Horror Vacui - I

Meraklı okuyucular varsa onları da çok bekletmeden söyleyelim; mutlak boşluk yoktur, en azından bu evrende

Bugüne dek çok duymuş olmalısınız, “Doğa boşluğu sevmez” derler; bu hafta, biraz bu sözün tarihçesinden biraz da aynı adla anılan sanat biçeminden söz edeceğiz.

[Burada “boşluk” derken Latince “vacuum” sözcüğünden gelen “vakum”u kastediyorum; yani içinde tek bir atomaltı parçacığın bile bulunmadığı mutlak boşluk.]

İlk kez Aristoteles’in (M.Ö. 384-M.Ö. 322) dile getirdiği söylenen bu belit aslında ona değil ondan bir yüzyıl önce yaşamış ve Akılcılık geleneğinin ilk düşünürlerinden Parmenides’e ait. Ancak Aristoteles de onunla aynı düşünceyi taşır ki, yazılarında, boşluğun doğanın sevmediği bir durum olduğunu ve yalnızca kısmen var olabileceğini söyler. Bu düşüncesini de şu gözleme dayandırır, “Sonsuz hız ancak mutlak boşlukta olanaklıdır; bir cisim ancak hiç direncin olmadığı bir boşlukta sonsuz hıza ulaşabilir, hiç böyle bir hız gözlenemediğine göre demek ki mutlak boşluk da yoktur.”
[Parmenides’in M.Ö. 485’te yazdığı "Doğa Üzerine" adlı denemesindeki bu teze karşı çıkanlar yok değildir; öğrencisi Demokritos’la birlikte, maddenin atom adı verilen parçacıklarla birlikte boşluktan oluştuğunu söyler Leukippos örneği; bu nedenle boşluk, maddenin ayrılmaz bir parçası ve temel bir yapıtaşıdır. Onlardan sonra gelen önemli düşünürler Empodekles ve Platon ise boşluğun olanaklı olmadığını savunurlar.]
Daha çok basit bir doğa gözlemi gibi görünen bu koyutun (postulat), izleyen iki binyıl boyunca bilimsel düşünceyi etkilemiş olması ve atom kuramı (M.Ö. 450), barometre (1643), vakum pompası (1650), piston ve silindir (1650), hava pompası (1657), buhar makinesi (1690), gaz yasaları (1645-1897) ve termodinamik bilimi gibi çok farklı alanlardaki kuram ve araştırmalara esin vermiş olması şaşırtıcı.

[Meraklı okuyucu varsa onu da çok bekletmeden söyleyelim; mutlak boşluk yoktur, en azından bu evrende. Bunu da ancak geçen yüzyılda kuantum fiziğinden öğrendiklerimizin yardımıyla söyleyebiliyoruz. Çünkü makroskobik ölçeklerde, içinde hiçbir parçacık (atom, molekül) bulunmayan bir alan yaratmak olanaklı olsa da aynı şey atomaltı ölçeğinde geçerli değildir. Yapılan çeşitli deneyler sonunda, evrenimizin dokusunu oluşturan her ne ise, o alandaki rastgele kuantum dalgalanmaları sonucunda, ömrü trilyonun kesri kadar kısa süren çeşitli parçacık çiftlerinin ortaya çıktığını ve hemen yeniden yok olduğunu biliyoruz. Kuantum fiziğinin en garip olgularından biri olan kuantum dalgalanmaları ya da diğer adıyla “Vakum dalgalanmaları” sonucunda ortaya çıkan bu “Sanal parçacıklar”, ileride evrenimizin -şimdilik “uzay-zaman” olarak kavramlaştırdığımız- gerçek dokusu hakkında pek çok gize ışık tutma potansiyeline sahip.]

İskenderiyeli Heron

Mutlak boşluk düşüncesini kullanarak deney ve tasarımlar yapan ilk bilim adamı ve mühendislerden biri, İskenderiyeli Heron (M.S. c.10-c.70); boşluğu kullanarak ilk buhar makinasını, para atınca su veren sebili yani ilk otomatı, gelişmiş rüzgar ve su değirmenini yaratan Heron, temel bilimlerin teknolojiye uygulanması konusunda bilim tarihinde gördüğümüz en önemli öncülerden biri.

Sonraki yüzyıllarda da mutlak boşluğun kanıtlanmasını amaçlayan pek çok çalışma görüyoruz. Bunların en bilinenleri, yani 1600’lerin ilk yarısında Galileo Galilei, Gasparo Berti ve Giovanni Baliani’nin ayrı ayrı yaptıkları deneyler, mutlak boşluğun yaratılabildiği, hatta bu boşluğun bir çekim gücü olduğu yönündeki savları kanıtlar gibidir. Deneyler aslında basittir, kimi örneklerde yüksekliği yirmi metreyi bulan, iki ucunda açılabilir kapakları olan silindirik bir tüpe su doldurulur ve tüp bir havuza dik olarak yerleştirildikten sonra alttaki kapağı açılır. Tüpteki suyun bir kısmı havuzdaki suya karışsa da tüp bütünüyle boşalmaz ve bir su sütunu içinde asılı kalır. Galileo da içlerinde olmak üzere, deneyi yapanlar havuza akan suyun tüpün üst kısmında boşalttığı alanın mutlak boşluk olduğunu (içi daha önce suyla dolu olduğu için hava yoktur) ve bir çekim gücü oluşturduğunu öne sürerler, suyun havuza bütünüyle boşalmamasını nedeni boşluğun tüpte kalan suya uyguladığı çekim gücüdür onlara göre.

Barometre

Aynı deneyi 1643’te su yerine cıva dolu tüplerle yineleyen ve barometrenin yaratıcısı olarak tanıdığımız Torricelli ise suyu tüpte tutanın boşluğun çekimi değil havanın basıncı olduğunu öne sürer. Ondan önceki bilim adamları atmosfer basıncını hatalı olarak boşluğun çekim gücü olarak değerlendirmişlerdir, oysa boşluğun bir çekim gücü yoktur (adını, Hollandalı Hendrik Casimir’den alan Casimir Etkisi, boşluğun çekim gücü konusunda bir istisna oluşturur gibi görünse de bu etkinin görüldüğü durumlar özeldir ve ancak kuantum düzeyinde açıklanabilir). Torricelli, su ya da cıvanın tüpten bütünüyle akmamasını sağlayanın havanın ağırlığından kaynaklanan atmosfer basıncı olduğunu söyler; uyguladığı basınçla havuzdaki suyu da aşağı iten hava, suyun tüpte belirli bir düzeye kadar yükselmesinden de sorumludur. Bu düzey, rakım, enlemsel konum, sıcaklık ve havanın yoğunluğu gibi farklı etkenlerle değişse de, aynı koşullarda hep aynı değeri verir. Normal hava basıncı, 45° enleminde, 15°C sıcaklıkta ve deniz seviyesinde, atmosferin 1 cm²‘lik yüzeye uyguladığı basınç olarak tanımlanır ve ağırlık olarak 1033 gramdır.
[Bu demektir ki, bizim bedenlerimiz de cm² başına yaklaşık bir kilogramlık hava basıncı altında. Ortalama insan bedeni yüzeyi olarak 1,75 m²’yi kabul edersek, her birimiz üzerinde 18 tonluk bir ağırlık taşımaktayız. Peki neden bu ağırlık altında, üzerine basılan bir böcek gibi parçalanmadığımız sorusuysa meraklı okuyucular için ev ödevi olsun.]

Mutlak boşluk konusunda çalışanlar arasında Alman mühendis Otto Guericke’yi de anmadan geçmeyelim. Onun, Magdeburg Deneyi olarak anılan, iki büyük bakır yarım küreyi birleşim ekseni yere dik olacak biçimde birleştirdikten sonra içerideki havayı boşaltması ve -elbette yine atmosfer basıncı yüzünden- birbirine adeta perçinlenen yarım kürelerin, çok sayıda atın farklı yönlere doğru tüm güçleriyle çekmesine karşın tekrar ayrılmaması bilim tarihindeki ünlü deneylerden biridir.

1673'te Paris'te fizikçi Christiaan Huygens tarafından geliştirilen ve içten yanmalı motorların öncülü sayılan, içinde bir piston bulunan metalik silindirden oluşan düzeneğe (Huygens Motoru) esin veren de mutlak boşluk kavramıdır. Sonraki yıllarda Huygens’in öğrencisi ve yardımcısı Denis Papin tarafından geliştirilen buhar makinasıysa insanlık tarihini değiştiren buluşlardan biri olacaktır.

“Horror Vacui”nin sanattaki karşılığını da haftaya anlatalım.

Aristotales (Lysippos’un M.Ö. 330’da yaptığı bronz

Lorenzo Lippi, Evangelista Torricelli, c.1647

Otto Guericke’nin Magdeburg Deneyi, 1654