Modern bilimin kurucusu, büyük fizikçi ve astronom Galileo Galilei (1564-1642), yaşamı boyunca hız ve zaman ölçümüne büyük bir önem verdi. Çünkü çözümlemeye çalıştığı sorunlarda hemen her zaman bu iki büyüklüğü belirleme zorunluluğuyla karşı karşıya kalıyordu. Fakat elinde su saatinden başka zaman ölçecek bir aygıt yoktu. Ancak su saatiyle hassas ölçümler yapmak imkansızdı.
“Bilimsel keşif şansı, sadece zihinlerini ona hazırlamış olanlara güler” (Pasteur).
Galilei, bir gün gittiği Pisa Katedrali’nde, katedralin tavanına asılı olan avizenin, mumları yerleştirildikten sonra serbest bırakıldığında hızla ileri geri gittiğini görür. Avize her ileri geri gidişinde büyük bir mesafe kat eder. Bu mesafe giderek küçülmektedir. Galilei, avizenin salınım süresinin azalıp azalmadığını merak eder. Salınımların süresini ölçecek bir aleti olmayan Galilei hemen bir eliyle diğer bileğinden nabzını ölçmeye başlar ve giderek küçülen yaylar boyunca ileri geri salınımlar için geçen süreleri, nabız atışlarının sayısıyla karşılaştırır. Her salınım için geçen sürenin aynı olduğunu saptar.
Galilei, bazı yazarların rivayet olarak nitelendirdiği bu olaydan sonra bu defa kendi yaptığı sarkaçla, bir dizi ölçüm yaptı. Bu gözlem ve deneylere göre, sarkacın salınımları, hız değiştiği için hep aynı süreler içinde gerçekleşiyordu. Galileo böylece basit sarkaç yasası olarak bildiğimiz yasayı keşfetmiş oldu [1,2].
Bir sarkacın salınım yayı uzun veya kısa olabilirdi, fakat sarkaç sallandığı sürece salınım süreleri değişmiyordu. Salınım sürelerinin değişimi sadece sarkacın uzunluğuna bağlıydı.
Galilei, bu gözleminden ve keşfinden sonra kullanılabilir gerçek bir sarkaçlı saat yapmak istedi ama bunu başaramadı. Yine de doktorların kullanımına yarayacak bir ölçme aleti yapmayı başarmıştı. Bu, boyu değişken olabilen, sicimden yapılmış basit bir sarkaçtı. Doktor, salınımlar hastanın nabız atışlarıyla senkronize olacak şekilde sarkacın boyunu ayarlayabiliyor ve başka bir gün tekrar ölçüm alıp iki sonucu karşılaştırarak hastanın sağlık durumundaki gelişmeleri izleyebiliyordu.
Gerçek anlamda sarkaçlı saati, Hollandalı fizikçi ve astronom Christiaan Huygens (1629-1695) yaptı. Galilei’nin keşfettiği yasadan yararlanarak 1656 yılında hassas bir sarkaçlı saat yapmayı başardı [3]. Bu tarihten 20 yıl kadar sonra, sarkaçlı saatlerde büyük gelişme sağlanmış ve saatlerde bir günde 15 dakikayı bulan hata payı 15 saniyeye inmişti. Huygens’in 1675 yılında saatlerde denge çarkını icat etmesi, cep saatlerine giden yolu açtı.
Galilei, cisimlerin serbest düşmesi yasasını formüle etmesiyle sonuçlanan eğik düzlem deneyleri sırasında kendi sarkacından yararlanmıştı. Fakat sarkaçlı saatlerin bilimsel çalışmalara asıl katkısı daha sonraki yıllarda oldu.
Sarkacın tarihsel öneminin, sadece hassas zaman ölçümlerinin yeni imkanlarını yaratmış olmasından ileri geldiğini söyleyemeyiz. Sarkaç yasasının bulunmasıyla başlayan süreç, aynı zamanda bilim ve teknoloji tarihinde gerek bilimsel düşünüş gerekse teknik aygıtların gelişmesi bakımından daha rafine bir sürecin başlangıcına işaret ediyor. Sarkaç yasası, aynı zamanda modern fizikle matematiğin birleşmesinin de ilk örnekleri arasındadır.
Bu nedenle, sarkacı ve sarkaç yasasını, modern bilimin başlangıcının önemli bir simgesi olarak görebiliriz.
Foucault Sarkacı
Bilim tarihi hiç beklenmedik keşif örnekleriyle doludur. Galilei’nin keşfettiği Jüpiter’in uydularının bilim tarihinde birçok gelişmeye hizmet etmesi gibi, sarkacın da tarihte başka bir rolü daha oldu.
Galilei, sarkacını zaman ölçmek amacıyla tasarlamıştı. Galilei’nin sarkacından 250 yıl sonra bir başka sarkaç da tarihte başka büyük bir rol oynadı. Foucault sarkacı olarak bilinen bu sarkacı kullanarak Fransız fizikçi Leon Foucault (1819-1868), 1852 yılında dünyanın kendi ekseni etrafında döndüğünü ispatladı [4]. Foucault’nun 1,2 milimetre kalınlığındaki telden sarkacının uzunluğu 67 metre ve ucuna asılı olan demir küre de 28 kilogramdı. Panthéon’un kubbesine asılmış olan bu sarkacın salınım düzleminin salınımlar sırasında sabit kalmayıp Yer’in kendi ekseni etrafındaki günlük dönüş hareketine bağlı olarak döndüğünün Foucault tarafından gösterilmesi, Yer’in kendi ekseni çevresinde döndüğünü ispatlayan ilk deney oldu.
Foucault sarkacı da, astronomik bir gerçeği fizik yoluyla ispatlamanın hem aracı hem de simgesi oldu.
Kaynaklar:
[1] William Bixby; Galileo ve Newton’un Evreni, çeviren; Nermin Arık, TÜBİTAK Popüler Bilim Yayınları-Yapı Kredi Yayınları, İstanbul 1997, s. 1-7.
[2] John Gribbin, Bilim Tarihi, çeviren; Barış Gönülşen, Alfa Yayınları, İstanbul 2014, s. 92-93.
[3] Ian McNeil (ed.); An Encyclopedia of the History of Technology, Routledge, Londra 1996, s. 23-24.
[4] Michel Rival; Les grandes experiences scientifiques, Editions du Seuil, Paris 1996, s. 97-98.