Fiziğin Amacı Nedir?

İmkânsız sorular, beklenmedik ödüller ve sonu hiç gelmeyen anlama çabası

Her yerde sınıfların duvarlarında yıllardır yankılanan bir sorudur bu. Verilen cevap genellikle, efsanevi Yunan filozof Arşimet’i ve Kral Hieron’un tacını konu alan, sonradan uydurulmuş bir hikâyeyle başlar

Hieron Sicilya’nın Siraküza kentinde tahta çıkar. Bir zanaatkâra bir miktar altın verip bundan bir taç yapmasını ister; taç geldiğinde, zanaatkârın altının bir kısmı yerine gümüş koyduğu yolunda söylentiler çıkar. Hieron yirmili yaşlarının başındaki Arşimet’i hakikati bulmakla görevlendirir.

Romalı yazar Marcus Vitruvius Pollio’nun anlattığı kadarıyla bu hikâyeye göre, Arşimet, küvette bedeninin kaldırdığı suyun hacmini fark ettiğinde problemi nasıl çözeceğini anlar. Gümüş altın kadar yoğun olmadığından, daha çok su taşıracaktır: Arşimet taçla aynı ağırlıktaki altın ve gümüş külçeleri suya daldırarak bir dizi deney gerçekleştirir; derdi her birinin ne kadar su taşırdığını görmektir. Bu deneyler sayesinde taçta gümüş olup olmadığını söyleyecektir. Arşimet bu yüzden çılgınca bir neşe içinde çırılçıplak sokağa fırlar, “Evreka!” diye bağırıyordur: “Buldum!”

Fiziğin amacı bu mudur?

Görünürde cevaplanamaz olan soruları cevaplamak mıdır? Bugün artık çevremize olağanüstü geniş ölçeklerle bakabiliyoruz. Bir zamanlar görünür maddenin bölünemez olduğunu düşünürdük; daha küçük parçacıklara, atoma indik; sonra en temel parçacıklara doğru indik, nihayetinde maddenin aslında boş uzayın enerjisindeki dalgalanmalardan oluştuğu yönündeki kavrayışa kadar geldik. Bir zamanlar hayallerimizin sınırı gökyüzüydü; şimdi evrenin çok engin olduğunu, o kadar ki ışığın evreni aşmasının yaklaşık 28 milyar yıl alacağını biliyoruz. Unutmayalım ki ışığın tanımlı, sabit bir hızı olduğu kavrayışı da fiziğin zorluklarla kazandığı zaferlerden biridir

“Dünyaya nasıl görüneceğim bilmiyorum.

 

Ama kendimi yalnızca deniz kenarında oynayan;

 

kocaman hakikat okyanusu keşfedilmeyi

 

beklercesine önünde uzanırken, şurada daha

 

düzgün bir çakıl, burada olağandan daha güzel bir

 

kabuk bulmakla oyalanan bir çocuğa benzetiyorum.”

 

ISAAC NEWTON

 

Evrenin tarihinin büyük bölümünü biliyoruz; maddenin doğasına, gezegenimizin yapısına dair çok şey biliyoruz; fakat belki de aldığımız en büyük ders, doğayı anladığımızı düşündüğümüz her seferinde doğanın bizi tekrar şaşırtması, aslında ne kadar az bildiğimizi ortaya dökmesi olmuştur. Herhalde bunu en iyi biçimde ifade eden Isaac Newton olmuştu; hatıralarında “Dünyaya nasıl görüneceğim bilmiyorum,” diyordu, “Ama kendimi yalnızca deniz kenarında oynayan; kocaman hakikat okyanusu keşfedilmeyi beklercesine önünde uzanırken, şurada daha düzgün bir çakıl, burada olağandan daha güzel bir kabuk bulmakla oyalanan bir çocuğa benzetiyorum.”

Batıl İnanca Bir Alternatif;

Fiziğin elde ettiği başarılarla ilgili olarak, Newton’ın çoğu kişiden daha az takdir ettiği bir yön varsa, o da konunun mistisizmi, batıl inancı kesip geçebilmesiydi. Newton büyük bir simyacı ve kutsal kitap âlimiydi; Eski Ahit’in Daniel Kitabı hakkındaki yazılarını en büyük eseri olarak görüyordu. Fizik manevi meselelere şüpheyle yaklaşma tehdidinde bulunduğunda, Newton korkuyla sinerdi. Astronomların din karşısındaki eleştirilerine sürekli “Ben bu meseleleri inceledim, siz incelemediniz,” diyerek cevap verirdi. Newton, “saat gibi işleyen göklerin” mekanizmasında Tanrı’nın eline bir yer ayırmıştı; fakat fiziğin ilerlemesi kısa süre içinde ilahi elin yerini aldı. İmparator Napolyon, Pierre-Simon Laplace’ı semavi mekanizma hakkında yeni yayınladığı denemesi hakkında sorguladığında, bu mekanizmada Tanrı’nın bulunmuyor oluşuna dikkat çekmişti. Laplace onu “Bu hipoteze hiç ihtiyacım yok,” diyerek cevaplamıştı. Fiziğin amacı, birçok bakımdan, evrende neyin bir dizi kanunla açıklanabilir olduğunu bulmaktır; bu kanunlar ne kadar basit olurlarsa o kadar iyidirler.

Yaklaşık olarak MÖ 600’e dek, medeniyetler teknolojiler geliştirmişler; ama dünyayı nasıl anlamlandıracaklarını pek düşünmemişlerdir: Bu peygamberlerin ve filozofların işi olmuştur. Sonra sahneye Miletliler çıkmıştır. Bugünkü Türkiye’nin batı sahillerinde bulunan Milet kenti, bugünkü bilim insanlarının, hakiki, ilk elden bir anlama arayışına duyulan susuzluk olarak görüp kabul edebileceği bir düşünce biçimine ev sahipliği yapıyordu. Miletliler evrenin sırlarını mistik dini kaygılarla gölgelemek yerine, doğadaki fenomenleri açıklayacak kanunlar aramışlar; başka şeylerin yanı sıra depremlerin, şimşeğin nedenlerine ve evrenin yapısına dair kuramlar geliştirmişlerdi.

Miletliler bu kuramları açıkça tartışıyor, nasıl sınanabileceklerini değerlendiriyor, deneylerin sonuçlarını hakikat hakkındaki son söz olarak kabul ediyorlardı. Miletli Anaksimenes dünyanın ilk bilimsel deneyini gerçekleştirmiş olmasıyla tanınır. Verilen nefesin ısısının, dudakların büzülmüş ya da iyice açılmış olmasına bağlı olarak değişiyormuş gibi göründüğü şeklindeki gözlemi, onu sıkışmanın soğumaya, genişlemenin ısınmaya yol açtığı sonucuna götürmüştü.

Anaksimenes’in kesinlikle yanılıyor olduğu gerçeği, fiziğin amacı açısından başka bir derse işaret etmektedir. Bize “kabul edilen bilgelik” kapsamına giren hiçbir şeyden emin olamayacağımızı öğretir. Evrenin işleyişiyle ilgili olarak kabul edilmiş kuramların, hatta “gerçeklerin” hatalı olduğu kanıtlanmış, bunların yerini yeni fikirler almıştır. Bunlar da yanlış olduklarının gösterilmesine açıktır. Fizik her şeyin, özellikle de doğru olmasını en fazla istediğimiz şeylerin test edildiği bir süreçtir.

Bu yüzdendir ki fizik “bilimsel azizlerden” biraz yoksundur. Deneysel kanıtların toplanması yoluyla varılan bir fikir birliği disiplini olduğu kadar, bir fikirler disiplini değildir. Deneylerin

sonuçlarını kabul edemeyenlere –ve başkalarının neden çitin öbür yanında, kendilerinin durduğu “yanlış” yerde durup onlara katılması gerektiğini sağlam gerekçelerle açıklayamayanlara– bir itiraf ve tövbe fırsatı tanınabilir.

Parçaların Toplamından Fazlası;

Fizikçi Albert Einstein ile Richard Feynman, fiziğin fizikçilerden nasıl daha büyük olduğunu gösteren güzel örneklerdir. Einstein bugün halk tarafından bir ikon olarak baş tacı edilse de öldüğünde diğer fizikçilerin kahramanı değildi. Tam tersine, hayatının sonraki dönemlerinde, nihai arayışı dikkate alınarak bir parça pişmanlıkla anılıyordu. Einstein en bilinen çalışmasını, kariyerinin ilk aşamalarında ortaya koymuştu. Fotonu, yani enerjinin kuantumunu deneysel olarak keşfederek kuantum kuramına yeni ufuklar açan bir katkıda bulunmuştu

Bu gelişme, ışığın dalga olması gerektiği yönünde asırlardır süregelen görüşü yıkmıştı. Sonra Einstein’ın görelilikle ilgili özel kuramı zamanla ilgili kavrayışımızı değiştirdi. Kütle ile enerjinin yer değiştirebilir olduğu fikri hakkındaki açıklaması maddenin esasıyla ilgili bir açıklamaydı. Genel görelilik kuramıysa, Newton’ın kütle çekimle ilgili olarak dört yüz yıl boyunca kabul görmüş çalışmalarının yeniden kaleme alınmasıydı

Fakat bunun ardından Einstein’ın görüşleri fizikle ilgisiz hale geldi. Kuantum devrimi konunun çehresini değiştirmişti; ama Einstein, evreni tanımlamanın yararlı bir yolu olarak kuantum kuramını kabul etmeye yanaşmıyordu. Hayatının son yıllarını elektromanyetizma ile göreliliği birleştirerek kuantum kuramını gereksiz bir yenilik haline getirecek bir kuram üzerine boş yere çalışarak geçirdi. Onu destekleyen, onunla birlikte çalışan fizikçilerin sayısı giderek azaldı.

Herhalde Richard Feynman, Einstein’dan sonra en ünlü fizikçidir. Fiziği popülerleştiren başlıca isimlerden biridir, büyük ve yenilikçi bir düşünürdür, hepsinden de en önemlisi bu alanda çalışanlar onu hâlâ büyük bir kahraman olarak görmektedirler. Feynman hiçbir zaman, Einstein’ın çıktığı kadar yükseklere çıkıp baş döndürücü başarılara imza atmamıştır; fakat çoğu fizikçinin yaptığından fazlasını yapmış; ışık ile madde arasındaki etkileşimi tanımlayan kuantum elektrodinamiği kuramının yaratılmasına katkıda bulunmuştur . Bu kuram çok geniş kesimler tarafından en başarılı fizik kuramı olarak el üstünde tutulur.

“İlk prensip, kendi kendinizi kandırmamanız gerektiğidir;

 

siz kandırması en kolay insansınız.”

 

RICHARD FEYNMAN

 

Feynman’ın bir fizikçi olarak en güçlü yönlerinden biri meslektaşlarının kanılarını dinleyebilme, kanıtların kanunu önünde saygıyla eğilme ve her zaman bir cahillik konumundan çalıştığını kabul edebilme becerisiydi. Şu sözü meşhurdur: “İlk prensip, kendi kendinizi kandırmamanız gerektiğidir; siz kandırması en kolay insansınız.” Kendi kendisini kandırmaya hiç niyetinin olmaması, Einstein’ın düşüşü haline gelen bir kurama alkış tutmasında zirveye ulaşmıştı. The Character of Physical Law’da “Kimsenin kuantum mekaniğinden bir şey anlamadığını rahatça söyleyebilirim sanırım,” demişti. “Kendi kendinize ‘Fakat nasıl olabilir?’ deyip durmayın, tabii yapabiliyorsanız; çünkü o zaman kimsenin yakasını kurtaramadığı çıkmaz bir sokağa girersiniz. Nasıl oluyor da böyle olabiliyor, bunu kimse bilmiyor.”

Einstein’ın fizikçilerden saygı görmemesinin, Feynman’ın görmesinin sebebi budur işte. Einstein kendisini çıkmaz bir sokağa sokarken, Feynman anlayışının sınırlı olduğunu kabul etmiş; yeni topraklara seferler düzenleyen diğerlerini izlemiştir. Bu da fiziğin amacının bir diğer bileşenidir: Diğerlerinin başarılarının üzerine tuğlalar ekleyerek ilerleme kaydetmek. Newton’ın dile getirdiği gibi: “İleriyi görebildiysem, bu ancak devlerin omuzlarında durduğum içindir.”

“İleriyi görebildiysem, bu ancak devlerin

 

omuzlarında durduğum içindir.”

 

ISAAC NEWTON

 

Kuantum kuramı sayesinde, fizik, kendisine bazı sınırlar getirme yolunda o olağanüstü adımı dahi atmıştır. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi  fiziğin bir sistem hakkında bize söyleyebileceklerinin sınırları olduğu gerçeğini ortaya koymaktadır.

Alçakgönüllü Bir Disiplin;

Bir elektronun hareketini yöneten denklemleri incelediğimizde, bu denklemlerin elektronun momentumunu ya da ivmesini bize nasıl anlattıklarını görebiliriz. Bu denklemlerin bize tam olarak elektronun hem momentumunu hem ivmesini kesin olarak aktarabilmesinin bir yolu yoktur. Bu ikisi ancak sonlu bir kesinlik içinde bulunabilir.

Werner Heisenberg bunun pratik tarafını görmüştü: Deneylerimizin aktarabileceklerinin sınırları vardır. Bir ışık fotonunu elektrona çarptırarak elektronun konumunu gösterebilirsiniz, fakat foton elektrona bir momentum da verecektir. Dolayısıyla elektronun konumunu belirleme işi momentum değerinde bir belirsizlik yaratır. Tersine, bir parçacığın momentumunun ölçülmesi de konumunda her zaman belirsizlik yaratacaktır. İster kurama ister deneye bakıyor olun, bulabileceklerimiz katı sınırlamalara tabidir. Fizik birçok bakımdan alçakgönüllü bir disiplindir. Fakat atom bombasının ardındaki fizikçilerin de ifade ettiği gibi, alçakgönüllü olmayı gerektirecek çok fazla şey vardır.

“Fiziğin amacı nedir?” sorusunu II. Dünya Savaşı sonrasında Batı hükümetlerine sormuş olsaydınız bunu sormanızın gerekliliği konusunda bir inançsızlıkla karşılaşırdınız. Savaşın göstermiş olduğu gibi, fizik her şeydir. Fizik bize fantastik teknolojik yenilikler kazandırmıştır: radar, bilgisayarlar, atom bombası ve tabii ki televizyonlar ve mikrodalga fırınlar. Fizik ekonomilerin şoför koltuğuna oturtulmuş, ülkelerin koruyucusu tayin edilmiştir. Fakat aynı soruyu fizikçilere yönelttiğinizde biraz daha boynu bükük bir cevap alabilirsiniz.

Atom bombasının New Mexico’da ilk kez denenmesinin hemen ardından Harvardlı fizikçi Kenneth Bainbridge, projenin lideri Robert Oppenheimer’a dönüp şöyle demişti: “Şimdi hepimiz orospu çocuğu olduk işte.” Oppenheimer kendi karmaşık duygularıyla mücadele ediyordu: Yıllar sonra, o gün hepsinin de dünyanın bir daha eskisi gibi olmayacağını anladığını kabul etmişti. Fakat aynı durumda olsa aynı şeyleri yine yapacağını da söylemişti: “Bilim insanıysanız böyle bir şeyi durduramazsınız,” diyordu 1945’te yaptığı emeklilik konuşmasında: “Bilim insanıysanız dünyanın nasıl işlediğini ortaya çıkarmanın iyi bir şey olduğuna inanırsınız… insanoğluna dünyayı kontrol etme yönünde mümkün olan en büyük gücü vermenin iyi bir şey olduğuna…”

Cebimizdeki Dünya;

Fiziğin amacı bu mudur? Dünyayı kontrol etmek midir? Fiziğin, en azından fiziğin sanayiye uyarlanmış halinin modern dünyayı yaratmış olduğu doğrudur. Çağımız bir tek şeyle tanımlanabilecekse o da muhtemelen mikroelektronik devrimidir: Bu devrimin birkaç veçhesini televizyon, bilgisayarlar, internet, mobil iletişim olarak sıralayabiliriz. Hepsi de fiziğin sırtına çıkarak inşa edilmiştir. Daha açık bir dille söylemek gerekirse, silikon teknolojisinin sırtına çıkarak inşa edilmiştir. II. Dünya Savaşı sırasında radarı geliştirmekle uğraşanlar, aletler için en saf silikon ve germanyum kristallerini geliştirmeye çalışıyorlardı. Fizikçiler, hepsinden de önce ABD’de Bell Laboratuarları’nda görev yapan fizikçiler bu gelişmeleri savaştan sonra da sürdürdüler; bu kristalleri “yarı iletkene” nasıl çevirebileceklerini, önceden verimsiz ve hantal radyo lambası amplifikatörleri gerektiren teknolojilerle nasıl birleştirebileceklerini öğrendiler. 1952’ye gelindiğinde silikon tabanlı ilk elektronik ürünleri piyasaya çıkmıştı: Duyma cihazları ve cep radyoları gibi düşük güç gerektiren, gayet taşınabilir cihazlardı bunlar. Bir yıl sonra ilk transistörlü bilgisayar piyasaya çıktı. Bundan kısa süre sonra da insanlar California’nın kuzeyinde elektronik şirketlerinin yoğunlaştığı küçük bölgeyi “Silikon Vadisi” adıyla anar oldular.

Fiziğin hayatlarımız üzerindeki etkisini görmek zor değildir. Lazerler belirgin bir örnek teşkil etmektedirler. Lazerler de Bell Laboratuarları’ndan çıkmıştır, onların da kökeninde savaş zamanında radar teknolojisiyle ilgili olarak yapılan araştırmalar vardır. 1957’de icat edilmelerinden bu yana, gündelik hayatın her yerinde görünür hale gelmişlerdir. CD ve DVD oynatıcılar, telefon ağları gibi fiber optik iletişim sistemleri, süpermarket kasa tarayıcıları, göz cerrahisi ve lazer yazıcılar bu uygulamaların yalnızca birkaçıdır.

Peki, fiziğin amacı teknolojinin gelişmesi midir? Ne yazık ki hayır. 20. yüzyıldaki teknolojik devrimler, nihayetinde kuantum kuramının keşfedilmesi –ya da belki icadı demeyi tercih edersiniz– sonucu ortaya çıkmıştır. Bu devrimler, özellikle yeni aygıtlar icat etmeye çalışmaktan çok, hiç kimsenin anlamadığı şeyleri aydınlatmaya çalışmanın; örneğin, ısısı 100 derece olan bir fırının yaydığı ışınım tayfının, 100 derece ısıdaki herhangi bir şeyin yaydığı ışınım tayfıyla neden aynı olduğu sorusunu cevaplamaya çalışmanın bir sonucudur.

Kısacası modern elektronik teknolojilerimiz kökleri termodinamiğe, ışığın incelenmesine uzanan kuantum kuramından gelmektedir. Termodinamik de gazların incelenmesinden doğmuştur, böyle devam edip gider. Fizik kendi kendisini ayakta tutan zincirleme bir tepkimedir: Her keşif yeni bir sorular dizisi doğurur, bu sorular da yeni keşifleri beraberinde getirir. George Bernard Shaw’un bir zamanlar dediği gibi: “Bilim bir problemi hiçbir zaman on problem daha yaratmadan çözmez.”

Sonu Hiç Gelmeyen Bir Hikâye;

Soruların bir sonu varmış gibi görünmemektedir. Fizikçiler işlerin halledildiğini söylemekten hoşlanırlar. 1894’te Amerikalı fizikçi Albert Michelson, “Fizik biliminin en önemli temel kanunları ve olgularının hepsi keşfedilmiştir ve bunlar artık o kadar sıkı sıkıya yerleşmiştir ki yeni keşiflerle tamamlanmaları olasılığı son derece uzaktır,” demişti. Fakat bunu izleyen on yıl içinde ikiz devrimler, görelilik ve kuantum kuramları ortaya çıktı.

1888’de astronom Simon Newcomb astronominin sonunun geldiğini açıklamıştı: Göklerde keşfedilecek çok az şey kaldığını ileri sürüyordu. Newcomb da yanılıyordu. Bizim kozmosa bakışımız Newcomb’un zamanından bu yana, onun doğumundan önce bilimsel keşiflerle dolu geçen 10.000 yıl içinde olduğundan daha kökten bir biçimde değişmiştir herhalde. Son yüzyılda gerçekleşen başlıca atılımlar, evrenin tarihinin tamamını özetleyerek bize nereden geldiğimizi göstermiş olsa da dünyaya bakışımızdaki kibir ortadan kalkmıştır; evrenin büyük bölümünün bilimin bilmediği bir biçimde var olduğunun keşfedilmesiyle birlikte, fizikçiler artık evrenin yalnızca küçük bir bölümüyle uğraşmaları gerektiğini takdir etmektedirler.

Şunu belirtmek gerekir ki görünürde bir amaç vardır: Her şeyin teorisi. Fizik Miletlilerin doğal fenomenleri yöneten kanunları aramalarıyla başladıysa teorik düzlemde tek bir kanunun keşfedilmesiyle son bulacaktır: Evrenin nihai tasviri. Bu “her şeyin teorisi” bütün parçacıkları, aralarındaki etkileşimleri yöneten kuvvetleri ve varlıklarının ortaya çıktığı mekân ve zamanı tek bir birleşik tanım içinde kapsayacaktır

Şimdilik bu hedefe ulaşmaktan uzağız, fakat burada muhtemelen fiziğin gerçek amacını ve özünü bulduk: Cehaletimizin çapını keşfetmek ve bunu azaltmak için elimizden geleni yapmak. Bazen, atom bombasında söz konusu olduğu gibi, bu keşif yolculuğu için ödenmesi gereken bir bedel vardır. Kimi zaman, kuantum mekaniği açısından söz konusu olduğu gibi, bundan büyük pratik yararlar sağlarız. Fakat çoğu zaman, fizikçiler size fiziğin yalnızca keşfetmenin heyecanıyla ilgili olduğunu, keşfettiklerimizi keşfetmiş olmanın dünyayı daha ilginç bir yer haline getirdiğini söyleyeceklerdir. Şair John Dryden’ın dediği gibi: “Doğanın en güzel hediyesi ona bakıp onu anlamaktan duyulan sevinçtir.”