Robert Hooke: "Hücre" Kelimesini İcat Eden, Newton ile Çatışan 17. Yüzyıl Polimati

Robert Hooke (1635–1703), 17. yüzyıl Londra'sının en üretken ama en az hatırlanan bilim insanlarından biridir. Bunun bir sebebi var: Isaac Newton onu tarihten silmek için elinden geleni yaptı. Hooke öldükten sonra Royal Society başkanı olan Newton, kurumda asılı olan tek Hooke portresinin kaybolmasını sağladı. Bugün Hooke'un gerçek yüzünü gösteren çağdaş bir portresi olmayan birkaç büyük bilim insanından biridir.

Ama matematik, fizik ve biyolojinin tarihi, Hooke'un izlerini silmeye yetmedi. Bugün biyoloji derslerinde söylenen "hücre" kelimesi, ortaokul fizik kitabındaki $F = -kx$ yay yasası, Saint Paul Katedrali'nin kubbesinin tasarımı, ilk hava pompasının inşası — hepsi Hooke'un eseridir.

Wight Adası'ndan Oxford'a

Hooke, 1635'te İngiltere'nin güneyindeki Wight Adası'nda doğdu. Babası fakir bir papazdı. Çocukluğunda dayanıksız ve hastalıklıydı; çoğu insan onun erken öleceğini bekliyordu. Babasının ölümünden sonra (1648), küçük bir miras parasıyla Londra'ya gitti. Westminster School'da, sonra Oxford'un Christ Church Koleji'nde okudu.

Oxford'da kendini Robert Boyle'un asistanı olarak buldu. Boyle ona kütüphanesinin kapısını açtı; Hooke da onun için vakum pompasının geliştirilmesinde temel mühendislik işini yaptı. Bu pompayla yapılan deneyler, "Boyle yasası" olarak bilinen gaz basıncı-hacim ilişkisini ortaya koydu. Yasanın matematiksel formülasyonunda Hooke'un payı, tarih boyunca yeterince teslim edilmedi.

Royal Society ve "küratörlük"

1660'da kurulan Royal Society, modern bilimin ilk büyük örgütlerinden biriydi. 1662'de Hooke "Curator of Experiments" (Deneyler Küratörü) olarak atandı. Görevi: her toplantı öncesi üyelerin görmek istediği deneyleri tasarlayıp yapmak. Yani toplantı için doğa hakkında üç-dört yeni deney hazırlamak.

Bu görev haftada bir yenileniyordu. Sonraki 40 yıl boyunca Hooke binlerce deney tasarladı; modern bilim tarihçileri ona "17. yüzyıl bilimsel devriminin sessiz işçisi" derler. Bir hafta optik, bir hafta basınç, bir hafta mıknatıs, bir hafta astronomi, bir hafta mikroskopik gözlem.

Micrographia (1665): Hücrenin doğuşu

Hooke'un en ünlü eseri Micrographia'dır (1665). Bu kitap, modern dilde söylersek, "mikroskobun ilk büyük güzelleme eseri"dir. Hooke kendi tasarladığı mikroskopla 60+ farklı nesneyi inceleyerek son derece detaylı çizimler yaptı: bir bit gözü, bir sineğin gözleri, kar tanesi kristalleri, bir akrep iğnesi, küçük tohumlar…

Eserdeki en ünlü gözlem, bir mantar dilimine baktığında gördüğü mikroyapıydı. Mantar, küçük, kapalı bölmelerden oluşuyordu. Hooke bunlara "cell" dedi — Latince cellula'dan, yani "küçük oda" anlamında (manastır rahiplerinin küçük odaları çağrıştırıyordu). Bu, tarih boyunca canlıların temel yapıtaşına verilen ilk addı.

Hooke gördüğünün gerçek anlamını bilmiyordu — bunlar ölü hücre duvarlarıydı; canlı hücrenin keşfi 1830'larda gerçekleşti. Ama o günden bugüne "hücre" kelimesi biyolojinin temel terimidir.

Micrographia ayrıca dönemin en çok satan bilim kitabıydı. Samuel Pepys'in günlüğünde, kitabın geceyarısına kadar onu uyanık tuttuğunu yazar: "Hayatımda gördüğüm en harika kitap."

Hooke yasası (1676): $F = -kx$

Hooke'un fizik tarihindeki en bilinen katkısı, esnek bir yayın gerilimi ve uzaması arasındaki ilişkidir:

Bir yayı çekmek için uygulanan kuvvet, yayın uzamasıyla doğru orantılıdır.

Modern dilde:

$F = -k x$

Burada $F$ uygulanan kuvvet, $x$ yayın denge konumundan uzaması, $k$ "yay sabiti" denilen malzemeye özgü bir sayı.

Hooke bu yasayı önce şifreli bir mesaj olarak yayımladı (1676): "ceiiinosssttuv". Bu, Latince "ut tensio, sic vis" (uzama nasılsa, kuvvet öyle) cümlesinin harflerinin alfabetik sırasıydı. Anlamlı bir cümlenin harflerini karıştırarak yayımlamak, dönemin matematikçilerinin "ben buldum ama henüz açıklamak istemiyorum" demek için kullandıkları bir yöntemdi. Hooke iki yıl sonra (1678) açıkladı.

Hooke yasası bugün hâlâ esneklik teorisinin (mühendislik, mimari, malzeme bilimi) temel ilkesidir. Pratik olarak: yay terazileri, otomobil süspansiyonları, akıllı saatlerin titreşim sensörleri — hepsi bu sade lineer ilişkiyi kullanır.

Saint Paul ve Londra'nın yeniden inşası

2-7 Eylül 1666'da Büyük Londra Yangını, şehrin büyük kısmını kül etti. Kraliyet, şehri yeniden inşa etmek için bir komite kurdu; Christopher Wren mimar, Robert Hooke başkan mühendisti.

Hooke, sonraki 10 yıl boyunca şehir planlaması, kentsel mühendislik ve mimari tasarımla ilgilendi. Saint Paul Katedrali'nin kubbesinin tasarımı geleneksel olarak Wren'e atfedilir; ama yapısal hesaplamalar (kubbenin nasıl sağlam duracağı) Hooke'un işidir. Kubbeyi taşıyabilmek için Hooke yine matematiksel bir gözleme dayandı:

"Kubbe, ters çevrilmiş bir asılı zincir şeklinde olmalıdır."

Bu, asılı zincirin (catenary) ters çevrildiğinde tüm yükü basınçla taşıyan en sağlam kemer olduğu fikridir. Hooke bunu 1675'te bir şifreli mesaj olarak yayımladı; tasarım kararına yön verdi. Bugünkü Saint Paul kubbesi, bu matematiksel ilke üzerine inşa edildi.

Newton ile uzun didişme

Hooke'un hayatının trajedisi, Isaac Newton ile uzun süren çatışmasıdır. İki başlık altında:

Optik (1672)

Newton, kraliyet topluluğuna ışığın renkleri üzerine ilk önemli makalesini sunduğunda, Hooke onu sert eleştirdi. Hooke, kendi Micrographia'sında ışık üzerine bazı görüşler dile getirmişti; Newton'un fikirleri onunkilerle çelişiyordu. Newton, eleştirilere fazla alındı; sonraki yıllarda yayımlamak konusunda çekingen davrandı.

Kütle çekim (1684)

Daha derin çatışma, kütle çekim yasası üzerinedir. 1670'lerin sonunda Hooke, gezegen yörüngelerinin ters kare yasasına ($F \propto 1/r^2$) uyabileceğini düşündü ve bunu Newton'a yazdığı bir mektupta belirtti (1679). Sonra Newton, Principia'da (1687) kütle çekim yasasını tüm matematiksel sıkılığıyla yayımladığında, Hooke "bu fikir bende vardı" diye iddia etti.

Newton'un cevabı sert oldu: "Hooke yasayı önerdi, ama kanıtlayamadı. Önermek başka şey, kanıtlamak başka şey." Ne yazık ki bu doğruydu da: Hooke fikre sahip olabilirdi, ama Principia'da Newton'un yaptığı matematiksel sentezi yapacak teknik beceriye sahip değildi.

Tartışma o kadar acı bir biçim aldı ki Hooke öldükten sonra (1703), Royal Society başkanı olan Newton, Society'nin binasında asılı olan tek Hooke portresinin kaybolmasını sağladı. Bugün Hooke'un sağ kaldığı portresi yok — biraz bilim tarihindeki "kişisel intikamın" simgesidir bu.

Diğer bilimsel katkılar

Hooke'un dokunduğu konular sıralanırken, listenin ne kadar uzun olduğunu fark ediyorsunuz:

• Astronomi: Jüpiter'in Büyük Kırmızı Lekesi'ni ilk gözlemleyenlerden (1664). Mars'ın dönüş periyodu.
• Paleontoloji: Fosillerin geçmiş canlıların kalıntıları olduğunu (sadece "doğanın oyunları" değil) öneren ilk modern bilim insanlarından.
• Müzik: Bir tel titreşiminin perdesinin uzunluğu, gerilimi ve kalınlığı ile matematiksel ilişkisi.
• Mimari: Bedlam Hastanesi, Greenwich Kraliyet Gözlemevi tasarımları.
• Coğrafya: Hava durumu kayıt sistemleri.

Mirası

Hooke 1703'te öldü. Mütevazı bir cenaze töreni vardı. Newton, Royal Society'nin tüm yönetim kademelerini değiştirdi ve Hooke'un izlerini sistematik biçimde silmeye çalıştı.

Yine de Hooke'un mirası bugüne ulaştı. "Hücre" sözcüğü her biyoloji kitabında, $F = -kx$ her fizik kitabında, Micrographia'nın çizimleri her bilim tarih müzesinde. 2003'te (Hooke'un ölümünün 300. yıl dönümünde), Wight Adası'ndaki doğum yerinde küçük bir müze açıldı.

Bir hayat dersi olarak: Hooke'un hikâyesi, büyük dehâların gölgesinde kalan büyük çalışkanların matematik ve bilim tarihinde nadir olmadığını gösterir. Newton'un ünlü "eğer daha uzağı görüyorsam, devlerin omuzlarında durduğum içindir" sözünün — Hooke'a yazdığı bir mektupta geçer — gerçek anlamı tartışmalıdır; bazı tarihçiler bu cümleyi Hooke'a yapılan dolaylı bir sataşma olarak okurlar (Hooke çocukluk hastalığından kambur kalmış, kısa boyluydu).

Robert Hooke'un yüzünü göremiyoruz; ama onun dokunduğu her bilim dalında, hâlâ omuzları üzerinde duruyoruz. Belki bilim tarihinde en güzel hatırlanış biçimi de budur.