GALİLEO VE INOUYE GÜNEŞ TELESKOBU

Galileo Galilei Karikatürü

Tarih, Sokrates gibi adamların devletin iddiaları, Galilei gibi adamların kilisenin iddiaları karşısındaki bağımsızlık ve haklılıklarını göstermektedir. (Randall ve Bucher, s. 104)

Hiç kimse bilimin, örneğin Galilei'den bu yana ilerlemiş olduğuna karşı çıkamaz.(Randall ve Bucher, s. 111)

Newton, evrensel çekim kuramında belirttiği bu görüş sayesinde Kopernik, Galilei ve Kepler'in kuramlarını açıklayabilmiştir. (Randall ve Bucher, s. 129)

Galileo Galilei

***

"1610 Ocak ayının ilk günlerindeki yıldızlı bir gecede, Galileo Galilei adlı Toskanalı bir gökbilimci, gözü tasarladığı bir tüpün ucuna dayalı, geç saatlere kadar ayakta kalmıştı. Bu tüp, nesneleri yirmi kat büyütebilen bir teleskoptu. O gece Jüpiter’i gözlemlemekte olan Galileo gezegenin yakınlarında, ondan çıkan bir hat boyunca dizilmiş gibi görünen sabit yıldızlar olduğunu düşündüğü üç cisim fark etti. İlgisini çeken bu oluşumu ertesi gece yeniden incelerken, üç cismin de beklentilerinin tersine Jüpiter’le birlikte hareket etmekte olduğunu izledi. Hesaplara uymuyordu bu durum; çünkü yıldızlar gezegenlerle birlikte hareket etmezler. Galileo bunun üzerine aynı oluşuma geceler boyunca dikkat kesildi. Ocak ayının 15’inde durumu çözmüştü: Bunlar sabit yıldızlar değil, Jüpiter’in çevresinde dolanan gezegensi cisimlerdi. Jüpiter’in ayları vardı.

Bu gözlemle göksel küreler kuramı da paramparça oldu. Ptolemaios’un kuramına göre, her şeyin çevresinde dolandığı tek bir merkez vardı: Dünya. Kopernik ise Dünya’nın Güneş, Ay’ın da Dünya çevresinde dolandığı bir başka seçenek önermiş, ancak bu fikir, iki hareket merkezi gerektirdiğinden geleneksel kozmologlarca saçma bulunmuştu. Ama işte burada, bu sessiz Ocak gecesinde Jüpiter’in ayları çoklu merkezlere kanıt sunmaktaydı: Koca kırmızı gezegenin çevresinde dönüp duran bu dev kayalar, aynı zamanda göksel kürelerin yüzeyinin de birer parçası olamazdı. Dünya’nın eşmerkezli yörüngelerin merkezinde oturduğunu ileri süren Ptolemaios modeli böylece yıkılmış oluyordu. Galileo’nun keşfini anlattığı Sidereus Nuncius adlı kitabı, 1610 Martında Venedik’te baskıdan çıkarak adını dünyaya duyurdu.

Başka yıldız gözlemcilerinin de Jüpiter’in aylarını izlemelerine elverecek kalitedeki aygıtların yapılabilmesi için altı ay geçmesi gerekecekti. Bundan sonra teleskop üretim pazarı hızla büyük hareketlilik kazandı. Gökbilimciler ise kısa süre sonra evrendeki yerimizi belirleyecek ayrıntılı haritalar çıkarmak üzere gezegenin dört bir yanına yayılmışlardı bile. İzleyen dört yüzyıl, bizi merkezden giderek daha uzağa atarak, sonunda 500 milyon gökada grubu, 10 milyar büyük gökada, 100 milyar cüce gökada ve 2000 milyar kere milyar güneş içeren görünür evrende küçük bir nokta olarak yerimizi sağlam biçimde belirledi. (Üstelik 15 milyar ışık yılı genişliğindeki görünür evrenin kendisi de, henüz göremediğimiz çok daha büyük bir çokluğun içinde küçük bir noktadan ibaret olabilir.) Bu muazzam sayıların, varlığımız hakkında daha önceleri ileri sürülenlerden ciddi biçimde farklı bir öyküye işaret ettiği gerçeği ise bizim için şaşırtıcı olmasa gerek." (Eagleman, s. 15-pdf-)

Bütün keşifler ve fikirler içinde, insan ruhunu bu denli etkileyen bir başkası daha olmasa gerek... Dünya’nın yuvarlak ve kendi içinde bir bütün olduğu daha yeni anlaşılmışken, ondan bir de evrenin merkezi olmak gibi muazzam bir ayrıcalıktan feragat etmesi beklenmişti. İnsanoğlu kendisini bundan daha büyük bir taleple karşı karşıya bulmamıştır belki de; zira bu itirafla öyle çok şeyi bir anda is ve pus içinde kaybetmiş oluyordu ki! Ne olacaktı şimdi Cennet’imize, masumiyet dünyamıza, dindarlığımıza ve şiirimize, duyularımızın tanıklığına, şiirsel-dinsel inanç konusundaki yargılarımıza? Çağdaşlarının bütün bunları kaybetmek konusundaki isteksizliklerine; bütün dönüşümleriyle birlikte fikir özgürlüğünü ve büyük düşünmeyi talep edip yetkili kılan, henüz bilinmemesi bir yana, o ana kadar düşlenmesi dahi olanaksız bir doktrine karşı mümkün olan her biçimde direnmelerine şaşmamak gerek.

Goethe(Eagleman, s. 16)

Galileo Galilei

***

GALİLEO VE INOUYE GÜNEŞ TELESKOBU

***

Tabii, ellerinde ne bilgisayarlar, ne de elektrikli tartım araçları vardı. Buna karşılık matematiğe ve mekanik tartı aletlerine sahiptiler. Bilimsel gözlemlerin kesin bir matematiksel dilde dile getirilmesinin ne kadar önemli olduğunu vurguladılar. 17. yüzyılın en önemli bilim adamı Galileo Galilei, "Ölçülebileni ölç, ölçülemeyeni ölçülebilir yap!" ve "Doğanın kitabı matematiksel bir dilde yazılmıştır." diyordu.(Gaarder, s. 230)

Tüm Ortaçağda insanlar gökyüzüne bakıp Güneş'i, Ay'ı, yıldızları ve gezegenleri gördüler. Ancak Yer'in evrenin merkezi olduğundan kimse şüphe bile etmiyordu. Tüm gözlemler Yer'in hareket etmeksizin durduğunu ve Yer'in etrafında dönenlerin diğer "gök cisimleri" olduğunu gösteriyordu. Bu görüşe, yani her şeyin merkezinde Yer'in olduğu görüşüne, geosentrik dünya görüşü diyoruz. Tanrı'nın tüm gök cisimlerine hükmettiği yolundaki Hıristiyan inanışı da bu tür bir dünya görüşünü destekliyordu.

Ama 1543'de "Gök Cisimlerinin Dönüşleri" adlı bir kitap yayınlandı. Kitabın yazarı, kitabının çıktığı gün ölen Polonyalı astronom Copernikus'du. Copernikus, Güneş'in Yer'in etrafında değil, Yer'in Güneş'in etrafında döndüğünü öne sürüyordu. Bunun gök cisimlerinin hareketine bakılarak anlaşılabileceğini söylüyordu. İnsanların Güneş'in Yer'in etrafında döndüğünü sanmalarının nedeninin de Yer'in kendi ekseni etrafında dönüyor olması olduğunu söylüyordu. Yer'in ve diğer gök cisimlerinin Güneş'in etrafında dairesel yörüngelerde hareket ettiğinden yola çıkıldığında, gök cisimlerine dair gözlemlerin çok daha rahat anlaşılabileceğini iddia ediyordu. Bu görüşe, yani her şeyin merkezinde Güneş'in olduğu görüşüne de heliosentrik dünya görüşü diyoruz.

Buradaki ana nokta, Yer'in Güneş'in etrafında döndüğü noktası elbette doğru. Ancak Copernikus Güneş'in evrenin merkezi olduğunu da iddia ediyordu. Oysa bugün biliyoruz ki Güneş sayısız pek çok yıldızdan yalnızca biridir ve etrafımızdaki tüm yıldızlar da milyarlarca yıldız kümesinden yalnızca bir tanesidir. Ayrıca Copernikus Yer'in ve diğer gezegenlerin Güneş'in etrafında dairesel bir biçimde döndüklerini söylüyordu.

Bu dairesel hareket varsayımının ardında gök cisimlerinin yusyuvarlak oldukları ve "ilahi" oldukları için dairesel hareketlerde bulundukları inanışından başka bir şey yatmıyordu. Platon'dan beri küre ve daire geometrik biçimlerin en mükemmeli sayılıyordu. Ancak 17. yüzyılın başlarında Alman astronomu Johannes Kepler, gözlemlerinin sonucunda gezegenlerin, merkezlerinden birinde Güneşin olduğu eliptik ya da yumurta biçiminde yörüngeler boyunca döndüklerini söyleyebiliyordu. Ayrıca gezegenlerin Güneş'e en yakın oldukları noktalarda en hızlı hareket ettiklerine, Güneş'ten uzaklaştıkça hızlarının azaldığına da işaret ediyordu. Yer'in de diğer gezegenler gibi bir gezegen olduğunu da ilk kez Kepler dile getirdi. Kepler ayrıca fiziksel yasaların tüm evrende geçerli olduklarının da altını çizdi.

Ortaçağdan kalma görüşlere körü körüne inanmadan .gezegenlerin hareketlerini kendi algılayışıyla çözümlüyordu. Kepler'le aynı zamanlarda yaşamış bir başka bilim adamı da, ünlü İtalyan âlimi Galileo Galilei idi. Galilei de gök cisimlerini teleskop kullanarak gözledi. Ay'ın kraterlerini görerek, Ay'da da tıpkı Yer'deki gibi dağlar ve vadiler olduğunu söyledi. Jüpiter gezegeninin dört uydusu olduğunu da keşfetti. Böylece Yer'den başka gezegenlerin de Ay'ı olduğu anlaşılmış oldu. Ancak Galilei en çok, Atalet Yasası olarak bilinen yasasıyla tanınır. Galilei bunu şöyle dile getiriyordu: "Bir cismin edindiği hız, hızlanma ve yavaşlamaya neden olan dış etkenler ortadan kaldırıldığı sürece, sabit kalır." [...] Çok önemli bir gözlem bu! Antik Çağdan beri, Yer'in kendi ekseni etrafında dönmesine karşı çıkılırken ileri sürülen en önemli neden şudur: eğer böyleyse, Yer çok hızlı dönmek zorunda kalacağından, havaya diklemesine atılacak bir taş atıldığı yerden metrelerce ileriye düşmek zorunda kalacaktır. (Gaarder, s. 231-234)

Galilei aynı şeyin örneğin bir top mermisi için de geçerli olduğunu keşfetti. Mermi de havaya atıldıktan sonra bir süre uçar ve sonra belli bir eğimle yere doğru çekilir. Mermi de mermer kürenin eğik düzlem üzerinde izlediği yörüngeye benzer bir yörünge izler. Galilei'nin yaşadığı dönemde yeni bir keşifti bu. Aristoteles havaya atılan bir top güllesinin önce hafif bir eğimle hareket edeceğini, ama sonra dimdik bir şekilde yere düşeceğini söylüyordu. Doğru değildi bu tabii ama Aristoteles'in doğru düşünmediğini Galilei'nin yaptığı gibi göstererek kanıtlamak gerekiyordu. (Gaarder, s. 236)

Galilei'den sonraki önemli bilim adamlarından biri de 1642-1727 yılları arasında yaşamış olan Isaac Newton'du. Newton güneş sistemi ve gezegenlerin hareketine son ve doğru açıklamayı getiren bilim adamı olmuştu. Yalnızca gezegenlerin Güneş etrafında nasıl döndüklerini açıklamakla kalmayıp tam olarak neden böyle hareket ettiklerini de açıklayabilmişti. Bunu yaparken de Galilei'nin dinamiği dediğimiz şeyi esas alıyordu.

Kepler de gök cisimlerini birbirine çeken bir kuvvet olması gerektiğine işaret etmişti. Örneğin gezegenleri yörüngesinde tutan şey Güneş kuvveti olmalıydı. Böyle bir kuvvet gezegenlerin neden Güneş'ten uzaklaştıkça hızlarının azaldığını da açıklar. Kepler ayrıca gel gitin, yani deniz suyunun yükselip alçalmasının da Ay'ın kuvvetine bağlı olması gerektiğini söylüyordu. 

Galilei bu görüşü reddetmişti. "Ay'ın denize hakim olduğu fikrini onaylıyor" diyerek Kepler'i alaya bile almıştı. Çünkü Galilei, yerçekimi kuvvetlerinin böyle uzak mesafelerde ve değişik gök cisimleri arasında varolabileceği düşüncesini reddediyordu.(Gaarder, s. 237)

Galieo Galilei Karikatürü

TELESKOBUN İCADI

Sonra Newton geldi ve evrensel yerçekimi dediğimiz yasayı buldu. Bu yasaya göre, iki cisim birbirini büyüklükleriyle orantılı, aralarındaki mesafeyle ters orantılı olarak çeker.

Newton bu çekimin evrensel olduğuna işaret etti. Yani bu çekim her şey için ve dolayısıyla uzaydaki değişik gök cisimleri arasında da geçerliydi. Newton'un bunu, bir elma ağacının altında otururken keşfettiği söylenir. Newton bir elmayı yere düşerken görünce, Ay'ı Yer'e çeken ve dolayısıyla Ay'ın durmaksızın Yer'in etrafında dönmesini sağlayan kuvvetin, elmayı yere çeken kuvvetle aynı şey olup olmadığını sormuştur kendisine. (Gaarder, s. 238)

Tüm evrende geçerli olan birkaç fizik yasası vardı, o kadar. Gezegenlerin hareketini de, Galilei'nin kendisinden önce keşfettiği iki doğa yasasına dayanarak açıklayabiliyordu. Bunlardan ilki Atalet Yasası idi ki Newton bunu kendi sözleriyle şöyle dile getiriyordu: "Bir cisim dış bir kuvvetin etkisi olmadığı takdirde durmasını ya da sabit hızla hareket etmesini sürdürür." İkinci yasayı ise Galilei eğri bir yüzey üzerindeki kürelerle göstermişti: Bir cismin üzerine iki kuvvet aynı anda etki ettiği taktirde, cisim elips biçiminde bir yörünge çizerek hareket eder. (Gaarder, s. 239)

Gezegenler Güneş'in etrafında, elips şeklindeki yörüngeler üzerinde iki değişik türde hareket ederler: Güneş sisteminin oluşması sırasında edindikleri doğrusal hareket ve yerçekimi dolayısıyla Güneş'e doğru çekilme hareketi. (Gaarder, s. 239-240

Newton cisimlerin hareketleriyle ilgili yasaların tüm evrende geçerli olduğunu biliyordu. Böylelikle, gökyüzünde yeryüzündekinden başka bir takim yasaların geçerli olduğu yolundaki Ortaçağ inanışlarına bir son vermiş oluyordu. Heliosentrik dünya görüşü böylelikle olumlanmış ve son açıklamasına kavuşmuş oluyordu. (Gaarder, s. 240)

Galileo Galilei

***

GALİLEO VE ENGİZİSYON (1878)

***

Maddenin yasalarını belirleme adına atılan ilk adım Galileo'nun hareket denklemleriyle başlar. Galileo'dan önce Aristoteles fiziği hakimdi. Buna göre asıl olan durağanlıktı; bir nesneyi harekete geçirmek için kuvvet uygulamak gerekiyordu. Galileo bu görüşü tersine çevirdi. Galileo'ya göre asıl olan harekettir. Hareketi durdurmak için kuvvet uygulamak gerekir. Sürtünmesiz bir yüzeyde giden cismi durdurmak için kuvvet uygulamak gerekir. Sürtünme gibi bir dış kuvvet yoksa hareket sonsuza devam eder. Daha sonra eylemsizlik ilkesi olarak adlandırılacak bu ilke modern bilim denklemlerinin yazılmasına olanak sağladı. Evreni matematik yoluyla betimlemek de böylece başlamış oldu.

Görelilik kavramının mucidi de Galileo'dur. Görelilik mutlak hız diye bir niceliğin olmadığını söyler. Örneğin sıcak bir yaz gününde deniz kenarında otururken her şey ne kadar da dingin gözükür bize. Yaprak kımıldamayan güneşli, sakin bir günde, kumsalda gölgede otururken kendimizi ve dünyayı "durağan" hissederiz, sanki hiçbir hareket yokmuş gibi. Oysa o anda Dünya, Güneş etrafında saatte 110.000 km gibi inanılmaz bir hızla dönmektedir; kıtalararası yolcu uçaklarının 300-400 katı bir hızla dönmekte olduğumuzu fark etmeyiz bile. Hele ki, Güneş etrafında dönen gezegenlerle birlikte bütün Güneş Sistemi'nin galaksimizin merkezi etrafında saatte 800.000 km hızla dönerken aynı zamanda da atlıkarınca gibi bir yukarı bir aşağı gidip geldiğini hiç hissetmeyiz. Çünkü hız, kütle gibi maddenin bir özelliği değildir. Maddeye içkin bir hızdan söz edemeyiz; hız bir nesnenin başka bir nesneye göre hareketinin zamanla değişimidir; yani görelilidir. Galileo göreliliği dünyanın kendi etrafında dönmekte olduğunu ispat etmek için kullandı ve o zamanda beri, neredeyse 400 yıldır fizik biliminin temelini oluşturur. (Cankoçak, 2019, s. 12-13)

Düşük hızlarda, yani ışık hızının çok altında olan hızlarda(ki günlük hayatta karşılaştığımız hızlar böyledir) Galileo göreliliği geçerlidir. Hatta kuantum fiziğinde bile, parçacıkları düşük hızlarda ele aldığımızda Galileo göreliliği işimizi görür. Yüksek hızlara çıktığımızda artık Galileo göreliliği fiziksel olguları doğru tarif etmemeye başlar. Einstein'ın 1905'de ortaya attığı özel görelilik, doğanın daha doğru bir betimlemesini verir. Einstein'ın özel göreliliği farklı bir fizik değildir, sadece daha detaylıdır. Düşük hızlarda Einstein denklemleri de Galileo denklemleri haline dönüşür. Ama ışık hızına yakın hızlarda mutlaka Einstein'ın görelilik denklemleriyle çalışmak gerekir. Aksi takdirde yüksek hızda giden parçacıkların davranışlarını açıklayamayız.(Cankoçak, 2019, s. 48)  

İki yüz yıldan fazla bir süre boyunca Newton yasaları gayet güzel çalıştı. Ama Newton fiziği elektromanyetik kuramda, diğer bir deyişle ışık hızına yakın hızlarda sorunlara yol açıyordu. Maxwell'in elektromanyetik kuramında ışık hızı bir sabit olarak karşımıza çıkar. Oysa Galileo zamanından beri bilinir ki, hız mutlak bir nicelik değildir. Bir nesnenin kütlesi olabilir ama hızı sadece başka nesnelere "göre" belirlenen bir şeydir. Dünyamız Güneş etrafında büyük bir hızla döndüğü halde biz bunu fark etmeyiz, çünkü dünyayla birlikte döneriz. İşte göreliliğin özü budur. Göreliliği Galileo Galilei 17. yüzyılın başında keşfetmişti. fikir oldukça basittir: Birbirine göre farklı hızlarda giden sistemlerde, nesnelerin hareketleri farklı görünür. Galileo bunu dünyanın döndüğünü ispatlamak için kullanmıştı. O zamanlar Galileo'ya en büyük itiraz, "Dünya dönüyorsa neden yüksek bir binanın tepesinden bırakılan bir taş geriye düşmüyor" şeklindeydi. Dünya dönüyorsa büyük bir hızla dönmeliydi. Bu hızı o zamanlar bile hesaplamak kolaydı. Dünya'nın çevresini bir güne böldüğünüz zaman, dünya üzerindeki bir binanın hangi hızla döndüğünü bulursunuz. İşte Gelileo göreliliği keşfederek bu sorunu çözdü. Şimdi bize çok basit geliyor, ama 400 yıl öncesi için için gerçekten büyük bir devrimdi. Dünya üzerindeki bir binanın tepesinden bir taşı bırakan gözlemci, dünya ile birlikte döndüğü için taşın binanın dibine doğru düştüğünü görür. Oysa dünya dışında sabit duran gözlemci taşın eğik atış yaptığını görür. Sonuçta taş yere çarptığında, Dünya dışındaki gözlemci de o sırada binanın zemin katının taşın düştüğü yerde olduğunu görecektir. Ama sadece taşın hareketini izlese, bu hareketin dümdüz aşağı değil, bir eğri çizerek gittiğini gözleyecektir. Oysa iki gözlemcinin de kullandığı hareket denklemleri aynıdır. Dolayısıyla fizik yasaları eylemsizlik sistemlerinden bağımsızdır. Sadece onları doğru bir şekilde"dönüştürmek" gerekir.

Galileo göreliliğiyle sorun aşılmış görülüyordu, ancak elektrik ve manyetizmayı Maxwell denklemlerinde tekrar bir kriz yaşandı: Bu denklemlerde ışık hızı sanki cisimlerin bir özelliğiymiş gibi görünüyordu. O zaman şu soru gündeme geldi: Maxwell denklemlerindeki bu ışık hızı neye göre bir hızdı? Bu hız tüm evrende var olan ve esir adı verilen bir ortama göre olabilir miydi? Eğer bir ortam varsa o zaman ışığın dalga özelliği de açıklanmış olacaktı. Çünkü klasik fiziğe göre dalgalar ancak bir ortamda ilerleyebilir. Su dalgaları suda oluşur, ses dalgaları havadaki titreşimler sonucu meydana gelir. Dolayısıyla ışık dalgaları da bu esirin titreşimleri olabilirdi. Ama yapılan bütün deneyler(Michelson ve Morley deneyleri gibi) evrende böyle bir ortamın(esirin) olmadığını gösteriyordu. Tüm bu sorunlar Einstein'la bilikte aşıldı. Einstein'ın 1905'te ortaya koyduğu özel görelilik kuramının temel postülası, fizik yasalarının serbest hareket eden tüm gözlemciler için hızları ne olursa olsun aynı olması gerektiğidir. (Cankoçak, 2019, s. 64-65)

Galileo Engizision Huzurunda, Angeliaforos, 1 Kasım 1878

Kaynak:
Jastein Gaarder, Sofi'nin Dünyasu, (Çev. Gülay Kutal), Pan, İstanbul 2001.
David Eagleman, İncoginito: Beynin Gizli Hayatı, (Çev. Zeynep Arık Tozar), Domingo, İstanbul 2013.
John Herman Randall, Justun Bucher, Felsefeye Giriş, (Çev. Ahmet Arslan), Bigbang, Ankara 2014.
Kerem Cankoçak, 50 Soruda Maddenin Evrimi, Bilim ve Gelecek, İstanbul 2019.