20. yüzyılda çığır açan bilimsel keşifler

Bu yazı, 21. yüzyılda yaşadığı halde 19. yüzyıl kafasıyla düşünen ve dolayısıyla iki yüzyıl geriden gelenler için, 20. yüzyılda çığır açan bazı önemli bilimsel keşifleri içermektedir. 21. yüzyıldaki önemli bilimsel buluşlar bu yazıya dahil edilmemiştir.

Fizik:

Einstein’ın Özel ve Genel Görelilik Kuramları geliştirildi.

Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg ve Erwin Schrödinger’in çalışmalarıyla kuantum mekaniği geliştirildi; atomların ve atom altı parçacıkların davranışları anlaşılmaya başlandı.

Ernest Rutherford’un çalışmalarıyla atomun küçük ve yoğun bir çekirdeğe sahip olduğu ortaya kondu; James Chadwick 1932’de nötronu keşfetti. 1960’ların sonlarında Friedman, Kendall ve Taylor’ın deneyleri, proton ve nötronların daha temel parçacıklar olan kuarklardan oluştuğuna ilişkin güçlü kanıtlar sağladı. Yüksek enerjili parçacık hızlandırıcıları ve kozmik ışınlarla yapılan deneylerde çok sayıda kısa ömürlü yeni parçacık keşfedildi.

1947’de Bardeen, Brattain ve Shockley tarafından geliştirilen transistör, modern elektronik ve bilgisayar teknolojisinin temelini oluşturdu.

Otto Hahn ve Fritz Strassmann’ın deneyleri ile Lise Meitner ve Otto Frisch’in açıklamaları sonucunda 1938–1939’da nükleer fisyon anlaşıldı. Ağır bir atom çekirdeğinin daha küçük çekirdeklere bölünmesi olan fisyon ve hafif atom çekirdeklerinin birleşerek daha ağır bir çekirdek oluşturması olan füzyon süreçlerinin anlaşılması, nükleer silahların ve fisyon enerjisiyle çalışan nükleer santrallerin geliştirilmesini mümkün kıldı. Nükleer füzyonun, Güneş ve yıldızların enerji kaynağı olduğu anlaşıldı ve füzyon enerjisinden yararlanma çalışmaları başladı.

Radyoaktivitenin ve radyoaktif bozunmanın anlaşılması, radyometrik tarihleme yöntemlerinin geliştirilmesini sağladı. Bu yöntemlerle Dünyanın yaklaşık 4,6 milyar yaşında olduğu ve yaşamın Dünyada en az 3,5 milyar yıl önce var olduğu belirlendi. Dünyanın yaşı çeşitli kaya ve meteor örnekleri kullanılarak, özellikle uranyum-kurşun tarihlemesi gibi radyometrik yöntemlerle belirlenir. İzokron yöntemi de bu amaçla kullanılan yöntemlerden biridir.

Jeofizik:

Alfred Wegener’in 1912’de ortaya attığı kıtaların kayması fikri, Arthur Holmes’un manto konveksiyonu üzerine çalışmaları ve 1960’larda Harry Hess ile Robert Dietz’in deniz tabanı yayılması kuramlarıyla geliştirildi. F. Vine ve D. Matthews’ın okyanus tabanındaki manyetik şeritleri açıklamasıyla birlikte levha tektoniği kuramı için güçlü kanıtlar elde edildi. Böylece kıtaların üzerinde bulundukları levhalarla birlikte yılda birkaç santimetre hızla hareket ettiği, dağların ve diğer büyük yer şekillerinin oluşumunda levha hareketlerinin önemli rol oynadığı anlaşıldı. Levha tektoniği hakkında bilgi almak için tıklayın.

Buna bağlı olarak gezegenler jeolojisi gelişti; Dünyanın yer şekilleri ve iç yapısı, diğer gezegenler ve onların uydularıyla karşılaştırılabilir hale geldi. Gök taşlarının incelenmesi, uzay araçlarıyla getirilen örneklerin analiz edilmesi ve gezegen yüzeylerinin uzaktan gözlemlenmesi sayesinde Güneş Sistemi’ndeki gök cisimlerinin jeolojik geçmişleri hakkında bilgi edinildi.

Dünyanın iç yapısını inceleyen sismoloji alanındaki çalışmalar sayesinde yer kabuğunun altında manto, onun altında sıvı dış çekirdek ve daha içte katı bir iç çekirdek bulunduğu anlaşıldı. 1936’da Lehmann’ın sismolojik çalışmaları, Dünyanın katı bir iç çekirdeğe sahip olduğunu ortaya koydu.

Biyoloji ve Tıp:

19. yüzyılda Darwin ve onu izleyen bilim insanlarının çalışmaları sayesinde evrim kuramında kaydedilen ilerlemelerin ardından, moleküler biyolojide ve Tıp dahil ona bağlı tüm alanlarda önemli ilerlemeler oldu:

1928’de Alexander Fleming tarafından keşfedilen Penisilinin, 1930’ların sonlarında Florey, Chain ve çalışma arkadaşları tarafından etkili bir ilaca dönüştürülmesi ve 1940’larda yaygın biçimde kullanılmaya başlanması, bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde büyük bir ilerleme sağladı.

Özellikle 1955’te Salk’ın çocuk felci aşısı, 1961’de Sabin’in ağızdan uygulanan çocuk felci aşısı, 1963’te kullanılmaya başlanan kızamık aşısı, 1960’ların sonlarında kızamıkçık ve kabakulak aşıları, 1980’lerde de Hepatit B aşısı ve ardından devreye giren kitlesel aşılama programları, bulaşıcı hastalıkların önlenmesinde ve ölüm oranlarının düşürülmesinde olağanüstü etkili olmuştur.

1900’lerin başında Mendel genetiğinin yeniden keşfiyle canlılarda kalıtım mekanizmaları anlaşılmaya başlandı.

1944’te Avery, MacLeod ve McCarty’nin çalışmaları, DNA’nın kalıtsal bilgiyi taşıyan madde olduğunu gösterdi.

1930’da R. A. Fisher’ın, 1931’de Sewall Wright’ın, 1932’de J. B. S. Haldane’in çalışmalarıyla evrimsel biyolojiye yeni bilgiler eklendi. 1937’de Theodosius Dobzhansky’nin Genetics and the Origin of Species adlı kitabı yayımlandı.

1940’larda genetik, doğal seçilim ve popülasyon biyolojisinin birleşmesiyle Modern Evrimsel Sentez büyük ölçüde tamamlandı. 1953’te James Watson ve Francis Crick, Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins’in X-ışını kristalografisi çalışmalarından elde edilen verilerden de yararlanarak DNA’nın çift sarmal yapısını ortaya koydu. Bu, genetik bilginin moleküler temelinin anlaşılmasında büyük bir dönüm noktasıydı.

Jane Goodall’ın 1960’larda şempanzeler üzerinde yaptığı öncü çalışmalar, modern primatolojinin gelişmesine büyük katkıda bulundu. Primatlar üzerinde yapılan araştırmalar sayesinde empati, öngörü, adalet ve eşitlik duygusuyla ilişkili davranışlar ile alet kullanımı ve yapımının yalnızca insana özgü olmadığı anlaşıldı. Dil ve sembolik iletişim konusundaki çalışmalar ise bazı primatların işaret dili ve başka sembolik iletişim sistemlerini öğrenip kullanabildiğini gösterdi.

Resim: Dr. Jane Goodall, Gombe Stream Ulusal Parkı, Tanzanya, 1964

Bu süreçte genetik mühendisliği de gelişmiştir. Böylece gen transferleri, embriyo transferleri ve nükleer transplantasyon işlemleri yoluyla yapay döllenme, canlı klonlama ve sonrasında da yapay doku üretimleri mümkün hale gelmiştir. 

Artık genetik şifreyi okumayı öğrenmiş bulunuyoruz ve gen haritalarını çıkardığımız canlıların sayısı gün geçtikçe artıyor. Bu genlerin, bu canlılarda hangi işlevlerden sorumlu olduğuna dair bilgilerimize her geçen gün bir yenisi ekleniyor. Moleküler biyoloji, canlıların genlerini ve moleküler yapı taşlarını karşılaştırmak suretiyle akrabalık derecelerini ortaya çıkarmamıza imkan tanıyor. Örneğin insanlarla şempanzelerin %99,6 oranında aynı aktif genleri taşıdığını artık biliyoruz.

1996’da yetişkin bir somatik (vücut) hücreden nükleer transfer yöntemiyle klonlanan ilk memeli hayvan olan Dolly adlı koyun doğmuştur.

Nörofizyoloji ve sinirbilim:

19. yüzyılın sonlraı ve 20. yüzyılın başlarında Cajal’ın çalışmaları, sinir sisteminin ayrı nöronlardan oluştuğunu ve nöronların birbirleriyle bağlantılar kurduğunu ortaya koydu. Bu, modern sinirbilimin temelini oluşturdu.

1921’de Loewi ve Dale, sinapslar arası kimyasal iletimi kanıtlayarak ilk nörotransmitter olan asetilkolinin sinaptik iletimde rolünü göstermiştir.

1952’de Alan Hodgkin ve Andrew Huxley, dev kalamar aksonunu kullanarak aksiyon potansiyelinin (sinir hücresi elektrik sinyalinin) iyonik mekanizmalarını çözmüş ve sinir iletiminin matematiksel modelini kurmuş (Hodgkin-Huxley Modeli); Bernard Katz’ın çalışmalarıyla da sinaptik iletimin kimyasal temeli aydınlatılmıştır. Bu çalışmalar, nöronların elektriksel ve kimyasal iletişiminin anlaşılmasını sağlayarak modern nörofizyolojinin temelini oluşturmuştur.

1960’lardan itibaren Kandel, deniz salyangozları üzerinde çalışarak öğrenme ve hafızanın nöronlar arası sinaptik değişikliklere dayanan moleküler temellerinin anlaşılmasına önemli katkılarda bulunmuştur.

1990’ların başında Giacomo Rizzolatti ve ekibinin makak maymunları üzerinde yaptığı çalışmalarda ayna nöronlar keşfedildi. Bu keşif, özellikle başkalarının eylemlerini gözlemleme, taklit etme ve empati gibi sosyal biliş süreçlerinin sinirsel temellerinin araştırılmasına yeni bir boyut kazandırdı.

Kimya:

Kuantum mekaniğinin kimyaya uygulanmasıyla atomların elektronik yapısı ve kimyasal bağların doğası anlaşılmaya başlandı. Hangi atomların birbirine hangi koşullarda ve ne tür kimyasal bağlarla bağlandığını belirleyen mekanizmaların açıklanması, modern kimyanın gelişmesinde önemli bir dönüm noktası oldu.

20. yüzyılın başlarında Fritz Haber ve Carl Bosch tarafından geliştirilen Haber-Bosch süreci, atmosferdeki azotun amonyağa dönüştürülerek büyük miktarlarda azotlu gübre üretilmesini mümkün kıldı. Sentetik polimerlerin ve plastiklerin geliştirilmesiyle de daha önce doğada bulunmayan çok çeşitli yeni malzemeler üretildi.

1953’te gerçekleştirilen Miller-Urey Deneyi, Dünyanın ilkel atmosferini temsil eden koşullarda elektriksel boşalmaların etkisiyle aminoasitler gibi organik moleküllerin oluşabileceğini gösterdi. Bu ve sonraki çalışmalar, yaşamın yapı taşlarının cansız maddelerden nasıl oluşmuş olabileceğinin anlaşılmasına önemli katkılarda bulundu. Bkz. Abiyogenez.

Astronomi ve kozmoloji:

1920’lerde Edwin Hubble’ın gözlemleri, galaksilerin birbirlerinden uzaklaştığını ve Evrenin genişlediğini ortaya koydu. Bu gözlemler, daha sonra geliştirilen ve Evrenin sıcak ve yoğun bir başlangıçtan genişlediğini öne süren Büyük Patlama (Big Bang) modelinin temel dayanaklarından biri oldu.

1940’larda Lemaître ve Gamow gibi bilim insanlarının çalışmalarıyla geliştirilen Büyük Patlama modeli, Evrenin geçmişte çok daha sıcak ve yoğun olduğunu öne sürdü. 1965’te Penzias ve Wilson’ın kozmik mikrodalga arka plan ışımasını keşfetmesi, modelin önemli gözlemsel kanıtlarından birini sağladı.

1961’de Yuri Gagarin, Vostok 1 ile uzaya çıkan ve Dünya yörüngesine giren ilk insan oldu. 1969’da Apollo 11 göreviyle Neil Armstrong ve Buzz Aldrin’in Aya ayak basması, uzay araştırmalarında yeni bir dönemin başlangıcı oldu.

1990’da Hubble Uzay Teleskobunun uzaya gönderilmesiyle atmosferin bozucu etkilerinden uzak gözlemler mümkün oldu. Uzak galaksilerin, yıldızların ve evrenin derinliklerinin incelenmesinde büyük bir ilerleme sağlandı.

Uzay araştırmaları sayesinde Güneş Sistemindeki diğer gök cisimleri hakkında da önemli bilgiler elde edildi. Venüs’ün yoğun karbondioksit atmosferinin neden olduğu güçlü sera etkisi nedeniyle yüzey sıcaklığının yaklaşık 465 °C olduğu, Mars’ın geçmişte sıvı suyun bulunabileceği daha ılıman koşullara sahip olduğu anlaşıldı. Satürn’ün uydusu Titan’ın atmosferinde ve yüzeyinde çok çeşitli organik bileşikler bulunduğu, kuyrukluyıldızların da organik bileşikler içerdiği belirlendi.

Samanyolu’nun, yüz milyarlarca yıldız içeren dev bir galaksinin parçası olduğu ve Güneş Sistemi dışındaki yıldızların çevresinde de gezegenler bulunduğu anlaşıldı. 20. yüzyılda pulsarlar, kuasarlar ve kara delikler gibi daha önce bilinmeyen kozmik yapılar keşfedilirken, uzak galaksilerin Evrenin genişlemesi nedeniyle birbirinden uzaklaştığı ortaya kondu.

1995’te Mayor ve Queloz, Güneş benzeri bir yıldızın çevresinde dönen ilk doğrulanmış ötegezegen olan 51 Pegasi b’yi keşfetti.

Resim: Kuasar (temsili görsel)