Isaac Newton

Isaac Newton (d. 4 Ocak 1643 – ö. 31 Mart 1727), İngiliz fizikçi, matematikçi, astronom, mucit, filozof, ilahiyatçı.

1687’de yayınlanan kitabı Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, klasik mekaniğin temelini atmıştır ve tarihin en önemli bilimsel kitaplarından biri olmuştur. Bu çalışmasında Newton evrensel kütle çekimini ve hareketin üç kanununu ortaya koymuş ve sonraki üç yüzyıl boyunca bu bakış açısı bilim dünyasına egemen olmuştur. Newton dünyadaki nesnelerin hareketleri ile gökyüzündeki nesnelerin aynı doğal yasalar ile yönetildiklerini kendi kütle çekim kanunu ile Kepler’in gezegen hareketleri kanunu arasındaki tutarlılıklar ile göstermiştir. Newton ilk yansıtmalı teleskobu geliştirmiş, beyaz ışığın bir prizmaya tutulduğunda farklı renklerden bir tayf yapması gözlemi sonucu bir renk kuramı oluşturmuştur.

Newton bilim insanları tarafından tarihin en etkili insanlarından biri kabul edilmektedir. 1999'un sonlarında 100 ileri gelen fizikçiyle gerçekleştirilen milenyum oylamasında Newton, tüm zamanların en iyi fizikçileri arasında Albert Einstein'dan sonra 2. sırayı almıştır.

Hayatı

 

Newton'ın Woolsthorpe'da doğduğu çiftlik evi

 

İlk yılları (1642 - 1661)

24 Aralık 1642'de (Gregoryen Takvimine göre 3 Ocak 1643) annesi Hannah'ın doğum sancıları başladı. Gece yarısından bir veya iki saat sonra, Noel sabahında, 25 Aralık 1642 tarihinde (Gregoryen Takvimine göre 4 Ocak 1643) bebek Newton doğdu . İngiltere'nin Grantham şehrinin yakınlarındaki Woolsthorpe’da bir erken doğum sonucu dünyaya geldi. Newton oldukça zayıf bir çocuktu ve hatta ilk günlerinde hayatta kalacağı beklenmiyordu. Babasını doğumundan önce kaybetmişti. Newton 4 yaşındayken annesi başka biri ile evlendi ve yeni kocasının yanına yerleşti. Annesi Newton'u anneannesine bıraktı ve Newton yedi yıl anneannesinin yanında kaldı.

Annesi kocası yedi yıl sonra ölünce, kendisine oldukça yüklü bir miras kalarak geri döndü. 12 yaşında Grantham'da King's School'da (Kralın Okulu) eğitime başladı ve 1661'de bitirdi. Bir dönem annesi onu çiftçi yapmak için okuldan aldı ama Newton çiftlik işlerine hiç ilgi duymuyordu. Annesi Newton'u çiftlik işleri ile uğraşıyor zannederken Newton aslında sürekli gökyüzünü inceliyor, kitaplar okuyor ve notlar alıyordu. Sonunda annesini okula gitmesi ve üniversiteye hazırlanması gerektiğine ikna etti ve okula geri döndü.

19 yaşındayken yerel bir eczacının üvey kızı olan Miss Storey ile nişanlanmış, fakat Newton'ın yoğun dersleri nedeniyle ilişkileri sonlanmıştır. Newton hayatı boyunca hiç evlenmemiştir, başka bir ilişkisi bilinmemektedir ve bu ilişkiyi hep hatırladığı söylenir.

Cambridge'deki yılları (1661-1665)

Newton 1661 yılında Cambridge'de Trinity College'e girdi. Okula "sizar" olarak girmişti, hem okulda çalışıyor hem de okuyordu. Cambridge'de Copernicus ve Kepler'in teorileri göz ardı ediliyor, Galileo'nun çalışmaları tanınmıyordu ve Aristoteles felsefesi hakimdi. Cambridge'deki üç yıl boyunca cebir, geometri ve trigonometri dersleri aldı, Latince ve Antik Yunanca'yı öğrendi. Bu dönemde Galileo ve Kepler'in eserleri ile tanıştı ve oldukça etkilendi. Ayrıca Descartes, Gassendi, Hobbes ve özellikle Boyle'ın felsefi çalışmalarını okudu. Fikirlerini yazdığı Quaestiones Quaedam Philosophicae (Bazı Felsefi Sorular) adlı defterinin başına Latince şu notu düşmüştür: "Plato arkadaşım, Aristoteles arkadaşım, ama en iyi arkadaşım gerçek."

Newton Cambridge'de geçirdiği yıllarda diğer öğrenciler arasında başarılı olarak sıyrılamamıştı ve dahiliğini veba salgını nedeniyle çiftlikte geçirdiği iki yılda göstermişti.

 

Newton'a ilham kaynağı olan elmanın düştüğü ağaç

 

Çiftlikteki çalışmaları (1665-1667)

1665 Ağustos'ta Londra'da başlayan veba salgını nedeniyle Cambridge kapatıldı ve Newton 1667 Mart'a kadar Woolsthorpe'taki çiftlikte kaldı. Çiftlikte geçirdiği bu iki sene oldukça verimliydi ve bu dönemde kütle çekimi üzerinde düşünmeye başladı. Çiftlikteki çalışmalarında diferansiyel ve integralhesaplamalarının temelini attı. Geçmişte alan, yay uzunluğu, tanjant bulma gibi eskiden kullanılan yöntemleri diferansiyel hesaplamayı temel alarak birleştirdi. Çiftlikte karanlık bir odada güneş ışığını bir prizmaya tutarak ışık tayfı oluşturmuş ve beyaz ışığın tek başına bir birim olmadığını fark etmiştir.

Cambridge'e dönüşü (1667-1696)

 

Newton'ın gençlik yıllarında yapılmış portresi

1667'de Newton , üniversite tekrar açılınca Cambridge'e geri döndü ve iki yıl sonra matematik profesörü oldu. Newton yaklaşık 30 yıl Cambridge'de kaldı ve mektuplar yoluyla diğer bilim insanları ile konuşarak tek başına çalışmalarına devam etti. Bu yıllar boyunca en büyük eseri olan Principia kitabını hazırladı ve tamamladı. Işık ile ilgili çiftlikte yaptığı deneyler sonucu mercekli teleskopların kusurlar yarattığını fark etti ve kendisi bir yansıtmalı teleskop geliştirdi. 1668'de bu teleskop ile bilim dünyasının ilgisini çekti ve 1672'de Royal Society'nin üyesi oldu.

    Principia'nın ilk basımı (1687)

 

Principia (1687)

Newton tarihin en önemli bilim eserlerinden biri olan Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri) kitabını Latince yayınladı. Kitapta ispatlar geometri ile yapılmış, evrensel kütle çekimi açıklanmış ve cisimlerin kütleleri ile doğru orantılı, mesafeleri ile ters orantılı birbirlerini çektiklerini açıklamıştır.

Kitap Newton tarafından üç ana bölüme ayrılmıştır. Birinci bölümde Galileo'nun deneylerinden övgü ile söz eder ve Kepler kanunlarını matematiksel olarak ispatlar. Bu bölümde kendi ismi ile anılan Newton hareket yasalarını açıkladı. İkinci bölümde akışkan içindeki hareketleri incelemiştir ve en iyi gemi tasarımı için öneriler koymuştur. Bu bölümde dalgahareketlerini matematiksel incelemesi ilgi çekmiştir.

 

Newton'ın 1689'da yapılmış portresi (Godfrey Kneller)

 

Londra'daki yılları ve ölümü (1696-1727)

 

Newton'ın Westminister Manastırı'nda bulunan mezarı

1696'da Newton'a Kraliyet darphanesinin müdürlüğü teklif edildi ve Newton kabul ederek Londra'ya yerleşti. Bu işini çok ciddiye almıştı ve özellikle sahte paralara karşı büyük bir mücadele başlattı. Newton Londra'daki yaşamı sevmişti ve artık akademik çalışmalar ile çok ilgilenmek istemiyordu. 1703'te Royal Society'nin başına getirildi ve ölümüne kadar bu görevde kaldı. 1705'te şövalyelik unvanı aldı. Newton 31 Mart 1727'de hayatını kaybetti ve Westminister Manastırı'nda gömüldü.

Optics (1704)

1704'te ışık ve renkleri konu alan The Opticks kitabını yayınladı. Kitap Principia'da olduğu gibi Latince değil, İngilizce basılmıştır. Böylece Newton kitabı aracılığıyla daha geniş kitlelere ulaşabilmiştir. Kitapta yansıma ve kırınım hesapları, beyaz ışığın tayfın renklerineayrılması, gözün çalışma yöntemi, merceklerle görüntü oluşumu, gökkuşağının renkleri, yansıma, teleskopunun yapımı gibi konulardan bahseder.

Newton'ın büyük bir eleştirilme ve yadırganma korkusu vardı; bu nedenle buluşlarını ilk düşündükten yıllar sonra yayınladığı düşünülmektedir. Bu yönü bazı bilim insanları ile sert tartışmalara girmesine de neden olmuştur. Leibniz'i kendi fikirlerini çalmak ile suçlamış, ününü ve gücünü kullanarak Leibniz'in kendisini savunmasına engel olmaya çalışmıştır. Başka bir fizikçi Robert Hooke ile çeşitli konularda tartışmaları olmuştur. Newton'ın Principia kitabını yayınlamak için Hooke'ın ölümü beklediği de söylenir çünkü Hooke'ın ölümünden bir sene sonra yayınlamıştır.

Bilimsel yöntemi

Newton, Galileo'nun deneyciliğini örnek almış ve deneyi doğayı araştırmanın ve bilimin tek yöntemi olarak görmüştür. Principia kitabının giriş kısmında bilimin olması gereken amacını şu şekilde belirtmiştir: “Olgulardan doğanın kuvvetlerini keşfetmek, sonra da bu kuvvetler yardımıyla diğer olayları açıklamak." Önce olgular gözlemlenmeli, bu gözlemler sonucu doğanın yasaları keşfedilmeli ve oluşturulan kuram olayları açıklayabilmelidir.

Newton'a göre doğa matematiksel niteliklere sahip bölünemez küçük parçacıklardan yapılmıştır ve doğada her olay bu parçacıkların birleşmesi ve dağılması ile oluşmuştur. Ona göre bilimin amacı deneyler ile birlikte bu olayları matematiksel kuramlar ile genelleştirmektir.

Bilimsel çalışmaları

Matematik

Newton'un matematikte neredeyse her dalda katkıları olmuştur. Özellikle analitik geometride eğrilerin teğetleri (diferansiyel) ve eğrilerin oluşturduğu alanları (integral) hesaplamada yöntemler geliştirmiştir. Bu iki işlemin birbirlerine ters olduğunu bulmuş, eğimler ile ilgili çözümler geliştirmiş ve bunlara akış (fluxion) metotları ismini vermiştir çünkü niceliklerin bir boyuttan diğerine aktığını hayal etmiştir.

Matematikte (a+b)^n ifadesinin üstel seriye açılımını veren genel iki terimli teoremini buldu.

Leibniz ile kalkülüs tartışması

Newton, "akış" yöntemlerini 1666 yılında geliştirmişti ve sadece birkaç matematikçiye özel olarak göstermişti. 1675'te Paris'te Gottfried Wilhelm Leibniz da tamamen bağımsız olarak kendi diferansiyel yöntemini geliştirdi. Leibniz 1684'te kendi yöntemini yayınlayınca, bilim dünyasında bu yöntemi önce kimin bulduğuna dair sert bir tartışma başladı ve 1716'da Leibniz hayatını kaybettikten sonra bile tartışma devam etti. Günümüzde tarihçiler Newton ve Leibniz'in birbirlerinden tamamen habersiz bu yöntemleri geliştirdiklerini düşünüyorlar.

Mekanik

Newton'un bilime en büyük katkısı mekanik alanındadır. Merkezkaç kuvveti yasası ile Kepler yasalarını birlikte ele alarak kütle çekim yasasını ortaya koydu. Newton hareket yasalarıolarak bilinen eylemsizlik ilkesi, kuvvetin kütle ile ivmenin çarpımına eşit olduğunu ifade eden yasa ve etki ile tepkinin eşitliği fiziğin en önemli yasalarındandır.

 

Evrensel kütle çekimi formülü

 

Kütle çekimi

Newton denilince akla ilk kütle çekimi gelir çünkü fizik tarihinde bu fikir bir devrim yaratmıştır. Newton'dan önce Joannes Kepler, gezegenlerin eliptik hareketlerini salt matematiksel olarak açıklamıştı ama gezegenlerin neden yörüngede kaldıklarına dair bir açıklama getirmemişti.

Newton kütle çekimini ilk kez 1665 yılında düşündü ama Principia kitabını 1687 tarihine kadar yayınlamadı.

Newton öncelikle Kepler yasalarının doğru olması durumunda Güneş ve gezegenler arasında bir çekim kuvveti olması gerektiğini düşündü. Bu tür bir kuvvet olması durumunda gezegenlerin Kepler'in tarif ettiği şekilde hareket edeceğini düşündü ve kütle çekiminin matematiksel ifadesini verdi.

Formülleri

Newton mekaniği

Newton mekaniği yakın çevremizdeki hareketleri açıklayan bir bakış açısıdır, atom altı parçacıkları için kuantum mekaniği, galaktik hareketler için ise görelilik kuramları uygulanır. Newton mekaniği büyük yıldız ve gezegenlerin yörüngelerini hesaplarken bazı küçük sapmalara neden olmaktadır fakat dünyadaki küçük cisimler ve mühendislik hesaplamalarında bunlar tamamen göz ardı edilebilecek kadar küçüktür.

Newton hareket yasaları

Newton hareket yasaları olarak bilinen üç yasa şu şekildedir:

1. Hareketli bir cisim dışarıdan bir kuvvete maruz kalmazsa doğrusal hareketini sürdürür.
2. Kütlesi "m" olan bir cisme uygulanan "F" kuvveti ile "a" ivmesi arasında F=ma bağıntısı vardır.
3. Her etkiye karşı ona eşit bir tepki vardır.

Newton'ın hareket yasaları, evrenin bir düzen içinde ve deterministik olduğu sonucuna varmış ve sonrasında felsefeyi oldukça etkilemiştir.

 

Beyaz ışık prizmadan geçtikten sonra tayf oluşturuyor

 

Optik

Newton bir ışık kaynağından çıkan ışığın bir cisme çarpıp aydınlatması olayına farklı bakmış, ışığın hareket ettiğini ve sonlu bir hızı olduğunu düşünmüştür. Mercek ve prizmalar kullanarak bu ışık tayfını tekrar beyaz ışığa çevirmeyi de başarmıştır.

Newton karanlık bir odada küçük bir delikten gelen güneş ışığını bir prizmadan geçirerek bir renk tayfı oluşturmuş ve gökkuşaklarının nasıl oluştuğunu açıklamıştır.