Aristoteles, maddeden yoksun gerçek bir boşluğun var olamayacağını savunduğunda, “Doğa boşluk kabul etmez.” demişti. Ona göre boşluğu çevreleyen madde, onu derhal dolduracaktı. Neyse ki haksız çıktı. Çünkü boşluk, hava basıncını ölçmeyi sağlayan bir araç olan barometrenin temel ögelerinden biridir. Hava basıncı da sıcaklık ile ilgili değişimler ile ilişkilidir.
Dolayısıyla barometre, hava tahmincileri ve bilim insanları için en önemli araçlardan biridir. Tüm bunlar, 1647 yılında Galileo Galilei’nin öğrencisi olan Evangelista Torricelli (1608 -1647) adlı bir İtalyan fizikçi tarafından mümkün kılınmıştır.
Barometre Nasıl İcat Edildi?
17. yüzyılın başlarında İtalyan madenciler tulumbalarının suyu 10.3 metreden daha yukarıya çıkaramadığını gördüklerinde, ciddi bir sorunla karşı karşıya kaldılar. Bunun üzerine İtalyan matematikçi Gasparo Serti, bir emme tulumbanın suyu neden 10 metreden yukarıya çıkaramadığını anlamak için deneyler yapmaya başladı.
Berti uzun bir boru aldı, bir ucunu kapatıp suyla doldurdu. Sonra ağzını bir su teknesinin içinde koyup ters çevirdi. Ardından tüpün alt ucu açıldı. Tüpte kalan suyun seviyesi 10.3 metreye inene dek su havuza aktı. Bunun sonucunda tüpün üst kısmında bir boşluk oluştu ve tüpe bu noktadan sonra hava girmemeye başladı.
Gasparo Berti, sabit bir boşluk oluşturmayı başarmıştı. Boşluğun var olup olmadığı asırlardır tartışılan bir konuydu ve kesin bir açıklama mevcut değildi. Bu deneyle, boşluğun varlığı gösterilmiş olsa da, kafalardaki soru işaretleri tam olarak cevaplanmamıştı. Bunun nedeni uzun süredir tartışılan boşluk hakkındaki düşüncelerdi.
Sonunda 1642’de Berti’nin çalışmalarından haberdar olan yurttaşı Evangelista Torricelli bu soruna farklı bir açıdan baktı. Tüpün içindeki boş alana odaklanmak yerine, “Suyu etkileyen başka ne olabilir?” sorusunu sordu. Suyla bağlantısı olan tek şey ise. havuzu saran havaydı.
Torricelli, sonunda deneyin sadece boşluk yaratan bir araç olmadığını, tüpün dışındaki su üzerindeki atmosfer basıncı ile tüpün içindeki su tüpünden gelen basınç arasında bir denge olduğunu fark etti. Tüpün içindeki su seviyesi iki basınç eşit olana kadar düşüyordu. Bu denge de tam olarak 10,3 metre olduğundan gerçekleşiyordu.
Torricelli Deneyi
Galilei ve diğerleri, atmosferik havanın ağırlığı olmadığını ve basınç uygulamadığını düşünüyorlardı. Bu nedenle, Torricelli’nin bu görüşü kolay kabul görmedi. Daha sonra Torricelli, Gasparo Berti’nin deneyini su yerine cıvayla tekrarlamaya karar verdi.
Civa kullanmasının nedeni, civanın sudan 13 kat daha yoğun olmasıydı. Deney sonunda tüpün içindeki cıvanın yüksekliği 76 santimetreydi. Bu deney, Torricelli’nin ağırlığın belirleyici faktör olduğu görüşünü desteklemiş oluyordu.
Ancak bu deneyle Galilei’nin teorisini tam olarak yanlışlayamamıştı. Galilei suyun boşluğun yerini almasını, borudan çekilen havanın sağladığını düşünüyordu. Bu nedenle yeni bir deney tasarlaması gerekiyordu. Bu deneyde birinin üst kısmı balon biçiminde olan iki tüp vardı.
Eğer Galilei’nin yorumu doğru olsaydı, bu deneyde tepesi balon biçimindeki tüp daha büyük bir boşluğa sahip olduğundan, daha fazla çekme gücü oluşturmalıydı. Bunun sonucunda da cıvanın daha yükseğe çıkması gerekiyordu. Ancak böyle bir değişim gerçekleşmedi. Bu sayede Torricelli ilk cıvalı barometreyi bulmuş oldu.
Fransız bilim insanı Blaise Pascal, Torricelli’nin barometresinden 1646’da haberdar oldu ve hemen kendi deneylerini yapmaya başladı. Kayınbiraderi Florin Perier’ in gerçekleştirdiği bu deneylerden biri, hava basıncının yüksekliğe bağlı olarak değiştiğini gösterecekti.
Bir barometre Clermont’ta bir manastırın zemininde duracaktı. Diğer barometre ise kasabadan yaklaşık bin metre yükseklikteki Puy de Dôme’un tepesine kondu. Sonunda, dağın tepesindeki cıva sütunu, manastırın bahçesinde olandan 8 cm. daha kısaydı. Bu ve diğer çalışmalarda ötürü, modern basınç birimine Pascal adı verildi.
Evangelista Torricelli’nin Diğer Çalışmaları
Galileo’nun ölümünden sonra Torricelli’den Galileo’nun yerini alması ve Pisa Üniversitesinde görev yapmasını istendi. Pisa Üniversitesinde görev yaptığı süre içerisinde sikloidin alanını ve ağırlık merkezini de hesapladı. Bu çalışmaların sonucunda 1644 yılında çalışmalarını anlattığı “Opera Geometrica” isimli kitabı yayınlandı.
Kendisi devamında geometri alanında saygın bir isim olmuştu. Optik alanında da çalışmaları bulunan Torricelli mikroskobik lenslerin bir ısıtaç kullanılarak camdan üretileceğini de keşfetti. Ayrıca rüzgarların oluşmasına bilimsel bir açıklama getiren ilk kişi oldu.
Kendisi ölmeden önce mektuplarını ve yayınlanmamış el yazmalarını yayınlaması için arkadaşı Ludovico Serenai’ye emanet etse de, maalesef bu el yazmalarından bazıları kayboldu ve diğer çalışmaları günümüze ulaşmadı.
25 Ekim 1647’de tifo nedeniyle 39 yaşında Floransa’da hayatını kaybetti. Torricelli’nin özgün modeline dayanan cıvalı barometreler, 2007 yılında cıvanın ağır metal zehirlenmesine yol açabilmesi riski nedeniyle yasaklanmasına kadar yaygın biçimde kullanılmaya devam etti.
Torricelli’nin, boşluk ve havanın ağırlığa dair yaygın dogmaları sorgulamasıyla doğan bu buluşu, sorunlara başka perspektiflerden yaklaşabilme becerisinin sıra dışı örneklerinden biri olarak günümüzde verilebilecek güzel örneklerdendir.
Kaynaklar ve İleri Okumalar:
- The history of the barometer (and how it works); Bağlantı: https://ed.ted.com/
- The History of the Barometer; https://www.thoughtco.com/
Matematiksel
