Teori Ve Kanun Nedir, Ne Değildir?

Transkript

1 Teori Ve Kanun Nedir, Ne Değildir? Çok yaygın bir yanılgı, teorilerin kanıtlandığında kanun olacağı yönünde. Oysa bilim de böyle bir şey söz konusu değil. Eğitim sistemimizin bozukluğundan mıdır bilinmez, insanlarımız bilimsel bir gerçeğin ortaya çıkışının; hipotez> tez> teori ve nihayet kanun şeklinde olacağını düşünüyor. Maalesef eğitim sistemimiz bu yanlış bilgiyi zihinlerimize kazıdı ve kazımaya devam ediyor. Teori, gözlemlediğimiz bir olguyu, yani doğa kanunlarını açıklama amacı güden ve kanıtlarla desteklenebilen açıklamalar bütünüdür. Bilim, teorileri ispatlama amacı gütmez ve bunun için çaba göstermez. Çünkü sağlam bir teori, zaten kanıtlar tarafından desteklenir ve gücü ölçüsünde yaygın kabul görür. O nedenle bilim, teoriler için kanıt toplar; açıklama gücüne bakar. Gerekirse yeni kanıtlarla destekler. Olgu veya doğada var olan gerçek (doğa kanunu) nedir? Uzak galaksilerin kırmızıya kayması gözlemlenen bir olgudur, doğa kanunudur ve gerçektir. Bunun nedenlerini ve mekanizmasını açıklamaya çalışan teori ise; büyük patlama teorisi dir. Yine, evrim gözlemlenen bir olgudur, doğa kanunudur ve gerçektir. Nedenlerini ve mekanizmasını açıklamaya çalışan teori ise evrim teorisi dir. Evrim bir doğa kanunudur ve evrim teorisi bu doğa kanununun işleyiş mekanizmasını açıklamaya çalışır. Gök cisimlerin birbirini çekmesi bir olgudur, doğa kanunudur ve gerçektir. Bunun nedenlerini ve mekanizmasını açıklamaya çalışan teori de kütleçekim teorisi dir. Elektrik bir olgudur, doğa kanunudur ve gerçektir. Nedenlerini ve mekanizmasını açıklamaya çalışan teori elektron teorisi dir. Bu arada, eminim

2 bir çoğunun elektronun bir teori olduğunu ilk kez burada okuyorsunuz. Evet, elektron denen parçacık bir teoridir; kanun değil. Bir teorinin terkedilmesi için, hem onun açıklayabildiklerini, hem de açıklayamadıklarını daha iyi izah edebilen başka bir teorinin ortaya konulması gerekir. Örneğin; evrim teorisi şunu şunu açıklıyor, ama bunları bunları açıklayamıyor demek, o teoriyi geçersiz kılmaz ve sanılanın aksine çökertmez. Çünkü evrim zaten sürekli gözlemleyebildiğimiz bir olgudur ve gerçektir. Evrim teorisinin hatalı olması, bir doğa kanunu olan evrim gerçeğini ortadan kaldırmaz. Teoriler, bazı şeyleri iyi açıklayamadığı için çöpe atılmazlar. Teorilerin açıklayamadığı alanları aydınlığa kavuşturmak için teori geliştirilmeye ve teoriyle çelişmeyecek yeni ek teorilerle desteklenmeye çalışılır. Sonuçta ortaya çıkan teori, iş görüyor ise kullanılmaya devam edilir. Çok uzak galaksilerin ışığının kırmızıya kayması bir doğa kanunudur. Büyük Patlama Teorisi, bu kırmızıya kayma nedenini açıklayabilmek amacıyla ortaya konulmuştur. Örneğin, büyük patlama teorisi, çok uzak galaksi kümelerindeki galaksilerin hidrojen ve helyum dışındaki elementler bakımından fakir olması gerektiğini söyler. Ancak, çok uzaklarda diğer elementlerce zengin galaksilere rastlanması büyük patlama teorisini çökertmez. Kaldı ki, böyle galaksilere rastlıyoruz da. Evrenin genişleme hızının büyük patlama teorisinin öngördüğünden çok daha fazla olduğunu gördüğümüzde büyük patlamayı çöpe atmadık. Onun yerine burada bilmediğimiz bir karanlık enerji buna neden oluyor galiba dedik ve teoriyi sahiplenmeye devam ettik. Oysa, karanlık enerji hipotezi için elimizde şu an hiçbir kanıt yok. Newton un kütleçekim teorisi; yüzyıllar boyunca gökcisimleriyle ilgili hesaplarımızda kullanılmış, gayet başarılı bir teoridir. Fakat, Einstein ın görelilik teorisi, Newton un teorisinden çok daha ileridedir ve bambaşka bir bakış açısı getirir. Buna rağmen, Newton formülleri daha pratik olduğu için, çok hassas hesap gerektirmeyen alanlarda (mühendislik vs) kullanılmaya devam ediliyor. Yani Newton teorisi yanlış değil. Sadece Einstein ınki daha doğru. Son bir örnek verelim:

3 Gezegenler güneş çevresinde dönüyorlar. Hareketlerini nasıl hesaplayabiliriz? Tabi ki, Newton un kütleçekim teorisi ile. Peki, bazı gezegenlerin, mesela Merkür ün yörüngesini bununla hesapladığımızda yanlış çıkıyor, ne yapmalıyız? Elbette, Einstein ın görelilik teorisini kullanmalıyız. Özetle, ne büyük patlama teorisi, ne atom teorisi, ne elektromanyetizma teorisi, ne sicim teorisi, ne de evrim teorisi aradan binlerce yıl geçse de kanun olmayacak. Yerlerine daha iyi teoriler geliştirilse bile, gerektiği sürece kullanılmaya devam edecek. Zafer Emecan Kütle Çekim Neden Diğer Kuvvetlerden Daha Zayıf? Sizlerin de yakından bildiği gibi evrene dört temel kuvvet hükmeder. Evrende bildiğim her şey, bu dört temel kuvvetin etkileşimiyle meydana gelir, buna kütle çekim de dahil Bunlar; elektromanyetik kuvvet ki bunun taşıyıcı parçacığı fotonlardır, güçlü nükleer kuvvet ki bunun da çok aşikar olduğu gibi taşıyıcı parçacığı gluonlardır. Adından da anlaşılabileceği gibi gluonlar atom çekirdeğinin bir arada durmasından sorumludur, aksi taktirde çekirdekte 2 proton ve 2 nötron bir arada duramazlardı. Diğer temel kuvvetimiz ise zayıf nükleer kuvvettir ki, bu genelde bozunmalardan, aynı zamanda bir çok elementin kararsız olmasından da sorumludur. Peki nedir bunun taşıyıcı parçacığı? W+, W- ve Z0 bozonları evet. Konudan bağımsız olsa da Z0 bozonunun yüksüz ancak W+ ve W- bozunlarının yüklü ve birbirlerinin anti parçacığı olduğunu bilmekte fayda var. Peki kütle çekimin kütle çekim kuvvetinin taşıyıcı parçacığı nedir? Veya kütle çekim tam olarak nedir?

4 Bir elmanın yere düşmesi ile, Ay ın Dünya yörüngesinde dolanmasını aynı kütle çekim mekanizması kontrol eder ve aynı Newton formülleri ile hesaplanabilir. Hala Newton un kütle çekim yasasına göre mi kütle çekimi açıklıyorsunuz? Evetse, gurur duyabilirsiniz. Çünkü bunda yanlış hiçbir şey yok. Hatta Dünya üzerindeki ESA, NASA, RSA, JAXA gibi uzay ajansları bile uzay araçlarının dünyadan kaçış hızına ulaşması ve yörüngeye oturmaları için bunu kullanıyor. Peki ne eksiği var bunun onlar bile bunu kullanıyorsa? Newton ın denklemleri hareketi çok iyi tarif etse de, hatta Ay ın Dünya nın yörüngesinde dolanmasının ve elmanın yere düşmesinin aynı kuvvet tarafından etkilendiğini bilmesine rağmen en basit, bir o kadar da karmaşık olan bu kütle çekimin kaynağının ne sorusuna cevap verememiş olması çok doğaldır. Günümüzde bile bu sorunun cevabı çok açık değildir. Tabii ki o zamanlarda genel göreliliğin bilinmediğini bildiğimiz için, bunu anlayışla karşılayabiliriz. Einstein ın genel göreliliğinin formüle ettiği gibi, uzayı ve zamanı birbirinden ayrı şeyler olarak düşünemeyiz ki, Newton zamanında bunlar birbirinden ayrı olarak ele alınıyordu. Uzay-zaman bir trambolin gibi düşünülürse Dünya ya bowling topu Ay a ise bilardo topu diyebilirsiniz. Kütle çekimin hep iki boyutlu çarşaf ve top görselleriyle örneklenmesinden sıkıldınız mı? Bakın, 3 boyutlu uzayda cisimler uzay zaman ı bu şekilde eğerler. (Telif: 1ucasvb.tumblr.com) Böylelikle kütle çekimin aslında uzay-zamanın kendi eğriliğinden başka bir şey olmadığını görebilirsiniz. Einstein ın da söylediği gibi; Spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve. Yani uzay-zaman maddeye nasıl hareket etmesi gerektiğini, madde ise uzay-zamana nasıl eğrilmesi gerektiğini söyler. Peki bu kütle çekimin taşıyıcı parçacığı ne? Kütle çekimin taşıyıcı parçacığı graviton: Kütlesiz, nötr, 2 spinine sahip bir taşıyıcıdır ki, bu taşıyıcı parçacık şu ana kadar hiç gözlemlenmemiştir. Ama, Einstein ın genel görelilik teorisinin olmasa da, kuantum kütleçekim teorisinin önemli varsayımsal bir parçasıdır. Hatta sicim teorisinin bir çözümüdür.

5 Bu yıl Nobel fizik ödülünün kütle çekim dalgalarının keşfedilmesine şaşıran oldu mu hiç? Tabii ki hayır, bir nevi herkes bekliyordu. Ancak kütle çekim dalgalarının uzay-zamanda dalgalanmalar gibi davranıp tespit edileceği nasıl biliniyordu? Tabii ki izafiyet teorisinin yardımıyla. Yani yine Einsten a borçluyuz bu keşfi. Kendisi keşiften tam 100 yıl önce, uzay-zamanda iki büyük kütleli cismin (yani karadelik veya nötron yıldızları) çarpışması vasıtasıyla kütle çekim dalgalarının keşfedilebilir olduğunu öne sürmesine rağmen, keşif anından öncesine kadar gerçekliği kesin değildi. Sadece teorisinin bir başka tahminiydi. Nihayet yakın zamanda LIGO yardımıyla bunun da doğru olduğu keşfedildi ve Einstein tahminlerinde bir kere daha haklı çıktı. LIGO dedektörünün algıladığı kütle çekim dalgalarına sebep olan iki nötron yıldızının oluşturduğu uzak bir galaksideki kilonova patlamasının teleskoplarla alınmış görüntüsü. Peki neden kütle çekime zayıf diyoruz? Bunu şöyle düşünürseniz daha iyi kavrayabilirsiniz: Elinize bir çubuk mıknatıs alın ve hafif bir demir parçasının azıcık üstüne getirin. Belli bir mesafeden sonra demirin aniden mıknatısa yapıştığını göreceksiniz ve liseden hatta ilkokuldan beri bunu bildiğiniz için şaşırmayacaksınız. Neden şaşırmıyorsunuz? Az önce ufacık bir mıknatıs koskoca Dünya nın kütle çekimini yenip, demiri kendisine doğru çekebildi. Evet, sona yaklaştık gibi Neden kütle çekim baskın gelip tutamadı sevdiğini yanında? (mecazi olarak tabii bunu kimsenin ciddiye almasını beklemiyorduk zaten). Siz bile, küçücük kaslarınızla yerdeki bir taşı rahatça alabilir, yahut havaya zıplayabilirsiniz. Nasıl oluyor da altınızda bir uçtan diğerine 13 bin km boyunca uzanan devasa Dünya nın kütle çekim gücü, size bile karşı koyamıyor? Ama yine nasıl oluyor da, Ay gibi çok büyük bir cismi kendi yörüngesinde tutmayı başarıyor? Buna kanıtlanmış, deneylerle hatta tek bir deneyle bile sınanmış bir cevap yok, Şu an elimizde olan sadece fikirler. Mesela her şeyin teorisine en büyük aday olan sicim teorisi veya kuantum alan teorisi. Biz size şimdi bu zayıflığı sicim

6 kuramının açıkladığı gibi açıklayacağız. Sicim kuramını paket lastiklerini hayal ederek anlamaya çalışabilirsiniz. (Telif: alamy.com) Sicim kuramı bize; noktasal parçacıkların hepsinin kesilmiş paket lastiği gibi, Planck uzunluğundaki sicimlerin farklı frekanstaki titreşimlerinden oluştuğunu söyler. Yani bir açık sicim olan elektronu oluşturan sicimin belli frekansta titreşmesi, elektronu oluşturur. Başka frekansta titreşmesi ise başka bir parçacığı. Neyi mesela? Graviton u tabii. Normal nokta parçacıkların hepsi açık sicimlerden oluştuğu için, bu içinde olduğumuz D-zar ı terk edemezler. Bunu bir nevi zar yapı olarak düşünebilirsiniz; bizim evrenimizi de 3 zar olarak (daha fazla bilgi için büyük birleşim kuramı yazımızı okuyabilirsiniz) ve bunun dışında extra boyutlu zar yapıları 5-zar, 7-zar, 9-zar gibi düşünebilirsiniz. Graviton diğer noktasal parçacıkların aksine bizim 3-zar ımızı rahatlıkla terk edebilir ve extra boyutlara sızabilir. Çünkü gravitonun temel yapı taşı olan sicim açık değil kapalıdır bu da D-zar a tutunmasına izin vermez ve D-zardan kolayca başka boyutlara sızmasını sağlar. İşte bu nedenle kütle çekim bu kadar zayıftır bizim evrenimizde. Çünkü başka boyutlarada nüfuz etmektedir. Yine de, ne bu zayıflığın nedeni, ne graviton, ne de kütleçekime sebep olan şeyin ne olduğu hakkında elimizde deneysel bir kanıt yok. Hatta ve hatta, bu yazıda anlattığımız teoriler hakkında da bilim insanları arasında bir fikir birliği bulunmuyor. Eğer bir gün, kütleçekimine sebep olan şey bulunacak olursa, emin olun insanlığın en büyük bilimsel başarılarından biri, hatta belki de en önemlisi olacaktır. Eyüp Gürses Kapak fotoğrafı telif: Nikolay Tikhomirov

7 Üçüncü Boyutun Ötesi Dördüncü Boyut: Tetraküp Boyut kavramını fizikçiler ve matematikçilerden sıkça işitiriz. Bizim uzayımız ve nesnelerimiz 3 boyutludur. En boy ve derinlik içerir. Fakat, bu bizim algılayabildiğimiz, içinde yer aldığımız boyututur. Görsel zekamız ve beynimiz 3 boyuta göre şekillenmiştir. Dördüncü boyutu henüz algılama olanağımız bulunmuyor. Bugünkü fizik bilgimize göre, dördüncü boyut olarak aslında hepimizin bildiği, Einstein in teoremleriyle daha da önem kazanan zaman ele alınıyor. Yani, üç fiziksel boyut ve zaman boyutu içinde varlığımızı sürdürüyoruz. Zaman boyutu haricindeki dördüncü fiziksel boyutun ilk defa 1888 yılında Charles Howard Hinton tarafından türetildiğine inanılıyor. Bilim insanları bu dört

8 boyutlu yapıya tesseract (Yunanca tesseres aktines = dört ışın) ya da tetraküp ismini vermişler ve bizim görsel biçimde algılayacağımız boyuta getirmeye çalışmışlar. Tesseract 4 boyutlu bir küptür. Teorik olarak bakıldığında bütün kenarları arasındaki açı 90 derece olan, bütün ayrıtları ve yüzey alanları eşit olan, bir köşesinden birbirine dik dört ayrıtın çıktığı, dört boyutlu küpe verilen isimdir. Aslında dördüncü bir boyutun varlığını istersek izafiyet teorisi, paralel evren, kara delik, ışık hızı veya bütünüyle uzayın tamamı kavramlarından herhangi birini kullanarak matematiksel yönden açıklayabiliyoruz. Fakat şu anki amacımız bunun matematiksel açıklaması veya ispat yöntemleri değil. Aşağıdaki animasyona baktığınızda sanki 2 küp birbirlerinin içinden geçiyormuş gibi görülebilir. Fakat gördüğünüz kare yüzeyler 4 boyutlu bir evrende gerçekte eğilip, uzayıp, kısalmıyor. Buradaki küçülme ve deformasyon, bu dört boyutu bizim üç boyutlu dünyamızda görselleştirebilme amaçlı yapılmış mecburi bir şey. Biraz daha dikkatli incelediğinizde 4. Boyutu fark edebilirsiniz. Eğer fark edemediyseniz önemli değil çünkü insan beyni bunun için tasarlanmadı. Burada işin içine biraz soyutluk ve perspektif giriyor.

9 Daha iyi anlayabilmek için kavramlara biraz detaylı girmek gerekiyor: Boyut: belirli bir doğrultuda ölçülmüş bir büyüklüğü ifade etmek için kullanılan geometri terimidir. Fizikte ve matematikte; bir uzayın ya da nesnenin boyutu, gayriresmi olarak bu uzay ve nesne üzerindeki herhangi bir noktayı belirlemek için gereken minimum koordinat sayısı olarak tanımlanır. Şunu düşünelim; elimize aldığımız kağıda kalemle çizebileceğimiz en küçük yapı nokta dır. Nokta sıfır boyutlu ya da boyutsuz olarak kabul edilir. İki farklı nokta çizip bu noktaları birbiriyle bağlarsak bir çizgi elde ederiz. Çizgi ise sadece uzunluk içerdiği için 1 boyutludur. Kağıda iki tane çizgi yapıp bunları yine uç noktalarında bağlamak ile bir kare ya da dikdörtgen elde ederiz ki, bu da en-boy içerdiği için 2 boyutludur. Yine aynı şekilde kağıda iki tane kare çizip, köşe noktalarından bağlarsak bir küp elde etmiş oluruz. Küpümüz en, boy ve derinlik içerdiği için 3 boyutludur. 0. boyut: nokta 1. boyut: 2 nokta = çizgi 2. boyut: 2 çizgi = alan 3. boyut: 2 alan = mekan 4. boyut: 2 mekan = zaman.

10 Eğer herhangi boyutta bir geometrik cisim elde etmek istiyorsak 2 tane kopya yapıp geometrik uçlarından birbirine bağlarsak yani birleştirirsek bunu gerçekleştirebiliriz: Hiçlikten bir boyut üretebiliriz. Örneğin hemen yukarıdaki şekilde gördüğümüz gibi eğer bir tesseract (tetraküp) elde etmek istiyorsak 2 tane küp kopyayı köşelerinden birleştirmek yeterli olacaktır. Tesseract ta 8 küp 24 kare 32 kenar ve 16 köşe oluşur. Fizik ve matematik birbirinden her zaman bilgileri ödünç alıp verir. Bazen matematikçiler geliştirir fizikçiler kullanır bazen de fizikçiler keşfeder ve matematikçiler geliştirir. Yüksek boyutlar geometrisi ilk 1800 lü yıllarda incelenmeye başladığında, genellikle tamamen matematiksel olarak kabul edildi. Ancak 1900 lerin başlarında modern fiziğin gelişimi; görelilik ve Süper Sicim Teorisi ile, Einstein ın teorilerinin ortaya çıkışı sonucu, fizikçiler tarafından ciddiye alınan bir fikir, evreni anlayabilmemiz için kullanılan bir araç olmuştur. Bizim matematik ile elde ettiğimiz dördüncü boyut, günümüzün Einstein temelli fiziğinde zaman boyutu olarak ele alınır. Burada yaptığımız görsel anlatım, zaman boyutunu görsel açıdan anlayabilmeniz için yapılan bir simülasyondan, bir zihin jimnastiğinden ibarettir. Sicim teorisi gibi daha mikro alanları açıklamaya çalışan teorilerde ise evrene daha fazla boyut eklenmeye çalışıldığını (belki de mecbur kalındığını) görürüz. Öyle ki Süper Sicim teorisi, M Teorisi ve Bozonsal Sicim Teorisi nde, fiziksel uzayın 10, 11 veya 26 boyutlu olduğunu iddia edilir. Merve Yorgancı Kaynaklar: mathforum/ tesseract İKÜ Bilim kültür ve eğiitim/4. Boyut ve kübizm An Overview of the Tesseract OCR Engine/ Ray Smith Tesseract/ from wikipedia Cosmos Carl Sagan 4th Dimension Boyut/ Vikipedi