Newton evreni nasıl açıkladı?

Öğrenme hedefleri

• 1642–1759 arasında Newton'un çalışmalarını, Principia'nın yazılış ve yayımlanış sürecini ve evrensel çekim yasasının Avrupa'da nasıl kabul gördüğünü açıklayabileceksin.
• Newton'un Bentley'e mektubunu, Principia'daki Genel Açıklama'yı ve Voltaire'in tanıklığını karşılaştırarak, çekim kuvvetinin neyi açıklayıp neyi açıklamadığını değerlendirebileceksin.
• «Newton, akıl ve deneyle dinden ve gizemden kopmuş ilk modern bilim insanıydı» imgesini, onun simya ve din üzerine çalışmalarını da hesaba katarak tartışabileceksin.

Okuma metni

Kanca — bir kuyrukluyıldız ve bir soru

1684 yazında, genç gökbilimci Edmond Halley, Londra'dan Cambridge'e gelip matematik profesörü Isaac Newton'u ziyaret etti. Halley'nin aklında, Londra'daki kahvehanelerde arkadaşlarıyla tartıştığı bir soru vardı: Güneş'e olan uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalan bir çekim kuvveti varsa, bir gezegen hangi biçimde bir yol izlerdi? Sonradan anlatılana göre Newton, hiç duraksamadan bunun bir elips olacağını söyledi. Halley, bunu nereden bildiğini sorunca, Newton hesabı yıllar önce yaptığını, ama kâğıtlarını bulamadığını söyledi. Birkaç ay sonra Newton, Halley'e kısa bir inceleme gönderdi. Bu inceleme, üç yıl içinde, bilim tarihinin en etkili kitaplarından birine dönüştü: Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri, kısaca Principia. Bu ders, Newton'un yeryüzündeki ve gökyüzündeki hareketleri tek bir yasayla nasıl açıkladığını, bu açıklamanın neden kendi döneminde de tartışma yarattığını ve Newton'un kendisinin bu yasayı nasıl anladığını soruyor.

Bağlam — iki ayrı dünyanın hareketi

Aristoteles'ten beri, yeryüzündeki hareketler ile gökyüzündeki hareketler, farklı yasalara bağlı sayılıyordu. Yeryüzünde ağır cisimler doğal olarak aşağı düşer, hareket eden cisimler bir itici güç olmadıkça durur; gökyüzünde ise gezegenler ve yıldızlar, sonsuz ve kusursuz dairesel hareketlerle döner. Kopernik Dünya'yı hareket ettirmiş, Kepler gezegenlerin elipsler üzerinde hareket ettiğini göstermiş, Galileo da eğik düzlemde yuvarlanan toplarla düşüşün hızlanmasını ölçmüştü. Ama bu parçaları birleştiren tek bir açıklama henüz yoktu.

On yedinci yüzyılın ortalarında Avrupa'da en etkili açıklama, Fransız filozof René Descartes'ın girdap kuramıydı. Descartes'a göre evren boşluk içermeyen, ince bir maddeyle doluydu; bu madde, Güneş'in çevresinde dev bir girdap gibi dönüyor ve gezegenleri de kendisiyle birlikte sürüklüyordu. Bu kuram, bütün hareketi cisimlerin birbirine dokunarak ittiği mekanik bir düzenle açıklıyordu; uzaktan etki eden gizemli güçlere yer vermiyordu. Pek çok bilgin, bu açıklamayı akla uygun buluyordu; ama gezegenlerin hareketlerini ayrıntılı olarak hesaplamaya yetmiyordu.

Newton, 1642'nin sonunda, İngiltere'nin Lincolnshire bölgesindeki Woolsthorpe köyünde, babasını doğumundan önce kaybetmiş bir çiftçi ailesinin çocuğu olarak doğdu. Cambridge Üniversitesi'nde okudu. 1665–1666'da, veba salgını yüzünden üniversite kapanınca köyüne döndü; sonradan anlattığına göre, bu iki yıl içinde matematikte, ışıkta ve hareket üzerine en önemli fikirlerinin temellerini attı. Genç yaşta Cambridge'de matematik profesörü oldu; ışığın renklere ayrışması üzerine deneyleri ve yaptığı yansıtmalı teleskopla tanındı.

Gelişme — Principia ve bir soru işareti

Principia, 1687'de Londra'da, Kraliyet Derneği'nin izniyle yayımlandı. Derneğin kitabı basacak parası olmadığı için, basım giderlerini Halley kendi cebinden karşıladı. Kitap üç bölümden oluşuyordu. Newton, ilk bölümün başında, bugün hâlâ okullarda öğretilen üç hareket yasasını ortaya koydu: bir cisim, bir kuvvet etki etmedikçe durumunu korur; hareketteki değişim, uygulanan kuvvetle orantılıdır; her etkiye eşit ve zıt bir tepki karşılık gelir. Son bölümde ise, bu yasaları ve evrensel çekim yasasını kullanarak, «dünyanın sistemini», yani Güneş sisteminin işleyişini açıkladı.

Kitap, yayımlanır yayımlanmaz, dönemin en büyük matematikçileri tarafından hayranlıkla karşılandı. Ama bir soru, hemen ortaya çıktı: Newton'un çekim kuvveti, Güneş'ten Dünya'ya, Dünya'dan Ay'a, aradaki boşluktan nasıl ulaşıyordu? Descartes'ın izleyicilerine göre, cisimler arasında hiçbir dokunma olmadan etki eden bir kuvvet, Orta Çağ'ın «gizli nitelikler»ine geri dönmek demekti. Alman filozof Gottfried Wilhelm Leibniz, Newton'un çekimini, doğanın açıklanamayan sürekli bir mucizesine benzetti. Newton bu eleştirilere, kendisi de bu soruyu cevaplayamadığını kabul ederek karşılık verdi.

Newton, Principia'nın 1713'teki ikinci baskısına, eleştirilere cevap veren bir sonsöz ekledi. Bu dersin birincil kaynağı, bu sonsözün en ünlü bölümüdür: Newton orada, çekimin nedenini bulamadığını açıkça söyler ve kendi yöntemini tanımlar.

Dönüş noktası — Paris ile Londra arasında

Newton'un açıklaması, İngiltere'de hızla kabul gördü; ama Kıta Avrupası'nda, özellikle Fransa'da, onlarca yıl boyunca Descartes'ın girdap kuramıyla rekabet etti. Bu rekabet, yalnızca bilimsel değil, ulusal bir gurur meselesine de dönüştü. İngiltere'de sürgünde bulunan genç Fransız yazar Voltaire, bu farkı keskin bir dille anlattı.

Tartışmayı sonunda ölçüm çözdü. Newton'un kuramına göre dönen Dünya, kutuplarda basık, ekvatorda şişkin olmalıydı; Kartezyen hesaplar ise tersini öngörüyordu. Fransız Bilimler Akademisi, 1730'larda biri Laponya'ya, öteki bugünkü Ekvador'a iki büyük sefer düzenledi ve meridyen yaylarını ölçtü. Laponya seferinin sonuçları, 1737'de, Dünya'nın kutuplarda basık olduğunu, yani Newton'un haklı olduğunu gösterdi. Aynı yıllarda Fransız matematikçi Émilie du Châtelet, Principia'yı Fransızcaya çevirdi ve açıklamalarla zenginleştirdi; çevirisi, ölümünden sonra, 1759'da yayımlandı ve uzun süre Fransızca okurlar için temel metin oldu.

Cevap — nedenini bilmeden hesaplamak

Newton, evreni, yeryüzündeki ve gökyüzündeki bütün hareketleri aynı hareket yasalarına ve tek bir çekim yasasına bağlayarak açıkladı. Bu açıklama, gezegenlerin, Ay'ın, kuyrukluyıldızların ve gel-gitlerin hareketlerini daha önce görülmemiş bir kesinlikle hesaplamayı mümkün kıldı. Ama Newton, çekimin nedenini açıklamadı; bunu açıkça kabul etti ve nedenini bilmediği bir kuvvetin yasasını, ölçülebilir ve öngörülebilir olduğu için yeterli saydı. Bu tutum, bilimin «neden» sorusundan çok «nasıl» sorusuna yönelmesinde bir dönüm noktası oldu; ama kendi döneminde, Descartes'ın mekanik açıklamasına alışmış pek çok bilgine, bir geri adım gibi göründü.

Bugünle bağ — bir yasanın sınırları

Newton'un yasaları, bugün de köprülerin, uçakların ve uzay araçlarının hesaplanmasında kullanılıyor. Ama yirminci yüzyılda Einstein'ın genel görelilik kuramı, çekimi uzay ve zamanın eğriliği olarak yeniden tanımladı ve Newton'un yasalarının çok büyük hızlarda ve çok güçlü çekim alanlarında yetersiz kaldığını gösterdi. Newton'un kendi sorusu, yani çekimin nasıl iletildiği, böylece iki yüzyıldan uzun bir süre sonra yeni bir cevap buldu.

Birincil kaynak

Principia'nın 1713 baskısına eklenen Genel Açıklama'dan, Andrew Motte'nin 1729 İngilizce çevirisinden:

Hitherto we have explain'd the phaenomena of the heavens and of our sea, by the power of Gravity, but have not yet assign'd the cause of this power. [...] But hitherto I have not been able to discover the cause of those properties of gravity from phaenomena, and I frame no hypotheses. [...] And to us it is enough, that gravity does really exist, and act according to the laws which we have explained, and abundantly serves to account for all the motions of the celestial bodies, and of our sea.

Türkçesi: Şimdiye kadar göklerin ve denizimizin olaylarını çekim gücüyle açıkladık; ama bu gücün nedenini henüz belirlemedik. [...] Ama şimdiye kadar çekimin bu özelliklerinin nedenini olaylardan çıkaramadım ve hipotez kurmuyorum. [...] Ve bizim için, çekimin gerçekten var olması, açıkladığımız yasalara göre etki etmesi ve gök cisimlerinin ve denizimizin bütün hareketlerini açıklamaya fazlasıyla yetmesi yeterlidir.

Kaynak: Isaac Newton, Philosophiae naturalis principia mathematica, 2. baskı (Cambridge, 1713), Genel Açıklama; Andrew Motte (çev.), The Mathematical Principles of Natural Philosophy, cilt II (Londra, 1729), s. 392–393; Internet Archive. Türkçesi, İngilizcesinden bizim.

1. Newton, çekim hakkında neyi bildiğini ve neyi bilmediğini nasıl ayırıyor?
2. «Hipotez kurmuyorum» sözü, Bentley'e yazdığı mektupla birlikte okunduğunda, Newton'un gerçekten hiç tahminde bulunmadığı anlamına mı geliyor?
3. Newton, bir kuvvetin nedenini bilmeden yasasını bilmenin «yeterli» olduğunu söylüyor. Descartes'ın izleyicileri bu tutuma neden itiraz etmiş olabilir?

Tarihçiler Tartışıyor

• Richard Westfall (1980) — Never at Rest adlı büyük biyografisinde, Newton'un matematik, fizik, simya, din ve kamu görevlerini birlikte ele aldı; onu, ölçülemez bir dehanın ve son derece zor bir kişiliğin birleştiği, sürekli çalışan bir insan olarak anlattı.
• I. Bernard Cohen (1980) — The Newtonian Revolution adlı kitabında, Newton'un asıl yeniliğinin, matematiksel bir modeli önce kurup sonra doğayla karşılaştıran bir yöntem olduğunu savundu; bilimsel devrimin, tek bir buluştan çok bu yöntemde yattığını gösterdi.
• Betty Jo Teeter Dobbs (1991) — The Janus Faces of Genius adlı kitabında, Newton'un simya çalışmalarının, onun fiziğinden ayrı bir merak değil, maddenin gizli etkin ilkelerini arayan ve çekim anlayışını da etkileyen bir araştırma programı olduğunu savundu.
• Patricia Fara (2002) — Newton: The Making of Genius adlı kitabında, Newton'un ölümünden sonra, heykeller, resimler, şiirler ve biyografilerle nasıl ulusal bir dahi ve bilimin simgesi hâline getirildiğini inceledi.

Bu tartışmada araştırmacılar, Newton'u farklı yönlerden ele alır. Westfall, onun hayatının bütününü tek bir anlatıda birleştirir. Cohen, onun yönteminin yeniliğini öne çıkarır. Dobbs, simyayı Newton'un bilimsel düşüncesinin bir parçası olarak görür. Fara ise, Newton imgesinin sonradan nasıl kurulduğunu inceler. Tartışma, Newton'un modern bilimin ilk temsilcisi mi, yoksa simyayı, dini ve matematiği ayırmadan birlikte düşünen, kendi çağına ait bir düşünür mü olduğu sorusunda düğümlenir.

Derine İn

Newton'un ölümünden sonra geride kalan kâğıtlar, onun imgesini yirminci yüzyılda derinden değiştirdi. Bu kâğıtların büyük bölümü, fizik ya da matematik değil, simya ve din üzerineydi. Newton, yıllarca kendi laboratuvarında metallerle deneyler yapmış, eski simya metinlerini kopyalamış ve yorumlamış, kutsal metinlerin kronolojisi ve kehanetleri üzerine uzun çalışmalar yazmıştı. Ekonomist John Maynard Keynes, 1936'da bir açık artırmada bu kâğıtların önemli bir bölümünü satın aldı ve onları okuduktan sonra yazdığı bir yazıda, Newton'un akıl çağının ilk temsilcisi değil, «büyücülerin sonuncusu» olduğunu söyledi. Bu sözün abartılı olduğu düşünülebilir; ama Newton'un, bugün bilim ile bilim dışı olarak ayırdığımız alanları birbirinden ayırmadığını gösterir.

Newton'un kendi çalışma biçimini adlandırmak için kullandığı deyim, «deneysel felsefe»ydi. Genel Açıklama'da, hipotezlerin deneysel felsefede yeri olmadığını; bu felsefede önermelerin olaylardan çıkarılıp sonra tümevarımla genelleştirildiğini yazar. Bu yöntemin en iyi örneği, 1704'te İngilizce yayımladığı Optik adlı kitabıdır. Newton orada, bir prizmadan geçirdiği güneş ışığını renklerine ayırıp bu renkleri ikinci bir prizmayla yeniden birleştirdiği deneyleri, ölçüleriyle birlikte adım adım anlatır. Kitabın sonuna ise, cevaplayamadığı soruları, ışığın doğasını, maddenin en küçük parçacıklarını ve onları bir arada tutan kuvvetleri tartışan bir dizi «soru» ekledi. Bu sorular, Newton'un hipotez kurmadığı iddiasına rağmen, aslında cesur tahminlerle dolu olduğunu gösterir; yalnızca bu tahminleri kanıtlanmış sonuçlardan açıkça ayırmaya özen göstermişti.

Newton'un dinsel görüşleri de, yaşamı boyunca büyük ölçüde gizli kaldı. O, çalıştığı üniversitenin ve ülkesinin resmî kilisesinin öğretisinden bazı temel noktalarda ayrılan görüşlere sahipti; bu görüşleri açıklaması, Cambridge'deki görevini kaybetmesine yol açabilirdi. Newton, doğanın düzeninin, akıllı ve güçlü bir yaratıcının varlığını gösterdiğine inanıyordu. Bentley'e yazdığı mektuplar ve Principia'nın sonundaki Genel Açıklama, bu inancı açıkça dile getirir. Newton için evrensel çekim, bir yaratıcıyı gereksiz kılan değil, onun sürekli etkinliğini gösteren bir yasaydı.

Newton'un kamusal hayatı da, onun yalnızca bir kuramcı olmadığını gösterir. 1696'da Londra'daki Kraliyet Darphanesi'nin yöneticiliğine atandı; kalpazanlığa karşı sert bir mücadele yürüttü ve İngiliz parasının yeniden basılmasını yönetti. 1703'te Kraliyet Derneği'nin başkanı oldu ve ölümüne kadar bu görevde kaldı. Bu dönemde, sonsuz küçükler hesabını kimin önce bulduğu konusunda Leibniz'le sert bir kavgaya girdi; Kraliyet Derneği'nin bu konuda kurduğu inceleme kurulunun raporunu, gizlice kendisinin yazdığı sonradan anlaşıldı. Robert Hooke'la da, ters kare yasasını kimin önce önerdiği konusunda uzun süre çekişti.

Son olarak, Newton'un bir ulusal simgeye dönüşmesi, Fara'nın gösterdiği gibi, ölümünden sonra bilinçli bir çabayla gerçekleşti. 1727'de Westminster Manastır Kilisesi'ne görkemli bir törenle gömüldü; mezarının üzerine büyük bir anıt dikildi. Şairler onun için övgüler yazdı; heykeller ve resimler, onu doğanın sırlarını çözen bir kahraman olarak gösterdi. On sekizinci yüzyıl boyunca Aydınlanma yazarları, Newton'u aklın ve bilimin zaferinin simgesi olarak kullandı. Bu imgenin içinde, simyacı ve kehanet yorumcusu Newton'a yer yoktu.

Uzman Notu

Temel literatür

• Andrew Motte (çev.), Isaac Newton, The Mathematical Principles of Natural Philosophy, 2 cilt (Londra, 1729).
• Richard S. Westfall, Never at Rest: A Biography of Isaac Newton (Cambridge: Cambridge University Press, 1980).
• I. Bernard Cohen, The Newtonian Revolution (Cambridge: Cambridge University Press, 1980).
• Betty Jo Teeter Dobbs, The Janus Faces of Genius: The Role of Alchemy in Newton's Thought (Cambridge: Cambridge University Press, 1991).
• Patricia Fara, Newton: The Making of Genius (Londra: Macmillan, 2002).
• Rob Iliffe, Priest of Nature: The Religious Worlds of Isaac Newton (Oxford: Oxford University Press, 2017).

Arşiv ve kaynak

Newton'a ilişkin kaynaklar arasında Principia'nın üç baskısı ve Newton'un bunlara kendi eliyle düştüğü notlar, Cambridge Üniversitesi Kütüphanesi'ndeki bilimsel el yazmaları, Kudüs'teki İsrail Ulusal Kütüphanesi'nde korunan dinsel el yazmaları, simya defterleri, Kraliyet Derneği'nin kayıtları ve Newton'un yazışmaları vardır. Newton'un kâğıtlarının büyük bölümü, çevrim içi bir yayın projesiyle dijital olarak okunabilir hâle getirildi.

Açık sorular

• Newton'un simya çalışmaları, onun çekim anlayışını gerçekten etkiledi mi, yoksa ayrı bir merak alanı mıydı?
• Newton'un «hipotez kurmuyorum» sözü, onun yöntemini mi tanımlıyor, yoksa eleştirmenlerine karşı bir savunma mıydı?
• Newton imgesinin ulusal bir dahiye dönüşmesinde, onun gerçek bilimsel katkılarının mı, yoksa on sekizinci yüzyılın siyasal ve kültürel ihtiyaçlarının mı payı daha büyüktü?

Mini sınav

1. (Hedef 1) Principia'nın basım giderlerini karşılayan kimdir? A) Kraliyet Derneği B) Edmond Halley C) Cambridge Üniversitesi D) Kral
2. (Hedef 1) Newton'un kuramını Descartes'ınkine karşı doğrulayan, Dünya'nın kutuplarda basık olduğunu gösteren ölçüm seferi nereye gitti? A) Laponya'ya B) Mısır'a C) Hindistan'a D) Grönland'a
3. (Hedef 2) Newton, Bentley'e yazdığı mektupta neyi «öyle büyük bir saçmalık» olarak nitelendirdi? A) Dünya'nın hareketini B) Girdap kuramını C) Bir cismin aracı olmadan boşluk üzerinden başka bir cisme etki etmesini D) Simyayı
4. (Hedef 2) Voltaire'e göre Paris'ten Londra'ya gelen bir Fransız, dünyayı nasıl bulur? A) Daha karanlık B) Daha küçük C) Daha sıcak D) Dolu bıraktığı dünyayı boş bulur
5. (Hedef 3) Newton'un simya çalışmalarının onun bilimsel düşüncesinin bir parçası olduğunu savunan The Janus Faces of Genius adlı kitabın yazarı kimdir? A) Richard Westfall B) Betty Jo Teeter Dobbs C) Patricia Fara D) I. Bernard Cohen

Açık uçlu soru

(Hedef 3) Newton evreni nasıl açıkladı ve bu açıklamanın açık bıraktığı soru neydi? Cevabında Bentley'e yazdığı mektubu, Principia'nın Genel Açıklama'sını ve Voltaire'in karşılaştırmasını kullan; Cohen ile Dobbs'un yaklaşımlarını karşılaştır.

Cevaplar

1. B — Basım giderlerini Edmond Halley karşıladı.
2. A — Sefer Laponya'ya gitti.
3. C — Newton, bir cismin aracı olmadan boşluk üzerinden başka bir cisme etki etmesini saçma buldu.
4. D — Voltaire'e göre Fransız, dolu bıraktığı dünyayı Londra'da boş bulur.
5. B — Bu kitabın yazarı Betty Jo Teeter Dobbs'tur.

Kapsamlı bir cevap, Newton'un yeryüzündeki ve gökyüzündeki hareketleri üç hareket yasası ve evrensel çekim yasasıyla birleştirdiğini, böylece gezegenleri, Ay'ı, kuyrukluyıldızları ve gel-gitleri aynı ilkeyle hesaplanabilir kıldığını açıklar. Bentley'e yazdığı mektubu ve Genel Açıklama'yı, Newton'un çekimin nedenini bilmediğini açıkça kabul ettiğinin ve yasayı, nedeni bilinmese de ölçülebilir bir düzenlilik olarak sunduğunun kanıtı olarak okur. Voltaire'in karşılaştırmasını, bu açık sorunun Kartezyenler ile Newtoncular arasında nasıl bir rekabete dönüştüğünü gösteren bir tanıklık olarak değerlendirir. Güçlü bir yanıt, Cohen'in Newton'un yöntemini öne çıkaran yaklaşımını, Dobbs'un simyayı Newton'un düşüncesinin parçası olarak gören yaklaşımıyla karşılaştırır ve çekimin nasıl iletildiği sorusunun iki yüzyıl açık kaldığını vurgular.

Sonraki bölüme köprü

Bu derste Newton'un, nedenini bilmediği bir kuvvetin yasasını gözlemlerden çıkararak evreni nasıl açıkladığını ve «hipotez kurmuyorum» diyerek kendi yöntemini nasıl savunduğunu gördük. Ama deneyden ve gözlemden yola çıkan, sonuçlarını matematikle ve yeni deneylerle sınayan bu çalışma biçimi, Newton'dan önce de tartışılıyordu. Bir İngiliz devlet adamı, eski kitapların otoritesine değil, doğanın dikkatle toplanmış olgularına dayanan yeni bir bilgi yolu önermişti; Londra'da kurulan bir dernek de, deneylerini tanıklar önünde yapıp kayda geçiriyordu. Sonraki bölüm bunu soruyor: Bilimsel yöntem nasıl doğdu?