İbnü'l-Heysem ve Kitâbü'l-Menâzır: Deneysel Optik, Işık Fiziği, Karanlık Oda ve Görme Felsefesi Külliyâtı

Ebû Alî el-Hasan b. el-Hasan İbnü'l-Heysem (Batı dünyasında Alhazen olarak bilinir, 354-432 / 965-1040 civarı), Irak'ın Basra şehrinde doğmuş, matematik, geometri, astronomi, tıp ve felsefe tahsilini burada tamamlamıştır. Genç yaşta Basra divanında üst düzey idari memuriyet üstlenmişse de aklın ve hakikatin saf temaşasına mani olan bürokratik meşgaleleri terk ederek kendisini bütünüyle riyazi ve tabii ilimlere vakfetmiştir.

İbnü'l-Heysem'in şöhreti Mısır Fâtımî Halifesi el-Hâkim bi-Emrillâh'ın kulağına kadar ulaşmıştır. İbnü'l-Heysem'in, Nil Nehri'nin taşkınlarını kontrol altına almak ve suları barajlar vasıtasıyla yıl boyunca düzenli olarak tarlalara dağıtmak üzere mühendislik projeleri geliştirdiği haberi üzerine Halife onu Kahire'ye davet etmiştir. İbnü'l-Heysem Nil boyunca güneye, bugünkü Asvan bölgesine kadar gitmiş; fakat o devrin teknik imkânlarıyla Nil taşkınlarını durduracak büyüklükte bir taş baraj inşa etmenin mümkün olmadığını yerinde bizzat görerek projeden vazgeçtiğini açıklamıştır.

«Gençliğimden beri insanların dinler, mezhepler ve nazariyeler hakkındaki ihtilaflarını tetkik ettim. Her fırka hakikatin kendi yanında olduğunu iddia ediyordu. Nihayet anladım ki gerçeğe ancak duyuların hatasından arındırılmış akıl, hendesi delil ve tecrübeyle (deneysel müşahadeyle) ulaşılabilir. Bu sebeple ömrümü geometri ve ışığın tabiatına vakfettim.» — Hasan İbnü'l-Heysem

Halife el-Hâkim'in gazabından çekinen İbnü'l-Heysem, meczup taklidi yaparak halifenin vefatına kadar (1021 civarı) ev hapsinde kalmış; bu on yılı aşkın mecburi uzlet döneminde Ezher Camii yakınındaki mütevazı hücresinde insanlık tarihinin en büyük bilim şaheserlerinden biri olan Kitâbü'l-Menâzır'ı (Optik Kitabı) kaleme almıştır.

İbnü'l-Heysem'in yedi ciltten oluşan Kitâbü'l-Menâzır'ı (De Aspectibus / Perspectiva), yalnızca görme ve ışık hadisesini açıklamakla kalmamış; modern çağda Francis Bacon, Galileo ve Descartes'a atfedilen deneysel bilim metodunu (scientific method) tam altı asır önce eksiksiz bir felsefi ve ameli disiplin olarak kurmuştur.

İbnü'l-Heysem'in araştırma yöntemi üç temel sacayağına dayanır:

• Müşahade ve Tümevarım (el-İstikrâ'): Tabiattaki ışık hadiselerini hiçbir önyargıya kapılmadan tek tek kaydetmek ve tikel gözlemlerden tümel kanunlara ulaşmak.
• Riyazi ve Geometrik İspat (el-Bürhânü'l-Hendesî): Işık ışınlarının yayılışını, yansıma ve kırılma açılarının geometrik modellerle (çizgiler, açılar ve konik kesitler) formüle edilmesi.
• Kontrollü Deney ve Cihaz Tasarımı (el-İ'tibâr): Nazari iddiaların karanlık odalarda, özel imal edilmiş delikli tüplerde, küresel ve silindirik aynalarda, su dolu cam kaplarda bizzat sınanması.

İbnü'l-Heysem'e göre ilim taliplisi bir metni okurken yazara güvenmemeli, her hükmü tabiatın bizzat kendi şahitliğiyle doğrulamalıdır. Bu tenkitçi zihniyet, Aristo ve Batlamyus'un otoritesini tabiat tecrübesine tabi kılmıştır.

Antik Yunan'dan İslam dünyasına intikal eden optik mirasında iki zıt görme nazariyesi mevcuttu:

1. Gözden Çıkan Işınlar (Emisyon / Hurûcu'ş-Şuâ'): Öklid, Batlamyus ve hekim Galen'e göre gözden koni şeklinde görünmez ışınlar fırlar, nesnelere çarpar ve nesnenin suretini algılayarak göze geri getirir.
2. Nesneden Gelen Suretler (İntromisyon / Hulûlü's-Sûre): Demokritos ve İbn Sînâ ekolüne göre nesnelerden atomlar veya maddesiz suretler kopup göze girer; ancak bu görüş geometrik kırılma ve açılanmayı izah edemiyordu.

İbnü'l-Heysem, Öklid ve Batlamyus'un emisyon nazariyesini hem fizyolojik hem mantıki hem de deneysel olarak kati bir surette çürütmüştür:

• Gözün İncinmesi Hadisesi: Güneşe veya parlak bir aynaya baktığımızda göz kamaşır, acı duyar ve zarar görür. Eğer ışın gözden çıksaydı, dışarıdaki bir kaynaktan göze zarar verici bir tesirin girmesi imkânsız olurdu. Tesir nesneden göze doğrudur.
• Yıldızların Anında Görülmesi: Göz kapağımızı gece gökyüzüne açtığımız anda milyonlarca fersah uzaktaki yıldızları anında görürüz. Eğer gözden bir ışın çıkıp yıldızlara kadar seyahat etseydi, bu sonsuz mesafeyi katetmek için ölçülebilir bir zaman gerekirdi.
• Art Görüntü (After-image): Parlak bir cisme baktıktan sonra gözlerimizi kapattığımızda göz kapaklarımızın içinde rengin bir müddet kalması, dış ışığın göz merceğinde fiziki bir iz bıraktığını gösterir.

İbnü'l-Heysem böylece ışığın nesnelerden yayılarak her doğrultuda doğrusal çizgiler halinde göze girdiği hakikatini bilim tarihine kazandırmıştır.

İbnü'l-Heysem, ışığın doğrusal intişarını ispat etmek üzere bilim tarihinin ilk karanlık oda (el-Beytü'l-Muzlim / Camera Obscura) deneyini tasarlamış ve teferruatıyla tarif etmiştir.

Deneyin düzeneği şöyledir:

• Tamamen ışıksız bir odanın bir duvarına toplu iğne başı büyüklüğünde küçük bir delik (menfez / aperture) açılır.
• Odanın dışına yan yana farklı mesafelerde dizilmiş birkaç mum yerleştirilir.
• Deliğin tam karşısındaki beyaz perde üzerinde, dışarıdaki mumların alevleri baş aşağı (ters / inverted) ve yerleri sağ-sol olarak değişmiş vaziyette net bir şekilde belirir.
• Mumların biri söndürüldüğünde, perdedeki karşılık gelen ters görüntü anında kaybolur.

İbnü'l-Heysem bu deneyle iki devasa netice çıkarmıştır: Birincisi, ışık ışınları birbirinin içinden geçerken birbirini bozmaz, her ışın kendi doğrusal yoluna bağımsız devam eder. İkincisi, nesnenin üst noktasından çıkan ışın delikten geçerek perdenin altına, alt noktasından çıkan ışın ise perdenin üstüne düşer; bu da görüntünün ters oluşmasının geometrik sırrıdır.

Bu keşif, sekiz asır sonra icat edilecek olan fotoğraf makinesinin, teleskopların, mikroskopların ve sinema projektörlerinin doğrudan atasıdır.

İbnü'l-Heysem, Kitâbü'l-Menâzır'ın ikinci cildinde gözün detaylı anatomik yapısını incelemiş, gözü birbiri içine geçmiş mükemmel küresel tabakalar halinde şemalaştırmıştır. İbnü'l-Heysem'in kullandığı terimler bugün tıp literatüründe aynen yaşamaktadır:

• el-Karniyye (Cornea): Gözün en dışındaki şeffaf boynuzsu tabaka.
• el-İnebiyye (Uvea): Üzüm tanesine benzeyen damarlı tabaka.
• el-Celediyye / el-Adase (Lens / Billuriyye): Gözün merkezindeki çift taraflı kırıcı mercek.
• eş-Şebekiyye (Retina): Ağ tabaka; ışığın algılandığı sinirsel zemin.
• es-Sa'batu'l-Basariyye (Chiasma Opticum): İki gözden çıkan optik sinirlerin beyne giderken çaprazlandığı kavşak noktası.

İbnü'l-Heysem, iki gözümüz olduğu halde nesneleri neden tek bir cisim olarak gördüğümüzü (binoküler görme / stereopsis) iki optik sinirin beyindeki ortak eksende (müşterek sinir) birleşmesiyle açıklamıştır. Suretin retinada ters teşekkül ettiğini, beynin muhakeme kudretiyle (kuvve-i mümeyyize) bu görüntüyü düzelttiğini ve derinlik algısına ulaştırdığını tespit etmiştir.

İbnü'l-Heysem ışığı ve rengi fiziksel olarak iki ana sınıfa ayırmıştır:

• Zâtî / Aslî Işık (ed-Dav'ü'z-Zâtî): Güneş, ateş veya kandil gibi ışığı kendi öz kaynağından fışkıran kendiliğinden aydınlık cisimler.
• Ârızî / İkincil Işık (ed-Dav'ü'l-Ârazî): Ay, ayna, duvar veya su gibi kendi ışığı olmayıp zâtî ışıktan aldığı aydınlığı etrafa yansıtan cisimler.

Renklerin ışıkla birlikte hareket ettiğini, ışık olmaksızın rengin görülemeyeceğini ve rengin de nesneden doğrusal çizgiler halinde göze intikal ettiğini gösterir. Gölge kanunlarında ise tam gölge (umbra) ile yarı gölgeyi (penumbra) ışık kaynağının boyutları ile cismin boyutları arasındaki geometrik ilişkiyle formüle etmiştir.

İbnü'l-Heysem'e göre ışık hem bir fiziksel enerji hem de evrenin hendesi intizamının görünür kılınmış ilahi lisanıdır.

Kitâbü'l-Menâzır'ın dördüncü ve beşinci ciltleri katoptrik (yansıma ilmi) konusuna ayrılmıştır. İbnü'l-Heysem yansımanın temel kanununu hassas açıölçerli dairesel diskler üzerinde ispat etmiştir:

«Gelen ışık ışını, yansıyan ışık ışını ve yansıma noktasından ayna yüzeyine çizilen dikme (normal) aynı düzlem üzerindedir. Geliş açısı, yansıma açısına daima eşittir.» — İbnü'l-Heysem

İbnü'l-Heysem düz aynaların ötesine geçerek altı çeşit eğrisel aynayı matematiksel olarak analiz etmiştir:

1. Düzlem aynalar
2. Dışbükey silindirik aynalar
3. İçbükey silindirik aynalar
4. Dışbükey küresel aynalar
5. İçbükey küresel aynalar
6. Parabolik ve eliptik odaklayıcı aynalar

İçbükey parabolik aynaların paralel gelen güneş ışınlarını tek bir odak noktasında topladığını, bu sayede çok yüksek sıcaklıklar elde edilerek metallerin eritilebileceğini ve yakıcı ayna (el-Merâyâ el-Muhrika) inşa edilebileceğini matematiksel olarak göstermiştir.

Matematik ve optik tarihinde Alhazen Problemi (İbnü'l-Heysem Problemi) olarak şöhret bulan meşhur soru şudur:

«Konumu bilinen bir ışık kaynağından çıkan ışın, küresel bir aynadan yansıyarak konumu bilinen bir gözlemcinin gözüne ulaşıyorsa, ışığın ayna yüzeyine çarptığı yansıma noktası neresidir?»

Bu problem Öklid ve Batlamyus tarafından çözülememiş, modern cebir dilinde dördüncü dereceden bir polinom denkleme (quartic equation) tekabül eden fevkalade çetin bir geometrik bulmacadır.

İbnü'l-Heysem, cebirsel sembollerin henüz mevcut olmadığı 11. yüzyılda, bu problemi bir çember ile bir ikizkenar hiperbolün kesişimi vasıtasıyla geometrik olarak çözmüştür. Bu çözüm, konik kesitlerin ve geometrik analiz yöntemlerinin optiğe uygulanmasında bir deha şaheseridir. Problem ancak 1997 yılında modern matematikçiler tarafından cebirsel olarak yeniden ele alınabilmiştir.

Kitâbü'l-Menâzır'ın yedinci cildi ışığın saydam ortamlardaki kırılmasını (diyoptrik) inceler. İbnü'l-Heysem su dolu silindirik cam kaplar ve dereceli tablalar kullanarak ışığın havadan suya, havadan cama ve sudan cama geçerken nasıl yön değiştirdiğini ölçmüştür.

İbnü'l-Heysem kırılmanın fiziksel sebebini dünyada ilk defa doğru açıklamıştır: Işık, yoğunluğu daha yüksek olan bir ortama (örneğin havadan suya) girdiğinde hızı yavaşlar; bu hız farkı ışının normale doğru bükülmesine yol açar. Bu tespit, 17. yüzyılda Fermat'nın «en kısa zaman prensibi» ve Snell kanununa öncülük etmiştir.

İbnü'l-Heysem ayrıca atmosferik kırılmayı da keşfetmiştir:

• Güneş ve Ay ufka yakınken gerçekte ufkun altındadır; ancak atmosfer tabakasının kırıcı tesiriyle yukarı kalkmış gibi görünürler.
• Ufuktaki Güneş ve Ay'ın elips şeklinde basık görünmesi, alt kenardan gelen ışınların üst kenardan gelen ışınlara nazaran daha fazla kırılmasından kaynaklanır.
• Güneş batmasına rağmen gökyüzünün bir müddet daha aydınlık kalması (şafak ve grup vakitleri) atmosferik kırılma ve saçılmanın neticesidir.

İbnü'l-Heysem, alacakaranlık açısını (Güneş'in ufkun 19 derece altında olduğu anı) ölçerek Dünya atmosferinin kalınlığını yaklaşık 52.000 adım (yaklaşık 80 kilometre) olarak hesaplamıştır; bu değer modern atmosfer ölçümleriyle hayret verici bir uyum içindedir.

Kitâbü'l-Menâzır, 12. yüzyılın sonlarında Latinceye De Aspectibus adıyla tercüme edilmiş ve Avrupa üniversitelerinde optiğin yegâne ana ders kitabı haline gelmiştir. Eserin Batı bilimi üzerindeki tesiri kelimenin tam anlamıyla kurucudur:

1. Roger Bacon ve Witelo: 13. yüzyıl Fransisken filozofu Roger Bacon, optik hakkındaki bütün görüşlerini İbnü'l-Heysem'den almış ve onu «Alhazen, optiğin tartışmasız üstadı» olarak tescil etmiştir. Silezyalı bilgin Witelo, İbnü'l-Heysem'in eserini şerh ederek Avrupa'ya tanıtmıştır.
2. Johannes Kepler: Modern astronomi ve optiğin babası Kepler, 1604 tarihli çığır açıcı eserine bizzat Ad Vitellionem Paralipomena, Quibus Astronomiae Pars Optica Traditur (Witelo'ya Ekler: Astronominin Optik Kısmı) adını vermiş ve İbnü'l-Heysem'in camera obscura ve göz anatomisi modellerini modern astronomik gözlemlere uygulamıştır.
3. Rönesans Sanatı ve Perspektif: Brunelleschi, Alberti ve Leonardo da Vinci'nin geliştirdiği üç boyutlu doğrusal perspektif kuralları, doğrudan İbnü'l-Heysem'in ışığın konik yayılımı ve görme piramidi geometrisine dayanır.

İbnü'l-Heysem, hem Doğu'da Kemâleddin el-Fârisî gibi dâhileri gökkuşağının sırrına ulaştırmış hem de Batı'da modern optik ve teleskobik astronomiyi başlatmıştır. Basra'da başlayan ve Kahire hücresinde mühürlenen bu ışık yolu, aklın ve tecrübenin evrensel zaferidir.