Bu yazı, fizik köşesinin ilk yazısı olması bakımından, büyük önem arz etmektedir. Sürç-i lisan edersem, affola. Başlangıçta, bu önemli bilimin doğuşunu ve gelişimini görmemiz gerekiyor. Sonraki yazılarımda aşama aşama, fiziğin temel taşlarını göreceğiz. iyi okumalar.
Evrenin Bilimi
Doğduğu andan önce de aslında dünyada olan bir ''canlı'' gösterebilir misiniz? Biz, fizik biliminin, aslında yok iken de var olduğunu söylüyoruz. Evet, hem de bir canlı olarak. Doğanın tüm yasaları, Evren'in dinamikleri, farklı şekilde de olsa, Big Bang'den "önce" (ki bu "önce" kavramı, ele aldığımız fiziksel kuramdan kurama değişiklik gösterecektir; bunlara gelecekte geleceğiz) de işliyordu. Eğer günümüzden milyonlarca yıl önce, bir insansı maymun, klasik fizik yasalarına hakim olabilseydi; şu anda Evren'de bulunacağımız konum, farklı dinamiklere sahip, farklı bir Evren olabilirdi. işte fizik, böylesine kilit bir noktada.
Atalarımız, milyonlarca yıl önce doğayı anlamak amacıyla, çeşitli faaliyetlerde bulundular. O çağlarda dünyaya gelen bir hominid (büyük insansı maymun) olduğumuzu hayal edelim. Doğanın dinamiklerine ''karşı olmak'' mı; yoksa bu dinamiklere ''aşina olmak'' mı daha çok işimize yarardı? Şüphesiz, öncelikli olan var olma mücadelesi olduğu için, varlığımıza ''muhalefet'' olabilecek dinamiklere, karşı olmayı seçecektik. Belki bu dinamikler bizi seçecekti. Belki de gücümüzle ya da birtakım yeteneklerimizle, bu dinamiklerden bazılarına karşı galip gelecektik. Galip gelenlerimiz, bu dinamiklere karşı bazı avantajlara sahip olacaktı. Buraya kadar her şey tamam. Ancak, rutinlerinden arta kalan zamanda ne yapardık sizce? Gökyüzüne bakardık, suya bakardık, Güneş'e bakmaya çalışırdık, ateşin keşfinden sonra, neden o kadar ''kötü'' olduğunu anlamaya çalışırdık. Kısacası, aşina olmamız gereken dinamiklerle yavaş yavaş tanışmaya başlardık. Bir süre sonra da, bu dinamiklere karşı olmaktansa aşina olmanın, bizim için daha avantajlı olduğunu önce sezgisel, sonra da mantıksal olarak kavrayışımız aşaması tamamlanacaktır.
işte bu noktada fizik, en temel bilim olarak karşımıza çıkar. Yunanca'da ''doğa'' anlamına gelen fisis sözcüğü ile karşılanır. Yakın zamana kadar fiziğe, ''Doğa felsefesi'' gözüyle bakılmıştır. Astronomi, Kimya, Biyoloji, Jeoloji vs. de birer doğa bilimi olmalarına rağmen, fiziğin en temel doğa bilimi ve aynı zamanda, bu doğa bilimlerinin en önemli yardımcıları olduğu gerçektir. Diğer taraftan Tıp, Mühendislik vs. gibi uygulamalı bilimlerde çokça kullanılan ve bazılarının temelini oluşturan fizik, ilk bakışta hiç ilgisi olmadığı düşünülen arkeoloji, psikoloji, tarih vs. dallarda da önemli bir yardımcıdır. insanın, evrenle arasında kurduğu en önemli bağdır; bilgi akışı en işlek köprülerden biridir. Fiziğin, diğer disiplinleri bu derece etkilemesinin nedeni, kısmi olarak gelişmelerin genellikle teknolojiye uygulanması ve dolayısıyla insan hayatına büyük etkilerde bulunmasıdır. Fizikteki yeni fikirlerin, matematik ve felsefe gibi diğer disiplinleri etkilemesinin katkısı da büyüktür. Örneğin, elektromanyetik ve nükleer fizikteki yenilikler; günümüz toplumunun evrimleşmesinde önemli yer tutan televizyon, bilgisayar, elektrikli ev eşyaları, nükleer silahlar gibi ürünlerin, termodinamikteki yenilikler; motorlu taşımanın, mekanikteki yenilikler ise kalkülüsün gelişmesini sağlamıştır.
Sözlerimize, bize her zaman tuhaf gelmiş olan bir şeyle devam etmek istiyoruz. Kalabalık bir toplantıda, -eğer keman çalmayı biliyorsanız ve fizikçiyseniz- keman çalmanız istendiği ender zamanlarda, sizi takdim eden insan, sizin bir teorik fizikçi olduğunuzdan söz etmeye hiç gerek duymaz. Bir anlamda bunun nedeni, sanata karşı duyulan saygının, bilime duyulandan büyük olmasıdır. Rönesans sanatçıları, insanın temel uğraşının insan olması gerektiğini söylemişlerse de, dünyada ilginç başka şeyler de vardır. Sanatçılar bile günbatımının, okyanus dalgalarının ve gökyüzüne serpilmiş yıldızların güzelliğini fark ederler! Bunları gözlemek bize estetik bir haz vermeye yeter. Bütün o estetikle iç içe olan yasaların varlığını keşfetmekse, tarifi mümkün olmayan bir haz kaynağıdır. Zaten estetiğin kaynağı bu yasalardır. Örneğin, bir sarmal galaksinin büyüleyici görüntüsünü büyük bir hazla izlerken, -hele ki yüksek çözünürlüklü bir görüntüyse- o görüntünün her bir pikselinde, farklı derecede kendini gösteren ışığın ve renkteki ahengin kaynağı, fizikteki çekim yasaları ve dalga boyu kavramının birleşimidir. Galaksinin merkezindeki çekim kaynağı (bir kara delik olabilir), bir daire şeklinde olduğu için, çekim gücünü, merkezden eşit uzaklıktaki cisimlere, sistemlere ve diğerlerine eşit olarak uygular. Bunun sonucu olarak, dönen çekim kaynağının etrafında, mükemmel sarmal kollarda toplanan cisimler, ışıklarıyla beraber, bizlere görsel bir şölen sunarlar. işte fizikle ilgilenen biri olarak bu estetiğin kaynağının, fizik yasaları olduğunu bilmek, alınacak estetik hazzı, daha da derinlere taşır.
Doğa, dev bir satranç oyununa benzer. Bir satranç oyununu bir süre seyrederek, satranç kurallarını öğrenebilirsiniz: fil çapraz gider, kale düz, vs. Satrancın kurallarını bir kitaptan öğrenmek, 15 dakikalık bir iştir. Ancak, kuralları bilmek, oyunun komplekslik derecesini anlamamızı sağlamaz. italyan açılışını, Sicilya savunmasını, Alekhine savunmasını anlamak, tecrübe ister. Fizikçi, bu oyunda kural kitabını yazana benzer, mühendis ise satranç ustasına. Bu dev satranç oyununun, bir de dili vardır. Bu dildeki simgelerle, hamleler belirtilir. Oyunu yeni öğrenmeye başlayanlar, bu dili öğrenmek zorundadır. Hamleleri anlayabilmek açısından bu, önemlidir. Bu dilin ne olduğunu, muhtemelen tahmin etmişsinizdir. Evet, o dil matematik. Fizik, doğayı anlar; matematikle anlatır.
Kısaca, Tarihte Fizik
Antik çağlardan bu yana, insanların, doğanın nasıl davrandığını anlama çabalarının üzerinde durmuştuk. En büyük gizemlerden biri, Güneş ve Ay gibi gök cisimlerinin hareketiydi. Çoğunluğunun yanlışlığı kanıtlanan teoriler ortaya atıldı.
Her olayın, doğanın içinde bir nedeni olduğunu savunan filozof, Thales (yaklaşık MÖ 624-546), doğal olayları açıklamak için kullanılan doğaüstü, mitolojik ve dinsel açıklamaları reddeden ilk kişi oldu. ilk fiziksel teoriler, felsefi terminolojiyle anlatılıyordu ve bu yüzden sistematik, deneysel test uygulamak mümkün değildi. Ptolemy ve Aristo'nun birçok çalışması, gündelik gözlemlerle de örtüşüyor değildir. Buna rağmen, birçok antik filozof ve astronomun yaptığı öngörüler doğrudur. Leucippus (MÖ 5. yy.ın ilk yarısı) atomizm denen felsefi akımı (tüm maddelerin, daha küçük parçalara ayrılamayacak yapıtaşlarından, yani atomlardan oluştuğunu iddia eden felsefi akım) kurdu ve Archimedes, mekanik, statik ve hidrostatik alanlarında suyun kaldırma kuvvetini de içeren birçok sayısal betimlemede bulundu. Orta Çağ, Müslüman fizikçilerle birlikte, ki en tanınmışı Alhazen'dir (ibn-i Heysem), deneysel fiziğin yükselişine tanıklık etti. Bunu, erken dönem modern Avrupa fizikçilerinin (en tanınmışı Galileo Galilei ve Johannes Kepler'in çalışmalarının üzerinde klasik mekaniği inşa eden Isaac Newton'dur) modern fiziği şekillendirmeleri takip etti. 20. yüzyılda, Albert Einstein'ın çalışmaları fiziğe günümüze değin süren biçimini kazandırmıştır.
Günümüzde ise fiziğe yön veren temel alan olarak, Kuantum Fiziği öne çıkmıştır. Özellikle Einstein ve sonrasındaki jenerasyon, günümüz Kuantum Fiziği'nin şekillenmesinde büyük rol oynamıştır. Albert Einstein, öncelikle Newton fiziğindeki ''Mutlak Uzay'' ve ''Mutlak Zaman'' kavramlarını eleştirmiştir. Zamanı ve uzayı, insanlara ve referans sistemlerine bağımlı olduğunu fark etmiş, yani onların göreli kavramlar olduğunu ortaya koymuş, Özel Görelilik Kuramı'nı geliştirmiştir. Çekim kuvvetinin de göreli olduğunu ortaya koyan Genel Görelilik Kuramı'nı geliştirmiştir. Böylece, Newton'un mutlak kavramları, birer göreli ifadeye dönüşmüştür. Newton'un mutlak, eğilip bükülemez uzayı ve ondan bağımsız zamanına karşı; Einstein'ın, kütleye göre eğilip bükülebilen ve girişik olan uzay-zamanı, bir zafer kazanmıştır, diyebiliriz.
Burada şunu belirtmeden geçemeyiz: Newton'un çekim yasaları, bugün de kusursuz bir biçimde, gezegenlerin hareketlerini açıklayabiliyor. Çünkü Newton da en nihayetinde çevresini incelemiş ve gördüğü doğa gerçeklerini birbirine bağlayan kuramlar geliştirmiştir. Ancak bu kuramlar, çok ciddi varsayımlara ("zaman ve uzay birbirinden bağımsızdır" gibi) dayanmaktaydı ve bu sebeple evrensel değillerdi. Evet, birçok durumda, özellikle metre cinsinden büyüklüklerden kilometrelere kadar çıkan aralıkta ve ışık hızından çok küçük hızlarda mükemmel bir şekilde işliyordu; ancak atom altı boyutta ya da çok yüksek hızlarda (ışık hızına yakın miktarlarda) Newton'un kuramlarının (Newton'un Kütleçekim Kuramı gibi) uygulanması olanaksızdır; Einstein'ın ve daha sonraki bilim insanlarının, daha net, daha evrensel, daha gerçekçi modelleri kullanılmak zorundadır. Yani Newton sadece, Evren hakkındaki hipotezleri konusunda yanılmıştır. Onun evrensel çekim yasası, doğruluğundan bir şey kaybetmemiştir.
Einstein'ın dışında, Werner Heisenberg, Niels Bohr, Pauli Dirac, Erwin Schrödinger, Max Born, Wolfgang Pauli, Ludwig Boltzmann, Ernest Rutherford gibi bilim insanları, Kuantum Fiziği'nin geliştirilmesinde önemli rol oynamışlardır. Werner Heisenberg'in Belirsizlik ilkesi, Newton Fiziği'nin deterministik (tamamen, salt bir şekilde neden-sonuç ilişkisine dayalı) yapısına darbe indirerek, atom altı dünyada çok farklı yasaların işlediğinin sinyallerini vermiştir. Bütün bu bilim insanlarının, hangi faaliyetlerde bulunarak bu yeniliklere katkıda bulunduklarını, sonraki yazılarımızda işleyeceğiz.
Burada bir parantez açma gereği duyuyorum. ''Atomu parçalamak'' diye dilimizde yer eden eylemi ayrı olarak ele almayı yeğledim. Çünkü bu kavram hakkında bir doğru bilinen yanlışı düzeltmek istedik. Aslında burada parçalanan, atomun çekirdeğidir; yani bu, elektronlarla ilgili bir olgu değildir. Einstein'ın ünlü E=mc² özdeşliğine göre, madde ve enerji, bir metal paranın iki yüzü gibidir. Yani birbirlerine dönüşebilir. Bu prensibin keşfi, ayrıca insanlık tarihine kara bir leke olarak geçen Hiroshima ve Nagasaki facialarındaki atom bombasının keşfine zemin hazırlamıştı. Yani Einstein, bir teorik fizikçi olarak asla atomu parçalamadı! O, bunun mümkün olduğunu gösterdi. Atomu parçalayanlar, başında Robert Oppenheimer isimli bir bilim insanının bulunduğu, içlerinde Einstein'ın bulunmadığı bir bilim ekibidir (Ekipte Oppenheimer haricinde David Bohm, Leo Szilard, Eugene Wagner, Otto Frisch, Rudolf Peierls, Felix Bloch, Niels Bohr, Emilio Segre, James Franck, Enrico Fermi, Klaus Fuchs ve Edward Teller bulunmaktadır). Zaten Einstein, atomun parçalanabilirliği, daha doğrusu kütle-enerji eşitliğinin ilan etmesi konusundaki pişmanlığını, atom bombasının gücünü gördükten sonra, gittiği her yerde dile getirdi.
Bugün gelinen noktada fizik, insanlık adına birçok icadı beraberinde getirmiştir. Belki çoğumuz ilk defa duyacaktır, ''web'' (world wide web) diye kodladığımız, örümcek ağları gibi birbiriyle bağlantılı sayfalardan, internet üzerinde çalışan ve ''www'' ile başlayan adreslerdeki sayfaların görüntülenmesini sağlayan servis, CERN'de bir bilgisayar programcısı olan Tim Berners-Lee'nin HTML adlı bilgisayar dilini bulup geliştirmesiyle oluşmuştur. Yani bizler, bir fizikçinin gayretleri sonucunda sizlerle bilgi paylaşabiliyoruz.
Gelinen en önemli nokta ise şüphesiz, parçacık fiziğinin geldiği, ''Evren'in sırlarını ortaya çıkarma'' noktasıdır. 20. yüzyılda başlayan parçacık hızlandırma deneyleri serisi, yeni yüzyılda oldukça hızlanmış durumda. Avrupa'da CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire - Avrupa Nükleer Araştırma Organizasyonu) ve OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus - Emülsiyon izleme Aparatı Salınım Projesi); Amerika'da FERMILAB; Japonya'da Super Kamiokande (Super-Kamioka Nucleon Decay Experiments - Süper Kamioka Nükleon Bozunması Deneyi) gibi deneyler öne çıkmakta. Özellikle son dönemde, OPERA'da yapılan nötrino hızlandırma deneylerinin nihai vargıları, fiziği derinden etkileyecekmiş gibi duruyor. Bunun dışında, CERN'deki LHC (Large Hadron Collider - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) bünyesinde yapılan deneyler, Evren'in oluşum anındaki şartları minyatürize etmek amacı taşıyor ve orada, ''Neden madde, bir kütleye sahiptir?'' gibi ilginç bir soruya cevap aranıyor. Bunun kaynağı olarak da bilim insanları, ''Higgs parçacığı'' adı verilen ve kendisine ait bir alanı (Higgs alanı) bulunan, özel bir parçacığı gösteriyorlar. Bir anlamda, bütün bu hızlandırma deneyleri, maddenin bilinmeyenine yolculuktur. Maddeyi oluşturan atomların, aslında bir son durak olmadığı, proton ve nötronların bile bir son durak olmadığı bir Evren'de yaşadığımız gerçeğini öğrenmemiz, bizleri fizik bilimine odaklamaya yeter.
Sonuç
Görüldüğü gibi, fizik her yerde. Kara deliklerin çekiminde de fizik; atom altı parçacıkların güçlü nükleer kuvvetinde de. Arada kalan bütün boyutlar, belli prensiplerle karakterize edilebiliyor. Fizik, bizlere bu olanağı tanıyor. Fizik, bizlere daha çok bilinen bir evrenden çok daha fazlasını; daha az bilinen bir evreni vaat ediyor. içi, bilmek aşkıyla dolan insanlar olarak biz, bu vaade layık olacak şekilde kendimizi motive etmeliyiz. Unutmayalım: fizik, doğadan öğrenilir; okullarda unutulur. iyi bir gözlemci olmak, çok önemlidir. Deney ile birleştiği zaman ise yaptığınız gözlem, yüzünü bilime döner.
Gelecek yazılarımızda, en başından başlayarak Fizik'e daha detaylı bir bakış atmaya başlayacağım. Newton'un keşiflerini nasıl yaptığından başlayacak, uzun bir yolculuk sonrasında neden her koşulda geçerli olmadığını anlayacak, sonrasında ise günümüzdeki Fizik bilimine doğru yelken açacağız. Bu süreçte birçok noktada duracak, birçok önemli bilgiye yer verecek ve değerlendirmelerde bulunacağım.
