BİLİM FELSEFESİNİN KUANTUM EVRİMİ Prof. Dr.Sebahattin Tüzemen, Ph.D. Atatürk Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü 25240 Erzurum -GİRİŞ - -Eğitim -Araştırma Bilgi transferi Eğitim ve araştırmada daha pozitif yaklaşımlar Bilim ve Teknolojide İlerlemeler Felsefi, epistemolojik ve metodolojik değişimler Eğitim ve araştırmada yeni düzenlemeler
-Fiziğin Rolü - Modern Fiziğin getirmiş olduğu yeni perspektifler nelerdir? - Atomik ve - Elektromagnetik tabiat anlayışındaki değişiklikler -Mikroskopik çevrenin daha iyi anlaşılması sonucunda bir bütün olarak maddenin daha iyi anlaşılması Geçmişten aldığımız dersler: - 19. yy ın sonlarına doğru bazı fizikçiler pozitif bilimlerle ilgili tüm konuların tamamen anlaşıldığını düşünmeye başladılar. - Bununla beraber yine o dönemdeki büyük bilim adamlarının kurduğu teoriler ve yaptığı deneyler söylenenlerin son derece yanlış olduğunu gösterdi. Şu anda bizde mi! - Bu öncü fizikçilerin başarısı geçmişte yapılmış olanlar hakkında derin bir bilgiye sahip olmaları ve o anda yapılanlar hakkında, elde edilen veriler beklenen yönde olmasa dahi, en küçük bir ayrıntıyı bile gözden kaçırmadan eleştirel bir bakış açısı ile yaklaşmalarıydı. Yeni YeniPerspektifler ve ve başarılanlar Bilim felsefesinin dönüşümü Araştırma ve ve eğitimde ontoloji, epistemoloji ve ve metodolojinin yeniden düzenlenmesi
- Modern fiziğin bulgularına göre günümüzde bilim felsefesindeki bu dönüşümün post-pozitivizme doğru olması gerektiği düşünülmektedir. - Burada, fizikteki ilerlemelerin bilim ve öğrenme felsefesindeki dönüşümlere neden ve nasıl götürdüğünü tartışacağız. Post-pozitivizmdeki düşünme şeklini kuantum fiziğinin fikirleri ile bütünleştireceğiz. Buna bağlı olarak pozitivizm ve post-pozitivizm arasındaki farklılıkların klasik fizik ve kuantum fiziğinin çelişen görüşlerinin analiz edilmesi ile daha iyi anlaşılacağını göreceğiz. - KUANTUM TEORİNİN TEMELLERİ - Klasik Teori ile Karşılaştırma Klasik Teori Karşılık gelen Kuantum Teorisi Ref. Sürekli ve sonsuz elektromagnetik radyasyon m kütleli ve v hızına sahip parçacıklar (½)x(mxv 2 ) kinetik enerjisine sahip Parçacıklar ve dalgalar tamamen farklı şeyler Konumların tam tespiti Elektromagnetik radyasyonun kuantumlu davranışı ve ışık parçacığı (kuanta ve foton terimleri) Işık gibi (ışık kuantası) υ frekansına sahip dalgalar da E=hxυ enerjisine sahip Dalga-parçacık ikiliği: - Fotonlar parçacık gibi davranabilirler; foto-elektrik olay - Elektronların dalga tabiatı; de Broglie dalga boyu - Her parçacık aynı zamanda dalga formuna da sahip Bir şeyin konumuna ilişkin ihtimaliyet; eşlik eden dalga şekilleri parçacıkların uzayda nerede olabileceklerini belirliyor Planck (1900) Planck (1900) Einstein (1905) de Broglie (1923) Schrödinger (1925) Born (1926)
Genel olarak her fiziksel değişkenin gerçek değerlerinin tespiti (konum,momentum, enerji, zaman vs.) Belirsizlik veya tespitsizlik prensibi Heizenberg (1925) Deterministik İhtimaliyetlilik Richard Feynman Whoever claims to understand quantum mechanics who is either crazy or lier Kim Kuantum Mekaniğini ini anladığı ığını iddia ediyorsa ya yalancıdır r ya da çılgındır Tersinden bakalım: Belki anlamak için i in biraz çılgın n biraz da yalancı olmak gerekiyor!
Kuantum : Bir şeyin en küçük üçük birimi Manav Ev Sahibi 1 Kg 1Elma Aylık veya Haftalık Kira Madde Atom Çekirdek Elektron Işık (foton) Atomlar veya Moleküller Çekirdek + Elektronlar Proton + Nötronlar e=1,6x E = hυ 10 19 (en küçük yük birimi) en küçük açısal momentum h h = 2π, Planck 1900 (en küçük foton enerjisi Tabiatın İki Ayrı Yüzü 1) Madde (elektron proton nötron çekirdek atom 2) Dalga Işık Elektromanyetik Dalgalar (foton) ses Esnek dalgalar (fonon) Dalga Parçacık İkilemi 1) Elektron Kırınımı (elektron dalga) 2) Fotoelektrik olay (Einstein ın Nobel Ödülü) (Foton parçacık eşya)
Bohr Yorumu Kopenhag Yorumu (N. Bohr): Aslında sistemin her iki özelliği de bulunuyor. Ancak bazı durumlarda dalga, bazı durumlarda parçacık özelliği baskın olarak gözleniyor Klasik Soru Kuantum Soru Bilgisayar Cevap: E veya H 1 0 Cevap: E ve H olabilir QB Madde Dalgası Konum ve momentum: Fiziksel sistemlerin vazgeçilmez iki temel parametresidir. Momentum=p=(kütle)x(hız)=mv De Broglie Dalga Boyu=h/p de Broglie dalga boyu Born genelleştiriyor. Her fiziksel sisteme bir dalga atfediliyor. Dalga genliğin karesi parçacığın bir yerde bulunma ihtimalini veriyor. Bu durumda de Broglie dalga boyu kadar konumda belirsizlik ortaya çıkıyor (3 boyutlu serbestisi bulunan sistem için)
Heizenberg Belirsizlik Prensibi (HBP) delta(p) x delta(x) > (h = Planck sabiti=6,63x10-34 MKS) Örneğin x i tam olarak ölçebiliyorsak, p deki belirsizlik sonsuz olmalıdır çünkü çarpımlarının h Planck sabiti mertebesinde kalması gerekir. Bu belirsizlikler fiziksel olarak çok ilginç sonuçlara yol açmaktadır: Mesela kuantum mekaniksel dünyada bir parçacığın nerede olduğunu %100 olarak belirleyemeyiz. Sadece ihtimaliyetlerle konuşabiliriz. - parçacık bir yerde %95 ihtimalle bulunuyorsa - %5 ihtimalle bir başka yerde olabilir. Belirsizlik tabii mi yoksa suni mi? Tabii veya suni, bu belirsizlik bir gerçek olarak karşımızda durmaktadır. Sonuç olarak, bilimsel bir olaya yönelik yaklaşımlarda pozitivist, determinist bir yaklaşımın tamamen doğru olmadığı görülmektedir. Bu belirsizlik bir yerde insanoğluna sunulan acziyetin bir ölçüsüdür ve bilim felsefesinin deterministik görüşünü yani pozitivizmi tam manasıyla çökertmektedir.
Tespitsizlik veya belirsizlik problemin çözümsüzlüğü veya bir kaos anlamına gelmiyor. Bir ihtimaliyetler dünyası oluşuyor. İhtimaliyetlerin meydana gelmesi ya farklı olayların çokluğu ya da bir olayın belirsizliğidir. Bu durumda istatistik yapmamız gerekiyor. Klasik fizikte olayların çok olması durumunda istatistik zaten yapıyorduk. Kuantum fiziğinde hem olayların çokluğu hem de belirsizliği var. Yani her halükarda istatistik gerekiyor. Klasik ve Kuantum Mekaniğinin inin Buluşmas ması Neden günlük hayatta karşılaştığımız makroskopik olaylar süreklilik arz ediyor? Halbuki mikroskopik sistemlerin bileşiminden meydana geliyor. Klasik normal günlük hayatta karşılaştığımız olaylar, kuantum mekaniksel olayların üst-üste gelmiş halidir. Şuurumuz olayların bütününü algılamak üzere dizayn edilmiştir.
Klasik Fizik kaya m=1 kg v=1 m/s Dalga boyu=h/p=663m/(milyon) 6 Fiziksel belirsizlik 663m/(milyon) 6 Fiziksel belirsizlik de Broglie dalga boyu mertebesindedir Kuantum Fiziği Fiziksel belirsizlik e - m=1kg/(milyon)5 v=1 m/s Dalga boyu=h/p=0,663mm 0,663mm Klasik fiziğin daha deterministik olması onun daha kapsamlı olduğu anlamına gelmiyor. Aksine kuantum fiziği fiziğin daha kapsamlı halidir ve bazı özel durumlarda kuantum fizik klasik fiziğe indirgenebilir. Örneğin Modern anlamdaki Fermi-Dirac istatistiği ve Bose-Einstein istatistiği klasik Boltzman istatistiğine indirgenebilir. Uygunluk (Correspondence) Prensibi: Kuantum teorinin öngörüleri büyük kuantum sayıları limitinde klasik fiziğinkilere ulaşır.
İki önemli nokta! Daha deterministik olmakla klasik fizik kuantum fiziğinden daha kapsamlı değildir. Kuantum fiziği deneysel gerçeklerin bir sonucudur ve kainatı anlama konusunda daha açıklayıcı ve uygundur. Kuantum fiziği geçmişle tam bir kopukluğa neden olmamıştır. O öğle kapsamlıdır ki onun getirmiş olduğu prensipler ve kurallar, klasik fiziğin memnuniyetle uygulanabildiği makroskopik şartlarda, kuantum fiziği kalsik fiziğe indirgenebilir. -Fizik ve Kimya ve Mühendislik -Biyoloji -Bilgisayar -Tıp -Ekonomi -Felsefe ve Teoloji -Sosyoloji -Eğitim Uygulama Alanları -Elektronik ve Teknoloji, nanoteknoloji -Mikrobiyoloji, Biyoteknoloji, Nanobiyoteknoloji -Kuantum Computation -Fizyoloji, nöroloji, akıl, beyin, şuur -Econphys, Kuantum Finans -Konstruvtivizm, interdisipliner ve yol gösterici yaklaşım
- FELSEFİ YÖNLER - Bilim Bilim ve ve eğitim eğitim felsefesinin felsefesinin ana ana öğeleri öğeleri Ontoloji Ontoloji (bilinmesi (bilinmesi gereken gereken gerçeğin gerçeğin şekli şekli ve ve tabiatı) tabiatı) Epistemoloji Epistemoloji (bilginin (bilginin felsefesi) felsefesi) Metodoloji Metodoloji (bilgiye (bilgiye ulaşmak ulaşmak için için gerekli gerekli metot metot ve ve teknikleri teknikleri içeren içeren araçlar araçlar takımı) takımı) - Genel olarak herhangi bir bilimsel araştırma bu üç önemli konuyu içermelidir. - Herhangi bir konudaki metodolojik yaklaşımlar ontolojik ve epistemolojik sorgulamalara ilişkin görüşlere çok bağlıdır. Pozitivizm Realist ontoloji Objectivist epistemoloji Metodoloji :: doğrudan gözlem ve ve ölçüm -Klasik fizikçinin zihninde olduğu gibi her şey doğrudan gözlenebilir ve ölçülebilir olsa idi bu bir doğru yaklaşımdır. -Kuantum fiziği açısından doğru değildir. Klasik fizikçilerin ve pozitivistlerin eleştirmediği ve kendilerine sormadığı şey ne idi? Ne ve ne dereceye kadar doğrudan gözlenebilir ve ölçülebilir? -Gerçekten de, kuantum fiziği bu sorunun cevabının yüzde yüz hiçbir şey olduğunu ispat etmiştir (HBP yi hatırlayalım). Kuantum fiziği ve postpozitivizmin karşılaştırılması bu noktadan başlamaktadır ve bu noktaya dayandırılmalıdır.
Klasik Yaklaşım Kuantum Fiziği Yaklaşımı Pozivitizme yakın Araştırma Araştırma öğeleri öğeleri gözlendiği gözlendiği gibi gibi ve ve tamamen tamamen bellidir bellidir (makroskopik (makroskopik ve ve realist realist ontoloji) ontoloji) Direk Direk gözlem gözlem ve ve ölçüm ölçüm doğru doğru ile ile sonuçlanır sonuçlanır * * (doğru (doğru olduğunu olduğunu düşünür), düşünür), (objektivist (objektivist epistemoloji epistemoloji ve ve belirleyici belirleyici metodoloji) metodoloji) Dar Dar bir bir perspektiften, perspektiften, belirleyici belirleyici Pratikte Pratikte her her şey şey için için doğru doğru değil değil özellikle özellikle mikroskopik mikroskopik dünyada dünyada Post-pozivitizme yakın Araştırma Araştırma öğeleri öğeleri özel özel deneylere deneylere bağlı bağlıolarak farklı farklışekillerde karşımıza karşımıza çıkabilir çıkabilir (rölativist (rölativist ontoloji, ontoloji, teori teori yüklü) yüklü) Doğruya Doğruya yaklaşan yaklaşan direk direk olmayan olmayan gözlemler gözlemler ve ve ölçümler ölçümler (Epistemolojik (Epistemolojik ve ve metodolojik metodolojik yaklaşımda yaklaşımda kritik kritik gerçekçilik gerçekçilik fakat fakat subjektivist subjektivist yaklaşım yaklaşım değil!) değil!) Muhtemel, Muhtemel, daha daha geniş genişperspektif Pratikte Pratikte şimdilik şimdilik doğru! doğru! Özellikle Özellikle mikroskopik mikroskopik dünyada dünyada * Einstein ın belirttiği gibi, bilimsel doğru terimine tam bir mana yüklemek çok zordur - Kuantum Mekaniğinin bulguları pozitivist görüşten post-pozitivist görüşe dönüşümünü öngörmektedir. Post-pozitivizmde objektivite bir çok bilimsel görüşten yararlanarak, daha kapsamlı bir spektrum içeren geniş bir perspectiften bakıldığında doğru bir yaklaşımdır. Postpozitivizm kainatın mükemmelliğinin hiç kimse tarafından gözlenemiyeceği gerçeğini ortaya koymaktadır. Kuantum Fiziğinin Felsefesi Heisenberg in belirsizlik ilkesi üzerine kuruludur ve bu da epistemolojik ve metodolojik yaklaşımlarda bu tip bir objektiviteyi destekler.
- EĞİTİMSEL YÖNLER Y - Kuantum fiziğinin bilim felsefesi olarak post pozitivizmi destekleyen görüşlerini tartıştık. Bu bölümde Post pozitivizmin öngördüğü eğitim görüşleri nedir? sorusu üzerinde duralım. Post-pozitivizmde objektivite bir çok bilimsel görüşü içeren daha geniş bir perspektiften doğru bir yaklaşım olduğu için, farklı bilimlerin ayrımını değil bir çok açıdan bütün bilimlere gerekliliği ve bilimlerin birbirine ihtiyacını öngörmektedir. Eğitimde bu tip bir global anlayışşunları öngörmektedir: İnterdisipliner Hayat boyu öğrenme Sürekli üzerine ekleyen öğrenme (konstrüktivizm) Pedagojik açıdan aşağıdakileri önerebiliriz; Herhangi bir konudaki öğrenme asla bitmez fakat tecrübelerimizin katlanarak artmasını sağlar. Bilginin ve doğrunun doğası hakkındaki konstrüktivist görüşlerin kabullenilmesiyle öğretmenlere tamamen farklı bir rol yüklenmektedir: bu da bilgiyi transfer eden yerine, öğrenme sürecinde öğrencilerin aktif olmasını sağlayan, yardım edici, yol gösterici, bilgiye ulaşmanın imkanlarını sunan (Coll ve Taylor, 2001) bir roldür. Öğrenciler aldıkları bilginin değiştirilemeyen veya üzerine eklenemez bilgi yığınları olmadığını fakat modifiye edilebilen, üzerine eklenebilen ve hatta tamamen değiştirilebilen bilgiler olduğunun farkına varacaklar. Sonuç olarak böyle bir yüksek eğitim modern fiziğin önder bilim adamları ve post-pozitivizm tarafından öngörüldüğü gibi eleştirel gerçekçi görüşlere sahip insanlar yetiştirecektir.
- Sonuçlar - 20. yüzyılın başlarındaki önder fizikçiler evrene bakış açımızda büyük değişikliklere yol açtılar, ve onların fikirleri ve görüşleri bilim felsefesini ve eğitim metotlarını kati bir şekilde tekrar düşünmeye zorladı. Bugün bu fikirlerin bilime, teknolojiye ve eğitime yansımaları sürekli olarak bilgi düzeyimizi geliştirmektedir. Gözlem ve değerlendirmedeki sınırlılıklar hakkındaki gerçekler objektivitenin, gerçeğin, doğrunun ve mevcut bilgi dağarcığımızın ne anlama geldiğini sorgulamamıza neden oldu ve sonuç olarak ontolojik, epistemolojik ve metodolojik görüşler yeniden düzenlenmek zorunda kaldı. Post-pozitivizm temel konulara doğru göreceli ve eleştirel gerçekçi yaklaşımlar öne sürmesinden dolayı, post-pozitivizmin genel görüşleri bir çok açıdan modern fiziğin gelişmeleri ile iyi bir şekilde uyum gösterir. Modern fizik ve post pozitivizmin her ikisinde de kritik soruların artırılması yeni bir çeşit fizik ve bilim felsefesi ile sonuçlanabilir. Gelecek belki de bu yeni görüşlerle yeniden şekillenecektir. Bu yeni yaklaşım eğitimde de klasik dayatmacı yaklaşım yerine interdisipliner, konstrüktivist ve aktif öğrenmeyi öngörmektedir. Dirac shut-up and calculate.. sus ve hesapla