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.
'"Ben gelecek için hiç bir endişe duymadım. O yeterince hızlı geliyor."