bile, Batlamyus’un Dünya merkezli modelinde çatlaklar bulmaya başlamışlardı.

Yine 16. yüzyıl civarlarında, Polonyalı matematikçi Nikolas Kopernik (Nicolaus Copernicus), gezegenlerin geri hareketini açıklamak için Batlamyus modelindeki dış çemberlere ihtiyaç olmadığını fark etti. Yapılması gereken tek şey, Güneş’i merkeze almak ve Dünya’yı da onun yörüngesindeki bir gezegen olarak düşünmekti. Bu da günmerkezlilik (heliocentric) modelini ortaya çıkardı.

Gezegenlerin geri hareketi: Batlamyus ve Kopernik modellerinin karşılaştırılması.

Bu modelle birlikte anlaşıldı ki Mars’ın yaptığı geri hareket aslında, Dünya’nın Güneş etrafındaki turunu Mars’a kıyasla daha hızlı tamamlamasından, yani bir nevi Mars’a “tur bindirmesinden” dolayı oluşuyordu. Dünya’nın Mars’a doğru yaptığı hareket tek yönlü gibi gözüküyor, ancak Mars’ı bir kez geçince, biz hızla ilerlerken Mars bizden uzaklaşıyormuş gibi görünüyordu. 16. yüzyılın ilk çeyreğinde Kopernik, düşüncelerini yazmaya başladı ve bu yazıların kopyalarını güvendiği arkadaşlarına dağıttı. 1532 yılına gelindiğinde ise düşüncelerinin doğru olduğuna emindi, ancak suçlanma korkusuyla çalışmalarını saklamayı tercih etti. Her ne kadar kesin olmasa da, ölüm döşeğindeyken Kopernik’in kendi kitabının yalnızca bir kopyasını gördüğü söylenir. Hikâyeye göre, nihayet düşüncelerinin yayımlanacağı bilgisiyle 1543 yı-lında huzurlu bir şekilde öldü. O kitap, gelmiş geçmiş en önemli kitaplardan biri olarak kabul edilen Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine (De revolutionibus orbium coelestium) idi.

Kitap, teolojik bir krize yol açtı. 16. yüzyılın sonunda İtalyan rahip Giordano Bruno, mantıksal bir tavır takınarak Dünya’nın Güneş etrafında döndüğünü savunmakla kalmayıp tıpkı Güneş gibi diğer uzak yıldızların da, yaşam barındırma ihtimali olan gezegenleri olabileceğini ileri sürdü. 1600 yılında sapkınlık suçlamasıyla kazıkta yakıldı, bazı tarihçilere göre bu görüşleri onun birçok “düşünce suçundan” yalnızca bir tanesiydi.

Dünya merkezli bir evrende mi yoksa Güneş merkezli bir evrende mi yaşadığımız tartışması, konuyu sonsuza dek kapatacak bir kanıttan yoksundu. Ancak Danimarkalı bir astronom bu kanıtı bulmak için çok çabaladı, en sonunda ise iki modeli birleştirip ortaya melez bir model çıkardı.

Tycho Brahe

Danimarkalı astronom Tycho Brahe “eksantrik” kelimesinin sözlükteki karşılığıydı âdeta. 20 yaşına geldiğinde matematik üzerine yapılan bir düelloda burnunun ucunu kaybettiğinden, yetişkinliğinin çoğu pirinç bir takma burunla geçti. Bazı tarihçiler William Shakespeare’in Hamlet karakterini Brahe’yi düşünerek yazdığını bile düşünüyor, çünkü Rosencrantz ve Guildenstern karakterleri, Brahe’nin kuzenleri ile aynı isimleri taşıyorlar. Hatta Hamlet’in Dünya merkezli ve Güneş merkezli modeller konusunda alegorik bir savaşı işlemiş olması bile ihtimaller dahilinde, çünkü bu görüşe göre Claudius karakterinin ismi de Klaudyos Batlamyus’dan (Claudius Ptolemy) geliyor.

Kesin olarak bildiğimiz şey, Brahe’nin astronomiye olan tutkusu ve bu işte ne kadar iyi olduğu. Gökyüzüyle ilgili ölçümleri, kendisinden önceki astronomlara kıyasla çok daha doğruydu. Danimarka Kralı, Brahe’ye şu an İsveç sınırları içerisinde bulunan küçük Ven adasını hediye etti ve devasa bir gözlemevi inşa etmesi için mali yardımda bulundu. Brahe, buraya Zeus’un kızı ve astronominin ilham perisi Urania’dan gelen Uraniborg adını verdi.

Uraniborg’daki sosyal ortam da orada yapılan astronomik gözlemler kadar ilgi çekiciydi. Brahe, Jepp adında cüce bir soytarıyı işe almıştı. Jepp gelen konukları korkutmak için masa altlarına saklanır ve birden önlerine zıplardı. Ayrıca yine orada, evcilleştirilmiş bir alageyiği de vardı; ancak bir gün kapağı açık kalmış bir fıçıdan bira içen alageyik, sarhoş oldu ve merdivenlerden düştü. Brahe’nin ölümü de benzer bir sebeple gerçekleşecekti. 1601 yılında Prag’da savurganlık yaptığı bir ziyafette, tükettiği yüksek alkol miktarına rağmen masayı terk edip tuvalete gitmeyi reddetti. 11 gün sonra, kana çok fazla üre karışması sonucunda ortaya çıkan üremi sebebiyle öldü. Tuvalete gitmediği için mesanesi patlamıştı.

44 yaşındaki zamansız ölümünden önce Brahe, Uraniborg’daki gözlemevinde yıldızların ve gezegenlerin hareketlerini özenle kaydetti; bunu yaparken gökyüzündeki cisimlerin aralarındaki açıyı ölçmek için kullanılan sekstant ve kuadrant isimli mekanik aletlerden yararlandı. Gözlemlerinin neredeyse büyük bir bölümü, yalnızca 1 derece kadar şaşmıştı. Bu, ona Dünya merkezli ve Güneş merkezli modelleri birleştirme olanağını sundu. Dünya kadar büyük bir cismin hareket edebileceğine kendini inandıramamıştı, bu yüzden kendi evren modelinde (Tychonic model) Güneş’i ve Ay’ı Dünya’nın yörüngesinde, diğer gezegenleri ise Güneş’in yörüngesinde tasvir etmiştir. Tıpkı Batlamyus’un dış çemberler modeli gibi bu model de gezegenlerin geri hareketini açıklıyordu.

En azından kâğıt üstünde açıklıyordu demeliyiz. Ancak bu üç modelden (Batlamyus’un, Kopernik’in ve Tycho’nun modelleri) hangisinin yaşadığımız evreni tamamen doğru tasvir ettiği hakkında yeterli kanıt hâlâ yoktu. Sonra Danimarkalı bir mercek ustasının yanlışlıkla yaptığı bir keşif, astronomiyi sonsuza dek değiştirdi.

Brahe, Dünya’nın merkezde olduğu ancak bazı gezegenlerin Güneş’in yörüngesinde döndüğü melez bir model tasarladı.

Teleskopun icadı

Bu noktaya kadar bahsettiğimiz tüm astronomik gözlemler çıplak gözle, sekstant ve kuadrant adı verilen araçlar kullanılarak yapılmıştı. Sonra Danimarkalı Hans Lippershey, 1608 yılında teleskopu keşfetti. Patent başvurusunda “uzaktaki nesneleri çok yakınmış gibi görebilmek için bir alet” demişti. Bu aleti ilk keşfedenin gerçekten o olup olmadığı çok kesin değil; ancak tarih, bu buluş için itibarı genelde ona atfediyor. Bilim alanında yapılan birçok devrim, muhtemelen uydurulmuş “kavrama anları” ile birlikte anılır; Arşimet’in “Eureka” diye bağırması ya da Isaac Newton’ın yere düşen elmadan yola çıkması gibi. Teleskopun icadı da farklı değil.

Lippershey’in aydınlanma ânının, atölyesindeki eski merceklerle oynayan iki çocuğu gördüğünde gerçekleştiği söylenir. İki merceği üst üste koyup uzaktaki bir rüzgârgülüne baktığında, rüzgârgülünün normalden çok büyük göründüğünü fark etti. Lippershey bu etkiyi kullanarak nesneleri üç kata kadar yakınlaştıran bir alet tasarladı. Birkaç yıl sonra Yunan bilim insanı Giovanni Demisiani bu alete bir isim vermek için antik Yunancada uzak anlamına gelen tele ve bakmak anlamına gelen skopein kelimelerini birleştirerek “teleskopos” kelimesini buldu.

Ancak bu yeni icadı gerçekten etkili bir şekilde kullanacak esas kişi İtalyan bir matematikçiydi, bunu yaparak nihayet çok ama çok eski bir düşünceyi yerle bir etti.

Galileo ve teleskopik gözlemleri

1608 yılında İtalyan bilim insanı Galileo Galilei, Padua’daki yerel bir üniversitede matematik öğretiyordu. Venedik şehrini ziyaret ettiği sırada, Avrupa’yı âdeta kasıp kavuran Hollanda yapımı yeni aletin bir kopyasıyla karşılaştı. Tasarımı geliştirmek için çabaladı ve çok geçmeden görüntüyü sekiz kat büyüten bir teleskop elde etti (Lippershey’in tasarımı üç kat büyütüyordu). Daha sonra bu tasarımı iyice geliştirerek görüntüyü otuz kattan fazla yaklaştıran bir alet yaptı.

Galileo kısa sürede tamamen Dünya merkezli bir evrende yaşamadığımızı fark etti. Batlamyus yanılmıştı. 7 Haziran 1609’da teleskopunu Jüpiter’e doğru çevirdi ve gezegenin etrafında dönen üç küçük cisim fark etti. Bir hafta içinde dördüncü bir cisim daha olduğunu gördü. Jüpiter’in dört büyük uydusu artık Galileo’nun onuruna, Galileo uyduları olarak adlandırılıyor (bkz. 107. sayfa). Dünya’nın ya da Güneş’in etrafında dönmeyen dört cismin varlığı apaçık görülüyordu.

1610 yılında Galileo, Venüs’ün de tıpkı Ay gibi farklı evreleri olduğunu fark ettiğinde, sorunu kökünden çözen keşif gerçekleşti. Venüs, bazen “tam” bazen de hilal şeklinde görünüyordu. Şekli de değişiyordu, sanki bize bir yaklaşıp bir uzaklaşıyor gibiydi. Batlamyus’un düşündüğü gibi hem Venüs hem de Güneş, Dünya’nın etrafında dönüyor olsaydı Venüs’ün evrelerini gözlemleyemezdik. Batlamyus’un sistemine göre Venüs, Dünya ile Güneş’in arasına hiç girmiyordu; evreleri görebilmemiz için ise bir hizalanma gerekiyordu. Brahe ve Kopernik’in modellerinde ise Venüs’ün ışığını, Dünya ile Güneş arasında olduğu sırada çok az görebiliyorduk, çünkü Güneş ışınlarının birçoğu gezegenin bize dönük olmayan yüzüne vuruyordu. Bize dönük olan tarafı ise bizden en uzakta olduğu sırada aydınlıktı.

Nihayet Batlamyus’un eski Dünya merkezli modelini hükümsüz kılacak kanıt bulunmuştu. Ancak Güneş merkezli evren modeline destek vermek hâlâ tehlikeliydi. Galileo, Kopernik’in haklı olduğunu savunduğunda ruhban sınıfının öfkesiyle karşılaştı. Ruhban sınıfı, Brahe’nin modelini destekledi; çünkü hem Dünya’nın merkez olduğunu öne süren dini görüşlere uyuyor hem de Venüs’ün evrelerini açıklayabiliyordu. 1616 yılında Engizisyon, Güneş merkezli evren fikrini savunmanın, kutsal kitabı yalanlamak olduğunu bildirdi. 1633 yılında Galileo mahkemeye çıkarıldı ve sapkınlıktan suçlu bulundu. Cezası ömür boyu ev hapsiydi. 77 yaşındayken öldüğü 1642 yılına kadar günlerini, bilimin daha tartışmasız alanları üzerine önemli kitaplar yazarak geçirdi. Kilise ise nihayetinde Galileo’yu affetti, ancak tam 1992 yılında!

Galileo ayrıca Ay üzerindeki dağların resimlerini çizdi ve bu dağların gölge boylarını kullanarak yüksekliklerini hesaplamaya çalıştı. Bulduğu sonuçlar, Ay yüzeyinde kimsenin beklemeyeceği kadar yüksek tepeler olduğunu ortaya çıkardı. Satürn’ün halkalarını ilk gören kişi olarak bu halkaları, gezegenin iki yanına yapışan “kulaklar” olarak betimledi. Hatta Güneş’in yüzeyindeki lekeleri bile inceleyip Samanyolu’nun yalnızca bir gaz bulutu olmadığını ve yıldızlarla dolu olduğunu açığa çıkardı.

Johannes Kepler ve gezegen yasaları

Alman matematikçi Johannes Kepler, Kopernik modelinin en eski ve en yüksek sesli savunucularından biriydi, hem de bunu Galileo’nun gözlemlerinden önce yapıyordu. 1600 yılında Tycho Brahe’nin yardımcısı olan Kepler, Güneş’in etrafında dönen gezegenlerin matematiksel kurallarını öğrenmek için yanıp tutuşuyordu. Brahe’nin bazı gözlemlerini kullanmaya izni vardı, ancak Brahe diğer bilgilerini dikkatle koruyordu. Brahe’nin bir yıl sonra ölmesinden sonra tüm çalışmaları Kepler’e kaldı; bu olay, bazı tarihçiler tarafından bir cinayet olarak görülüyor. Brahe’nin cesedi 1901 yılında incelendiğinde vücudunda civa izlerine rastlandı. Acaba gerçekten mesane problemleri yüzünden mi ölmüştü? Yoksa Kepler, Brahe’nin rakipsiz astronomik kataloğuna ulaşmak için onu zehirlemiş miydi? Ne de olsa Brahe’nin nasıl öldüğünü yalnızca Kepler’in günlükleri sayesinde biliyoruz. Gelgelelim Brahe 2010 yılında mezardan tekrar çıkarıldığında yapılan testler gösterdi ki vücudunda bulunan civa miktarı ölümüne neden olamayacak kadar azdı.

Brahe’nin ölümünden sonra Kepler, gözlemlerini kullanarak gezegen hareketlerini açıklayan üç ünlü yasayı oluşturdu:

Birinci Yasa: Gezegenler, odak noktalarının birinin Güneş olduğu, elips bir yörünge üzerinde hareket ederler.

Kepler, gezegenlerin Güneş etrafında, antik medeniyetlerin ve hatta Kopernik’in sandığı gibi kusursuz çemberler üzerinde hareket etmediğini görebiliyordu. Bunun yerine elips adı verilen oval bir şekil çiziyorlardı. Bir elipsin iki odak noktası bulunur (odak noktaları eğrinin içindeki önemli matematiksel noktalara verilen isimdir). Güneş de bu odak noktalarının birinde bulunur.

İkinci Yasa: Güneş ve bir gezegen arasındaki çizgi, eşit zamanda eşit alanları tarar.

Gezegenlerin elips yörüngelerinin olmasının bir sonucu olarak bazı gezegenler, Güneş’e diğerlerinden daha yakındır. Ancak Kepler fark etti ki Güneş ve bir gezegen arasındaki çizgi, aynı toplam alanı, aynı sürede tarıyor (aşağıya bakınız). Basitleştirmek gerekirse aynı gezegen, Güneş’e yakın olduğunda hızlanıyor, uzak olduğunda ise yavaşlıyor.

Kepler’e göre gezegenler, Güneş etrafında elips çizerek dönerler ve Güneş’e yakın olduklarında hızlanırlar.

Üçüncü Yasa: Bir gezegenin yörüngesel devrinin karesi, gezegenin Güneş’e olan uzaklığının küpü ile doğru orantılıdır.

Özü itibarıyla, bir gezegen Güneş’ten ne kadar uzaksa Güneş etrafındaki dönüşünü tamamlaması o kadar uzun sürer. Bu çok mantıklı, Güneş etrafındaki turunu en hızlı tamamlayan gezegen Merkür, çünkü izlediği yörünge diğerlerine kıyasla en küçüğü. Satürn’ün bu turu tamamlaması çok daha uzun sürüyor çünkü tamamlaması gereken yolculuk çok daha uzun. Kepler’in aydınlanışı, bu iki şey arasındaki kesin matematiksel ilişkiyi açıklamasıyla gerçekleşti. Brahe’nin doğru gözlemlerini kullanarak bir gezegenin yörüngesini tamamladığı sürenin karesi (süre x 2), gezegenin Güneş’e olan uzaklığının küpü (kendi uzaklığı x 3) ile doğru orantılıydı.

Bu yasalar, doğrudan gözlemlere dayalı deneysel yasalardı; gezegenlerin neden Güneş’in etrafında döndüğüne dair teorik açıklamalar değildi. O ileri seviye anlayış, 1666 yılında bir salgın yüzünden Cambridge’i terketmek zorunda kalan ve annesinin bahçesinde otururken kafasına elma düşen bir İngiliz matematikçi ile gelecekti.

Isaac Newton ve yerçekimi

Newton ve elma hikâyesinin içinde ufak bir gerçeklik payı var, ancak elma kafasına düşmedi. En azından güvenilen biyografi Memoirs of Sir Isaac Newton’s Life (1752) isimli kitaba göre böyle. Newton, kitabın yazarı William Stukeley’ye, yerçekimi teorisini, akşam yemeğinden sonra bahçede çay içtikleri sırada, bir elmanın yere düştüğünü gördükten sonra keşfettiğini söylemiş.

Newton’ın temel kavrayışı, evrendeki her cismin bir diğerine karşı çekim kuvveti uygulamasıyla alakalıydı. Elma yeryüzüne doğru çekiliyordu, bu yüzden düştü. Düşmesi devam etmemişti, çünkü yere çarpmıştı. Newton fark etti ki eğer elmayı yeterli bir yüksekliğe ve hıza çıkarabilirsek yeryüzü araya girmeyeceği için Dünya’nın etrafında dolanarak düşmeye devam ederdi. Dünya’nın yörüngesinde dönerdi. Akıl yürütmedeki bu devrimsel sıçramayı Ay’ı düşünerek yaptı. Ay, Dünya’nın yörüngesinde elmanın düşme sebebiyle aynı sebepten dönüyordu, çünkü onun yolunu kesen hiçbir şey yoktu. Bunların hepsi iki cisim arasındaki çekim kuvvetinden kaynaklanıyordu.

Yerçekimi hakkındaki düşüncelerini, 1687 yılında Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) adlı kitabında yayımladı. Bu kitap, hareketin yasaları da dahil olmak üzere, muazzam önemdeki diğer düşüncelerini de içeriyordu. Newton kitapta, iki cisim arasındaki çekim kuvvetinin, cisimlerin arasındaki mesafenin karesiyle ters oran-tılı olduğunu belirtti. Yani eğer iki cisim arasındaki mesafeyi iki katına çıkarırsanız çekim kuvveti çeyrek orana düşer. Mesafeyi üç katına çıkardığınızda bu kuvvet, dokuzda bire düşer. Düşüncelerini bu kadar güçlü yapan şey ise Kepler’in gezegen hareketleri yasasını açıklamak için, hem evrensel çekim kanununu hem de hareket yasalarını kullanmasıydı (bkz. 34. sayfa). Etkili bir şekilde “Gezegenlerin neden Güneş’in etrafında döndüğünü biliyorum ve bunu kanıtlayabilirim, çünkü fikirlerim Kepler’in buldukları ile aynı sonuçları verdi,” diyordu.

Kepler’in ikinci yasasına bir bakalım. Bu yasa, bizlere Güneş ve bir gezegen arasındaki çizginin aynı sürede eşit alanları taradığını söylüyordu. Bir başka deyişle gezegenler Güneş’e yakınken hızlanıyor, uzaklaştığında ise yavaşlıyordu. İşte Newton, gezegenlerin bu davranışına bir açıklama getirdi. İki cisim arasındaki çekim, birbirlerine yaklaştıkça artıyor, uzaklaştıkça zayıflıyordu. Bir gezegen, Güneş’e yakın olduğunda daha kuvvetli bir çekim alanına giriyor ve gezegenin hızı artıyor; Güneş’ten uzaklaşırken ise bu çekimin gücü düşüyor ve dolayısıyla gezegen yavaşlamaya başlıyor.

Bu arada Newton’ın başyapıtı neredeyse basılmayacaktı. The Royal Society2 tüm bütçesini Balıkların Tarihi adlı başarısız bir kitap için kullanmıştı. Daha sonra astronom Edmund Halley olaya dahil oldu ve baskı masraflarının hepsini karşıladı. Bunu yaparak tüm zamanların en önemli kitaplarından birinin (bilimsel olsun veya olmasın) günümüze ulaşmasını sağladı.

Isaac Newton ve ışık

Düşen elmanın hayal gücünü canlandırdığı sıralarda Newton ayrıca, prizmalarla ve ışıkla ilgileniyordu. Bu cam bloklarla deney yapmak yeni bir şey değildi ve prizmaya giren beyaz ışığın birçok farklı renkte çıktığı da uzun süredir biliniyordu. Ancak geçerli görüş, ışığı renklendiren şeyin prizmaların ta kendisi olduğuydu. Işığın kendisi saf beyazdı.

Newton, bu görüşün yanlışlığını basit ama zekice bir deneyle kanıtladı. 1666 yılında güneşli bir günde penceresinin tamamını, içeriye ışık giremeyecek şekilde kapladı ve kaplamaya yalnızca çok az güneş ışınının girebileceği küçücük bir delik açtı. Işığın geçtiği yola bir prizma koydu ve beklendiği gibi gökkuşağının renkleri ortaya çıktı. Deneyin zekice olan kısmına gelirsek: Bu renklerin yoluna ters çevrilmiş ikinci bir prizma yerleştirdi.

Gerçekten de ikinci prizma, ayrı renklerin hepsini birleştirerek bunları tekrar beyaz bir ışığa çevirdi. Demek ki prizmalar beyaz ışığa renk falan eklemiyordu. Beyaz ışık, prizmaların ayırabildiği (veya birleştirebildiği) farklı renklerin karışımından oluşmalıydı. Newton, bulduğu sonuçları 1672’de yayımladı.

Işığın özellikleri ile alakalı bu temel anlayış, modern astronominin birçok alanının bel kemiğini oluşturdu. İlerleyen bölümlerde göreceğimiz gibi, astronomlar bu bilgilere defalarca başvurdu.

AYNALI TELESKOP

Newton 1668 yılında yeni bir teleskop türü tasarladı. Önceki teleskoplar mercekli (refraktör) teleskoplardı, bu teleskoplar ışığı mercekler aracılığıyla kırıyor veya büküyordu. Newton’ın aynalı (yansıtıcı) teleskopu, refraktör teleskoplarla ilgili en büyük sorunu çözüyordu: Renk sapması. Çünkü mercekler, ışığın her bir rengini tıpkı prizmaların yaptığı gibi biraz farklı bir şekilde büküyordu, yani hepsinin odak noktası farklıydı.

Newton teleskopunda ise ışık tepeden giriyor ve dipteki içbükey aynaya vuruyor. Bu ışık boruya yansıtılıyor, düz olan ikinci bir aynaya çarpıyor ve odaklanılan görüntüyü yandaki göz merceğine yansıtıyor.

Günümüzde devasa teleskopların hepsi aynalı, çünkü mercekli teleskopların büyüklüğünün bir sınırı var. Bu teleskoplarda ışık, merceğin içinden geçmek zorunda, yani merceği yanlardan sabitlemelisiniz. Çok büyük bir mercek kullanırsanız kendi ağırlığı yüzünden eğilir ve artık ışığı düzgünce odaklayamaz. Ancak bir ayna, arkadan da desteklenebilir. Dünya’nın en büyük mercekli teleskopu bir metrelik merceğe sahipken, en büyük yansıtıcı teleskopun on metreyi aşan bir çapı var.

Römer ve ışığın hızı

17. yüzyılın sonları, ışığın doğasına dair fikirlerimiz için devrimsel bir zamandı. Isaac Newton renklerin kökeniyle ilgili değerli keşifler yaparken Danimarkalı astronom Ole Römer de ışığın ne kadar hızlı hareket ettiği konusunda çalışmalar yapıyordu.

1670’li yıllarda Paris Kraliyet Gözlemevi’nin astronomları, Jüpiter’in dört Galileo uydusunun ölçümlerini yapmak için Tycho Brahe’nin Ven adasındaki Uraniborg Gözlemevi’ne gittiler. Amaçları, gezegen tarafından tutulmaya girdiklerinde görüşten ne zaman kaybolduklarını not etmekti. Römer ise Fransız astronom Jean Picard’ın yerel asistanıydı ve Uraniborg’daki işleri biter bitmez Römer’e, Paris’te bir iş teklifi sunuldu.

Uyduların gözlemlenmesi kafa karıştırıcı bir bilmeceyi ortaya çıkardı: Newton’ın çekim kuvvetine göre yapılan hesaplamalara rağmen, tutulmalar bazen erken bazen de geç gerçekleşiyordu. 1676 yılına gelindiğinde Römer, gözlemevinin yöneticisi Giovanni Cassini’nin çalışmalarına dayanarak açıklamayı keşfetmişti. İleri sürdükleri şey, ışığın uzayda seyahatinin belli bir zaman aldığıydı. Önceden ise ışık hızının sonsuz olduğu, yani A noktasından B noktasına aniden gittiği düşünülüyordu. Gelgelelim Jüpiter ve Dünya yakınken tutulmaların erken, Jüpiter ve Dünya birbirinden uzakken de tutulmaların gecikmeli gerçekleştiği görülüyordu. Bunun üzerine Römer, Dünya ve Güneş arasındaki mesafeyi aşması için, ışığın on bir dakikaya ihtiyacı olduğunu hesaplamıştı. Bu hız, saniyede 220.000.000 (220 milyon) metreye denk geliyordu.

Günümüzde ışık hızının saniyede 299.792.458 (299 küsur milyon) metre olduğunu biliyoruz, yani Römer ve Cassini aslında çok da alakasız bir sonuç bulmamışlardı. Ancak asıl önemli olan şey buldukları sonuç değil, ışık hızının limitli olduğunu kesin şekilde kanıtlamalarıydı; ışık bir yerden bir yere giderken belli bir zamana ihtiyaç duyuyordu. Günlük yaşamımızda bunu fark etmiyoruz, çünkü ışık çok hızlı. Yalnızca “astronomik” mesafeler bunu fark edilebilir kılıyor. Bu fikre daha birçok kez geri döneceğiz.

Kozmik mesafeler hakkında konuşurken iyi bilinen bir yol da ışık yıllarından bahsetmektir. Bir ışık yılı, ışığın bir yılda katettiği mesafeye denir. Işık, saniyede 299.792.458 metre yol katederek bir yılda 9,46 trilyon kilometre yol alır. Dünya’ya en yakın yıldız, aşağı yukarı 40 trilyon kilometre, yani 4,2 ışık yılı uzaklıktadır. Daha yakın cisimler için ışık saatlerini, ışık dakikalarını hatta ışık saniyelerini bile kullanabilirsiniz. Örneğin Plüton, Dünya’dan 5,3 ışık saati uzaklıktadır. Güneş, 8,3 ışık dakikası uzaklıkta; Ay ise yalnızca 1,3 ışık saniyesi uzağımızdadır.