KÜTLE NEDİR?
Yeryüzü hakkında daha çok şeyi öğrenmek üzere önce kiitle sözcüğü ile ne demek istediğimizi kararlaştırmak yararlı olur. Ama, ondan önce ağırlık diyerek neyi kast ettiğimizi de sormalıyız.
Ağırlık belli bir cismi yeryüzünün çekimi sonucu oluşur. Bazı cisimler öyle büyük bir güçle yere doğru çekilirler ki, onları yerçekimi gücüne karşı çekip kaldırmak güç olur. Böyle cisimler ağırdır. Diğer bazı cisimler ise daha az güçle çekilir ve onları kaldırmak daha kolaydır. Bu nedenle hafiftirler. Herhangi bir cismin ağırlığını kilogram denilen birimle ölçeriz.
Bununla birlikte, Newton’un yerçekimi yasasına göre yeryüzünün çekimi uzaklıkla değişir. Yerçekimi dünyanın merkezinde yoğunlaşmış gibi olmasına karşın, bizler 6.350 kilometre uzaklıkta ve dünyanın yüzeyindeyiz. Genellikle bizler yerçekimi değişikliklerinin farkında olmayız. Çünkü bizler her zaman yeryüzünün merkezine aşağı yukarı aynı uzaklıktayızdır. En yüksek dağın doruğuna tırmanmak ya da en derin okyanus çukuruna inmek bile fazla değişiklik yaratmaz. Bu nedenle bizler çoğu kez ağırlığın bir güç olarak değişmediğini düşünürüz.
Ama, dünyanın yüzeyinden 6.350 kilometre daha yükseğe çıkmış olsaydık, şimdi bulunduğumuz yere oranla yeryüzünün merkezinden iki katı uzaklıkta bulunacak ve yerçekimi 2×2 ya da 4 kez azalacaktı. İşte o denli yüksekteki bir tartıya çıkmış olsak, yeryüzündeki kilomuzun yalnızca dörtte biri kadar kiloda olduğumuzu görecektik. Eğer daha da yükseğe tırmanabilsek kilomuz daha da azalacaktı.
1687 yılında hareket yasaları üzerinde çalışan Isaac New- ton, yerçekimi ile ilgili olmayan ve bu nedenle yeryüzünden uzaklaştıkça değişmeyen ağırlıkların ölçülmesi yöntemini aradı. Eğer bir cisim ötekinden daha ağırsa bu, birinci cismin yeryüzü tarafından daha büyük kuvvetle çekilmesi nedeniyledir. Bu farkı başka türlü düşünmenin başka bir yolu olabilir miydi?
Nevvton bir cismin hızının yalnızca ona kuvvetin uygulandığı yönde artırılıp azaltılabileceğini ya da değiştirilebileceğini savundu. Buna göre, ağır cisim hafif olandan daha büyük bir kuvveti gerektiriyordu.
Durum aslında insanların ortakça yaşadıkları bir deneyimin sonucudur: Toprağın üzerinde bir basket topunun durduğunu ve sizin onu hareketlendirmek istediğinizi varsayalım. Bu zor değildir. Parmağınızla itmek topu hareketlendirecek ve o hareketlenince bir başka itiş topun hareket yönünü değiştirecek ya da onu durduracaktır. Şimdi basket topuyla aynı büyüklükte ve demirden yapılmış bir top güllesinin aynı yerde durduğunu varsayalım. Gülle, basket topundan çok daha ağırdır. Eğer onu hareket ettirmek istersek, çok daha fazla kuvvet uygulanması gerektiğini görürüz. Ve bir kez gülle hareketlenince, onu durdurmak ya da hareket yönünü değiştirmek üzere çok daha fazla bir güce gereksineceğiz.
Bir cismin hareketini değiştirmeye direncine onun atalet’i (süredurum) ve ataletin miktarına (nicelik) onun kiitle’si denilir. Kütle, yerçekimi alanının güçlükle ya da zayıflığı ile değişmez. Bu nedenle bilim adamları ağırlık yerine kütleden söz etmeyi yeğlerler. Ona daha ağır ya da daha hafif diyeceklerine, cismi daha çok kütleli ya da daha az kütleli olarak nitelerler.
Kütle aynen ağırlık gibi kilogramla ölçülür (bu yanlıştır ama bilim adamları geleneklerine bağlı kalırlar.) Kütle iki yoldan biriyle ölçülebilir: Ya ağırlığı göz önüne alır ve çalıştığımız alanın yerçekimini hesaba katarız; ya da ataleti göz önüne alır ama bu kez yerçekimini hesaba katmayız. İki yol birbiriyle ilgisizmiş gibi görünür oysa her zaman aynı yanıtı verirler. Bu nedenle yer-
çekimi kütlesi ile atalet kütlesi aynı şeylerdir. Ve bu gerçek, bilim adamlarını şaşırtmaktadır.
13.
DÜNYANIN KÜTLESİ NE KADARDIR?
Yeryüzünün kütlesi gerçekten ortaya bir sorun çıkarır. Yeryüzünün atalet kütlesini ölçemeyiz çünkü dünya öyle büyük kütlelidir ki, onun hareketini değiştirecek herhangi ölçülebilecek bir kuvveti oluşturanlayız. Dahası, dünyanın yerçekimi kütlesini de ölçemeyiz çünkü onun ağırlığını tartmanın yolu bulunmamaktadır. Ancak dünyayı tartmak zorunda değiliz. Eğer sıradan bir cismi alır ve belli uzaklıkta çekim kuvvetini ölçerseniz, bunu yeryüzünün merkezinden yüzeyine kadar olan daha büyük uzaklıktaki yerçekimi gücü ile kıyaslayabilirsiniz. Eğer sıradan cismin kütlesini biliyorsanız dünyanın kütlesini de hesaplayabilirsiniz.
Burada sorun, söz konusu cismin çok büyük olmadıkça çekiminin inanılmayacak kadar zayıf bir kuvvet göstermesidir. Bizler, yerçekimini güçlü ve öldürücü olmaya yeterli bir kuvvetmiş gibi düşünürüz. Çünkü, görkemli bir cisim olan yeryüzü ile ilgili- yizdir. Oysa, demir parçası gibi sıradan bir cisim o denli az çekim kuvveti ortaya koyar ki, bu kuvvet ölçülemez. Ya da en azından ölçülemezmiş gibi görünür.
1798 yılında İngiliz bilim adamı Henry Cavendish (1731- 1810) bu problemle uğraştı: Ortasına tel bağlanmış hafif bir sırığı yüksek bir yere astı. Sınğın her iki ucuna küçük birer kurşun top bağladı. Sırık serbestçe sallanıyordu. Öyle ki, kurşun toplara uygulanan en küçük bir kuvvet hazırlanan bu düzeneğin hareket etmesine neden oluyordu. Böylece Cavendish birbirinden Yeryüzü ve Uzay – F. 4
farklı küçük kuvvet uygulamaları ile sırıkta ne denli dönmeler olacağını ölçebilecekti.
Daha sonra iki küçük kurşun topun her iki tarafına iki büyük metal top getirdi. Büyük ve küçük toplar arasındaki çekim kuvveti teli hafifçe büktü. Bu bükülüşün büyüklüğü ile Cavendish iki çift top arasındaki çekim kuvvetini hesapladı. Topların kütleleri ile aralarındaki uzaklığı, merkezden merkeze olmak üzere, önceden biliyordu. Ayrıca, yeryüzü tarafından aynı hafif toplara dünyanın merkezi ile yüzeyi arasında ne kadar fazla kuvvet uygulandığını da bilmekteydi. Bilim adamı çekim kuvvetleri arasındaki farkla yeryüzünün kütlesini hesaplayabilirdi.
Bu şekilde, Henry Cavendish yeryüzünün kütlesinin 6xl024 kilogram olduğunu buldu. (Bu da, 6 milyon x milyar x milyar kilogram demektir.) Şimdi de bunun doğru bir sayı olduğuna inanıyoruz. Böylece Cavendish daha ilk girişiminde iyi bir sonuç elde etmişti.