Fizik tarihi

Fizik (Antik Yunanca: φύσις fisis “doğa”), felsefe ürünü bir çalışma alanıdır ve bu yüzden 19. yüzyıla kadar doğa felsefesi diye adlandırıldı. Ünlü fizik bilgini Isaac Newton (1642-1726) bile temel yapıtını "Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri" olarak adlandırmış ve kendisini de bir doğa filozofu olarak görmüştür. Günümüzde ise fizik; madde, enerji ve bunların birbiri arasındaki ilişkiyi inceleyen bir bilim dalı olarak tanımlanır. Fizik bir bakıma en eski ve en temel kuramsal bilimdir; onun keşifleri doğa bilimleri'nin her alanı hakkındadır çünkü madde ve enerji; doğanın temel ögeleridir. Diğer bilim dalları genellikle kendi alanlarıyla sınırlıdır ve fizikten sonradan ayrılıp bir bilim dalı olmaya hak kazanmış diye düşünülebilinir. 16. yüzyılda fizik doğa bilimlerinden ayrılmış, Rönesans dönemi sonrasında hızla artan bilgi birikimi ile mekanik, optik, akustik, elektrik gibi alt bilim dalları ortaya çıkmıştır. Fizik günümüzde klasik fizik ve modern fizik olarak ikiye ayrılır.

Antik Mezopotamya ve Mısır uygarlıklarında soyut ve kuramsal fizik çalışmalarından pek söz edilememekte, ancak basit mekanik bilgileriyle bazı teknik uygulamalar görülmektedir. Geometri, astronomi, optik, mekanik gibi matematiksel disiplinler ilk antik çağdaki Babil'de ve Helenistik Dönem'deki Arşimet, Batlamyus gibi yazarlarla başladı. Antik Yunanda doğaya felsefi yaklaşım konusunda okullar açıldı. Bu sırada felsefe, fiziği de kapsıyordu, açıklayıcı (tanımlayıcıdan ziyade) tasarılar üzerine odaklanılmıştı, genelde de Aristoteles'ın dört neden fikri çerçevesinde gelişti.

Doğayı akılcı bir şekilde anlama ve yorumlama Yunanistan'ın erken döneminde (MÖ 650-480) Sokrates öncesi düşünürler ile başladı. Miletli Thales (MÖ 624-545), doğadaki fenomenlerin çeşitli dini, mitolojik, doğaüstü açıklamalarını reddetti ve her olayın doğal bir nedeni olduğunu açıkladı. Thales MÖ 580'de suyun temel element (ilk neden) olduğunu ileri sürdü. Ona göre her şey sudan gelmekte yine suya dönmekteydi. Ayrıca, mıknatısların ovuşturulmuş kehribarları çekmesiyle ilgili deneyler yaparak ve ilk kozmolojileri geliştirerek ilerlemeler sağladı. Thales'in öğrencisi Anaksimandros, ilk evrimsel teorisi ile tanınır, Thales'in "ilk neden" fikrine karşı çıktı ve suyun yerine bütün maddelerin yapısını oluşturan, sonsuz ve yok olmayan apeiron (sınırsız) diye adlandırdığı bir ilksel madde önerdi. Efesli Heraklitos (MÖ 550-480) evreni yöneten tek temel yasanın "değişim ilkesi" olduğunu ve hiçbir şeyin aynı durumda kalmayacağını önerdi. Bunu ünlü bir sözüyle açıklamaktadır, "Kimse aynı ırmağa iki kez giremez". Bu gözlemi onu evrendeki zamanın rolü ile ilgilenen antik çağın ilk bilginlerinden biri yaptı. Zaman modern fiziğin bile en önemli kavramlarından biridir. Leukippos (MÖ 5. yüzyıl) ilahi güçlerin evrene müdahale ettikleri fikrine kesin bir şekilde karşı çıktı, bunun yerine doğal bir nedenin ancak doğal bir fenomene sahip olabileceğini savundu. Leukippos ve onun öğrencisi Demokritos, atomculuk teorisini ilk geliştiren oldular. Atomculuğa göre her şeyi oluşturan çeşitli değişmez ve parçalanamaz elementlere atom denir.

Antik Yunanistan'ın klasik (MÖ 6., 5. ve 4. yüzyıl) ve Helenistik Dönem'de doğa felsefesi çekişmeli ve heyecan verici bir çalışma alanı olmaya başladı. Aristoteles (MÖ 384-322) (Yunanca: Ἀριστοτέλης Aristotelēs), Platon'un öğrencisi, "fiziksel fenomenlerin gözlemlenmesi, nihayetinde onları yöneten fizik kanunlarına götürebilir" anlayışının gelişmesine destek verdi. Aristoteles'in eserleri fizik, metafizik, şiir, tiyatro, müzik, mantık, retorik, dilbilim, politika, yönetim, ahlak, biyoloji ve zooloji konularını kapsar. MÖ 4. yüzyılda kendi düşünce biçimini anlatan ilk çalışmasını yazdı, "Fizik" (Latince: Physica; Antik Yunanca: Φυσικὴ ἀκρόασις, phusike akroasis "doğa üzerine konuşma") ve böylece "Aristo Fiziği" diye bilinen düşünce sistemini kurmuş oldu.

Yunanistan’daki klasik dönemde (MÖ 4. ve 5. yüzyılda) ve Helenistik dönemde doğa felsefesinin tartışma konusu olan alanlara müdahil olması heyecan yarattı. Platonun öğrencisi olan Aristo (Aristoteles) doğa kanunlarının fizik konularının içinde değerlendirilmesi gerektiğini belirtmiştir. Fizik kanunlarının işlediğini görmek gözlem açısından çok önemlidir (Aristo’ya göre). Aristo’nun ayrıca, fizik, matematik, roman, tiyatro, müzik, mantık, etkili konuşma sanatı, politika, etik, biyoloji ve hayvan bilimleri ile de ilgilenmiştir. Aristo ilk eserini milattan önce 4. yüzyılda fizik alanında vermiştir. Aristo kendi fizik sistemine Aristo Fiziği ismini vermiştir. Aristo kendi düşüncesini yerçekimi ve 4. Element ile açıklamıştır. Aristo evrendeki tüm maddelerin gökyüzünden ve 4 elementten meydana geldiğini, bu elementlerin ise ateş, su hava ve toprak olduğunu ileri sürmüştür. Aristo’ya göre bu dört element birbirlerinin yapısına geçiş hakkına sahipti. Aynı zamanda bu elementler kendi doğal alanlarında hareket edebilme özelliğine de sahipti. Çünkü taş, uzay doğrultusunda yere düşebilir fakat ateş bulunduğu zemin üzerinde yukarıya yükselebilirdi. Özetlemek gerekirse, Aristo fiziği Avrupa'da yüzyıllar boyunca popüler olmuştur. Aynı zamanda, Orta Doğu'da bilimsel düşüncenin gelişiminde ve skolastik düşüncenin yıkılmasında büyük pay sahibidir. Aristo'nun bilim dünyasına kazandırdığı görüşler Avrupa'da akım oluşturmuş; Isaac Newton ve Galilei Galileo gibi bilim insanlarına ilham kaynağı olmuştur.

Antik çağın başlangıcında dünyanın yuvarlak olduğuna ilişkin çeşitli görüşler ifade ediliyordu. Eratosthenes, Aristo'dan farklı düşünüyordu. Dünya ve Güneş'in konumlarını güneş merkezli modellemeyle açıkladı. Buna Selefkiyeli Seleucus(en) adını verdi. Bu modellemeyi kendine örnek alan Aristarchus dünyanın kendi etrafında döndüğünü ileri sürmüştür. Bu tartışmalar son bulduğunda, Plutarch, Seleucus'un güneş merkezli (İng: heliocentric) sistemin ilk kanıtlayıcısı olduğunu belirtmiştir. Milattan önce 3. yüzyılda Yunan matematikçi Arşimet, büyük bir kesim tarafından antik çağın en iyi matematikçisi olarak kabul edilirdi. Buna sebep olan hidrostatik, statik ve kaldıraç alanlarındaki çalışmalarıdır. Diğer bilim insanları klasik olgularla ilgilendiler. Arşimet büyük ve ağır cisimlerin küçük kuvvetlerle nasıl kaldırılabileceği üzerinde çalıştı ve yeni sistemler geliştirdi. Arşimet ayrıca hidrostatiğin temelini oluşturdu ve Arşimet'in makineleri birinci Punic savaşında Roma ordusu tarafından kullanıldı. Ayrıca Arşimet, Aristo’nun metafizik alanındaki çalışmalarının matematiksel temellere ve pratik çözümlere dayandırılmadan açıklanamayacağını ifade etmiştir. Buna ek olarak, yüzen cisimler adlı çalışmasında kaldırma kuvvetinin varlığını göstermiştir ve bunu ispatlamıştır. Bu prensip Arşimet prensibi olarak da bilinir. Arşimet ayrıca matematik çalışmalarında, sonsuza giden parabollerin altında kalan alanları hesaplamıştır. Yüzeyleri döndürerek hacimleri hesaplamış ve uyguladığı bu formüllerde pi sayısına çok yaklaşmıştır ve uyguladığı formülleri yayımlamıştır. Arşimet çok büyük sayıları kullanmakta da ustaydı. Yerçekiminde denge noktasını incelemiştir. Birçok İslam bilginini, Galileo ve Newton gibi bilim insanlarını da etkilemiştir. Milattan önce 120 ile 190 yılları arasında yaşayan Hipparchus, astronomi ve matematik alanında yoğunlaşmış, gelişmiş teknikleri kullanarak yıldızların ve gezegenlerin hareketlerini incelemiş ve hatta güneş tutulmasının zamanını bile tahmin etmiştir. Buna ek olarak, Güneş, Ay ve Dünya arasındaki uzaklıklara da katkıda bulunmuştur. Hipparchus'un gözlemleri de diğer bilim insanları için ilham kaynağı olmuştur. Diğer ünlü fizikçilerden biri de Ptolemy'dir. Roma döneminde yaşamış ünlü bilim adamlarındandır. Ptolemy'e ait çok sayıda bilimsel yayın vardır. Bu bilimsel yayınlar, daha sonra İslam bilginleri ve Avrupalı bilginler için çok önemli olacaktır. Birincisi "Almagest" olarak bilinir ve dilimize matematiksel modelleme olarak çevrilebilir. İkincisi "Geography" coğrafya olarak bilinir. Greco-Roman dünyasında coğrafya konuları hakkında bilgiler içerir.

Eski dünyanın yetiştirdiği bilginler yavaş yavaş yok olmuştur ama birkaçı hala hayattadır. Ptolemy on dört civarında kitap yazmasına rağmen hiçbiri Hipparchus'un yazdığı kitaplar gibi günümüze ulaşamamıştır. Aristo'nun 150 civarında çalışması olmasına karşın sadece 30 tanesi günümüze ulaşmıştır. Bu çalışmaların büyük çoğunluğu çalışma notlarından oluşmaktadır.

Beşinci ve on beşinci yüzyıllar arası karanlık çağ olarak Avrupa da bilinirken, İslam dünyasında birçok bilimsel gelişme yaşanmıştır. Müslüman bilim insanları birçok ilerleme kaydetmişlerdi. Avrupa bu gelişimden bu süre zarfında mahrum kalmıştır. Haçlı seferleriyle birlikte İslam bilginlerinin çalışmaları Avrupalı bilginler tarafından incelenmiş ve bazı ilerlemeler kaydedilmiştir. Ortadoğu ile kurulan bu ilişki Rönesans’ın kapısını aralamış ve politik ve dini gelişmelere neden olmuştur.

Abbasi halifeleri birçok klasik çalışmayı bir araya getirmiş ve Arapçaya tercüme etmiştir. İslam bilginlerinden Kindî, Farabi ve İbn Rüşd bunlardan bazılarıdır. İbn-i Sina Avrupalı insanlar tarafından Avicenna olarak bilinmekle beraber, kendisi Buharalıdır. Buhara şimdiki sınırlar içerisinde Özbekistan’ın başkentidir. İbn-i Sina fizik, optik, felsefe ve tıp alanında önemli çalışmalar yapmıştır. Tıp ilminin ilkeleri adında bir eseri vardır ve bu eser Avrupa'da 1600'lerin sonuna kadar Tıp öğrencilerine okutulmuştur. Optik alanında önemli çalışmalar yapan diğer bir İslam bilgini ise İbn-i Heysem'dir (965-1040), İbn-i Heysem ve Birûni'nin çalışmaları Batı Avrupa ya iletilmiş ve birçok bilgin tarafından okutulmuştur. Roger Bacon ve Witelo bu bilginler arasındadır. Ömer Hayyam (1048-1131) İranlı bilim insanıdır ve güneş ile dünya arasındaki mesafeyi hesaplamıştır. Günümüzdeki güneş ve dünya arasındaki hesaplamaya en çok yaklaşan 2. kişidir. Ayrıca Ömer Hayyam takvim hazırlamıştır ve bu takvim kendisinden 500 yıl sonra hazırlanan gregoryen takviminden daha kesin bir hesap içermekteydi. Kendisi dünyada bilime katkıda bulunan önemli insanlar arasındadır. Ayrıca Ömer Hayyam sufi teolojisiyle de ilgilenmiştir ve dünyanın kendi ekseni etrafında döndüğünü ifade etmiştir. Battanî (858-929) Harranlıdır ve trigonometri alanında önemli çalışmaları vardır. Tanjant ifadesinin sinüs ün kosinüse bölümü olduğunu ispatlamıştır. Diğer bir çalışması ise Müslümanlara göre kutsal şehir olan Mekke'nin dünyanın herhangi bir noktasından bilinmesi üzerine çalışmıştır. Buna ek olarak Bağdatlı matematikçi olan Nasîrüddin Tûsî (1201-1274) astronominin hazinesi adında bir eser yazmıştır. Bu eserde daha önce yunan bilim insanı Ptolemy'nin yazmış olduğu gezegenlerin yörüngeleri konusuna değinmiş ve Ptolemy'nin görüşüne katkıda bulunmuştur ve reforma etmiştir. Bu çalışma Nasir'in öğrencilere ilham kaynağı olmuş ve gezegenlerin gerçekten eliptik yörüngelere sahip olduğunu göstermiştir. Copernicus Nasir'in çalışmalarına atıfta bulunmuş ve bunun üzerine çok çalışmıştır. Buna ek olarak Copernicus çalışmalarını bu konu üzerine yoğunlaştırırken matematiksel hesaplarla gezegenlerin yörüngelerinin olduğunu ispatlamaya çalışmıştır. Buna günmerkezlilik denirdi. İranlı kimyacı Ebu Musa Câbir bin Hayyan altın elementini diğer elementlerden elde etmeye çalışmıştır. Bu çalışmalarını yaparken sülfürik asit, hidroklorik asit ve nitrik asidi keşfetmiştir. Altının hiçbir maddeyle tepkimeye girmeyeceğini de bulan ilk kişidir. Hidroklorik asit ve nitrik asit ile çeşitli uygulamalar yapmıştır. Ptolemy ve Aristo ışığın diğer cisimlere çarpıp yansıdığını ve bir şekilde göz tarafından görüldüğünü öne sürmüşlerdir. İbn-i Heysem ayrıca ditile yöntemini bulmuş ve ilk olarak alembic kullanmıştır. Ünlü İranlı matematikçilerden Hârizmî (750-800) 0 ile 9 rakamları arasında çalışan sayı sistemini geliştirmiştir. Bu sistemi geliştirirken Hindistan’daki Brahma sistemini örnek almıştır. Hârizmî ayrıca Algebra kelimesini ilk kez kullanmıştır. Bu kelime matematiksel işlemleri daha kolay yapabilmek için kullandığı tekniklerin temel adıdır.

Avrupa ile Ortadoğu coğrafyasının tanışması aynı zamanda kültürel olarak tanışma demekti. Bu sebepten ötürü Ortaçağ filozoflarından Thomas Aquinas skolastik Avrupalı bilginlerle barıştı ve skolastik düşünceye sahip Avrupalılara Aristo'nun en iyi düşünür olduğunu kabul ettirdi. Bu durumda Aristo fiziği kiliseye göre direkt olarak incile karşı çıkıyordu. Bunun sonucunda Avrupa'daki kiliseler Aristo fiziğinin daha iyi anlaşılması için fon oluşturdular. Aristo fiziği temel alınarak, skolastik fizik maddeleri kendi doğasına göre hareket ediyormuş gibi tanımladı.

Gök cisimleri yuvarlak bir cisim etrafında hareket ediyormuş gibi tanımladı çünkü yörüngelerinin kendi şekillerine benzediği ve bu özelliğin kendi şekillerine benzediği ve bu özelliğin kendi doğalarında olduğunu düşünüyordu. Eylemsizlik ve Momentum yasalarında olduğu gibi, Impetus teorisi de Ortaçağ filozoflarından John Philoponus Jean Buridan tarafından geliştirildi. Ay kürenin altından incelenen yörünge hatalı şekilde görüldü ve yörünge beklenilen şekilde görülemedi. 17. yüzyılın başlangıcında pratiğe dökülmemiş olaylar beklenildiği gibi sonuçlar vermiyordu. Ay'ın hareketini inceleyen fizik bilimi sadece değerlere yaklaşıyordu. Dünyamız taşlardan oluşuyor, dünyadaki cisimler düz bir doğru üzerinde dünyanın merkezine doğru hareketine devam ediyordu tabi bu Aristo'nun jeosentrik bakış açısına göreydi. Eğer hareket öyle değilse bu hareket öngörülemezdi.

Önemli fiziksel ve matematiksel gelişmeler Çin de ve Hindistan biliminde görüldü. Hindistan felsefesine göre, Kanada ilk kez atomculuk ilkesini MÖ 200'lü yıllarda ortaya attı. Bazı kaynaklar bunun milattan önce 6. yüzyılda ortaya atıldığını söyler. Atom teorisini Budist bilim insanı Dharmakirti ve Dignaga birinci milenyumda geliştirmişlerdir. Gautama Buda'nın çağdaşı olan Pakudha Kaccayanna 6. yüzyılda maddelerin yapıtaşı olan atom teorisini ortaya atmışlardır. Bu filozoflar eter dışındaki diğer elementlerin fiziksel olarak hissedilebileceğine ve çok küçük parçalardan oluştuğunu ifade etmişlerdir. Elementleri oluşturan en küçük parçaya permenu denir ve bu parça bölünemez. Bu filozoflar atomun bölünmeyeceğini ve sonsuza kadar bu şekilde kalacağını ifade etmişlerdir. Budistler bu atomların çok küçük parçalar olduğunu ve çıplak gözle görülemeyeceğini ifade etmişlerdir. Hindistan teorisindeki atom tamamen soyuttur ve ağ gibi felsefe bilgisi olarak bulunur. Bu atom bilgisi bizim mantığımıza dayanır. Hindistan astronomisinde, Aryabhatiya tıpkı Nilakantha Somayaji (1444-1544) ve Kerela astronomi okulundakiler gibi yarı heliocentric modeli benimsemişlerdir. Bu model Tychonic sistemine çok benzer.

16. ve 17. yüzyıllarda Avrupa'da bilim alanında büyük ilerlemeler kaydedilmişti. Artık filozofların bilim hakkındaki görüşleri toplumu tatmin etmiyordu. Bu durum ortaya çıkmışken Avrupa da Protestan Reformu ve toplumdaki diğer gelişmeler ortaya çıkıyordu. Ama bilimdeki asıl değişim doğa felsefecilerinin ortaya çıkıp konuşmasıyla başlayacaktı. Skolastik düşünceye darbe vurmak isteyen filozofların matematiksel ilkeleri mekanik ve astronomi üzerine uygulamalarıyla başlayacaktı. Mekanik ve astronomi cisimlerin uzaydaki hareketlerini açıklamak için kullanılacaktı.

Astronominin geçmişine baktığımızda Nicolas Copernicus'u görürüz. Nicolas Copernicus (1473-1543) heliocentric modeli öne sürdü. Bu modele göre Dünya Güneşin etrafında dönüyor ve başka yıldızlarda diğer gezegenlerin etrafında dönüyor idi. Bu heliocentric model antik yunan bilginlerinden Ptolemy'in modeline ters düşüyordu. Milattan önce 270'li yıllarda yunan bilginlerinden Somoslu Aristarchus Dünya Güneş'in etrafında dönüyor dedi. Fakat Copernicus'un önerisi bilimsel açıdan daha çok kabul gördü. Copernicus'un kitabı "gökyüzü cisimlerinin hareketi" (bu şekilde Türkçeye çevrilebilir) adıyla yayımlandı. Copernicus ölmeden önce bu kitabı yayımlandı. Bu kitap modern astronominin başlangıç noktası oldu ve bilimsel devrimi başlattı. Güneşin evrenin merkezinde olduğunu fark ederek yapılan hesaplar daha kolay ve daha kesin sonuçlar verdi. Copernicus'un yeni perspektifi Alman astronomi bilim insanı Johannes Kepler (1571-1630) tarafından da kullanılmıştır. Günümüzde de Kepler Kanunları halen geçerlidir.

İtalyan matematikçi astronomi bilgini ve aynı zamanda fizikçi olan Galileo Galilei (1564-1642) bilimsel devrimin öncüsü olmuştur. Galileo diğer bir ünlü fizikçi olan Copernicus'un çalışmalarını benimsemiştir. Diğer bir yandan astronomi alanındaki keşiflerini ve gözlemlerini teleskop kullanarak yapması Galileo'yu ileriye götüren çalışmaları arasındadır. Galilei matematikçi olmasının yanında hukuk tıp ve felsefe biliminin içerisinde olan teoloji bilimi de Galilei'nin ilgilendiği bilim dallarıdır. Galileo felsefenin aynı zamanda astronomi bilimlerini de kapsadığını ifade etmiştir. Copernicus'un Ay, Güneş, Dünya arasındaki hareketleri anlatan eserinin eleştirilirken matematiksel hesapları kullanmak gerektiğini ve geleneksel kabullere dayanan şekilde eleştiri yapmaktan kaçınılması gerektiğini ifade etmiştir. Galileo ayrıca mekaniğin konusu olan alanlarda çeşitli deneyler yapmıştır (kinetik enerji ve potansiyel enerji dönüşümleri). Yapılan deneylerdeki hareketler yapay olsun veya olmasın bulunduğumuz evrendeki karakteristik matematiksel ilişkilerin birbiriyle tutarlı olması gerektiğini ifade etmiştir. Galileo eğitim hayatının ilk dönemlerinde Pisa Üniversitesinde tıp eğitimi almıştır. Daha sonraları ise fizik ve matematik alanlarına yönelmiştir. Galileo 19 yaşına geldiğinde Pisa katedralindeki çanın titreşimlerini incelemiş ve çanın vurma şiddetine bağlı olarak aynı şiddette ses duyulduğunu ifade etmiştir. Bu tanımı kullanırken oscillation'un genliğinin önemli olmadığını da ifade etmiştir. Bu deneyi yaparken aynı zamanda pendulum hareketinin eşit zaman aralıklarındaki eşit vuruşlarını da keşfetmiş oluyordu. Galileo genel olarak hidrostatik denge konusundaki çalışmalarıyla ve yerçekiminin cisimler üzerindeki etkisini inceleyen çalışmalarıyla tanınmıştır. Galileo Pisa Üniversitesinde öğretim görevlisi iken, Aristo’nun hareket kanunlarına şiddetle karşı çıkmıştır ve bunu öğrencilerine çeşitli deneylerle ispatlamıştır. Galileo ayrıca cisimlerin düşerken hızlarının kütlelerine bağlı olmadığını ifade etmiştir. Buna ek olarak Pisa kulesinden düşen bir kütlenin izleyeceği yörüngenin eğik atış biçiminde olacağını ifade etmiştir. Bu açıklama Newton'un açıklamalarına göre yetersiz oldu lakin yine de tatmin edicidir. Galileo'nun görelilik teoremine göre uzaydaki zaman geometrisi 3 boyutlu alan geometrisinden daha ileridedir.

Tüm bu çalışmalardan ötürü Galileo'ya astronomi biliminin babası ve modern fiziğin babası denilmektedir. Stephen Hawking Galileo'nun modern bilimin doğuşuna çok büyük katkıları olduğunu söylemektedir. Galileo ayrıca birçok insanın dogmatik bir şekilde kabul ettiği Tychonic Sistemi reddetmiş onun yerine kendi modellemesi olan jeosentrik modellemeyi kabul ettiğini ifade etmiştir. Galileo kilisenin kabul etmiş olduğu düşüncelere aykırı düşünmekten dolayı sorgulanmış ve görüşünü değiştirmesi istenmiştir. Kilisenin bu isteğini yerine getirmeyi kendine hakaret sayan Galileo, kilise tarafından cezalandırılmış ve hayatının geri kalanını ev hapsinde geçirmiştir. Galileo ayrıca Venüs ün yörüngesini teleskop ile gözlemlemiştir. 1609 yılında Galileo Jupiter'in en büyük 4 tane uydusu olduğunu gözlemlemiştir. Bu gözlem sonucunda bu uydulara Galileo'nun uyduları denmiştir. Galileo ayrıca Güneş lekelerinin gözlemlemiştir. Ordu içinde çeşitli çalışmalar yapan Galileo, askeri ihtiyaçlar için tasarımlar yapmıştır. Galileo ayrıca Jüpiter'in uydularını teleskobu ile gözlemlemiştir. Bunu 1610 yılında "Fiderous Nuncious" adlı eserinde yayımlamıştır. Bu eseri Medici kentindeki matematikçiler ve filozoflar arasında olan tartışmalarda haklılığını ispat etmek için yazmıştır. Galileo Aristo’nun felsefi yaklaşımlarını kullanarak diğer filozoflarla tartışmalara katılmıştır. Bu tartışmalarda halkın desteğini alan Galileo eserlerinde de aynı desteği almıştır. Ev hapsi boyunca Galileo birçok eser yazmıştır. Bu eserler "Matematiğin iki yeni bilimle ilgisi" ve 1632 yılında yayımlanmış olan "iki yeni başkanın Dünya sistemindeki yeri" olarak Türkçeye çevrilebilir. Galileo cisimlerin hareketini gözlemlemiş ve bunları matematiksel olarak ifade etmiştir. Felsefe alanında da çeşitli çalışmaları olan Galileo, William Gilbert ve Francis Bacon'a temel oluşturan çalışmalar bırakmıştır. Galileo'nun Fen alanındaki çalışmalarını örnek alan Evangelista Toriçelli, Marin Mersenne ve Blaise Pascal, Cristian Huygens, Robert Hooke, Robert Boyle gibi çeşitli milletlerden birçok bilim insanı kendi alanlarında başarıya ulaşmışlardır.

Fransız filozof olan Rene Descartes felsefi bilgiler arasındaki bağlantıyı iyi kuran ve yorumlama gücü yüksek bilgin bir filozoftur. Descartes gündemdeki konuları iyi takip ederdi. Descartes hırslı ve kararlı bir kişiliğe sahipti. Olgunluk çağına geldiğinde skolastik(dogmatik)görüşleri sorguladı ve felsefeye ait yeni düşüncelerini açıklamaya başladı. Mantığı ile her şeyi sorgulamaya başlayan Descartes, algılarımızın ve öğrendiklerimizin bizi bir yere götürmeyeceğini ifade etti. Bilecek olduğumuz bilgilerin ise ancak denizde bir damla olabileceğini ifade etmiştir. Felsefeye Descartes'in çerçevesinden bakıldığında, farklı maddelerin birbirine karşı olan hareketlerinin örneğin uçağın yere göre hareketinin birbirinden farklı olmadığını yalnızca evren kanunlarına göre hareket ettiğini, tek farklılığın bu olduğunu ifade etmiştir. Descartes girdap hareketine kişisel bir açıklama getirmiştir. Bu açıklamaya göre, yerçekimi kuvveti zerrelerin daha büyük maddeleri aşağıya doğru itiyor olmasından kaynaklanıyordu. Descartes de tıpkı Galileo gibi matematiksel açıklamaların bilimde çok önemli bir yere sahip olduğuna inanıyordu. Bu nedenden ötürü, 17. yüzyılda matematik ve geometri büyük bir ilerleme kaydetmiştir. Kartezyen matematiksel tanımlamalar fiziksel hareketleri açıklamada çok önemli olacaktı. Bu nedenden ötürü Huygens ve Alman filozof Gottfried Leibniz Kartezyen geleneğini devam ettirmişlerdir. Gottfried Leibniz skolastik düşünceye alternatif geliştirmeye başlamıştır. Bunu 1714 yılında yazdığı "Monadology" adlı eserinde ifade eden Leibniz, Descartes'i modern felsefenin babası ilan etmiştir. Ayrıca Leibniz Descartes'i Batı Felsefesini çok etkilediğini ifade etmiştir. Avrupada okutulan felsefede Descartes'in felsefesine çok yakındır. Descartes'in "felsefedeki ilk kural" (eserin ismi Türkçeye çevrilmiştir) adlı eseri üniversitelerin felsefe bölümlerinde halen okutulmaktadır. Descartes matematik alanında da çığır açmış bir filozoftur. Cebirsel ifadelerin Kartezyen koordinat istemine aktarılmasında Descartes'in yöntemi kullanılır. Bu yönteme Descartes'in adı verilmiştir. Analitik geometrinin babası olarak görülen Descartes cebir ile geometri arasında köprü kurmuştur. Descartes'in bilim dünyasına kazandırdığı ilkeler sınırsız matematiksel hesaplamalarda ve analizlerde halen kullanılmaktadır.

Bilimsel gelişmeler 17. yüzyılın sonunda 18. yüzyılın başında büyük bir hız kazandı. Cambridge Üniversitesinde fizikçi olan Sir Isaac Newton (1642-1727) yaşamış olan en iyi bilim insanlarından biri olarak kabul edilir. Royal Social Of England enstitüsünden öğretim görevlisi olan Newton mekanik ve astronomi alanında önemli çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalarda bilinen kabullerden farklı olarak evrenin çalışması hakkında kabul edilebilir bilgiler vermiştir. Newton üç tane hareket kanunu ve bir tane evrensel çekim kanunu olmak üzere dört tane kanun yazmıştır. Evrensel çekim kanunu sadece düşen bir cismin hareketini açıklamakla kalmaz aynı zamanda uzaydaki gök cisimlerini hareketlerini ve birbirlerine uyguladıkları kuvvetleri açıklar.

Bu gibi teoremleri elde etmek için Newton, matematikte yeni bir dal olan Calculus'u bulmuştur (Newton'un Calculus'u tabii ki Leibniz'in Calculus'undan farklıydı). Bu bilim dalı ileride birçok bilim dalının önünü açacak ve öğrenilmesi gereken bir ders olacaktı. Özellikle fizik biliminde Calculus hayati bir öneme sahiptir. Newton'un bulduğu kanunlar onu daha ileriye taşıyacak ve çeşitli eserler vermesini sağlayacaktı. "Philosophia Naturalis Principia Mathematica" (Filozoflar için Matematiksel prensipler) adlı eserinde modern mekanik ve astronomi alanındaki gelişmelerden bahsetmektedir. Bu eser 1687 yılında yayımlanmıştır. Newton geleneksel Kartezyen sistemine dayanan mekanik sitemini çürütmek istiyordu. Newton daha önceden geliştirdiği üç kanununu ve evrensel çekim kanununu kullanarak, cisimlere etki edecek olan kuvvetleri göstermeyi planlıyordu. Sadece cisimlere etki edecek olan kuvvetler yeterli değildi. Cisimlerin hareketleri boyunca cisimlerin kütlelerine göre kuvvetler etki etmeliydi. Fakat gözlemlerde gökcisimleri tamamen Newton'un kanunlarına uygun olarak hareket etmiyordu. Newton bunun sebebini anlamak için teoloji ilmine ilgi duydu ve tanrının Güneş sisteminin devamlılığını sağlamak için güneş sistemine müdahale ettiğini savundu.

Newton'un prensipleri (matematiksel olanlar hariç) yerçekiminin olmadığını iddia eden Avrupalı filozoflara karşı üstünlük sağlamıştı. Avrupalı filozofların bu görüşleri aynı zamanda metafiziksel açıklamalardan yoksundu.

1700'lü yılların başlangıcında Avrupalı ve Britanyalı bilginlerin arası açıldı. Birbirlerine ağır hakaretlerde ve ithamlarda bulunan bilginler sevenleri tarafından kışkırtılıyordu. Newton ve Leibniz'in destekçileri de kimin Calculus de daha iyi olduğunu tartışmaya başlamıştı. Newton ve Leibniz çalışmalarını birbirlerinden bağımsız bir şekilde sürdürülüyorlardı. Başlangıçta Kartezyen ve Leibniz'in geleneği Britanya dışındaki tüm kıtalarda üstün görünüyordu. Gerçek hayatta görünür olmasına rağmen Newton, yerçekimi konusunda çok çalışıyordu. 18. yüzyıl bittiğinde, kıtalardaki bilginler Newton'un ontolojik ve metafiziksel olarak açıkladığı gözlemlerini kabul ettiler. Newton çalışan ilk teleskobunu yapmıştı. Opticks adlı çalışmasında beyaz ışığın prizmadan geçirilerek birçok renkte ışık huzmesi oluşturduğunu ifade etmiştir. Newton ayrıca ışığın küçük taneciklerden oluştuğunu ifade etse de, 1690 yılında Huygens ışığın dalga biçiminde de davranabileceğini ifade etmiştir. Newton'un bu çalışması ışığın dalga biçiminde de davrandığının öğrenilmesiyle eskisi kadar destekçi bulamayacaktı. Isaac Newton ayrıca yüzeysel olarak soğutma sistemleri üzerinde de çalışmıştır. Newton binomial teoremi genelleştirmiştir. Fonksiyonların kök değerleri üzerinde de çalışan Newton Seriler konusu üzerinde de çalışmıştır. Simon Stevin'in sonsuz serileri üzerinde de Newton çalışmıştır. En önemlisi, Newton dünya ve diğer gök cisimleri arasındaki hareketleri de doğa kanunlarına dayanarak gözlemlemiştir. Bu çalışmalar bugün onaylanıp yarın onaylanmayan gelip geçici çalışmalar değildi.

Keplerin kanunlarının kendi kanunlarıyla tutarlı olduğunu bu sayede günmerkezlilik teorisindeki kuşkuların yok olduğunu ifade etmiştir. Bilimsel gelişim dönemindeki tüm görüşleri bir araya getiren Newton, modern bilim ve matematik için sağlam bir temel oluşturmuştur.

Bilimsel gelişmeler döneminde fiziğin dallarına olan ilgi yoğundu. Kraliçe Elizabeth'in danışmanı olan fizikçi Wilbert Gilbert manyetizma üzerine 1600 lerde önemli çalışmalar yaptı ve çalışmasını yayınladı. Dünyanın kendi başına en büyük mıknatıs olduğunu ifade etmiştir.

Robert Boyle (1627-1691)'de kapalı bir oda içerisinde gazlarla yaptığı çalışmasının sonunda kendi adını verdiği bir kanun ortaya atmıştır. Psikolojiye de katkıları olan Robert Boyle modern kimyanın temelini atmıştır. Bilimsel gelişimin diğer bir sebebi ise bilimle ilgilenen nüfusun artması ve geniş bir coğrafyaya yayılmasıdır. İtalya’daki ve Almanya’daki gelişmeler kısa sürmüştü: Royal Social of England ve Academy of Sciences in France gibi kurumların bilim dünyasına katkıları çok olmuştur. John Wallis, William Brouncker, Thomas Sydenham, John Mayow ve Christopher Wren gibi bilim adamları da Royal Academy'de çalışmışlardır. Christopher Wren sadece mimarlıkla ilgilenmemiştir astronomi ve anatomi de ilgi alanları arasındadır. Paris'te yabancı öğretim görevlisi olarak Hollandalı Huygens enstitüsünde çalışmıştır. 18. yüzyılda önemli Royal akademileri Berlin'de (1700) ve Petersburg (1724)'da açılmıştır. Bu akademiler üyelerine bilimsel sonuçları tartışma ve sorgulama imkânı vermiştir. 1690 yılında James Bernoulli eğri şeklindeki yuvarlak bir şekli bir yere sabitleyerek yerçekiminin hangi noktalara ağırlıklı olarak etki ettiğini göstermiştir. 1696 yılında James Bernoulli halka üzerinde kısa zaman eğrisi içerisinde çeşitli çalışmalar yapmıştır.

Motorun ilk prototipi Alman bilim insanı Otto von Guericke tarafından 1650 yılında yapılmıştır. Ayrıca Alman bilim insanı Guericke tarafından Magdeburg küresi adı verilen bir deneyde yapılmıştır. İlk vakum pompası prensibi bu deneyle yapılmıştır. İlk vakum pompası prensibi bu deneyle uygulanmıştır. Guericke'nin amacı Aristo'nun vakum teorisini çürütmekti. İrlandalı fizikçi ve kimyacı olan Boyle Guericke'nin tasarımını 1656 yılında öğrendi ve İngiliz bilim insanı Robert Hooke ile birlikte çalışarak hava pompasını geliştirdi. Boyle ve Hooke sıkı birer dost oldular ve birlikte çalışarak gazların basınçları ve hacimleri arasındaki ilişkiyi fark ettiler ve basınç ve hacim çarpımını sabit sayı olan "k" sayısında eşit oluyordu. (P.V=k) Aynı zamanda sabit basınç ve hareketsiz sistemin içerisinde gaz moleküllerinin hareket etmediğini ifade etmiştir. Termal ısının etkisinin olduğu Gaz-Sıcaklık ilişkisi de göz önüne alınacaktı. Boyle 1660 yılında hava direncinden bahsetti. Termometrenin keşfiyle sıcaklık ölçülecekti. Bu keşif Gay-Lussac isimli bilim insanına ideal gaz kanununu elde etme fırsatını verecekti. Fakat ideal gaz kanunu çoktan elde edilmiş olacaktı. Boyle'nin yardımcısı Denis Papin, 1679 yılında kemik kırmak için bir alet yapmıştı. Bu alet buharın kapalı bir tüp içerisine hapsedilerek basınç oluşturması ilkesine dayanıyordu.

Daha sonraki tasarımlarda patlamayı önlemek için buhar tahliye sistemi kullanılmıştır. Valf kullanılarak yapılan bu sistemde Papin, valfın ritmik olarak yukarıya ve aşağıya inip çıktığını gözlemlemiş bunun sonucu olarak pistonlarla çalışan motor düşüncesi aklına gelmiştir. Fakat Papin bu düşüncesinin peşinden gitmemiştir. 1697 yılında Papin'in tasarı örnek alan mühendis Thomas Savery, ilk motoru yapmıştır. İlk motorlar verimsiz ve yavaş bir şekilde çalışıyordu. Buna rağmen bu motorlar bilim insanlarının dikkatini çekmiştir. Bunun sonucu olarak 1698 yılının başlangıcında ve Savery motorlarının kullanılmaya başlanmasıyla at kullanılarak yapılan bazı işlerin yerini Savery motorları almıştır. Bu gelişmeleri takip eden yıllarda buharla çalışan makinelerdeki gelişmeler hız kazanmıştır. Newcomen motorları ve Watt motorları bunlardan bazılarıdır. Bu motorların güç birimi at gücü olarak geçiyordu çünkü bu makinelerin kaç tane atın yerini alarak aynı işi yapabildiği değerlendiriliyordu. Bu ilk motorlar verimsiz ve yavaştı. Yakıtın ancak %2 si iş gücüne dönüştürülebiliyordu. Diğer bir deyişle yakılan odunun ve kömürün ancak küçük bir kısmı enerjiye dönüştürülebiliyordu. Bu problemler ileride "motor dinamiği" isimli bilim dalının doğmasına sebep olacaktı.

18. yüzyılda Newton'un kurduğu mekanik birçok bilim insanı tarafından Calculus öğrenilerek ve yeni formüller geliştirilerek ileriye götürülmüştü. Matematiksel analizlerin ve problemlerin rasyonel mekaniğe uygulanmasıyla klasik mekanik isimli bilim dalı ortaya çıkmıştır.

1714 yılında, Brook Taylor gerilen yayların frekanslarını gerilim ve kütle değerlerini diferansiyel denklem kullanarak göstermiştir. İsviçreli matematikçi Daniel Bernoulli (1700-1782) gazların davranışlarına matematiksel açıklamalar getirdi. Gazların kinetik teorisi üzerinde de çalışan Bernoulli ilk matematiksel fizikçi unvanını almıştır. 1733 yılında Daniel Bernoulli yayların harmonim hareketinin frekansını diferansiyel denkleri çözerek göstermiştir. 1734 yılında ise Bernoulli elastik cisimlerin titreşimlerini de aynı yöntemle ifade etmiştir. Bernoulli ayrıca 1738 yılında Hidrodinamik ismini verdiği eserinde sıvı mekaniği üzerinde de çalışmalar yapmıştır. Rasyonel mekanik üzerine özellikle gözlenen hareket üzerine çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmaların daima matematiksel açıklamalara dayanması gerekiyordu. Newton'un prensipleri temel alınarak yapılan açıklamalar, karmaşık Calculus denklemlerinin çözümüyle ileriye götürülmek isteniyordu. Ayrıca bu çözümlerin matematiksel olarak anlam ifade etmesi gerekiyordu. Johann Baptiste Horvath çağdaş bir eser bırakmıştır. 18. yüzyılın bitiminde analitik işlemler bakımından titiz çalışmalar yapılmıştır. Güneş sistemi üzerine yapılan çalışmalar Newton'un kanunlarına dayanıyordu. Newton'dan farklı olarak tanrının müdahalesi olmadan Güneş sisteminin kendi kendine dengesini sağladığını göstermiştir.

1705 yılında Edmond Halley, Halley kuyruklu yıldızının periyodunu keşfetmiştir. 1781 yılında ise William Herschel Uranüs'ün periyodunu keşfetmiştir. 1798 yılında ise Henry Cavendish Dünyanın evrensel çekim sabitini ölçmüştür. 1783 yılında ise John Michelle objelerin ışığı hapsedecek kadar büyük kütleli olduğunu ifade etmiştir.

1739 yılında Leonhard Euler ucuna kütle bağlanmış olan oscillator'un rezonans halinde olabileceği üzerine hesaplamalar yapmıştır. 1742 yılında Colin Maclaurin, tek başına hareket eden ve yerçekimleri olan küre biçimindeki cisimleri keşfetti. İngiliz bilim adamlarından Taylor ve Maclaurin diğer ülkelerdeki bilim adamlarından çalışmaları bakımından geride kalmıştır. Bu sırada diğer ülkelerdeki Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace ve Legendre gibi bilim insanları çalışmalarıyla bilim dünyasına önemli katkılarda bulunmuşlardır. 1743 yılında, Jean Le Rond d’Alembert "Traité de Dynamique" adlı eserinde ivmelenen cisimlerdeki hızlandırıcı ve engelleyici kuvvetleri ifade etmiştir. 1747 yılında Pierre Louis Maupertus mekanik dalına küçük prensipler getirmiştir. 1759 yılında Euler parçalı diferansiyel denklemleri çözmüş dikdörtgen şeklindeki cisimlerin titreşimlerini ifade etmiştir. Ayrıca Euler 1764 yılında Bessel fonksiyonlarının çözümlerini bulmuştur. 1776 yılında, John Smeaton'un güç, iş, momentum ve kinetik enerji üzerine çalışmaları vardır. Ayrıca Smeaton enerjinin korunduğunu da savunmuştur. 1788 yılında, Joseph Louis Lagrange "Mécanique Analytique" adlı eserinde hareket halindeki cisimlerin Lagrange denklemlerinden bahsetmiştir. 1789 yılında Antoine Lavoisier kütlenin korunduğunu ifade etmiştir. Lagrange'ın çalışması ve Pierre Simon Laplace'ın gök mekaniği isimli çalışmasıyla Newton'un çalışması büyük bir açıklığa kavuşmuştur.

18. yüzyılda termodinamik ölçülemez kütleler ve enerjiler etrafında yoğunlaşmıştır. Bunlara örnek olarak flojiston kuramını elektriği ve "Caloric" konularını verebiliriz. Kimyasal denklemlerde ve mekanik aparatlarda bu enerji akışlarını görebiliriz. Bu bilimsel deneylere ve gelişmelere örnek olarak Leyden Jarı gösterebiliriz. Kalorimetre kapları bir önceki versiyon olan termometrenin gelişmişi durumundaydı. Deneyler farklı sonuçlar getiriyordu. Buna örnek olarak Glasgow üniversitesinden Joseph Black, erime sıcaklığını deneysel olarak ispatlamıştır. Benjamin Franklin ise elektrik akımının fazla veya az olduğu durumları incelemiştir. Bu durum daha sonra pozitif ve negatif elektrik yüklerinin varlığını gösterecekti. Ayrıca Franklin şimşek çakma durumunu elektrik akımının varlığı ile açıklamıştır.

18. yüzyılda sıvılar hakkındaki ısı teorisi kabul görüyordu. Bu teorinin daha sonra hatalı olduğu gösterilmesine rağmen, Joseph Black ve Henry Cavendish gibi bilim insanları bu teorinin doğru olduğuna çok inanmışlardı. Bazı kimyacılar bu teoriye karşı olmasına karşın, Newton'un hareket eden cisimler ısınır şeklindeki teorisini çok az kimyacı kabul ediyordu. Mekanik teori 1798 yılında Benjamin Thompson tarafından Canon-Boring deneyi ile desteklenmiştir. Benjamin Thompson'un bu teorisi mekanik enerji ve ısı arasındaki ilişkiye dayanıyordu.

18. yüzyılın başlangıcında elektrostatik ve manyetik kuvvet hakkında birçok teori bulunuyordu. Newton'un hareket prensipleri bu teorilerin geliştirilmesinde önemli pay sahibidir. Bu teorilerin deneysel olarak ispatlanamadığını göstermek çok zordu. 19. yüzyılın başında kanıtlanamayan teoriler Londra'da Royal Enstitüsü'nün kurulmasıyla ayıklanmış oldu. Çünkü burada deneysel olanaklar çok fazlaydı. Aynı zamanda Fransız matematikçi Joseph Fourier tarafından rasyonel mekanik üzerine analitik metotlar uygulanarak çalışmalar yapılmıştır. Buna ek olarak ısının akışı üzerine analitik çalışmalar yapılmıştır.

Joseph Priesley elektrik akımına karşı bir alan olduğunu 1767 yılında, Charles Augustin de Coulomb is elektrostatikte bu alanın var olduğunu 1798 yılında ifade etmiştir.

18. yüzyılın bitiminde Fransız bilim akademisi üyeleri bu alanda büyük bir üstünlük kurdular. Aynı zamanda Galileo'nun takipçileri tarafından deneysel gelenek devam ettirildi. Royal akademisi ve Fransız bilim akademisi deneysel çalışmayı ilke edinmişti. Mekanik, optik, Manyetizma, Statik elektrik, kimya ve fizik alanındaki deneyler 18. yüzyıla kadar birbirinden ayrılmamıştı. Bu bilim dallarındaki temel ayrımlar ortaya çıkmaya başlamıştı. Kimyasal deneylerde Newton'un soyut kuvvetlerini kimyasal kanunlarla açıklayan kimyacılar, kimyasal maddeleri ve reaksiyonları sınıflandırmaya başladılar.

Alessandro Volta kendi ismini verdiği pili bulmuştur. Bu sayede elektrik akımının yönü de keşfedilmiştir. Ertesi yıl Thomas Young ışığın dalga biçiminde davrandığını Augustin-Jean Frensel'in prensiplerine ve çalışmalarına dayandırarak açıklamıştır. 1813 yılında ise Peter Ewart "on the measure of moving force" isimli çalışmasında enerjinin korunduğunu ifade etmiştir. 1820 yılında Hans Christian Orsted elektrik akımı taşıyan iletkenlerin birbirlerine manyetik kuvvet uyguladığını ifade ettikten bir hafta sonra, Andre Manie Ampere iki paralel elektrik akımının birbirlerine kuvvet uyguladığını ifade etmiştir. 1821'de William Hamilton, Hamilton'un karakteristik fonksiyonlarını analiz etmeye başlamıştır. Aynı senede Michael Faraday elektrik ile çalışan motorları yapmıştır. 1826'da George Ohm voltaj, akım ve direnç kavramlarının birbirleriyle olan ilişkisini ifade etmiştir. Bir yıl sonra botanikçi Robert Brown, Brown hareketini bulmuştur. Bu harekete göre sudaki küçük tanecikler sudaki çok hızlı hareket eden atomlar ve moleküller tarafından bombardıman ediliyordu. 1931 yılında Faraday (Henry'den bağımsız olarak) elektrik potansiyel ve manyetizmaya ters olan bir etki keşfetti. Bu etkiye elektromanyetik yükleme deniliyordu.

Bu yüzyılın ilk yarısından itibaren mekanik alanında çeşitli ilerlemeler yapılmıştır. Katıların esnekliği hakkındaki formüller ve sıvılar için Navier–Stoke denklemleri bunlardan bazılarıdır.