Johannes Kepler

Newton, "Daha ileriyi görebildiysem, bunu omuzlarından baktığım devlere borçluyum," demişti. Bu devlerden biri Galileo ise diğeri Kepler'dir.

Kepler'e gelinceye dek Copernicus sistemine dayanaksız bir hipotez, ya da, işe yarar matematiksel bir araç gözüyle bakılıyordu. Kepler, sistemin kimi düzeltmelerle bilimsel doğruluğunu kanıtlamakla kalmadı, astronomiye mekanik bir kimlik kazandırdı.

Gençlik coşkusuyla işe koyulduğunda amacı mistik inancı doğrultusunda, "göksel alemin müzikal uyumunu" geometrik olarak belirlemekti; çalışmasını noktaladığında, astronomi matematiksel düzenlemenin ötesinde fiziksel bir gerçeklik kazanmıştı. Ders kitaplarında daha çok üç yasasıyla bilinen Kepler, uzay fiziğinde sonraki kimi önemli buluşların ipuçlarını da ortaya koymuştu. Bunların başında eylemsizlik ilkesiyle çekim kavramı gösterilebilir.

Johannes Kepler güney Almanya'da Weil kentinde dünyaya geldi. Dört yaşında geçirdiği ağır çiçek hastalığı görme duyumunu zayıflatmış, ellerinde sakatlığa yol açmıştı. Macera arayan sarhoş bir baba ile akıl dengesi bozuk bir annenin çocuğu olmasına karşın, Kepler'in öğrencilik yılları parlak geçer. Ruhsal güvensizlik içinde büyüyen Kepler, önce teolojiye yönelir; ancak üniversite öğreniminde bilim ve matematiğin büyüleyici etkisinde kalır; sonunda Copernicus sistemini benimsemekle kalmaz, sistemin doğruluğunu ispatlamak tutkusu içine girer.

Daha yirmiüç yaşında iken Graz Üniversitesi'nin çağrısını kabul ederek astronomi profesörü, ardından kraliyet matematikçisi görevlerini yüklenir. Ne var ki, rahat bir çalışma ortamı bulduğu Graz'da kalması fazla sürmez; dinsel çekişmede yenik düşen Protestan azınlıkla birlikte kenti terk etmek zorunda kalır.

Kepler işsiz kalmıştır, ama bu ona meslek yaşamının belki de en büyük şans kapısını açar: öteden beri çalışmalarına hayranlık duyduğu Danimarka'lı ünlü astronom Tycho Brahe'nin asistanı olur. Gerçi kişilik yönünden ustası ile uyum kurması kolay olmayacaktı; üstelik Tycho tanrısal düzene aykırı saydığı güneş-merkezli sisteme karşıydı. Ona göre gezegenler güneşin, güneş de dünyanın çevresinde dönmekteydi. Ne ki, çok geçmeden usta yaşamını yitirir (1601); gözlemeviyle birlikte yılların yoğun emeğiyle toplanmış son derece güvenilir gözlem ve ölçme verilerine Kepler sahip çıkar.

Kepler'in resmi görevi astroloji almanakları hazırlamaktı. Zaten yetersiz olan maaşı çoğu kez ödenmiyordu bile. Soyluların yıldız falına bakarak geçimini sağlıyordu. Astronomlar için ek kazanç kaynağı gözüyle bakıp bir bakıma küçümsediği astrolojiye inanmadığı da kolayca söylenemez.

Yukarda da belirttiğimiz gibi, Kepler'in amacı "göksel mimarlık" dediği düzende aradığı matematik uyumu kurmaktı. Graz'dan ayrılmadan önce yayımlanan Göksel, Gizem adlı kitabında, gezegenlerin devinimlerini geometrik çizgi ve eğrilerle belirleme yoluna gitmiş, o zaman bilinen altı gezegene ait yörüngelerin, belli bir sıra içinde içice yerleştirilen beş düzgün geometrik nesnenin oluşturduğu altı aralığa denk düştüğünü ispata çalışmıştı "Yetkin nesne" denen bu çok yüzlü cisimler şunlardır:

(1) dört eşkenar üçgen yüzlü (piramit),
(2) altı kare yüzlü (küp),
(3) sekiz eşkenar üçgen yüzlü,
(4) oniki eşkenar beşgen yüzlü,
(5) yirmi eşkenar üçgen yüzlü.

Bilindiği gibi iki boyutlu düzlemde istenilen sayıda çokgen şekil çizilebilir; oysa üç boyutlu uzayda yalnızca sıraladığımız bu beş çok yüzlü düzgün nesne oluşturulabilir). Antik çağdan beri bilinen bu beş nesnenin gizemli bir niteliği olduğu inancı pek de yersiz değildi. Gerçekten, yetkin simetrik olan bu nesnelerin her biri tüm köşelerinin dokunduğu bir küre içine yerleştirilebilir. Aynı şekilde, her biri tüm yüzlerinin orta noktasına dokunan bir daireyi çevreleyebilir.

Örneğin, Satürn yörüngesini içeren küreye bir küp yerleştirilecek olsa Jüpiter'in küresi bu küpün içine; ya da, Jüpiter'in küresine bir piramit (dört eşkenar üçgen yüzlü nesne) yerleştirilecek olsa Mars'ın küresi bu piramidin içine tıpatıp uyacaktır. Aynı düzenleme geriye kalan gezegen yörüngeleriyle çok yüzlü düzgün nesnelerle de gerçekleşmektedir. Kepler en büyük coşkusunu bu düzenlemeye yönelik araştırmasında yaşamıştır.

Düzgün geometrik nesnelerle gezegen yörüngeleri arasında varsayılan ilişki olgusal temelden yoksundu kuşkusuz; ama, gezegenlere ait yörünge büyüklükleri arasında bir tür korelasyon olduğu düşüncesinde bir gerçek payı vardı. Nitekim Kepler'in yirmi yıl sonra formüle ettiği üçüncü yasası bu düşünceden kaynaklanmıştır.

Tycho'nun gözlemevine yerleşen kepler, gençliğinin çoğu akıl-dışı saplantılarından tümüyle kurtulmazsa da, giderek daha olgun, olgusal verilere daha bağlı bir kimlik kazanır. Tycho'nun ona verdiği görev gezegen yörüngelerini belirlemeye yönelikti; incelemeye koyulduğu ilk yörünge de beklentiye en çok aykırı düşen Mars'ın gözlemlenen yörüngesiydi.

Kepler, yoğun bir uğraşa karşın yıllarca, gözlem verileriyle uyum kurmaya çalıştığı çembersel yörünge arasındaki farkı gideremedi. Bu demekti ki, çembersel yörünge beklentisinde bir yanlışlık olmalıydı. Ne var ki, göksel düzeyde yetkinlik arayışı içinde olan Kepler bu olasılığı bir türlü içine sindiremiyordu. Çembersel olmayan bir yörünge (ki, Kepler için bu bir "pislik"ti) nasıl düşünülebilirdi? Ama olgular da bir yana itilemezdi!

Bu tür açmazların etkisinde Kepler zamanla astronomide geometrik uyum arayışından fiziksel etki arayışına girer. Copernicus için güneşin merkez konumu salt matematiksel bir belirlemeydi; oysa Kepler buna fiziksel bir gerçeklik tanıma gereğini duymaya başlar. Tüm gezegen yörünge düzlemlerinin güneşin merkezinden geçmesi olayı, bu yönelişi doğrulayıcı nitelikteydi. Mars'ın yörüngesi üzerindeki çalışması bir olguyu daha gün ışığına çıkarmıştı: gezegenin yörüngesi üzerindeki hızının değişik noktalarda değişik olduğu gerçeği.

Öyle ki, gezegenin güneşe yaklaştığında hızı artmakta, uzaklaştığında hızı azalmaktaydı. Kepler bu ilişkiyi ikinci yasasında şöyle dile getirir: güneş ile gezegen arasındaki yarıçap vektörü yörünge düzleminde eşit zamanlarda eşit alanlar süpürür. Yaptığı tüm ölçmelerin doğruladığı bu ilişki de çembersel yörünge beklentisiyle bağdaşmamaktaydı.

Kepler ister istemez başka bir yörünge biçimine yönelmek zorundaydı. Gözlemler yörüngenin elips biçiminde olduğunu ortaya koyuyordu. Mars'ın yörüngesine ilişkin bu buluşunu Kepler daha sonra birinci yasası olarak tüm gezegenler için genelleme yoluna gider: Her gezegen, bir odağında güneşin yer aldığı bir elips çizerek devinir.

Kepler ilk iki yasasını, 1609'da yayımlanan Yeni Astronomi adlı kitabında ortaya koymuştu. Üçüncü yasasını aradan dokuz yıl geçtikten sonra oluşturur: Bir gezegenin yörüngesini tamamlamada geçirdiği sürenin karesi, güneşe olan ortalama uzaklığının küpüyle orantılıdır. Buna göre, gezegenin periyodik süresini T ile, yörüngesinin ortalama yarı çapım r ile gösterirsek, oranı tüm gezegenler için aynıdır. "Harmonik yasa" diye bilinen bu ilişki, yörüngelerini tamamlama süresi bakımından gezegenlerin mukayesesine olanak vermektedir.

Daha da önemlisi, ilişkinin ilerde Newton'un formüle ettiği yerçekimi yasasına sağladığı ipucudur. Oysa Kepler bu son buluşuna, gençlik yıllarından beri arayışı içinde olduğu "küreler uyumunun" formülü gözüyle bakıyordu. Uyumsuz bir evrenin onun için bir anlamı yoktu. Güneş gezegenleri yönetme gücüne sahipse, göksel devinimlerin formülünde dile gelen türden bir ilişki içermesi gerekirdi.

Kepler'in gerçeği bulma yolunda verdiği çabanın bir benzerini bilim tarihinde göstermek güçtür. Şu sözlerinde derin araştırma tutkusu az da olsa yansımaktadır: "Çalışmamın karmaşık görünen sonuçlarını izlemede zorlanıyorsanız, bana kızmayınız; çektiğim sıkıntılar için bana acıyınız. Sunduğum her sonuca yüzlerce kez yinelediğim sınama ve hesaplamalarla ulaştım. Sadece Mars'ın yörüngesini belirlemem beş yılımı aldı."

Copernicus gibi Kepler de Pythagoras'dan kaynaklanan sayı mistisizminin etkisindeydi. Evrenin geometrik bir düzenlemeyle kurulduğu inancını hiç bir zaman yitirmedi. Onun gözünde güneş tanrısal bir güçtü. Güneş sisteminde yalnızca altı gezegenin bulunmasına (Uranüs, Neptün ve Plüton henüz bilinmiyordu) koşut olarak geometride yalnızca beş düzgün çok yüzlü nesneye olanak olması rastlantı değil, merak konusu bir gizemdi. Astronominin temelini oluşturan üç yasası bu gizemin büyüsünde ömür boyu sürdürdüğü çalışmanın bir bakıma yan ürünüdür.

Kepler'in kendisi gibi dönemin bilim çevrelerinin de (bu arada Galileo'nun) bu yasaları yeterince önemsediği söylenemez. Newton'un bir başarısı da, Kepler'in kitaplarında adeta gömülü kalan bu yasaların gerçek önemini kavramış olmasıdır.

Optimum