Enerjinin korunumu yasasına göre, enerji kaybolmaz yalnızca biçim değiştirir. Ama 1840’larda bilim insanlarının, enerjinin ne olduğu konusunda muğlak bir fikre sahipti. Bir İngiliz bira imalatçısının oğlu olan James Prescott Joule; ısının, mekanik hareketin ve elektriğin birbirine dönüşebilir enerji biçimleri olduğunu ve biri diğerine dönüştüğünde toplam enerjinin aynı kaldığını gösterdi.
Joule’un deneyinde düşen bir ağırlık, bir kova suyun içinde dönen bir pedalı hareket ettirdi. Hareketin enerjisi ısıya dönüştü.
Enerjiyi Dönüştürmek
Joule deneylerine evdeki bir laboratuvarda başladı. 1841’de bir elektrik akımının ne kadar ısı ürettiğini buldu.
Mekanik hareketi ısıya dönüştürme deneyleri yaptı ve düşen bir ağırlığın sudaki bir çarkı döndürüp suyu ısıttığı bir deney geliştirdi. Joule sudaki sıcaklık artışını ölçerek, belli bir miktarda mekanik işin yaratacağı ısının tam miktarını çıkarabildi. Bu dönüşümde enerjinin hiç kaybolmadığını iddia etti.
1847’de Alman fizikçi Hermann von Helmholtz enerjinin korunumu teorisini özetleyen bir tebliğ yayımlayana kadar Joule’un düşünceleri büyük ölçüde göz ardı edildi; ancak ondan sonra çalışmalarını Oxford’taki British Association’a sundu. Standart enerji birimi joule, adını ondan alır.
Isı ve Enerji Hakkında Tarihsel Görüşler
1749 – Fransız matematikçi Emilie du Chatelet, Newton’ın yasalarından enerjinin korunumu yasasını türetir.
1824 – Fransız mühendis Sadi Carnot doğada tersinir süreçler olmadığını söyleyerek, termodinamiğin ikinci yasasının yolunu döşer.
1834 – Fransız fizikçi Benoit Paul Emile Clapeyron, Carnot’nun çalışmasının geliştirip, termodinamiğin ikinci yasasının bir versiyonunu ifade eder.
1850 – Alman fizikçi Rudolf Clausius, termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının ilk berrak ifadesini verir.
1854 – İskoç mühendis William John Macquorn Rankine, enerjinin dönüşümüne daha sonra entropi (bir düzensizlik ölçüsü) denilen kavramı ekler.
17. yüzyılda bilim insanları ışığı sonlu ve ölçülebilir bir hızının olup olmadığını araştırmaya başladı. 1690’da Christiaan Huygens ışığı bir boyuna dalga gibi düşündü ve dalganın, camda ya da suda, havada olduğundan daha yavaş yol alacağını öngördü. 1704’te Isaac Newton, bir “tanecik” ya da parçacık akımı olarak ışık teorisini yayınladı. Newton’ın kırılmaya – bir ışık demetinin bir saydam malzemeden diğerine geçerken bükülmesi – ilişkin açıklaması, ışığın havadan suya geçerken daha hızlı yol aldığını varsaydı.
Işığın hızına ilişkin hesaplar, ışığın uzayda ne kadar hızlı yol aldığını gösteren astronomik olgulara dayanmaktaydı. İlk karasal ölçüm 1849’da Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau tarafından gerçekleştirildi. Dönen bir dişli çarkın bir diş aralığına bir ışık demeti tutuldu. Sonra bu ışık 8 km uzağa konulan bir aynayla yansıtıldı ve tekrar çarkın bir sonraki diş aralığından geçirildi. Zaman ve mesafeyle birlikte, bunun gerçekleşmesini olanaklı kılan dönüşün kesin hızını da alan Fizeau, ışığın hızını 313.000 km/sn olarak hesapladı.
Newton’la Çelişmek
1850’de Fizeau, fizikçi arkadaşı Leon Foucault ile işbirliği yaptı; Foucault ışık demetini çark dişlisinden geçirmek yerine dönen bir aynadan yansıtarak Fizeau’un aygıtını uyarladı ve daha küçülttü. Dönen aynaya çevrilen ışık, yalnızca döner ayna doğru açıda olduğunda uzak aynaya yansıyacaktı. Sabit aynadan dönen ışık döner ayna tarafından tekrar yansıtılıyordu; ama ışık yol alırken bu ayna hareket ettiği için, tekrar doğrudan kaynağa yansımıyordu.
Foucault’nun deneyinde, bir ışık demeti döner bir aynadan sabit aynaya ve sabit aynadan tekrar döner aynaya yansıtılırken oluşan açı farkından ışığın hızı ölçüldü.
Işığın hızı, ışığın döner aynaya gidişi ile gelişi arasındaki açıdan ve aynanın dönüş hızından yola çıkılarak hesaplanabilirdi.
Işığın sudaki hızı, aygıtta döner ayna ile sabit ayna arasına bir su tüpü koyarak ölçülebilirdi. Bu aygıtı kullanan Foucault ışığın suda daha yavaş yol aldığını saptadı. Ona göre, bu haliyle ışık bir parçacık olamazdı ve bu deney, o sırada Newton’ın tanecik teorisinin çürütülmesi olarak görüldü. Foucault aygıtını daha da geliştirdi ve 1862’de ışığın havadaki hızını 298.000 km/sn olarak ölçtü; bugünün 299.792 km/sn’lik değerine çok yakın.
Leon Foucault Kimdir?
Paris’te doğan Leon Foucault, bakteriyolog Alfred François Donne’den ders aldığı tıp okuluna girmeden önce esas olarak evde eğitim gördü. Kan görmeye tahammül edemediği için Foucault çok geçmeden okulu bıraktı, Donne’nin laboratuvar asistanı oldu ve mikroskopla fotoğraf çekmenin bir yolunu buldu. Daha sonra Hippolyte Fizeau ile birlikte çalışıp, Güneş’in ilk fotoğrafını çekti.
Foucault ışığın hızını ölçmenin yanı sıra, 1851’de bir sarkaç ve daha sonra bir jiroskop kullanarak Yer’in dönüşünün deneysel kanıtlarını göstermeklede ünlüdür. Resmi bilim eğitimi almamış olmasına rağmen, Paris’te İmparatorluk Gözlemevi’nde Foucault’a bir kürsü ayrıldı. Birçok bilim derneğine de üye oldu ve Eyfel Kulesi’nde adı yazılı 72 Fransız bilim insanından biridir.
Önemli Eserleri:
1851 – Demonstration of Physical Movement of Rotation of the Earth by Means of the Pendulum 1853 – On the Relative Velocities of the Light in Air and in Water
Işığın Hızı Hakkında Tarihsel Gelişmeler
1676 – Ole Rømer, Jüpiter’in uydusu Io’nun tutulmalarını kullanarak ışık hızının ilk başarılı ölçümünü yapar.
1690 – Christiaan Huygens, ışığın bir tip dalga olduğunu öne süren Treatise on Light’ı yayınlar.
1704 – Isaac Newton’ın Opticks’i ışığın bir “tanecikler” akımı olduğunu öne sürer.
1864 – James Clerk Maxwell, elektromanyetik dalgalann hızı ışığın hızına o kadar yakındır ki, ışık bir elektromanyetik dalga biçimi olması gerektiğini anlar.
1879-83 – Almanya doğumlu ABD’li fizikçi Albert Abraham Michelson, Foucault’nun yöntemini geliştirir ve bugünün değerine çok yakın bir ışık hızı elde eder.
Canlı dünya ile cansız dünya arasındaki iç ilişkilerin incelenmesi, yani ekoloji olarak bilinen çalışmalar, ancak son 150 yılda titiz ve yöntemli bir bilimsel araştırma konusu oldu. “Ekoloji” terimi 1866’da Alman evrim biyologu Ernst Haeckel tarafından icat edildi ve Yunanca ev ya da mesken anlamına gelen oikos sözcüğü ile inceleme ya da söylem anlamına gelen logos sözcüğünden türer. Ama modern ekolojik düşüncenin öncüsü olarak, Alman bilgin Alexander von Humboldt kabul edilir. Kapsamlı keşif gezileriyle ve yazılarıyla Humboldt yeni bir bilim yaklaşımı geliştirdi. Bütün fiziksel bilimleri birbiriyle ilişkilendirerek ve en son bilimsel donanımı, ayrıntılı gözlemleri ve eşi görülmemiş ölçekte titiz veri analizleri kullanarak doğayı birleşik bir bütün şeklinde anlamaya çalıştı.
Timsahın Dişleri
Humboldt’un holistik yaklaşımı yeni olmasına rağmen, ekoloji kavramı, MÖ 5. yüzyılda Herodotos gibi eski Yunan yazarların ilk doğa tarihi araştırmalarından gelişti.
Mutualizm olarak bilinen karşılıklı bağımlılığa ilişkin ilk anlatımların birinde Herodotos, Mısır’da Nil kıyısında ağızlarını açıp kuşların dişlerini temizlemesine izin veren timsahları tarif eder.
Bir yüzyıl sonra, Yunan filozof Aristoteles ve öğrencisi Theophrastus’un türlerin göçü, dağılımı ve davranışı üzerine gözlemleri, ekolojik niş – doğada bir türün yaşam tarzını şekillendiren ve o yaşam tarzı tarafından şekillendirilen tikel yer – kavramının erken bir versiyonunu verdi. Theophrastus bitkiler üzerine kapsamlı araştırmalar yapıp yazılar yazdı; bitkilerin yetişmesi ve dağılımı bakımından iklimin ve toprağın önemini fark etti. Onların düşünceleri sonraki 2000 yıl boyunca doğa felsefesini etkiledi.
Doğanın Birleştirici Kuvvetleri
Humboldt’un doğa yaklaşımı, geç 18. yüzyılda, bir bütün olarak dünyayı anlamada duyuların, gözlemin ve deneyimin değerini vurgulayarak rasyonalizme tepki gösteren Romantik geleneği izledi. Çağdaşı şairler Johann Wolfgang von Goethe ve Friedrich Schiller gibi Humboldt da, doğanın – doğa felsefesinin ve insan bilimlerinin – birliği (Almancada Gestalt) düşüncesini destekledi. Araştırmaları anatomi ve astronomiden; mineralojiye ve botaniğe, ticarete ve dilbilime kadar uzandı ve doğal dünyayı Avrupa sınırlarının ötesinde araştırması için gerekli bilgi derinliğiyle donandı.
Humboldt’un dediği gibi, “-Egzotik bitkilerin, bir herbaryumdaki kuru türlerin bile, görüntüsü imgelemimi ateşledi ve güney ülkelerindeki tropikal bitki örtüsünü kendi gözlerimle görmeye can attım.” Fransız botanikçi Aime Bonpland’la birlikle Latin Amerika’da yaptığı beş yıllık araştırmalar, en önemli keşif gezisiydi. Haziran 1799’da yola çıkarken şunu ilan etti: “-Bitki ve fosil toplayacağım, en iyi aletlerle astronomi gözlemleri yapacağım. Yine de yolculuğumun ana amacı bu değildir. Doğa güçlerinin nasıl davrandığını, coğrafi çevrenin hayvanları ve bitkileri ne şekilde etkilediğini keşfetmeye çalışacağım. Kısaca, doğadaki uyumu ortaya çıkarmalıyım.”Tam da bunu yaptı.
Humboldt diğer birçok projenin yanı sıra, okyanus suyu sıcaklığını ölçtü ve küresel çevreyi, özellikle iklimi nitelendirmenin ve haritalandırmanın, ardından çeşitli ülkelerdeki iklimsel koşulları karşılaştırmanın bir aracı olarak, eşdeğer çizgileri ya da izotermal çizgileri kullanıp eşit sıcaklık noktalarını birleştirmeyi önerdi.
Humboldt fiziksel koşulların iklim, yükseklik, enlem ve toprak gibi yaşam dağılımını nasıl etkilediğini inceleyen ilk bilim insanlarından biriydi de. Bonpland’ın yardımıyla, And Dağlarında yüksek rakımlar ile deniz seviyesi arasında flora ve fauna değişikliklerinin haritasını çıkardı. 1805’te; Amerika’dan döndükten sonraki yıl, bu alanın coğrafyası üzerine şimdi ünlenen çalışmasını yayımladı; burada doğanın iç bağlantılarını özetliyor ve yüksekliğe bağlı bitki örtüsü kuşaklarını gösteriyordu. Yıllar sonra, 1851’de; And Dağlarındaki kuşakları Alp Dağları, Pireneler, Lapland, Tenerife ve Himalaya Dağlarındaki kuşaklarla karşılaştırarak küresel bir uygulamayı gösterdi.
Ekolojiyi Tanımlama
Haeckel de “ekoloji” sözcüğünü icat ettiğinde, bir canlı ve cansız dünya Gestalt’ı (birliği) görme geleneğine uyuyordu. Coşkulu bir evrimci olan Haeckel, 1859’da Türlerin Kökeni Üzerine’yi yayımlayarak değişmez bir dünya olarak Yer fikrini kovan Charles Darwin’den esinlendi. Doğal seçilimin rolünü sorguladı, ama hem evrimde hem ekolojide çevrenin önemli bir rol oynadığına inandı.
19. yüzyılın sonuna gelindiğinde, ilk ekoloji ders kitabı Plantesamfund’u (Bitki Ekolojisi) 1895’te yayımlayan Danimarkalı botanikçi Eugenius Warming, üniversitede ekoloji dersi veriyordu. Humboldt’un öncü çalışmalarından yola çıkan Warming, bitki dağılımının biyom olarak bilinen, büyük ölçüde bitkilerin çevreyle, özellikle iklimle etkileşimine dayanan küresel coğrafi altbölümlerini geliştirdi. (Tropikal yağmur ormanları biyomu gibi.)
Bireyler ve Topluluk
20. yüzyılın başında modern ekoloji tanımı, organizmaların dağılımını ve çokluğunu belirleyen etkileşimlerin bilimsel incelenmesi olarak gelişti. Bu etkileşimler, bir organizmanın onu etkileyen bütün faktörleri – hem biyotik (canlı organizmalar) hem abiyotik (toprak, su, hava, sıcaklık ve günışığı gibi cansız faktörler) – kuşatan çevresini kapsar. Modern ekolojinin kapsamı bireysel organizmadan aynı türden bireylerin oluşturduğu popülasyonlara ve tikel bir çevreyi paylaşan popülasyonlardan oluşan topluluğa kadar uzanır.
Ekolojinin temel terim ve kavramlarının çoğu, yirminci yüzyılın ilk birkaç on yılında öncü ekologların çalışmalarına dayanır. Biyolojik topluluk kavramını ilk kez 1916’da Amerikalı botanikçi Frederic Clements geliştirdi. Verili bir alandaki bitkilerin zaman içinde öncü bir ilk topluluktan optimal bir doruk topluluğa uzanan bir topluluk silsilesi geliştirdiğine inanmaktaydı; doruk topluluk içinde farklı türlerin ardışık toplulukları birbirlerine uyum gösterip, bir vücudun organlarına benzer, sıkı sıkıya bütünleşik ve birbirine bağımlı bir birim oluşturur. Clements’in “karmaşık bir organizma” olarak topluluk metaforu başlangıçta eleştirildi, ama daha sonraki düşünceyi etkiledi.
Topluluktan daha yüksek düzeyde ekolojik bütünleşme düşüncesi 1935’te, İngiliz botanikçi Arthur Tansley’in geliştirdiği ekosistem kavramıyla sunuldu. Bir ekosistem hem canlı hem cansız ögelerden oluşur. Bu ögelerin etkileşimi, çevreden canlı kısma sürekli bir enerji akışı olan istikrarlı bir birim oluşturur ve bir su birikintisinden okyanusa ya da bütün gezegene kadar her ölçekte etkili olabilir.
İngiliz zoolog Charles Sutherland Elton’ın hayvan topluluklarını incelemesi, 1927’de, daha sonra “besin ağı” olarak bilinen besin zinciri ve besin döngüsü kavramını geliştirmesine yol açtı. Bir besin zinciri, bir ekosistem aracılığıyla birincil üreticilerden (karadaki yeşil bitkiler gibi) bir dizi tüketici organizmaya enerji aktarımıyla oluşur. Elton belirli organizma gruplarının besin zincirinde bir süre belli nişleri işgal ettiğini de anladı. Elton’ın nişleri yalnızca habitatları değil işgalci organizmaların geçinmek için bağımlı oldukları kaynakları da kapsar. Besin zinciri basamağıyla enerji aktarımının dinamiği, Amerikalı ekologlar Raymond Lindeman ve Robert H. MacArthur tarafından incelendi; bu ekologların matematiksel modelleri, ekolojinin öncelikli olarak betimleyici bir bilimden deneysel bir bilime dönüşmesine yardımcı oldu.
Yeşil Hareket
1960 ve 1970’lerde ekolojiye popüler ve bilimsel ilgide bir patlama, Amerikalı deniz biyoloğu Rachel Carson gibi güçlü savunucuların verdiği güçle çevreci hareketin gelişmesine yol açtı. Carson’ın 1962’de çıkardığı kitabı Sessiz Bahar, haşere ilacı DDT gibi insan yapımı kimyasalların çevre üzerindeki zararlı etkilerini belgeledi.
1968’de Apollo 8 astronotlarının uzaydan çektiği ilk Yer fotoğrafı, gezegenin kırılganlığı konusunda kamusal farkındalık yarattı.
1969’da, “Yer’in bütün çeşitliliğiyle yaşamı besleme yeteneğini güvenceye alma” misyonuyla Dünya Dostları ve Greenpeace örgütleri kuruldu.
Çevresel koruma, temiz ve yenilenebilir enerji, organik gıdalar, geri dönüşüm ve sürdürülebilirlik hem Kuzey Amerika’da hem Avrupa’da siyasal gündem maddeleriydi ve ekoloji bilimi temelinde ulusal koruma ajansları kuruldu. Son on yıllar, küresel iklim değişikliği ve bunun çevre ve birçoğu zaten insan faaliyetinin tehdidi altında olan mevcut ekosistemler üzerindeki etkisi konusunda artan bir kaygıya tanık oldu.
Alexander von Humboldt Kimdir?
Berlin’de zengin ve çevresi geniş bir ailede doğan Humboldt, Frankfurt Üniversitesinde maliye, Göttingen’de doğa tarihi ve dilbilim, Hamburg’da dil ve ticaret, Freiburg’da jeoloji ve Jena’da anatomi okudu. 1796’da annesinin ölümüyle, 1799’dan 1804’e kadar botanikçi Aime Bonpland ile birlikte Amerika’ya bir keşif gezisi için gerekli mali kaynağa kavuştu. En son bilimsel donanımı kullanan Humboldt bitkilerden nüfus istatistiklerine ve minerallerden meteorolojiye kadar her şeyi ölçtü. Amerika’dan dönünce Humboldt Avrupa’nın her tarafında ağırlandı.
Paris’e üslendi; verilerini işleyip 30 cilt halinde yayımlaması 21 yıl aldı; sonra düşüncelerini, Kosmos başlıklı dört cilt halinde sentezledi. Beşinci cilt, 89 yaşında Berlin’de öldükten sonra tamamlandı. Darwin ona “şimdiye kadar yaşamış en büyük bilim gezgini” dedi.
Önemli Eserleri:
1825 – Personal Narrative of a Journey to the Equinoctial Regions of the New Continent
1845 – 1862 – Kosmos
Biyoloji Hakkında Tarihsel Gelişmeler
MÖ 5. – 4. yüzyıl – Eski Yunan yazarlar; bitkiler, hayvanlar ve çevreleri arasındaki iç ilişkiler ağını gözlemler.
1866 – Ernst Haeckel, “ekoloji” sözcüğünü icat eder.
1895 – Eugenius Warming, ekoloji üzerine ilk üniversite ders kitabını yayımlar.
1935 – Alfred Tansley “ekosistem” sözcüğünü icat eder.
1962 – Rachel Carson; haşere ilaçlarının tehlikeleri uyarısında bulunur.
1969 – Dünya Dostları ve Greenpeace kurulur.
1972 – James Lovelock’un Gaia hipotezi Yer’i tek bir organizma olarak sunar.
İngiliz bilim insanı Michael Faraday’ın hem elektrik motorunun hem elektrik jeneratörünün ilkelerini keşfetmesi, modern dünyayı dönüştüren ve elektrik ampulünden telekomünikasyon araçlarına kadar her şeyi getiren elektrik devriminin yolunu açtı. Faraday’ın kendisi de yaptığı keşiflerin değerinin – devlete sağlayabileceği vergi gelirinin – farkındaydı.
1821’de Faraday, Hans Christian Orsted’in elektrik ile manyetizma arasındaki bağlantıyı keşfinden haberdar olduktan birkaç ay sonra, bir mıknatısın bir elektrik telinin etrafında ve bir elektrik telinin de bir mıknatısın etrafında nasıl dolaştığını gösterdi. Elektrik teli kendi etrafında dairesel bir manyetik alan üretir; bu manyetik alan da, mıknatıs üzerinde bir teğetsel kuvvet yaratıp dairesel bir hareket üretir. Elektrik motorunun arkasındaki ilke budur. Akımın yönü ve dolayısıyla teldeki manyetik alanın yönü almaşıklaştırılarak bir dönme hareketi başlatılır.
Faraday’ın elektromanyetik indüksiyonu gösteren aygıtında bir elektrik akımı, büyük bobinin içine girip çıkan küçük manyetik bobinden akarak bir elektrik akımını indükler.
Elektrik Üretmek
On yıl sonra Faraday daha da önemli bir keşif yaptı. Devinen bir manyetik alanın bir elektrik akımı yaratabildiğini ya da “indükleyebildiğini”. Bu keşif ABD’li fizikçi Joseph Henry’nin de aşağı yukarı aynı zamanda Faraday’dan bağımsız yaptığı her türlü elektrik üretmenin temelidir. Elektromanyetik indüksiyon, dönen bir türbindeki kinetik enerjiyi elektrik akımına çevirir.
Elektrik Hakkında Tarihsel Gelişmeler
1800 – Alessandro Volta ilk elektrik bataryasını icat eder.
1820 – Hans Christian Orsted elektriğin manyetik bir alan ürettiğini keşfeder.
1820 – Andre Marie Ampere matematiksel bir elektromanyetizma teorisi formüle eder.
1830 – Joseph Henry ilk güçlü elektro mıknatısı yaratır.
1845 – Faraday ışık ile elektromanyetizma arasındaki bağlantıyı gösterir.
1878 – Sigmund Schuckert’in tasarladığı ilk buharlı elektrik santrali, Almanya’da Bavyera’daki Linderhof Sarayı için elektrik üretir.
1882 – ABD’li mucit Thomas Edison, New York City’de, Manhattan’da elektrikle aydınlatma için bir elektrik santrali kurar.
Bütün kuvvetlerin ve maddenin temelinde yatan birliği keşfetme arayışı, bilimin kendisi kadar eskidir; ama ilk büyük atılım 1820’de, Danimarkalı filozof Hans Christian Orsted manyetizma ile elektrik arasında bir bağlantı bulunca geldi. Bu bağlantıyı onun aklına, 1801’de tanıştığı Alman kimyacı ve fizikçi Johann Wilhelm Ritter getirmişti. Doğada birlik olduğunu söyleyen filozof Immanuel Kant’ın düşüncesinden de etkilenen Orsted, bu olasılığı ciddiyetle araştırmaya koyuldu.
Tesadüfen Keşif
Kopenhag Üniversitesinde ders veren Orsted, bir Volta pilindeki (Alessandro Volta’nın 1800’de icat ettiği batarya) elektrik akımının bir teli ısıtıp akkor hale getirebildiğini öğrencilerine göstermek istedi. Telin yakınında duran bir pusula ibresinin, elektrik akımının açıldığı her seferinde hareket ettiğini fark etti. Bu, elektrik ile manyetizma arasındaki bağlantının ilk kanıtıydı.
Daha sonra yaptığı çalışmalar onu, elektrik akımının telin içinden akarken etrafında dairesel bir manyetik alan yarattığına inandırdı. Orsted’in keşfi, Avrupa’nın her tarafında bilim insanlarını elektromanyetizmayı araştırmaya teşvik etti. O yılın sonuna doğru Fransız fizikçi Andre Marie Ampere bu yeni bulgu için matematiksel bir teori formüle etti ve 1821’de Michael Faraday, elektromanyetik kuvvetin elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirebildiğini gösterdi.
Elektriğin Etkileri Hakkında Tarihsel Gelişmeler
1600 – William Gilbert elektrik ve manyetizma konusunda ilk bilimsel deneyleri gerçekleştirir.
1800 – Alessandro Volta ilk elektrik pilini yaratır.
1820 – Andre Marie Ampere matematiksel bir elektromanyetizma teorisi geliştirir.
1821 – Michael Faraday ilk elektrik motorunu yaratarak elektromanyetik dönmeyi pratik olarak gösterir.
1831 – Faraday ve ABD’li bilim insanı Joseph Henry birbirinden bağımsız olarak elektromanyetik indüksiyonu keşfeder.
1864 – James Clerk Maxwell elektromanyetik dalgaları – ışık dalgaları da dahil – tarif etmek için bir denklem kümesi formüle eder.
1809’da Fransız doğa bilimci Jean-Baptiste Lamarck, Yeryüzünde yaşamın zaman içinde evrildiğini söyleyen ilk büyük teoriyi sundu. Teorisinin itici gücü, bugün yaşayanlardan farklı yaratıkların fosillerinin bulunmasıydı. 1796’da Fransız doğa bilimci Georges Cuvier, fosilleşmiş filinkine benzeyen kemiklerin modem fillerin kemiklerinden anatomik olarak bariz ölçede farklı olduğunu, şimdi mamut ve mastodon denilen soyu tükenmiş yaratıklara ait olması gerektiğini göstermişti.
Cuvier geçmişin yok olmuş yaratıklarını felaket kurbanları olarak açıkladı. Lamarck bu düşünceye karşı çıktı ve yaşamın zaman içinde tedricen ve sürekli “değişime” ya da evrime uğradığını, en basit yaşam formlarından en karmaşık yaşam formlarına geliştiğini savundu. Ona göre çevrede meydana gelen bir değişim, bir organizmanın özelliklerinde bir değişimi kamçılayabilirdi. Sonra bu değişimler üremeyle aktarılabilirdi. Yararlı olan özellikler daha fazla gelişir; yararlı olmayanlar kaybolabilirdi.
Lamarck özelliklerin bir yaratığın yaşadığı sürede edinildiğine ve aktarıldığına inanıyordu. Daha sora Charles Darwin, gebelikte mutasyonlar varlığını sürdürüp doğal seçilimle aktarıldığı için değişimlerin gerçekleştiğini gösterdi ve “edinilmiş özellikler” düşüncesiyle dalga geçildi. Ama son zamanlarda bilim insanları, çevrenin – kimyasallar, ışık, ısı ve yiyecekler – genleri ve genlerin dışa vurumunu gerçekten değiştirebildiğini öne sürmektedir.
Kalıtım Hakkında Tarihsel Düşünceler
1495 – Leonardo da Vinci, fosillerin eski yaşamın kalıntıları olduğunu öne sürer.
1796 – Georges Cuvier, fosil kemiklerin soyu tükenmiş mastodonlara ait olduğunu kanıtlar.
1799 – William Smith farklı dönemlere ait kayaç tabakalarında fosil dizilişini gösterir.
1858 – Charles Darwin, doğal seçilimle evrim teorisini tanıtır.
1942 – “Modern sentez” yeni türlerin nasıl doğduğunu açıklama çabasıyla Gregor Mendel’in genetiğini Darwin’in doğal seçilimiyle, paleontolojiyle ve ekolojiyle uzlaştırır.
2005 – Eva Jablonka ve Marion Lomb, genetik olmayan, çevresel ve davranışsal değişimlerin evrimi etkileyebildiğini iddia eder.
18. yüzyılın sonuna doğru bilim insanları dünyanın bir dizi temel maddeden ya da kimyasal elementten oluştuğunu anlamaya başlamıştı. Ama hiç kimse bir elementin ne olduğundan emin değildi. İngiliz meteorolog John Dalton hava durumuna ilişkin incelemelerinde, her elementin kendine özgü benzersiz, özdeş atomlardan oluştuğunu ve bir elementi ayırt eden ve tanımlayan şeyin bu özel atom olduğunu gördü. Dalton kimyanın temelini attı. Atom düşüncesinin tarihi eski Yunanistan’a kadar geri gider; ama hep bütün atomların özdeş oldukları varsayılmıştı. Dalton’ın farkı, her elementin farklı atomlardan oluştuğunu anlamış olmasıydı. O zaman bilinen elementleri – hidrojen, oksijen ve nitrojen dahil – oluşturan atomları “katı, tek parça halinde, sert, içine girilmez, hareketli parçacıklar” olarak tarif etti.
– Elementler birbirleriyle birleşip sabit oranlı bileşikler oluşturur. – Bu sabit oranlar her bir elementin atomlarının göreli ağırlığına bağlı olmalıdır. – Bu nedenle bir elementin atom ağırlığı, bir bileşiğe giren her elementin ağırlığından hesaplanabilir. – Elementler tablosu nihai parçacıkların ağırlığını temel alır.
Dalton’ın düşünceleri, havanın su emme miktarını hava basıncının nasıl belirlediğini araştırırken ortaya çıktı. Havanın farklı gazların bir karışımı olduğuna inanmaya başladı. Deney yaparken, verili miktarda saf oksijenin aynı miktarda saf nitrojenden daha az su buharı tuttuğunu gözlemledi ve bundan, oksijen atomlarının nitrojen atomlarından daha büyük ve daha ağır olduğu sonucunu çıkardı.
Ağırlık Önemlidir
Dalton farklı elementlerin atomlarının ağırlıklarına göre ayırt edilebileceğini anladı. İki ya da daha fazla elementin atomlarının ya da “nihai parçacıklarının” birleşip çok basit oranlı bileşikler oluşturduklarını gördü ve bu şekilde, bir bileşiğe giren her elementin ağırlığıyla her atomun ağırlığını çıkarabilirdi. Çok hızlı bir biçimde o zaman bilinen her elementin atom ağırlığını ortaya çıkardı.
Dalton’a göre hidrojen en hafif gazdı, bu nedenle onun atom ağırlığını 1 olarak belirledi. Suda hidrojenle birleşen oksijenin ağırlığından ötürü, oksijenin atom ağırlığını 7 olarak belirledi. Ne var ki, Dalton’un yönteminde bir kusur vardı; çünkü aynı elementin atomlarının birleşebileceğini fark etmedi. Bir atom bileşiğinde – bir molekülde – her elementten yalnızca bir atom olduğunu varsaydı. Ama Dalton’un çalışması bilim insanlarını doğru yola sokmuştu ve on yıl içinde İtalyan fizikçi Amedeo Avogadro bir moleküler oran sistemi geliştirip, atom ağırlıklarını doğru bir biçimde hesapladı. Yine de Dalton’un teorisinin temel düşüncesinin – her elementin kendine özgür benzersiz büyüklükte atomları olduğu düşüncesi – doğru olduğu anlaşıldı.
Dalton’nun tablosu farklı elementlerin simgelerini ve atom ağırlıklarını gösterir. Dalton, meteoroloji üzerinden, hava ve su parçacıklarının neden birbirine karışabildiğini kendine sorarak atom teorisine ulaştı.
John Dalton Kimdir?
İngiltere’de Lake District’te 1766’da Quaker bir ailede doğan John Dalton, 15 yaşından itibaren düzenli hava durumu gözlemleri yaptı. Bunlar birçok önemli içgörü edinmesini sağladı (atmosfer neminin hava soğuyunca yağmura dönüştüğünü görmesi gibi). Dalton meteorolojik araştırmaları dışında, kardeşiyle paylaştıkları bir durumdan da büyülendi: renk körlüğü. Bu konuyla ilgili bilimsel tebliği, 1817’de başkanlığına seçildiği Manchester Edebiyat ve Felsefe Derneğine kabul edilmesini sağladı. Bu dernek için, atom teorisiyle ilgili olanlar da dahil yüzlerce bilimsel yazı yazdı. Atom teorisi hızla kabul gördü ve Dalton sağlığında bir şöhret oldu. 1844’te Manchester’da cenaze törenine 40.000’den fazla kişi katıldı.
Önemli Eserleri: 1805 – Experimental Enquiry into the Proportion of the Several Gases or Elastic Fluids, Constituting the Atmosphere (Atmosferi Oluşturan Çeşitli Gazların ya da Elastik Sıvıların Oranları Üzerine Deneysel İnceleme) 1808 – 1827 – New System of Chemical Philosophy (Yeni Kimya Felsefesi Sistemi)
Elementler Hakkında Tarihsel Gelişmeler
MS yaklaşık 400 – Demokritos, dünyanın bölünmez parçacıklardan oluştuğunu öne sürer.
MS 8. yüzyıl – İranlı bilgin Cabir bin Hayyan elementleri metal olanlar ve olmayanlar şeklinde sınıflandırır.
1794 – Joseph Proust; bileşiklerin, her zaman aynı oranda birleşen elementlerden oluştuğunu gösterir.
1811 – Amedeo Avogadro, eşit miktarda farklı gazın eşit sayıda molekül içerdiğini gösterir.
1869 – Dimitri Mendeleyev, elementleri atom ağırlıklarına göre sergileyen bir periyodik tablo çizer.
1897 – Joseph John Thomson elektronu keşfederek, olası en küçük parçacığın atom olmadığını gösterir.
1770’lerde Felemenkli bilim insanı Jan Ingenhousz, daha önceki bilim insanlarının belirttiği gibi, bitkilerin neden ağırlaştığını keşfetmeye koyuldu. İngiltere’ye gidip araştırmasını Bowood House’ta – Joseph Priestley’in 1774’te oksijeni keşfettiği yer – yapıyordu ve fotosentezin anahtarlarını – günışığı ve oksijen – bulmak üzereydi.
Kabarcık Çıkaran Otlar
Ingenhousz bitkilerin suda gaz kabarcıkları çıkardığını okumuştu; ama kabarcıkların kesin bileşimi ve kökeni belli değildi. Bir dizi deneyde günışığındaki yaprakların karanlıktaki yapraklardan daha fazla kabarcık çıkardığını gördü. Yalnızca günışığında çıkan gazı topladı ve akkor halinde bir kıymığı alevlendirdiğini gördü – bu oksijendi. Bitkilerin karanlıkta çıkardığı gaz bir alevi söndürüyordu – bu da karbondioksitti.
Geceleyin su otu kabarcıkları solunumu gösterir; çünkü bitkiler oksijen alıp karbondioksit vererek glikozu enerjiye dönüştürür.
Ingenhousz bitkilerin, içinde büyüdükleri toprağın ağırlığı fazla değişmeden ağırlık kazandıklarını biliyordu. 1779’da, atmosferle gaz alışverişinin, özellikle karbondioksit emilmesinin, bir bitkinin artan organik maddesinin en azından kısmen kaynağı olduğu sonucuna vardı – yani, ekstra kütlesi havadan geliyordu. Şimdi bildiğimiz gibi, bitkiler fotosentezle beslenir – bitkilerin emdiği karbondioksit ve suyun tepkimesiyle güneşten alınan enerji glikoza çevrilir ve atık olarak oksijen dışarı verilir. Sonuç olarak bitkiler hem yaşam için vazgeçilmez olan oksijen verir, hem enerji verir. Bitkiler, solunum denilen tersine bir süreçle, gece ve gündüz besin olarak glikoz kullanır ve karbondioksit verir.
Bitkiler Hakkında Tarihsel Gelişmeler
1640’lar – Felemenkli kimyacı Jan Baptista van Helmont’ın çıkarımına göre, bir saksı ağacı topraktan su emerek ağırlık kazanır.
1699 – İngiliz doğa bilimci John Woodward bitkilerin suyu hem aldığını hem verdiğini, bu nedenle büyümelerinin başka bir madde kaynağına gerek duyduğunu gösterir.
1754 – İsviçreli doğa bilimci Charles Bonnet bitki yapraklarının su altında aydınlatılınca hava kabarcıkları çıkardığını fark eder.
1796 – İsviçreli botanikçi Jean Senebier, bitkilerde yeşil yaprakların oksijen verip karbondioksit emdiğini gösterir.
1882 – Alman bilim insanı Theodor Engelmann, bitki hücrelerinde oksijen yapan bölümler olarak kloroplastları gösterir.
Fransız kimyacı Antoine Lavoisier, özellikle oksijene adını vererek ve yanmadaki rolünü ölçerek bilime yeni bir kesinlik düzeyi getirdi. Yanma sırasında gerçekleşen kimyasal tepkimelerde dikkatli kütle ölçümleri alarak, kütle korunumu ilkesini – bir tepkimede yer alan butün maddelerin toplam kütlesinin, tüm ürünlerinin toplam kütlesiyle aynı olduğu ilkesi – kanıtladı.
Lavoisier kapalı kaplarda çeşitli maddeleri ısıttı ve bir metalin ısıtılınca kazandığı kütlenin kaybolan havanın kütlesine eşit olduğunu buldu. Havanın “saf” kısmı (oksijen) bitince, yanmanın sona erdiğini de buldu. Geride kalan hava (büyük bölümü nitrojen) yanmayı desteklemiyordu. Bu nedenle yanmanın ısı, yakıt (yanan malzeme) ve oksijenin birleşmesini gerektirdiğini anladı.
Lavoisier’in 1778’de yayımlanan bulguları yalnızca kütle korunumu ilkesini kanıtlamakla kalmadı, oksijenin yanmadaki rolünü saptayarak filojiston denilen bir ateş öğesine ilişkin teoriyi de yıktı.
Geçen yüzyılda bilim insanları yanıcı maddelerin filojiston içerdiklerini ve yanınca filojiston saldıklarını sanmıştı. Bu teori odun gibi maddelerin yanınca neden kütle kaybettiklerini açıklıyordu; ama magnezyum gibi başka maddelerin yanınca neden kütle kazandıklarını açıklamıyordu. Lavoisier’in dikkatli ölçümleri, hiçbir şeyin kaybolmadığı ya da eklenmediği, ama her şeyin dönüştüğü bir süreçte oksijenin kilit önemde olduğunu gösterdi.
Oksijen Hakkında Tarihsel Gelişmeler
1667 – Alman simyacı Johann Joachim Becher, nesnelerin bir ateş öğesi tarafından yakılacak şekilde yapıldıklarını öne sürer.
1703 – Alman kimyacı Georg Ernst Stahl, bunun adını filojiston olarak değiştirir.
1772 – İsveçli kimyacı Carl Wilhelm Scheele “ateş hava”yı (daha sonra oksijen denilen) keşfeder, ama bulgularını 1777’e kadar yayımlamaz.
1774 – Joseph Priestley “filojistonsuz hava”yı (daha sonra oksijen denilen) yalıtır ve bulgularını Lavoisier’e anlatır.
1783 – Lavoisier hidrojen, oksijen ve suyla yaptığı deneylerle yanmayla ilgili düşüncelerini doğrular.
1789 – Lavoisier’in Elementary Treatise on Chemistry‘si 33 elementi adlandırır.
1754’te Joseph Black, bizim şimdi karbondioksit (CO2) dediğimiz şeyi “sabit hava” olarak tarif etmişti. Bir gazı saptayan ilk bilim insanı olmanın yanı sıra, çeşitli “hava” türlerinin, yani gazların varlığını da gösterdi.
On iki yıl sonra Henry Cavendish adlı İngiliz bilim insanı, çinko, demir ve kalay gibi metallerin “asitlerdeki çözeltiyle yanar hava ürettiklerini” Londra’da Kraliyet Derneğine bildirdi. Bu yeni gaza, sıradan ya da “sabit hava” dan farklı olarak kolay yandığı için “yanar hava” dedi. Bugün biz ona hidrojen (H2) diyoruz. Bu, saptanan ikinci gaz ve yalıtılan ilk gaz elementti. Cavendish, çinko-asit karışımının tepkime sırasındaki ağırlık kaybını ölçerek ve çıkan bütün gazları bir torbada toplayıp tartarak – önce gazla dolu sonra boş – bir gaz örneğinin ağırlığını ölçmeye koyuldu. Gazın hacmini bildiği için yoğunluğunu hesaplayabilirdi. Yanar havanın, sıradan havadan 11 kat daha az yoğun olduğunu buldu.
Düşük yoğunluklu gazın keşfi, havadan daha hafif olan uçan balonlara yol açtı. 1763’te Fransa’da mucit Jacques Charles ilk hidrojen balonunu uçurdu ve iki haftadan daha kısa bir süre sonra Montgolfier Kardeşler ilk insanlı sıcak-hava balonunu uçurdu.
İlk hidrojen balonunun esin kaynağı Cavendish’ti ve büyük bir kalabalık tarafından alkışlandı. Günümüzde patlayıcı hidrojen yerine helyum kullanır.
Patlayıcı Keşifler
Cavendish kendi gazının ölçülmüş örnekleri ile bilinen hacimlerde havayı şişelerde karıştırdı ve şişelerin kapakların açıp, yakılmış kağıt parçalarıyla karışımları tutuşturdu. Bir birim hidrojen ile dokuz birim hava karışımında yavaş, sakin bir yanma olduğunu; hidrojen miktarının artmasıyla birlikte karışımın artan bir şiddetle patladığını; ama %100 hidrojenin tutuşmadığını gördü. Simyadan kalan ve yanma sırasında ateş benzeri bir elementin (“filojiston”) serbest kaldığını ifade eden köhne bir fikir, Cavendish’in düşüncesini sakatlamaktaydı. Bununla birlikte, deneylerinde ve raporlarında titizdi: “Öyle görünüyor ki, 423 ölçü yanar hava 1000 ölçü sıradan havayı filojistonlaştırmaya neredeyse yeter; patlamadan sonra kalan havanın miktarı, kullanılan sıradan havanın beşte dördünden biraz fazladır. Yanar havanın neredeyse tamamı ile sıradan havanın yaklaşık beşte birinin… yoğunlaşıp camı sıvayan çiğe dönüştüğü… sonucuna varabiliriz.”
Suyu Tanımlamak
Cavendish “filojistonlaştırma” terimini kullanmasına rağmen, çıkan tek yeni malzemenin su olduğunu kanıtlamayı başardı ve iki ölçek yanar havanın bir ölçek oksijenle birleştiği sonucunu çıkardı. Başka bir deyişle, suyun bileşimin H2O olduğunu gösterdi. Bulgularını Joseph Priestley’e bildirmesine rağmen, Cavendish sonuçları yayınlama konusunda o kadar çekingendi ki, arkadaşı İskoç mühendis James Watt 1763’te formülü ilan eden ilk kişi oldu. Bilime birçok katkısı arasında Cavendish havanın bileşimini de “dört parça filojistonlaşmış havayla (nitrojen) karıştırılmış bir parça filojistonsuzlaşmış hava (oksijen)” olarak hesapladı. Bu iki gazın Yer atmosferinin %99’unu oluşturduğunu bugün biliyoruz.
Henry Cavendish Kimdir?
18. yüzyıl kimyasının ve fiziğinin en garip ve en parlak öncülerinden biri olan Hanry Cavendish 1731’de Fransa Nice’de doğdu. Her iki dedesi de düktü ve çok zengindi. Cambridge Üniversitesinde okuduktan sonra, Londra’daki evinde tek başına yaşadı ve çalıştı. Çok az konuşan ve kadınlardan utanan bir kişiydi; hizmetçilerine not bırakarak yemek siparişlerini verdiği söyleniyordu.
Cavendish yaklaşık 40 yıl boyunca Kraliyet Derneğinin toplantılarına katıldı ve Royal Institution’da Humphry Davy’e yardım etti. Kimya ve elektrik alanında önemli özgün araştırmalar yaptı, ısının doğasını doğru bir biçimde tarif etti ve Yer’in yoğunluğunu ölçtü ya da halkın dediği şekliyle, “dünyayı tarttı“. 1810’da öldü. 1874’te Cambridge Üniversitesi, yeni fizik laboratuvarına onun adını verdi.
1661 – Robert Boyle bir element tanımlayıp, modern kimyanın temellerini atar.
1754 – Joseph Black, “sabit hava” dediği bir gazı, karbondioksiti saptar.
1772-75 – Joseph Priestley ve (ondan bağımsız) İsveçli Carl Wilhelm Scheele oksijeni yalıtır; onları gaza adını veren Antoine Lavoisier izler. Priestley de nitrik oksidi, azot oksidi ve hidrojen kloridi keşfeder, oksijen soluma ve gazoz yapma deneyleri gerçekleştirir.
1799 – Humphry Davy, azot oksidin ameliyatta bir anestetik olarak yararlı olabildiğini öne sürer.
1844 – Amerikalı dişçi Horace Wells anestezi için ilk kez azot oksit kullanır.