Charles Wheatstone

Hayatı

Charles Wheatstone Barnwood, Gloucester’da dünyaya geldi. Babası yaşadıkları kasabada müzik satıcısı olarak çalışıyordu. Daha sonra Londra’daki 128 Pall Mall’a taşındı ve dört yıl sonra flüt öğretmeni olarak ders vermeye başladı. Charles ailesinin ikinci oğluydu ve Gloucester yakınlarında bulunan bir kasaba okuluna gitti daha sonra ise Londra’da bulunan çeşitli enstitülere devam etti. Bu okullardan bir tanesi Kennington’daydı ve orada kendisinin bu hızlı ilerleyişi karşısında hayrete düşen bayan Castlemaine tarafından bakılıyordu. Okuduğu diğer okullardan birinden ise kaçmış ve Windsor’da yakalanmıştı. Bir erkek çocuğu olarak çok utangaç ve hassas biriydi. Sadece kendi fikirlerini düşünebilmek için tavan arasında bulunmaktan hoşlanabilen biriydi.
On dört yaşına geldiğinde aynı zamanda adaşı olan amcası tarafından çırak olarak alındı ve Londra’da 436. Strand’de müzik enstrümanları yapıp satan biri olarak çalışmaya başladı. Ancak, zamanla anlaşıldı ki el sanatlarına ya da bu tür işlere ilgi duymuyordu, bunlar yerine kitaplarla çalışmayı özlüyordu. Babası bu konuda Charles’ı destekliyordu ve onu amcasının ona yüklediği sorumluluktan kurtardı.
On beş yaşında ise Wheatstone Fransızca şiirler çevirmeye başladı ve sonrasında da iki şarkı yazdı. Yazdığı bu şarkılardan biri amcasına gönderildi ve amcası gönderilen bu kompozisyonu yeğeninin yazmış olduğunu bilmeden yayınladı. Yayınlanan bu şarkının bazı sözleri Bartolozzi tarafından oymacılık sloganı olarak kullanılmaya başlandı. Çoğunlukla Pall Mall civarlarında eski bir kitap sergisini ziyarete gidiyordu. Yüzünde  yaşına göre küçük ama düzgün kaşları, zeki bakışlı mavi gözleri vardı. Bu kitap sergisi daha sonra yıkılmaya yüz tutmuş ve asfaltsız bir yola dönüşmüştü. Harçlığının çoğunu kitapları satın alabilmek için kullanıyordu ve bunların çoğu beğenisi üzerine alınmış kitaplardı. Aldığı kitapların bilim, tarih ya da peri masalı olup olmadığı bilinmiyor. Bir gün, kitap satıcısının sürpriz yapması üzerine daha önceden sahip olmayı çok istediği Volta’nın elektrik üzerine keşiflerini anlatan bir kitaba ücretini ödemeden sahip oldu ve bu şekilde hem parasını harcamamış hem de çok istediği bir kitabı elde etmiş oldu. Hediye edilen bu kitap Fransızca yazılmıştı ve onu okumak Charles için oldukça zordu. Ancak bu durum bir sözlük alana kadar devam etti. Sözlüğü aldıktan sonra büyük kardeşi William’ında yardımlarıyla kitabı okumaya başladı ve okudukça kitabın içerdiği ve açıklaması yapılan deneyleri tekrar etmeye başladı. Bu deneyleri babasının evinin arkasında bulunan bir bulaşıkhanede tekrarladı ve tekrarlarken ev yapımı pil kullandı. Pilleri kurmak ve gerekli olan bakır plakaları tedarik edebilmek için biriktirdiği paranın bir kısmını kullanmak zorunda kaldı. Geriye sadece çok az bakır paraları kalmıştı. O sırada Charles’ın aklına çok iyi bir fikir geldi ve yaptığı bu araştırmalarda yönlendirici kişiliği sayesinde düşünerek kalan bakır paralarını birer bakır plaka olarak kullanmaya karar verdi. Ve böylece piller çok kısa bir sürede tamamlandı.
12 Şubat 1847 yılında Marylebone’da bulunan bir kilisede Charles Wheatstone ile Emma West evlendiler. Emma, iyi görünümü olan bir Taunton tüccarının kızıydı. Emma arkasında Charles’ın bakımına muhtaç beş küçük çocuk bırakarak 1866 yılında hayatını kaybetti. Wheatstone’un ev yaşamı sessiz ve olaysızdı.
Topluluk içinde sessiz ve içine kapalı biri olarak tanınan Charles, tek kişiyle özel olarak yaptığı görüşmelerde oldukça temiz ve akıcı konuşabilen biriydi. Konuşulan konular onun ilgi alanı içerisinde olduğu sürece küçük ama aktif, sade ve zeki görünümlü çehresi birçok animasyona ev sahipliği ederdi.  Sir Henry Taylor Wheatstone’u daha önce Oxford’da düzenlenen bir gece yarısı partisinde gözlemlediğini söylemiş ve yarattığı telgrafın yapabildiklerini  Lord Palmerston’a çok ciddi bir tutumla anlattığını eklemişti.
 
Wheatstone 1868 yılında üzerinde çalıştığı otomatik telgrafını tamamladıktan sonra şövalye unvanına layık görüldü.  Bilimsel alandaki şöhreti çoğu kesim tarafından şahit olundu ve kabul görmeye başladı. 1836 yılından itibaren Royal Society adlı bir toplulukta üye olarak bulunmaya başladı ve 1859 yılında Royal Swedish Academy of Sciences tarafından yabancı üye olarak seçildi. Ayrıca 1873 yılı içinde de Foreign Associate of the French Academy of Sciences tarafından da yabancı üyeliğini aldı. Yine 1873 yılında French Society for the Encouragement of National Industry tarafından Ampere madalyası almaya hak kazandı. 1875 yılında ise Institution of Civil Engineers tarafından onursal üye olarak kabul gördü. Cambridge’de LL.D. ve Oxford’da D.C.L. oldu.
1875 yılının sonbahar döneminde Paris’e bir geziye gittiğinde daha sonraları akciğerlerinde iltihap oluşmasına sebep olan bir soğuk algınlığına yakalandı. Ve bu hastalık 19 Ekim 1875 tarihinde onun hayatını kaybetmesine sebep oldu. Paris’te bulunan Anglican şapelinde anma töreni gerçekleştirildi ve bu törende akademiden katılan bir delege de bulunuyordu. Cenazesi Park Crescent, Londra’daki evine gönderildi (günümüzde mavi bir plakayla işaretlenmiştir.) ve daha sonra Kensal Green Mezarlığına gömüldü.

Elektriğin hızı

Bir kablo içindeki elektriğin hızımı ölçtüğü bir deney gerçekleştirdi ve bununla çok büyük bir başarı yakaladı. Kablonun ortasını kesmiş ve kabloyu iki parçaya ayırmıştı. Bu eylemde elektriğin kablonun ortasından ilerlerken belirli bir zamanda diğer tarafa geçmesine neden oldu. Bu belirli zamanı hesapladığında bulduğu bu zamanı kablonun yarısının uzunluğuyla karşılaştırması gerekiyordu ve bu şekilde elektriğin hızını bulabildi. Sonuçların gösterdiğine göre hızı saniyede 288,000 mildi ve bu hız bildiğimiz ışık hızından daha hızlıydı (ışık hızı saniyede 299,792.458 kilometredir.) sonucu yanlıştı ancak bu ışık hızına karşı bulunmuş önemli bir yaklaşık değerdi.
Daha sonraları bir kablonun içinde hareket eden elektrik alanın iletkenin doğasına, direncine ve elektrostatik kapasitesine bağlı olduğu bulundu. Michael Faraday bir denizaltı kablosundaki hızı gösterdi. Bu kablo yalıtkan bir maddeyle kaplanmıştı ve etrafında da su bulunuyordu. Hızını ise saniyede 144,000 mil olarak hesapladı ki bu da 232,000 kilometreye denk gelmekteydi. Lѐon Foucault ve Hippolyte Fizeau ışığın hızın ölçebilmek için Wheatstone’un ürettiği aleti kullandılar. Wheatstone ayrıca diğer insanlarla birlikte ilk spektroskopun keşfedilmesinde ve spektral emisyon çizgilerinin keşfedilmesinde rol aldı.

Spektroskopi

Wheatstone ve diğerleri spektral emisyon çizgilerinin keşfi ve kullanılmasında da spektroskopiye katkıda bulunmuşlardır.
1891 yılında John Munro’nun da yazdığı gibi, ‘British Association’ın Dublin’de 1835 yılında yaptıkları toplantıda Wheatstone, metallerin elektrik kıvılcımlarında gaz haline getirildiği sırada bir prizmanın içinden geçerek oluşan belirgin ışınların, kendilerini oluşturan metallere özgü olduğunu göstermiştir. Böylece kıvılcım noktalarını oluşturan metal türlerinin, kıvılcım ışığının analiz edilmesiyle kararlaştırıldığı bulunmuştur. Bu düşünce spektrum analizlerinde çok önemli bir yere sahip olmuş ve Robert Bunsen, Gustav Robert Kirchhoff gibi bilim insanlarının çalışmalarında kullanılarak onların rubidyum ya da talyum gibi yeni elementleri bulmasına yardımcı olmuştur. Bu gelişmeler bizlerin bilgi kapasitesini geliştirdi.

Telgraf

Wheatstone metal iplerin mekanik titreşimleri ile zekayı taşıyabilme fikrinden vazgeçmiş ve elektrik telgrafının yapılması çalışmalarına başlamıştır. 1835 yılında Baron Schilling sistemini kullanarak ders vermeye devam etti ve bir elektrik telgrafı oluşturmanın dünya için yapılmış çok büyük bir hizmet olduğu görüşünü insanlara deklare etti. Kendi çabalarıyla deney yapımına devam etti ve sadece Thames nehri üzerinde deneysel bir çizgi oluşturmakla kalmayıp Londra ve Birmingham metrosunda bu deneylerini kurmayı başardı. Bu planları uygulamaya başlamadan önce  ise 27 Şubat 1837 tarihinde Mr William Fothergill Cooke tarafından Conduit caddesinde bulunan kendi evinde ziyaret edildi ve bu ziyaret onun geleceğindeki çalışmaları için çok büyük bir ilham kaynağı oldu.

Cooke ile işbirliği

Mr Cooke Madras ordusunda çalışan bir görevliydi ve ayrıca Heidelberg Üniversitesi’nde anatomi üzerine dersler veriyordu. 6 Mart 1836 yılında Georg Wilhelm Munke tarafından telgrafla gerçekleştirilen bir eyleme şahit oldu ve bu önemli olay karşısında çok etkilendi. Tıp alanındaki bütün çalışmalarından vazgeçti ve tüm eforunu telgrafı insanlara duyurabilmek için kullanmaya başladı. Ocak 1837’de Londra’ya döndü ve burada 3 iğneli bir telgrafı sergilemeye başladı. Michael Faraday ve Peter Mark Roget ile görüşmelerde bulundu. Daha sonra bu isimler tarafından Wheatstone’a yönlendirildi.
Mr Cooke ve Wheatstone ikinci kez görüştüler ve bu görüşmelerinde Cooke telgrafta hangi yöntemi kullandığını Wheatstone’a açıkladı. Wheatstone kendi çalışmalarında edindiği bilgiler üzerine Cooke’un yönteminin işe yaramayacağını söyledi ve kendi deneylerine devam etti. Sonuçta, Cooke bu işte ortak olmaları gerektiğini dile getirdi ancak Wheatstone ilk duyduğunda bu fikri uygulamak konusunda pek istekli olmadı. Wheatstone iyi tanınan bir bilim adamıydı ve bu tasarımlarını herhangi bir maddi çıkar gözetmeden yapıyordu. Diğer yandan Cooke bu tasarımlardan büyük bir servet kazanılabileceğini düşünüyordu. Mayıs ayında anlaşmaya vardılar ve Wheatstone işin bilimsel tarafıyla ilgilenirken Cooke daha çok yönlendiren taraf olarak yeteneklerini kullanıyordu. Bu ortaklığın vakti 19 Kasım 1837’ye kadardı. Wheatstone’un yaptığı 5 iğneli telgrafın da içinde bulunduğu icatları patent aldı. Bu icatlardan bir tanesi ise bir saat düzeneği açığa çıkarmıştı. 
Wheatstone’a ait olan 5 iğneli telgraf Schilling’in tasarımına beziyordu ve ikisinin tasarımı da Andrѐ-Marie Ampѐre’in prensipleri örnek alınarak oluşturulmuştu. 5 farklı iğne üzerinde etki gösteren 5 tane ayrı devre bulunuyordu.

Halkın dikkati ve başarı

John Tawell adlı bir katilin 1845 yılında telekomünikasyon teknolojisi kullanımının bir sonucu olarak yakalanması halkın bu tasarımı hızlı bir şekilde benimsemesine sebebiyet verdi ve yakalanan bu katil bu teknoloji kullanılarak tutuklanan ilk insan oldu. Aynı yıl içerisinde Wheatstone iki düzenek daha tanıttı. Bu düzeneklerin isimleri ‘tek’ ve ‘çift’ iğne enstrümanları olarak belirlendi. Bu cihazlardaki iğnelerin başarılı bir şekilde bükülmesi sinyallerin oluşmasını sağlıyordu. Tek iğneli olan enstrüman sadece tek bir kablodan oluşuyordu ve günümüzde kullanımı hala devam ediyor.
Telgrafların gelişimi bilinen iki olaydan dolayı toplanmış olabilir. Bunlardan ilki 1855 yılında imparator Nicholas’ın Sankt-Peterburg’da öğle vakti saat 1’de ölmüş olmasına rağmen ölüm haberinin House of Lords’dan birkaç saat sonra duyurulmasıdır. Diğer olay ise 1890 yılındaki The Oaks’ın sonuçlarının New York'ta atlar bitiş çizgisini geçtikten on beş saniye sonra olacak şekilde kabul edilmesidir.

Cooke ile farklılıklar

1841 yılında Wheatstone ve Cooke arasında telgrafın icat edilmesindeki onurun paylaşımı sebebiyle ayrılıklar ortaya çıktı. Bu konuda ünlü bir mühendis olan Marc Isambard Brunel Cooke’un tarafını King’s College’dan Professör Daniell, Daniell baterisinin mucidi, ise Wheatstone’un tarafını tuttu. Bunun sonucunda Cooke telgrafın yararlarının halka tanıtılmasını sağladığı için Wheatstone ise halkın kolayca yararlanabildiği araştırmalar ve tasarımlar yaptığı için ödüllendirildi. En son varılan ortak karar ise iğneli telgrafın iki kişinin birlikte yaptıkları çalışmaları sonucunda açığa çıkarıldığı ve bu icat üzerinde iki tarafında hak sahibi olduğu yönündedir. Bu icat Wheatstone tarafından bulunup icat edildiği gibi Cooke tarafından da halka duyurulmuş ve icadın hızlıca kullanıma açılmasını sağlamıştır. Bu paylaşımlar bir kitabın yazarı ve yayıncısı örneğiyle açıklanabilir ancak tek bir farkla; Cooke icadın yapım aşamasında Wheatstone’a katkıda bulunmuştur.

Telgrafta ileriye yönelik çalışmalar

1836 ve 1837 yıllarında Wheatstone’un deniz altından geçirilecek telgraf bağlantılarıyla ilgili çok önemli düşünceleri vardı. Ve 1840 yılı içerisinde House of Commons’ın metro komitesine verdiği raporlarda bunu kanıtlamış ve Dover’dan Calais’e bir hat geçirilmesi teklifini sunmuştur. Hatta kabloları yapmak ve su altından geçirebilmek için makineler tasarlamaya başlamıştır. 1844 yılının sonbaharında Mr J.D. Llewellyn’in asistanlığıyla birlikte Wheatstone yalıtkan bir maddeden yapılmış ve uzun bir kabloyu su altından geçirdi ve bu kablodan gönderilecek sinyalleri de Mumbles adlı deniz fenerinden iletti. 
Wheatstone 1840 yılında ‘Wheatstone A B C enstrümanı’ olarak da bilinen alfabetik telgrafı için patent sahibi oldu. Bu telgraf adım adım hareket etme yöntemiyle çalışıyordu ve iletilen mesajların harflerini tuşlama hareketleriyle gösteriyordu. Aynı telgraf metodunu ürettiği matbaa tipi telgrafında da kullanmıştı ve bu telgrafta 1841 yılında patent aldı. Bu telegramları basma harfler şeklinde gönderen ilk telgraf çeşidiydi. Telgraf iki devreyle çalışıyordu ve içerisinde harflerin basılmasını sağlayan ufak bir çekiç sistemi bulunuyordu. Devreden geçen akımlar baskı uyguladığında istenilen harf kağıda aktarılıyordu.
Telgrafın bilinirliği şimdiye kadar çok ilerleme kaydetmişti ve 2 Eylül 1845 tarihinde Elektrik Telgraf Kurumu oluşturulmuş ve bu kurum tarafından Wheatstone ve eski ortağı Cooke’a yaptıkları bu yararlı icat için toplam 33,000 Euro para verilmiştir.
1859 yılında Wheatstone Board of Trade tarafından Atlantik kablolarıyla ilgili rapor hazırlaması için göreve alındı ve 1864'te başarılı hatların inşa edilmesi için Atlantik Telgraf Kurumu’na tavsiye veren uzamanlardan biri olmayı başardı. Bu inşaat 1865’ten 1866’ya kadar devam etti.
1870 yılında Birleşik Krallık'ın elektrik telgraf hatları birçok kurum tarafından yapıldı ve bu hatlar Post Office’e transfer edildi. Aynı zamanda bu hatlar hükümet tarafından koruma altına alındı. 
Wheatstone daha sonra mesaj sinyallerinin iletilmesinde değişiklik yapan otomatik dönüştürücü adlı bir cihazı icat etti. Bu cihaz sinyallerin gönderdiği akımları kontrol ediyordu. Bu cihaz daha sonraki yıllarda Postal Telgraf tarafından Press Telegramlarını gönderebilmek amacıyla işe alındı ve kısa zamanda hızlı bir gelişim gösterdi. Londra’dan Bristol’e dakikada 600 kelimelik bir hızla ve Londra’dan Aberdeen’e dakikada 400 kelimelik bir hızla mesajları iletiyordu. 1846 yılında hareket eden kâğıt şeritlerine bir anahtar yardımıyla mesaj gönderme çalışması Bain’e patent kazandırdı. Ancak bu fikrin orijinalinde Wheatstone'a ait olduğu herkes tarafından biliniyordu. Bu sistem genellikle Wheatstone zımbası adıyla kullanıldı.

Optik

İki göz tarafından algılanan görsel derinlik algısı kavramı ilk olarak Wheatstone tarafından 1838 yılında kullanıldı. 1840 yılında Royal Medal of the Royal Society tarafından iki gözünde kullanılmasını gerektiren görüşü açıkladığı için ödüllendirildi. Bu çalışma onun üç boyutlu çizimler yapmasını ve stereoskopu icat etmesini sağladı. Gördüğümüz somut nesnelerin algımızdaki etkisinin iki gözümüzün oluşturabildiği bir kombinasyonla elde edildiğini ve bu kombinasyonun iki gözümüzün de farklı bakış açıları kullanarak bize bu özelliği kazandırdığını gösterdi. Böylece açıkladığı bu sistemi stereoskopun içindeki ayna ve lenslerin de farklı açılardan iki görüntü oluşturmasında kullandı. Bu aleti geliştiren kişi ise Sir David Brewster olmuştur.

Zamanı ölçmek

Whaetstone 1840 yılında kurşunun hızını ya da bir yıldızın geçişini ölçmek için küçük zaman dilimlerini ölçebilen kronoskop isimli bir cihaz geliştirdi. Bu tür bir cihazın içinde elektrik akımı tarafından hareketi sağlanan bir elektrik mıknatısı bulunuyordu.
26 Kasım 1840 tarihinde bir kütüphanede elektromanyetik olan saati sergiledi. O sıralarda Bain Wheatstone’un yanında mekanik işler yapan biri olarak çalışıyordu. Yanında çalıştığı sırada ona elektrik saati hakkındaki düşüncelerini söylediğini belirtmişti ancak Wheatstone bunu yalanladı çünkü kendisi Mayıs ayından beri bu deney üzerinde çalışıyordu. Bain daha sonra Wheatstone’u elektromanyetik yazıcı telgraf fikrini çalmakla suçladı ama Wheatstone bu cihazın kendi yaptığı elektromanyetik telgrafın bir modifikasyonu olduğunu gösterdi.
Wheatstone’un en önemli icatlarından biri de ‘Polar saat’ idi ve bu icat 1848 yılında British Association’ın bir toplantısında sergilendi. Sir David Brewster’ın bulduğu bir gerçekten yola çıkılarak tasarlanmış olan bu cihaz gökyüzünden gelen ışınların 90 derecelik bir düzlemde polarize olduğunu ve bu durumunda güneşin pozisyonundan kaynaklandığını kanıtlıyordu. Saatlerin güvenilir olduğu yerlerde çok hizmet vermeyen bu icat 1875-1876 yılları arasında keşif seferleri yapan ve kumandanın kaptan Nares olduğu bir grup tarafından ekipman olarak kullanıldı.

Wheatstone köprüsü

1843 yılında Wheatstone Royal Society’e önemli bir rapor gönderdi. Bu raporunda Wheatstone köprüsü olarak da bilinen ve bir iletkenin elektrik direncinin nasıl dengeli bir şekilde açıklanabileceğini anlatan projesinden bahsediyordu. Aslında bu cihaz Royal Military Academy’den Samuel Hunter Christie’ye ait olmasına rağmen (aynı zamanda 1833 yılında basılan Philosophical Transactions’da bahsedilmişti.) hala Wheatstone adıyla anılıyordu. Bu metot Wheatstone onu tanıtına kadar reddediliyordu. Ohm kanunlarını kullanarak akımların ve dirençlerin ölçülmesini kolaylaştıran basit formüller yazmıştı. Ve bu şekilde bir kablonun uzunluğundan direncinin nasıl ölçülebileceğini göstermiş oldu. Society tarafından, hazırladığı bu kâğıtlar sayesinde madalya ile ödüllendirildi. Aynı yıl içerisinde civanın oluşturduğu elektriksel etkileşimlerin bulunan termometre ve barometrelerdeki değerlerin okunmasında kullanıldığı bir cihaz meydana getirdi. Bu yılın Mayıs ayında ise sinyallerini bir zil yardımıyla alan ses telgrafının patentini Cooke ile birlikte aldı.

Kriptografi

Wheatstone’un takdire şayan yaratıcılığı ve pratik zekası onun aynı zamanda aritmetik bir şekilde yapılan şifrelemeler için de cihazlar üretmesini sağladı. Arkadaşı Lord Playfair’ın adını kullanarak Playfair şifrelemesi yapan bir düzenek icat etti ve bunu yapmaktan sorumlu tutulmuştu. Birinci Dünya Savaşı sırasında çeşitli ulusların orduları tarafından kullanıldı ve ayrıca İkinci Dünya Savaşı sırasında da İngiliz İstihbaratı tarafından kullanıldığı biliniyor.
İlk olarak kriptoanalizleri korumak için yapılan bu cihazlar daha sonra onları kırmak için kullanıldı. British Museum’da bulunan aritmetik şifrelemeler kısmında bu konuda yaptığı katkıları sergilenmektedir. Sadece ürettiği bu kriptografik aletin çözebileceği mesajlar yazılabileceğini öne sürdü ve bu mesajların anlaşılabilmesinin tek yolunun yine aynı cihazı kullanmak olduğunu kanıtladı.

Elektrik jeneratörleri

1840 yılında Wheatstone sürekli akımlar oluşturabilmek için kendi ürettiği elektromanyetik cihazları kullandı.
4 Şubat 1867 yılında Royal Society’e dinamoelektrik makinelerin verdikleri reaksiyonun hangi prensiplere dayandığı konusunda bir rapor düzenleyip gönderdi. Ancak Mr C. W. Siemens bu tipik icattan 10 gün öncesinden haberdar oldu ve ikisininde gönderdiği raporlar aynı gün içerisinde okundu.
Öyle görünüyordu ki Werner von Siemens, Samuel Alfred Varley ve Charles Wheatstone çalışma prensiplerini anlattıkları bu raporları birbirlerinden bağımsız olarak birkaç ay içinde göndermişlerdi. 24 Aralık 1866 tarihinde Varley bu konuda patent aldı; Siemens 17 Şubat 1867 tarihinde bu konuya tekrar ilgi çekti ve son olarak Wheatstone ise sözü edilen günde Royal Society’e bu konuda bir sergileme sundu.