Kütleçekiminin doğasını anlamak için yapılan çalışmaları incelediğimiz bir önceki Yerçekimi I: Aristo Fiziği, Kepler Yasaları başlıklı yazımızda Aristo’nun kuramından ve Kepler’in evreni özetleyen üç yasasından bahsetmiş ve bu yazımızda yer ve göğün yasalrını Newton ile birleştireceğimizi söylemiştik. Kaldığımız yerden devam ediyoruz.
Eylemsizlik: Ve Galileo Sahneye Girer!
Galileo Galilei
Kepler ile aynı dönemlerde yaşamış İtalyan astronom Galileo, görelilik yazımda ayrıntılı olarak bahsettiğim üzere insanların güneş merkezli bir evreni benimsemelerine engel olarak gösterilen tek mantıklı açıklamayı çürütmeyi başarmış; bu mantıklı itiraz Aristo’nun fizik kuramının yanlış olduğunu gösterdiği için de yepyeni düşünceler ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bunlardan bir tanesi görelilik ilkesi ve bir diğeri de sonraları Newton’un bugün klasik mekanik dediğimiz ve uzunca bir süre “yasa” olarak nitelendirilen fizik kuramını yazmasını sağlayacak olan eylemsizlik ilkesidir. İlke kabaca şunu söyler; eğer bir cisme bir kuvvet etki etmiyor ise, cisim bir doğru üzerinde sabit hızla hareket eder. Hatırlarsanız Aristo’ya göre cismin hareket etmesi için mutlaka bir kuvvet gereklidir ve bu düşünce yapısı bazı sıkıntılara yol açmıştır (özellikle güneş merkezli sistem için).
Tabi Galileo tam olarak böyle yazmamıştı. O bu ilkeyi daha çok Dünya ile sınırlandırmıştı ve ona göre cismin hareketi Dünya’nın merkezine olan uzaklığın değişmediği bir çember üzerinde sabit hızla hareket olmalıydı. Yani bir geminiz olsa ve Dünya tamamen denizlerden oluşsa ve sürtünme denilen şey olmasa, yani gemi su ile etkileşmese; gemiye bir yöne doğru bir hız verilirse o gemi Dünya’nın etrafında sonsuza dek aynı hızla dönmeye devam edecekti. Eylemsizlik ilkesinin ilk hali buydu. Her ne kadar az önce gösterdiğim gerçek halinden farklı olsa da bu ikisi birbirine oldukça yakındır. Zira ikisinin de temelinde hareket için bir kuvvete gerek olmadığı düşüncesi vardır ve devrimci olan düşünce de aslında budur. Bu düşünce, 20 yaşındaki Isaac Newton’un hayal gücü ile çok çok daha önemli bir şeye dönüşecektir.
Yer ve Gök: Newton Mekaniği ve Kütleçekim Yasası
Sir Isaac Newton
Sir Isaac Newton’u hepimiz bir şekilde duymuşuzdur, bazılarımız nefret etmiştir “bulmayaydı iyiydi, bunları çözmüyor olurduk” demiştir, bazılarımız ise bulduğu şeyleri anlayınca şaşkınlığa kapılıp ne kadar büyük bir matematikçi ve fizikçi olduğunu düşünmüşüzdür ki öyle düşünenler genelde fizikçilerdir. Bu yazıda ise Newton, tam okuduğunuz bu satırlarda, Cambridge’de okurken ortaya çıkan bir veba salgını nedeniyle memleketine dönmüş, aklı düşüncelerle dolu 23 yaşında bir gençten başka bir şey değildir. Birkaç satır sonra ise yarattığı devrimi ve ne kadar büyük bir fizikçi olduğunu göreceğiz.
Bir gün, meraklı Newton, memleketi Woolsthorpe’da bir meyve bahçesinde bir elma ağacına yaslanmış dinleniyor ve düşünüyordu. Ağaçtan bir elma düştü, o sırada da ay doğmak üzereydi ve elmanın düşüşünü seyrettikten sonra gözü aya takıldı. Kepler’in ve Galileo’nun düşüncelerini öğrenmişti, öğrendiği şey yeryüzünün ve gökyüzünün bambaşka şeyler olduğuydu. Kepler gökyüzü için yasalar üretmişti ve Galileo da Aristo’nun mekanik fikrini düzeltmişti. Bu iki tamamen zıt sistem için ortak yasalar bulmak olanaksız gibiydi, ve uzun yıllardır bu fikir kabul görmüştü. Newton merakla bu farkı vurgulayan bir soru sordu kendi kendine: “Neden elma düşerken Ay düşmüyor, Ay dönerken elma dönmüyor?”. Bu soru o an için saf meraktı ve acayip çocuksu bir düşünceydi, fakat merak meraktır. Newton düşünmeye devam etti, acaba Ay düşseydi ne olurdu? Acaba ben elimdeki elmayı ileri fırlatsam ne olurdu? Uzağa düşerdi. Peki daha hızlı atsam ne olurdu? Cevap basit, daha uzağa düşecekti elma. Peki, Dünya yuvarlak olduğuna göre, elmayı aynı yönde daha hızlı fırlatmaya devam edersem, belli bir hızla fırlatırsam elma tam arkama düşebilir miydi? Olmaması için bir sebep bulamayan Newton, elma ve Ay’ın hareketlerinin benzediğini bu düşünce ile fark etti; aslında Ay da düşmekteydi!! İşte bu andan itibaren Newton büyük bir fizikçi olmuştu.
Elmayı uzağa, daha uzağa ve tam arkasına fırlatan Newton
Daha iyi anlatmak için Newton’un Elmaları isimli kitapta da verilen şu rakamsal analizi kullanabiliriz. Bir cismin yere bırakıldığı ilk saniyesinde yaklaşık 5 metre düştüğünü biliyoruz. Şimdi cismi belirli bir hızla fırlatırsak, Dünyanın yüzeyinin de eğri olduğunu tekrar göz önünde bulundurarak bu bir saniye içinde Dünya yüzeyinin de 5 metre kadar aşağı indiğini ve fırlatma hızımızı buna göre belirlediğimizi düşünürsek, elma her saniye düşme durumunda olmasına rağmen asla yer ile mesafesinin değişmediğini görürüz. Çünkü cisim 5 metre düştüğü zaman yer de 5 metre aşağı inmiştir, çünkü Dünya yuvarlaktır.
Tabi ki daha yapılması gereken pek çok hesap bulunmaktadır ve henüz hesaplarının hikayesine girmediğimiz bu yerçekimi kuramı ile her ne kadar yer ve göğü birleştirerek muhteşem bir fiziksel devrim başlamışsa da, bu kuram da bir sürü sıkıntılı dönem yaşamış ve açıklayamadığı birkaç şey bulunmuştur. Bir sonraki yazıda Newton teorisinin hesaplarını, Kepler yasalarıyla uyumunu, yaşadığı bazı sıkıntıları ve yasaya uymayan, kötü davranan gezegenleri, ve de o zamana kadar tam açıklanamayan gel git olayını açıklaması ve hatta yeni bir gezegenin keşfi gibi pek çok başarılarına değineceğiz.
[box_light]Kaynaklar[/box_light]
Feynman R., Fizik Yasaları Üzerine, çev. Nermin Arık, Tübitak, Ankara,Şubat 1999
Jean-Marie Vigoreux, Newton’un Elmaları, çev. Nedim Demirtaş, Alkım Yayınevi, İstanbul 2005
http://en.wikipedia.org/wiki/Inertia
