Yükleniyor ...

Özgür Gültekin ile Söyleşi


ozgür gültekin

Teorik fizikçi Dr. Özgür Gültekin ile fizik, matematik ve felsefenin kesiştiği keyifli ve dolu dolu bir söyleşi gerçekleştirdik. Soruları Özgür hocamıza Stellar Lab Bilim Kulübü’nden Ceyda Turan yöneltti. Fiziğe ve genel olarak bilime dair birçok şey bulabileceğiniz bu ilham verici söyleşiden önce kısaca hocamızı tanıyalım.

İlk olarak İstanbul Üniversitesi, Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümünden mezun olan Gültekin, yüksek lisans eğitimini İstanbul Üniversitesi, Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Anabilim Dalı'nda tamamladı. Gültekin, doktora derecesini İstanbul Üniversitesi Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Anabilim Dalı'ndan, Fransa Ecole Polytechnique ikinci danışmanlığı ile Manyetik Plazmaların İstatistiksel Betimlemesi ve Manyetik Füzyon üzerine aldı. Gültekin, Fizik yüksek lisans ve doktora eğitimi dışında, Matematik, Astronomi ve Uzay Bilimleri, İstatistik ve Felsefe olmak üzere dört farklı dalda lisans eğitimi aldı. Plazma fiziği, bilimde stokastik sistemler, kuantum fiziği ve bilim felsefesi alanlarında çalışmalar yapan Gültekin, American Mathematical Society (AMS) üyesidir. Ulusal ve uluslararası akademik yayınları bulunan Gültekin, Fransa Ecole Polytechnique ve CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) araştırmacılarıyla ortak bilimsel çalışmalar yürütmeye devam etmektedir. Dr. Özgür Gültekin hakkında daha fazla bilgi için www.ozgurgultekin.com web sitesini ziyaret edebilirsiniz.

Merhaba, ben Stellarlab ekibinden Ceyda. En büyük hayali gelecekte sizin gibi bir kuramsal fizikçi olmak olan lise 3. Sınıf öğrencisiyim ve sizinle röportaj yapacağım için de çok heyecanlıyım.

Merhaba Ceyda. Kuramsal fizikçi olmak istediğine göre birçok şeye karşı derin bir merak içinde olmalısın. Dileğim, hayalleri olmayan ve şaşırma duygusunu yitirmiş insanlar içindeki bu tutkuyu hiç söndüremesin. Seni tanıdığım ve sizlerle bu söyleşiyi yapacağım için ben de heyecanlıyım.

ozgür gültekin

Öncelikle kariyeriniz dışında da sizi biraz tanımak istiyoruz. Bize kendinizden bahseder misiniz? Hobileriniz nelerdir? Neler yapmayı seviyorsunuz?

Genelde beni düşündürmeye yönelten şeylere ilgi duyuyorum. İnsanlar kültürü parçalara bölmüşler. Bilim ve sanat bu parçalardan bazıları. Sanki biri akla biri duygulara hitap ediyor gibi duruyor. Ama ben bu yaklaşımı aşırı indirgemeci buluyorum. Bence akla hitap ettiği söylenen birçok şey aynı zamanda insanda derin duygular yaratabiliyor. Bu nedenle ilgi duyduğum şeylerin aslında duygularımı da etkilediğini belirtmeliyim.

Örneğin satranç oynamayı seviyorum. Satrancın bir bakıma soyut matematik olduğunu söyleyebilirim. Ama sanat yönü de var bence. Çünkü hamleler çoğu zaman duyguların dışa vurumu. İnsan bir bilgisayar gibi düşünmüyor. Satranç oynarken düşünme biçimimiz, kaba bir hesaplamaya değil yaratıcılığın ve hayal gücünün ön plana çıktığı sezgisel bir yaklaşıma dayanıyor. Ama yine de sistematik ve bilimsel düşünmek zorundayız, yoksa oyun kısa sürer. Satranç oynarken çoğu zaman şiirsel yönü ağır basan, rakibi şaşırtan, düşündüren ve estetik duygumu okşayan hamleleri, bana oyunu kazandıracağından nerdeyse emin olduğum hamlelere tercih ediyorum.

Satranç dışında genel olarak oyun oynamayı seviyorum. Bilardo da bunlardan biri. Beyin ve el koordinasyonu gerektiriyor. Bu yönü benim için dinlendirici oluyor. Müzik dinlemediğim tek bir günüm olmaz. Şarkıların ve bestelerin hikâyelerini merak eder bunlar üzerine okumayı severim. Ayrıca mantık bulmacalarına ilgim var. Aslında ön yargıdan, fanatizmden, sabit fikir ve basmakalıp düşüncelerden pek hoşlanmıyorum. Mantık bulmacaları, insanın “asla başka türlü olamaz, her şey çok basit, apaçık” dediği bir anda öyle olmayabileceğini hatırlatma gücüne sahip. Sabit fikirlerle, ön yargılarla ve basmakalıp düşüncelerle mantık bulmacaları çözmek için masaya oturduğumuzda hayal kırıklığı yaşamamız kaçınılmaz olur. Bu nedenle mantık bulmacalarının zihinlerin devrimcisi olduğunu düşünüyorum.

Kahve içmeye yönelik biraz geç başlayan bir tutkum var. Hoşuma gideceğini düşündüğüm bir fincan kahve için hiç üşenmeden başka bir kente gidebilirim. Sanırım bu sadece kahve tutkusu değil. Sosyolog Giddens, bir yazısında kahvenin sadece bir içecek olmadığını, bizim gündelik etkinliğimizin bir parçası olarak simgesel bir değer taşıdığını anlatıyor. Belki dostlarımla birlikte oturup kahve içmenin benim için simgesel değeri, lezzetinden daha önemlidir. Ama kahvenin lezzetine de önem veriyorum. Çünkü bir şeyin rutine dönüşerek bayağılaşması o şeyi devamlı yapıyor olmamızdan değil; ona özen göstermeyi ve hak ettiği değeri vermekten vazgeçmemizden kaynaklanıyor diye düşünüyorum.

İstanbul hakkında kitaplar okumayı seviyorum. Kadıköy’de yaşıyorum ama İstanbul’un Balat, Fener ya da Tarlabaşı gibi bölgelerinde geceleri yürümeyi seviyorum. İlk başlarda bu hobi insana biraz tehlikeli görünse de gündüz vakti trafikte olmaktan daha tehlikeli değil benim için. Aslında genel olarak kitapları ve okumayı seviyorum. Kötü bir şeyler yaşasam ya da günüm biraz kötü geçse kitapçıları dolaşmak huzur bulmamı sağlıyor. Bazen yazmadan önce de saatlerce kitapçılarda gezerek oralarda düşünmekten haz alıyorum.

Bir şeyi merak etmeye başladığımda kaşıntı tutuyor beni. Bilim benim için sadece mesleki bir etkinlik değil aynı zamanda içimdeki merak duygumu tatmin etmemde bana destek olan en güçlü şey. Çünkü bilim, bir konuya ilişkin basmakalıp düşüncelere teslim olmadan çeşitli yöntemler ışığında sağduyulu akıl yürütmelerle işimizi kolaylaştırıyor. Şöyle bir örnek vermek istiyorum. Kahve olarak latteyi seviyorum. Sütün kahveye karıştığı anı izlerken gene o kaşıntı başlıyor bende. Acaba süt ve kahve moleküllerinin çevrelerindeki diğer moleküllerle etkileşmesi “karmaşıklığı” arttırıyor mu? Bunu merak etmeye başladığımda kendimi akışkanlar mekaniği, istatistik fizik, matematiksel teknikler, bilgisayar simülasyonları gibi konular üzerinde düşünüp çalışırken buluyorum. Bu süreç şöyle devam edebiliyor. İşin içinde olasılık teorisi olduğundan, olasılığın tarihi ile ilgili de okumaya başlıyorum. İlk kumar aletlerinden birinin hayvan kemiği olduğunu öğrendiğimde antropoloji okumaya başlıyorum. Bir şekilde sanata da o gözle bakmaya başlıyorum. Acaba kaos teorisi sanatı nasıl etkiledi? Bu kez sanat tarihini bu gözle okumaya başlıyorum. Sosyal değişimler üzerine çalıştığım konuda bilimi nasıl etkiledi diye düşünmeye başladığımda bu kez sosyoloji okuyorum. Kitaplara olan ilgim böylece çeşitleniyor. Katman katman bir okuma ve düşünme süreci başlıyor. Bunları farkında olsam da olmasam da sanırım bir sistemle yapıyorum çünkü eninde sonunda başlangıçtaki probleme dönüp fizik yapmaya devam ediyorum. Ama bu süreç konuya bakışımı biraz değiştiriyor ve ilk probleme döndüğümde daha farklı baktığımı hissediyorum. Bunlar bir yerde başlayıp bir yerde bitmeyen, sürekliliği olan ve iç içe giren dinamik ve zevkli süreçler.

Fizik hayatınızda nasıl bir yer kaplıyor?

ozgür gültekin

Her gün kahve içen biri olarak yeniden kahve ve sütün birbirine karışması örneğine dönmek istiyorum. Termodinamiğin ikinci yasasını ele alalım. Bu yasa yalıtılmış sistemlerinin entropisinin zamanla artacağını söyler. Kabaca entropinin, bir sistemin içerdiği maddenin makroskobik bakış açısıyla birbirinden ayırt edilemez mikroskobik düzenlenişlerinin sayısını hesaplamanın bir yolu olduğunu söyleyebilirim. Şimdi kahve ile sütü karıştırdığımızda belirli bir andaki görüntüyü hayal edin. Kolmogorov karmaşıklığı denilen bir kavramı bilgisayar bilimcileri iyi bilir. Kolmogorov karmaşıklığı, belirli bir diziyi veren en kısa programın uzunluğu olarak tanımlanabilir. Süt ve kahve moleküllerinin dağılımının Kolmogorov karmaşıklığı ise görünür karmaşıklık denilen bir kavramla ilişkilidir. Bu, bir bakıma görüntünün ortaya koyduğu karmaşıklığı biçimselleştirebilmenin bir yoludur. Süt ve kahve molekülleri birbirine karışırken karmaşıklığın ortaya çıkış biçimi, teknik anlamda moleküllerin birbiriyle nasıl etkileştiğine bağlı olarak gelişir. Hatta uzun erimli başka etkilerin de hesaba katılması sonucu kahve ve sütün birbirine karıştığı sınırlar fraktal yapıda olur. Peki bir fizikçi acaba böyle bir olayı neden dikkatlice gözlemlemek ister? Biri neden kahve ve süt moleküllerinin görünür karmaşıklığını ölçmek için ileri düzey matematiksel teknikler geliştirmek ve bu olayın bilgisayarda simülasyonunu yapmak ister? Aslında bu konu bize evrenin evrimi ile ilgili bazı şeyleri anlamamız için ipucu verebilir. Yalıtılmış bir sistem olarak evrenin entropisinin her zaman arttığını söyleriz. Bu da genel olarak evrende karşılaştığımız yapıların karmaşıklık düzeyinin artmasını beklemek anlamına gelir. Öte taraftan kozmolojik ölçekte düşündüğümüzde karmaşıklık ve entropi birlikte artma eğilimindedir ama belirli bir aşamadan sonra entropi artmasına rağmen karmaşıklık azalır. Yani zamanla evrenin entropisi artarken karmaşıklığın değişimi kolları aşağıya bakan bir parabol grafiği gibidir. Bazı fizikçiler evrenin evrimi açısından içinde bulunduğumuz durumu ortalama bir entropi ama çok yüksek bir karmaşıklık olarak betimliyor. İşte bir kahve fincanındaki karışımı gözlemlemek ve bunu anlamak için matematiksel teknikler geliştirmek bize evrenin yapısı hakkında çok ilginç bilgiler ve fikirler verebilir.

Biri bir futbol topuna vurarak onu harekete geçirdiğinde bir fizikçi rahatlıkla topun hareket denklemini yazabilir. Hatta uzaya bir roket göndermekle topun yörüngesini izlemek arasında fiziksel olarak derin bir anlam farklılığı olduğunu da söyleyemeyiz. Klasik fizik evreni en genel anlamda açıklamak yerine olguları belirli bir gerçeklik sınırı içinde ele alır. Bu klasik fiziğin olguları fenomenolojik bir açıklama potansiyeline sahip olduğu anlamına gelir. Bense fiziğin dar bir alandaki olayları açıklayabilmesinden daha çok aynı kahve ile sütün birbirine karışması örneğindeki gibi bu olaylardan yola çıkarak evrenin işleyişine dair genel anlayışımızı geliştirme kapasitesine sahip olmasını seviyorum. Fakat yine de fizikte genel açıklamaları anlamak için yerel olanı inceleyerek orada bir tecrübe kazanmak gerekir. Yerel olanı anlamak için yaptığımız fizikle genel olanı anlamak için yaptığımız fizik her zaman birbirini besleyerek zenginleşir. Genellikle zor ve derin bir fiziksel problem üzerine düşünmeye başlamadan önce o problemin çözümünde kullanılabilecek bir matematiksel tekniği daha iyi bildiğim, basit bir sistemde uygulayıp geliştirmeye çalışırım.

Özellikle belirtmeliyim ki Aristoteles’in tarif ettiği gibi sadece düşünme yoluyla fizik yapılabileceği fikrini günümüzde yöntemsel olarak kısıtlayıcı belki de bir yönüyle tehlikeli buluyorum. Bu tarz bir anlayışın modern fizikte bir bunalıma yol açabileceğini düşünüyorum. Kuramsal fizikçi olduğum için fiziksel bir problem üzerine çalışırken genellikle yeni bir matematiksel teknik kullanmak ya da öyle bir teknik yoksa geliştirmek zorundayım. Bu, fizik yaparken oldukça tat aldığım ve benim için çok zevkli bir aşamadır. Bu açıdan sadece düşünme yoluyla fizik yapılamayacağını söylemem biraz çelişkili görünebilir. Ama her matematiksel yaklaşıma sonunda fiziksel olanı açıklamak için ihtiyaç duyarız. Fizikte, matematiksel gerçekliğin geçerlilik sınırlarının ve evrenin işleyişine dair sonuçlarının yine mutlaka doğanın kendisine bakarak test edilmesi gerektiğini düşünüyorum.

Kimileri bu yaklaşımımı pozitivist bir tepki gibi görebilir. Ama bilimin işleyişi bu şekilde. Yine de merak ettiğim bir şeye fizik dışında matematik, istatistik ve felsefe gibi araçlarla da bakmak gerektiğinden hiç kuşkum yok. Felsefe özellikle bir bilim insanı için çok önemlidir. Ama bazen zihinlerde bulanıklığa neden olan bir yanlış anlamayı düzeltmek gerek. Felsefe tabii ki bilim değildir. Peki aradaki fark nedir? Acaba bu alanlar konuları itibariyle birbirinden ayrılıyor olabilir mi? Bu yerinde bir ayrım değil. Örneğin hem fizik hem de felsefe “hareketi” anlamaya çalışır. Asıl ayrım sordukları sorularda ve cevapları temellendirirken kullandıkları yöntemlerin farklılığında yatar. Felsefede bir önermenin doğru olması o önermeyi çıkarımlamaya olanak sağlayan mantıksal akıl yürütmelerin geçerliliğine bağlıdır. Elbette bilimde de öyledir ama bilimde bu tek başına yeterli değildir. Bir önerme bilimsel olarak sınanma olanağına sahip değilse bilim için anlamlı değildir. Yine de fizik yaparken felsefenin özellikle de bilim felsefesinin düşünme biçimimde bana bir çerçeve sağlaması açısından önemli bir etkisi var. Bilim felsefesi, çoğu zaman bilimsel kavram ve teorileri kafamda netleştirecek bir güreş minderi sunuyor bana. Ayrıca her bilim dalı farklı disiplinlere ait yöntem ve bilgileri doğal olarak kendi kullanacağı biçimde yeniden biçimlendirir. Bu, uzmanlaşmanın getirdiği kaçınılmaz bir ön yargı olarak da görülebilir. Üniversitede fizik dışında ayrı ayrı astronomi, matematik, istatistik ve felsefe eğitim alma serüvenimin bir nedeni fizikte üzerine düşündüğüm kavram ve problemlere farklı alanların kendi içinden daha az ön yargıyla bakma isteğimdir. Yine de eninde sonunda tüm çabamın, dünyanın işleyişine dair bir şeyler anlama, yeni bir şeyler söyleme ve bunu insanlara anlatma tutkumun bir sonucu olduğunu söyleyebilirim.

Fiziği kişisel olarak nasıl tanımlarsınız? Bazı insanlar fiziği zor ve sıkıcı buluyor. Bunun sebepleri ne olabilir? İnsanlara fiziği sevdirmek adına neler yapılabilir?

Çok geniş bir şeyi tanımlamaya çalışmak çoğu zaman onu sınırlandırmak anlamına gelir. Matematik üzerine kimin söylediğini şu an hatırlamadığım bir söz var: “Matematik aşk gibidir. Basit bir fikir, fakat her an karmaşıklaşabilir.” Matematikte önce başlangıç önermeleri olarak aksiyomlar ve bu aksiyomlardan yeni önermeler elde etmek için dönüşüm kuralları belirlenir. Aslında matematikte en önemli şey tutarlı bir sistem kurmaktır. Oysa fizik tutarlı olmakla daha az ilgilenir. Evrende var olan şeylerin doğası her kavramsallaştırma düzeyinde farklı derinliklere sahip gibi görünüyor. Bu nedenle ben fiziği hiçbir zaman vuslatın mümkün olmadığı bir karşılıksız aşka benzetiyorum. Çünkü fizikte matematikten farklı olarak daha işin başında her şey basit değil karışıktır ve yeni şeyler keşfettikçe basitleşeceğinden de emin değiliz.

Fizik zor bir alan, kolay olduğunu söylemeyeceğim. Ama sıkıcı olduğuna katılmıyorum. Eskiden denizi seyretmenin tek başına bir anlamı vardı insanlar için. İnsanlar bazen denizi seyretmeyi tatil olarak adlandırıyorlar. Böylece denizi seyretmeyi, reflekslerle bir otomobil kullanır gibi, iş yaşamına geri dönüldüğünde dinlenmiş olmak için bir araç olarak görüyorlar. Oysa denizi seyretmenin tek başına bir anlamı vardı. Ne oldu ona? Burada bir amaç araç kargaşası olduğunu düşünüyorum. Belki insanların bilimi bir son amaca, bir son gerçeğe ulaşmak için araç olarak görmelerinin temelinde de böyle bir amaç araç kargaşası yatıyor olabilir. Genellikle bir fizikçinin çalışma tutkusunun temelinde son bir gerçekliğe ulaşma gibi bir amaç yatmaz. Çoğu zaman bir bilim insanı için düşünme etkinliği ve yeni bir şeyler keşfetme mücadelesi, yaşamın sadece doğal ve karşı konulmaz bir bileşenidir.

Amaç araç kargaşasının, bilimin sadece teknolojik çıktıya indirgendiği hatalı bir bakışı da beslediğini söyleyebilirim. Bilim teknolojik gelişme için gerekli şartları hazırlayan bir motivasyon kaynağı olabilir. Fakat teknolojik gelişme bir bakıma bilimin posasıdır, kendisi değil. Bilimin sadece teknolojik gelişmeye indirgenmesi bilim insanlarından daha çok politikacıların yönelimidir. Bu konuya yaklaşımımı özetlemek için bir örnek vermek istiyorum. Daha önce astrofiziksel plazmalarla ilgileniyorken doktora yaptığım dönemde termonükleer füzyon konusunda önemli sonuçları olan plazma türbülansı üzerine çalışmaya başladım. Plazma türbülansı evrenin işleyişi üzerine ilginç problemler içeriyor ve çeşitlilik açısından çok zengin ve oldukça zor matematiksel yöntemler gerektiriyor. Bu alan aynı zamanda termonükleer füzyona katkıları nedeniyle temiz enerji üretimi konusunda da devrimsel bir dönüşümü besleyecektir. Fakat tahmin edeceğiniz gibi benim bu alana girmemin asıl nedeni teknolojik çıktıları değil, türbülansın doğası üzerine düşünmenin çekiciliği ve bunun evrene bakışımız üzerine yarattığı devrimsel değişim. Bilime yönelik pragmatist bakış, genel olarak çalışmıyor. Örneğin 350 yıl boyunca pek çok iyi matematikçiyi uğraştırmış ancak yakın zamanda çözülebilmiş ünlü bir matematik problemi Fermat’ın son teoremidir. Matematikçiler 350 yıl boyunca bunu çözmeye çalışırken modern matematiği yarattılar. Fermat’ın son teoremi ancak modern matematiğin hemen hemen tüm kavramları kullanılarak ispatlandı. Matematikçilerin bu araştırmalarının bir sonucu da eliptik eğriler teorisinin bulunması ve bugün bankacılıkta kullanılan şifreleme yöntemlerinin keşfedilmesi oldu. Matematikçileri bu alanda çalışmaya iten şey sadece meraktı ve teknolojik gelişme beklenmeyen yerden geldi. Aslında bilimi teknoloji üretmeye indirgediğiniz zaman onun yaratıcı gücünü sınırlamış oluyorsunuz.

İnsanlara fiziği sevdirme konusuna gelince onlara fiziği tanıyabilecekleri bir şans vermek dışında bir şey yapılmasına gerek olmadığını düşünüyorum. Her düzeydeki temel fizik eğitimimiz insanlara bu şansı tanımıyor. Fizik sadece bilardo toplarının çarpıştırıldığı, eğik atış hareketinin yapıldığı bir ders olarak tanıtılıyor. Bunlar fizik için kuşkusuz gerekli şeyler. Fakat okulda bir öğrenciye patates baskı yaptırmak ya da bir tahtayı boyamayı göstermek onu modern resim sanatıyla tanıştırmak anlamına gelmiyor.

Bilime sadece faydacı bir gözle bakarak onu pratik sonuçları bakımından önemsemekte ısrarcı olanlar için de anlaşılır olacağını düşündüğüm bir kaç uyarıda bulunmak istiyorum. Biz on sekizinci yüzyılda birinci sanayi devrimini kaçırmış bir toplumuz. Yani üretim makineleşip tren yolu ile yaygınlaşırken biz bu hıza yetişemedik. Daha sonra ikinci sanayi devrimini de kaçırdık. Yani elektriği üretim sanayisinde kullanma konusunda da geciktik. Geçen yüzyılın sonlarına doğru gerçekleşen üçüncü sanayi devrimini de kaçırdık. Tüm dünyada üretimde bilgisayar teknolojisi kullanımı artarken biz gerekli üretim otomasyonunu yaratamadık. Şimdi ise dördüncü sanayi devrimi olan Endüstri 4.0’ı kaçırıyoruz. Bu devrimle birlikte üretim tamamıyla yüksek teknolojiyle donatılacak. Tüm dünyada üretim çok hızlanacak ve niteliksiz insan emeğinin üretimdeki rolü hızla azalacak. Türkiye’nin bu gelişen koşullara ayak uydurabilmesi için öncelikle eğitim alanında önemli değişiklikler gerekiyor. Özellikle üniversitelerde temel bilimlere dönülmeli! Üniversitelerin temel bilimlerde asli işlevini yerine getirebilmesi için adımlar atılmalı. Endüstri 4.0 sonrasında bazı meslek alanlarına ihtiyaç hızla azalacak. Bunlar da göz önüne alınmalı. Ülke genelinde bilim liseleri kurulmalı. Bu liselerde üst düzey temel bilim öğretilmeli. Önümüzdeki yıllarda kuantum mekaniği bilgisayar teknolojisinde devrim yaratacak. Baştan sona hayatımızda köklü değişiklikler yaratacak bu teknolojiyle yani yeni bir kuantum devrimiyle ilerleyen yıllarda tanışacağız. Genetiğin katkıları da çok fazla olacak yakın gelecekte yaşantımıza. Eğer yüksek teknoloji üretemezsek onun küçük bir kısmını üretimde kullanmak için satın alacağız ama işte o teknolojiyi kullanabilecek insan topluluğu yaratabilmek için bile eğitimi yeniden yapılandırmamız gerekiyor.

ozgür gültekin

İnsanlar gezegen yörüngelerini uzun bir süre kusursuz dairesel yörüngeler olarak düşünmüşler. Ayrıca Kopernik’e kadar Dünya’nın evrenin merkezi olduğuna inanıyorduk. Bu düşüncelerimiz o dönemki bilgi eksikliğimizin bir sonucu muydu?

İnsanların uzun süre Dünya merkezli evren modeline inanmaları bir tesadüf ya da sadece o günkü bilimsel bilgimizin sınırları ile açıklanamaz. Bu sürecin uzun sürmesinin çeşitli nedenleri var. Hikâyeyi Aristoteles’in evren anlayışından başlatayım. Aristo’ya göre evren küreseldi ve merkezinde Dünya vardı. Diğer gezegenler ise sırasıyla onu izleyen katmanlarda bulunuyordu. Aristo’nun sonlu evreninde en dıştaki kürenin ötesinde başka bir şey yoktu. Dünya’yı içeren bölge ise dört elementten oluşmuştu. Bunlar ateş, hava, su ve topraktı. Yani Aristo’nun fiziksel evreni açıklayışı, birleşik her şeyi kaplayan bir dünya görüşüydü. Bu fikirler Rönesans’a kadar etkili oldu. Burada şunu da belirtmeliyim ki bazı bilim tarihçileri Aristocu dogmaların Rönesans’a kadar bütün düşünce tarihini dondurduğunu söylüyorlar. Bu doğru bir tespit değil. Hem eski çağlarda hem de Orta Çağ’da örneğin hareket konusunda Aristo’dan farklı düşünen önemli kişiler vardır. Altıncı yüzyılın Yunanlı düşünürü John Philoponus, ağır bir cismin daha hafif olana göre daha hızlı düşeceğini belirten egemen Aristocu anlayışa karşı çıkmıştı. Philoponus’a göre, cismin içinde hareket ettiği ortam Aristo’nun belirttiği biçimde nedensel bir etken değildir. Philoponus, boşlukta hareket için hiçbir zorluk görmüyordu. On birinci yüzyılda Aristocu düşünür İbni Sina da, Philoponus’unkine benzer bir kuvvet düşüncesine sahipti. On dördüncü yüzyılda ise Ockhamlı William, hareket bir kere var olduktan sonra, onu sürdürmek için sürekli bir nedene gerek olmadığını öne sürdü. Üzerinde çok durulmasa da önemli bir detaydır: Hareketsiz durumda başlayıp “v” son hızına ulaşan bir cismin belirli bir sürede alacağı yolu hesaplamamızı sağlayan fizik formülü ilk olarak 1330’larda keşfedildi. Bu keşif aslında üç yüz yıl sonra Galileo tarafından bulunan yasanın bir bakıma aynısıydı. Yani yavaş yavaş da olsa Rönesans öncesinde de egemen Aristocu yaklaşımlara karşı yeni fikirler gelişiyordu.

Ancak 17. yüzyıla gelindiğinde Kopernik’in Güneş merkezli sisteminin kabul görmesiyle birlikte Aristo fiziğine karşı gerçek bir zafer kazanılabildi. Oysa daha önce Buridan ve Oresmius gibi bazı skolastik düşünürler, yerin kendi ekseni etrafındaki olanaklı günlük dönüşünü zaten tartışmışlardı. Böylece Kopernik’in bazı kanıtlarına da öncülük etmişlerdi. Bence bu gelişmelerin yavaş olmasının nedeni sadece o günkü birikimimizin sınırları değil aynı zamanda o dönem pek çok düşünürün var olan fenomeni kurtarmaya ve korumaya yönelik tavırlarıdır. O dönem, oldukça kabul gören fiziksel gerçeklik konusundaki bazı yaklaşımları göz önünde bulundurmalıyız. On üçüncü ve on dördüncü yüzyılda doğa yasaları ve onların altında yatan nedenler konusunda, kesinliğin elde edilemez olduğu yönündeki inanç gitgide artıyordu. Yapılması gereken, bazı seçenekler içinden en olası olanını kabul etmek gibi görünüyordu. On dördüncü yüzyılın bilimsel düşüncesine en çok katkıda bulunan Merton ve Paris Üniversiteleri çevresinde bile, fiziksel dünya konusunda doğru bilgi elde edilemeyeceği fikri yaygınlaşmaya başlamıştı. Birçok çalışma fiziksel gerçeği bulmak için değil, mantıksal tutarlılığı sağlamak için yapılıyordu. İşte Kopernik’in gerçek başarısı, doğaya yönelik kökten farklı bir tavır sergilemesidir.

Kopernik’in sırtını dayadığı kanıtlar hiç de yeni kanıtlar değildi. Bu kanıtlar daha önce basmakalıp biçimde kullanılmış eski tartışmaların ürünüydü. İşte Kopernik’i Kopernik yapan şey onun otoriteye meydan okuyan yöntemsel yaklaşımıdır. Kopernik de gök cisimlerinin düzgün ve doğrusal hareketler yaptığı ve evrenle Dünya’nın küresel olduğu konusunda Aristo ile örtüşüyordu. İnsanın evrende bir güzellik ve simetri arayışı bugün bile çeşitli şekillerde varlığını sürdüren çok eski bir düşüncedir. Kopernik’in asıl devrimci yönü Dünya’nın Güneş çevresinde dolanan sıradan bir gezegen olduğunu söylemesidir. Kopernik’in Batlamyus’tan farklı olduğu yön de budur. Kopernik kuramında, Dünya ve tüm gezegenler Güneş etrafında dönerler. Bu model Batlamyus modeline göre çeşitli pratik faydalar sağlar. Güneş merkezli bu modelde, her gezegenin yörüngesinin yarıçapı ve gezegenin hızı gibi iki değişken gerekir. Böylece hem parlaklıktaki değişim hem de geriye doğru hareket açıklanabilir. Dünya merkezli modelde ise, basit bir uyum için bile her gezegen yörüngesinin ya da taşıyıcısının yarıçapı ve hızı, ilmeğin yarıçapı ve hızı gibi daha fazla değişkene ihtiyaç vardır. Kopernik’in yaklaşımı, Güneş, Merkür ve Venüs’ün diziliş sorununu da çözmüştür. Ayrıca Kopernik modeli, Venüs ve Merkür’ün neden sık sık sabah ve akşam yıldızları olarak, çok yakınmış gibi görünmelerini de rahatça açıklar. Merkür ve Venüs’ün yörüngelerinin yarıçapları, Dünya’dakinden çok daha küçük olduğundan, Dünya’dan bakıldığında aralarında her zaman küçük bir açısal ayrılık olması gerekir. Buna karşın Batlamyus modelinde, Güneş, Merkür ve Venüs’ün Dünya etrafında kendi yörüngeleri olduğundan, birbirlerinden çok uzakta görünmemelerinin nedeni açıklanamaz.

Ne zaman Kopernik’ten bahsetsem aklıma hemen Freud’un bu konudaki sözleri geliyor. Sizinle paylaşayım:

“Zamanın akışı içinde insanlık, bilimin ellerinden gelen darbelerle iki kez, naif öz sevgisinin incinmesinin acısını yaşamak zorunda kalmıştır. Birincisi, Dünya’nın evrenin merkezinde olmadığını, akıl almaz büyüklükte bir dünyalar sistemi içinde bir nokta olduğunu anladığında (...) İkincisi, biyolojik araştırmalar özel yaratılmışlık ayrıcalığını elinden alıp soy kütüğünü hayvanlar âlemine düşürdüğünde.”

Freud’un konuya yaklaşımı etkileyici olsa da bu, işin sadece derinlerde yatan bir boyutu olabilir. Bence insanın sosyal yaşantısının bazı özellikleri, iktidar ilişkileri ve dinsel dogmalar insanlığın Dünya merkezli evren görüşünü terk etmesini geciktirdi. Bilim tarihini incelediğimizde, her konuda olduğu gibi bilimsel konularda da otoriteyi sorgulamanın önemini görüyoruz.

Parçacıklar, anti-parçacıklarla etkileşerek yok oluyor. Bunun tersi de mümkün. Bir bakıma hiçlikten varlık meydana geldiği söylenebilir mi? Evrenin oluşumuna ilişkin de buna benzer yaklaşımlar var. Nasıl oluyor da hiçlikten varlık oluşabiliyor?

Önce anti-parçacık kavramının nereden geldiğinden biraz bahsedeyim. Kuantum mekaniğinde bir parçacığın fiziksel durumunu dalga fonksiyonu ile temsil ediyoruz. Dalga fonksiyonunun zaman içindeki evrimi kuantum mekaniğinin temel denklemi olan Schrödinger denklemi ile belirlenir. Bu nedenle Schrödinger denkleminin göreli olmayan kuantum mekaniğinin temellerini oluşturduğunu söyleyebilirim. Bu denklem zamana göre birinci mertebeden ve uzaysal koordinatlara göre ikinci mertebeden türevli ifadeler içerir. Denklem daha en başından bu özelliği nedeniyle özel görelilik teorisi ile uyumlu değil. Kuantum mekaniğinin ve özel görelilik teorisinin ilkelerini birleştirme konusundaki ilk çabalar 1927 yılında Dirac’ın bugün kendi adıyla anılan bir denklem bulmasıyla sonuçlandı. Dirac, Einstein’ın göreli enerji ve momentum terimlerini içeren ünlü formülünü, aradığı denklemin bir kısıtı olarak kabul ederek ilerledi. Böyle bir kısıt Dirac’ın aradığı denklemin 4 boyutlu bir matris biçiminde yazılmasını gerektirir. Sonuç olarak Dirac, enerjileri göreli enerji formülü ile uyumlu olan serbest elektronları betimleyen bir denklem ortaya koydu. Fakat bu denklemin o zamanlar oldukça tuhaf görünen bazı öngörüleri var. Dirac denklemi bir elektrona uygulandığında sadece pozitif enerjili çözümler değil aynı zamanda her pozitif enerjili çözüme karşılık gelen negatif enerjili çözümler ortaya çıkıyor. Bu, o dönemin bakış açısıyla ilginç tartışmalar yaratan tuhaf bir durumdu. Acaba elektronlar neden negatif enerji düzeylerine inerek sürekli enerji yaymıyorlardı? Dirac, bu sorunu tüm negatif enerji düzeylerinin bir sonsuz elektron denizi ile dolu olduğu fikrine dayanan bir yaklaşımla çözmeyi denedi. Ama o halde bazı elektronlar neden pozitif enerji durumlarında bulunup negatif enerji durumlarına inmiyorlar? Dirac’a göre bu sorunun cevabı, iki elektronun aynı kuantum sayılarına sahip olamayacağını söyleyen Pauli dışarlama ilkesine dayanıyor. Fakat bu kez de negatif enerjili bir elektrona onu pozitif enerjili bir düzeye getirecek bir enerji verildiğinde, negatif enerjili elektron denizinde oluşan o boşluğa ne olacağı sorusu ortaya çıkıyor. Bu boşluklar pozitif enerjili tanecikler gibi davranmalılar. Böylece Dirac teorisi elektronla aynı kütleye ve zıt elektrik yüküne sahip yeni bir parçacık öngörür. Bu nedenle söz konusu parçacık proton olamaz.

Bugün bu parçacığı pozitron olarak adlandırıyoruz. Pozitron ile elektron bir araya geldiğinde ikisi birden yok olup, Einstein’ın kütle ve enerjiyi içeren ünlü eşitliğine uygun olarak, enerjisi bu iki parçacığın enerjisine eşit bir foton ortaya çıkar. Bu sürecin tersi de doğrudur. Yani yeterince büyük bir enerji de pozitron ve elektron çifti oluşmasına neden olabilir.

Pozitronun varlığı 1932 yılında kozmik ışınları inceleyen C. Anderson tarafından deneysel olarak kanıtlandı. Böylece 1933 yılında Dirac’a ve 1936 yılında ise Anderson’a Nobel fizik ödülü verildi. 1950’lilere yaklaşırken fizikçi Feyman ve Stuckelberg, Dirac denkleminin negatif enerji çözümlerini pozitronun pozitif enerjili durumları olarak yorumlamanın mümkün olduğu bir formülasyon geliştirdiler. Bundan sonra Dirac’ın negatif enerji denizi yaklaşımına da gerek kalmadı. 1950’li yıllarda proton ve nötronun da anti parçacıkları olduğu gözlendi. Bugün yüklü her parçacık türüne karşılık gelen kütlesi aynı ve yükü zıt bir anti-parçacığın olduğunu biliyoruz.

Bütün bu süreci maddenin devamlı hiçlikten oluşup ve hiçliğe gittiği biçiminde yorumlamak mümkün değil. Buraya kadar anlattıklarım maddenin enerjiye ve enerjinin de maddeye dönüşebildiğinin bir göstergesidir. Benzer bir şekilde atom bombası ya da termonükleer füzyon olayı da madde enerji dönüşümüne ilişkin örneklerdir. Oysa anti-parçacıklarla ilgili henüz yanıtını bilmediğimiz ilginç sorular vardır. Eğer her parçacığın bir anti-parçacığı varsa evrende anti-Hidrojen ve anti-Oksijenden oluşan su molekülü neden olmasın? Dahası antiparçacıklardan oluşan anti-proteinler ya da anti-DNA neden olmasın? Acaba evrenin herhangi bir yerinde anti-maddeden oluşan galaksiler var mı? Bu galaksilerde anti-maddeden oluşan canlılar yaşıyor olabilir mi? Bugün anti-parçacıkların varlığı kanıtlanmış olsa da evrende neden anti-maddeyi gözlemlemiyoruz? Örneğin şu anda evrende anti-maddenin yoğunlaştığı bir bölge olabilir mi? Belki de çok uzaklarda başka galaksiler anti-maddeden oluşmuş olabilir mi? Acaba galaksimizde sadece anti maddeden yapılmış bir yıldız gözlemleyebilecek miyiz? Ya da uzaklarda bir yerde tümüyle anti maddeden oluşmuş bir galaksi var mı? Astrofizikçiler uzak galaksiler için bu olasılığı titizlikle değerlendirdiler. Eğer öyle olsaydı madde ve anti-madde etkileşimi nedeniyle aynı miktarda madde ve anti-madde enerjiye dönüşürdü. Bir şekilde bu tarz etkileşimleri ışıma olarak gözlemlememiz gerekirdi. Fakat bu doğrultuda hiçbir gözlem yapılamadı. Anti maddenin yalıtılmış hidrojeni henüz yıldızlararası ortamda gözlenemedi. Bu olanaklı olacak mı? Anti-maddenin varlığını iyi bilsek de öyle görünüyor ki evrenin geri kalanı maddeden meydana geliyor. Bir diğer ilginç soru da acaba anti-madde kütle çekimden madde gibi etkileniyor mu? Evrende bu soruya yanıt vermeyi mümkün kılacak yoğunlukta anti-madde gözlenmedi.

Her neyse. Bugün evrenin kökeni ile ilgili genel olarak kabul gören yaklaşım evrenin yaklaşık 14 milyar yıl önce büyük patlamaya dayandığıdır. Bir bombanın patlarken maddeyi dışa doğru fırlatması gibi bir şeyi çağrıştırdığı için belki büyük patlama isimlendirmesi biraz yanıltıcıdır. Lütfen büyük patlamayı uzay içinde patlayan bir bomba gibi düşünmeyin. Çünkü Einstein’ın genel görelilik teorisine göre büyük patlama zaten uzay-zamanın başlangıcıdır. Aslında Einstein alan denklemlerinin bazı varsayımlar altındaki çözümleri evrenin genişlediğini öngörür. Yine de evrenin genişlediği fikri ancak Edwin Hubble’ın 1929 yılında uzak galaksilerin spektrumlarında gözlenen kırmızıya kaymaları ortaya koyması ile ciddiye alınmaya başlandı. Kırmızıya kaymalar, galaksilerin evrene göre hareketlerinden değil de evrenin genişlemesinden kaynaklandığından kozmolojik kırmızıya kayma olarak adlandırılır. Yani evrenin genişlemesiyle birlikte içinde yol alan ışığın dalga boyu uzamaktadır. Hubble’ın keşfi Einstein alan denklemlerinin genişleyen evren öngörüsünü destekleyerek büyük patlama için önemli bir kanıt oluşturur. Yine 1964’te keşfedilen kozmik mikrodalga arka plan ışınımı ve helyumun evrendeki baryonik madde içindeki oranı büyük patlama kuramını destekleyen diğer önemli kanıtlardır. Bunlar dışında da pek çok gözlemsel kanıt var.

Şimdi bir noktaya özellikle dikkat çekmek istiyorum. Genel görelilik teorisine göre büyük patlama uzay-zamanın başlangıcıdır. Öte taraftan kuantum mekaniği söz konusu olduğunda uzay-zamanın sürekliliğini koruyamayız. Sadece genel görelilik çerçevesinden yaklaştığımızda evrende Planck uzunluğundan daha kısa mesafeler ve Planck zamanından daha küçük süreler hakkında konuşmamız anlamsızlaşır. Kuantum dalgalanmalarından ve olası diğer seçeneklerden söz edebilmek için birleşik alan teorilerinin bize sunduğu dışında bir fikrimiz yok. Oysa kuantum fiziği ve genel göreliliğin birleştirilebildiği eksiksiz bir teoriye sahip değiliz. Böyle bir teorinin evrenin zamanda bir başlangıcı olup olmadığı konusunda ne söyleyeceği ise henüz yeterince açık değil.

Evrenimizin yokluktan geçici olarak var olması ne anlama geliyor?

Bilmiyorum. Bu sorunun gerçekten anlamlı olduğunu da sanmıyorum. Ancak evrenimizin dışından evrene bakarak sorabiliyor olsaydık bu soru anlam kazanırdı. Oysa bu olanaklı değil.

Kuantum fiziğini birkaç cümleyle açıklamanız mümkün mü?

Hayır, mümkün değil. Ama sizlere Emine Rızaoğlu ve Mehtap Yalçınkaya ile birlikte benim de yazarı olduğum “Kuantum Mekaniği” kitabımızı önerebilirim. Bu yıl Alfa yayınlarından çıkacak olan kitabımız fizik bölümleri ile birlikte üniversitelerin fen ve mühendislik bölümlerinde lisans ve lisansüstü düzeyde eğitim gören öğrencilere ve konuya ilgi duyan araştırmacılara hitap ediyor.

Yaşadığımız dünyanın teknolojik birikimini büyük ölçüde insanın evren anlayışını derinden etkileyen kuantum mekaniğine borçluyuz. Kuantum mekaniğini aksiyomatik yaklaşım ile öğrenmek pratik açıdan faydalı olsa da onu tarihsel gelişimi içinde anlamanın pedagojik üstünlüğü var. Kitabımızda kuantum mekaniğinin kuruluş aşamasından günümüze kadar olan gelişimini göz önünde bulundurarak, en temel kavramlardan araştırma düzeyine uzanacak biçimde aksiyomatik ve tarihsel yaklaşımı bütünleştirerek anlatıyoruz. Özellikle araştırmacılara yönelik yazılan çoğu kuantum fiziği kitabında, kuramın genel yapısı okura hızlıca sunulduktan sonra araştırmacıyı belirli bir alanda uzmanlaştırmak hedeflenir. Buna karşın bu kitapta kuantum mekaniğinin genel yapısını, okuru matematiksel çerçeveye adım adım hazırlayarak oldukça ayrıntılı bir biçimde sunuyoruz. Ayrıca Mathematica programı yardımıyla kuantum uygulamalarına yönelik kavramları 2 ve 3 boyutlu grafiklerle görselleştirdik. Bu kitapta, fiziksel düşünceyi ön plana çıkartarak tüm matematiksel işlemleri kapsamlı ve açık bir biçimde veriyoruz.

Ayrıca kuantum mekaniğinin tarihsel gelişimi üzerine Emine Rızaoğlu’nun yazdığı “Kuantum Mekaniği Nedir?” ve “İkinci Kuantum Devrimi” isimli iki popüler bilim yazısına http://nurettinergun.blogspot.com/ adresinden ulaşabilirsiniz. Aynı web adresinde analiz ve topoloji hakkında oldukça doyurucu popüler matematik yazıları da bulabilirsiniz.

Bilimde hesaplanamazlık ve belirsizlik gibi kavramlarla ilgili ne düşünüyorsunuz? Kuantum mekaniğinin belirsizlik ilkesi nedeniyle fizik giderek kesinlikten uzaklaşıyor mu? Bilim belirsizliğe doğru sürükleniyor mu?

Fizik ya da genel olarak bilim bize bir bakış açısı sunar ve böylece uzaklara bakabiliriz. Ama her zaman ufuk çizgisinin ötesi vardır. Hemen her konuda olduğu gibi bilimden beklentilerimiz konusunda da mütevazı olmak zorundayız. Bilim her şeyi hesaplamamızı sağlamaz. Bu korkulması ya da umutsuzluğa düşülmesi gereken bir şey değil. Çünkü bilimin temel amacı doğayı hesaplamak değil onu anlamaktır. Ama bunu söylediğim için doğayı anlama sürecinin birçok incelikli hesaba ve çeşitli yaratıcı fikre dayandığını yadsıyorum diye düşünmeyin. Doğayı anlama konusunda bilimden daha başarılı bir yol bilmiyoruz. Bilim, tartışmasız elimizdeki en sistematik ve güvenilir araçtır.

Geçen yüzyılda bilimde “belirsizlik” ya da “kaos” gibi kavramlar söylediğiniz gibi kapsamlı tartışmalara yol açtı. Bilimin sınırları üzerine yürütülen pek çok tartışmada matematikteki Gödel kanıtlamasına da gönderme yapıldığını gözlemliyorum. Bu konudan da biraz bahsedeyim.

Matematikte Gödel kanıtlaması, fizikte kaos teorisi ve kuantum mekaniği, bilimin sınırları ve belirsizlik konularına yönelik tartışmaları epistemolojik olarak besliyor. Örneğin Gödel kanıtlaması bize her biçimselleştirmenin özsel olarak eksik olmak zorunda olduğunu öğretiyor. Gödel, doğal sayıları kapsayan bir biçimsel sistemde doğru ya da yanlış olduğuna matematiksel olarak karar veremeyeceğimiz bazı önermeler olduğunu kanıtladı. Bu kanıt, matematiğin aksiyom listesini genişletmenin de bizi bu çarpıcı gerçekten kurtaramayacağını içeriyor. Sonuçta anlıyoruz ki her biçimselleştirme, bir şekilde kendine gönderme yapan bazı tip önermelerin doğruluk değeri ile ilgili özsel eksiklikler taşıyor. Gödel kanıtlaması, Russell ve Whitehead gibi 20. yüzyılın büyük matematikçileri ve özellikle mantıksal pozitivistler için çeşitli hayal kırıklıklarına neden oldu. Yine de Gödel kanıtlaması, dünyayı anlamaya çalışırken biçimselleştirme yapmanın değerini azaltmaz. Sadece artık biçimselleştirmeden beklentilerimiz üzerine daha gerçekçi hayaller kuruyoruz. Bu nedenle Gödel kanıtlamasının anlayışımıza sınır çizmekten daha çok, onu geliştirdiğini söyleyebilirim.

Kimi düşünürler, biçimselleştirmeye yönelik eleştirel fikirlerini temellendirmek için Gödel kanıtlamasından faydalanıyor. Her şeye cevap verebilecek bir biçimsel sistem kuramayabiliriz. Ama bu, biçimsel sistemler kurmaktan vazgeçmemiz gerektiği anlamına gelmiyor. Belki de sadece beklentilerimizi biraz daha gerçekçi tutmalıyız.

20. yüzyıl öncesinde harekete yönelik tüm yasaları bulduğumuza inanıyor ve Newton fiziğinin başarısı ile biraz fazla övünüyorduk. Newton’un aksiyomatik yaklaşımı öyle büyük bir başarı yakalamıştı ki fizik dışında pek çok alanı etkiledi. Örneğin neoklasik mimarinin erken dönem temsilcilerinden biri olan mimar Christopher Wren aynı zamanda bir fizikçiydi. Genel olarak mimaride Barok ve Rokoko tarzından sonra özellikle 18. yüzyılın ilk yarısından itibaren Fransa, Almanya, Rusya ve ABD’de rasyonel mimariye dönüş olarak görülen neoklasik yapılar ortaya çıkmaya başladı. Burada detaya girmeye gerek yok ama fiziğin o dönemki başarısının müzik akımlarını hatta satranç ustalarının oyun tarzını bile bir şekilde etkilediğini görebilirsiniz.

Dahası o dönemlerde klasik mekanik yasalarının her türlü problemi çözme gücüne sahip olduğu sanılıyordu. Adeta “aklın işleyişinin” klasik fizik yasalarıyla tümden açıklanabileceği düşünülüyordu. Öte taraftan bugün kaos teorisi ve kuantum fiziği bize bu konunun aslında beklediğimizden çok daha karışık olduğunu gösterdi. Detaylara girmeyeceğim ama gerçekten ilginç iki kitap önerebilirim. Bu kitaplardan biri Douglas Hofstadter tarafından yazılan Gödel, Escher, Bach isimli eser. Bu muhteşem kitabı okumak belki bir kaç ay alabilir ama buna değecektir. Yazar, Gödel eksiklik teoremi ve kendine gönderme yapan döngüleri uzun uzun tartışıyor ve Escher'in inanılmaz görsel imgelerinin ve Bach'ın geliştirdiği füg yapısının bu temellere dayandığını anlatıyor. Aslında bu kitapta temel olarak insan zihnini tanımlayan özelliklerin, üst katmaların alt katmanlara ulaşıp onları etkilemesi ve aynı zamanda üst katmanların da alt katmanlar tarafından belirlenmesi ile mümkün olduğu savunuluyor. Bu yaklaşım, insanı kendi kendini programlayan bir bilgisayara benzetiyor gibi görünse de kesinlikle kaba değil. Bu yaklaşımın modern psikolojideki anlayışlarla oldukça uyumlu olduğunu düşünüyorum. Bu konuda diğer bir okuma önerim ise Roger Penrose’un Kralın Yeni Aklı isimli yapıtı. Bu da muhteşem bir kitap ve fiziğin pek çok alanını bir araya getirerek insan zihni ve yapay zekâ üzerine kapsamlı bir tartışmaya kapı aralıyor. Bence bu kitaplar, bilimin temel bulgularını incelikli ve dikkatli bir biçimde kullanarak birbirinden farklı iki büyük düşüncenin nasıl savunulabileceğini göstermesi bakımından da önemli.

Şimdi belirsizlik ilkesi üzerine birkaç şey söyleyeyim. Kuantum mekaniğindeki belirsizlik ilkesi hakkında dikkatli bir çözümleme yapabilmemiz için biraz matematiğe ihtiyacımız var. Ayrıca işin fiziksel yorumu konusunda da oldukça titiz olmamız gerekiyor. Temel lineer cebrin konusu olan lineer vektör uzayları gibi kavramlar kuantum mekaniğinin anlaşılması için son derece önemlidir. Çünkü kuantum mekaniğinde örneğin momentum ya da spin bileşenleri gözlenebilirler olarak adlandırılır ve gözlenebilirler bir vektör uzayında operatörlerle temsil edilir. Şimdi belirsizlik ilkesi ile ilgili genel olarak şunu söylemeliyim: Kuantum mekaniğinde karşılık gelen operatörleri değişme özeliğine sahip olmayan her gözlenebilir çifti için bir belirsizlik ilkesi vardır. Konum ve momentum arasındaki meşhur belirsizlik ilkesi ise kuantum mekaniğindeki belirsizlik ilkesinin özel bir halidir. Bu ilkeye göre bir parçacığın momentumundaki belirsizlik ile parçacığın konumundaki belirsizliğin çarpımı belli bir değerden daha küçük olamaz. Yani parçacığın konumundaki belirsizlik ne kadar küçükse momentumundaki belirsizlik de o kadar büyük olur. Bu fiziksel ilke, yine temel matematikten iyi bilinen Fourier analizinin ve kuantum mekaniğindeki dalga parçacık ikililiğinin bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Peki, belirsizlik ilkesi gerçekte ne anlama geliyor? Bu konuda dediğim gibi titiz olmak gerekiyor. Şöyle ki tek bir parçacığın konumu ölçüldüğünde kesin bir değer bulunur. Benzer bir biçimde tek bir parçacığın momentumu da ölçüldüğünde yine kesin bir değer bulunur. Buradaki konum ve momentumdaki belirsizlik ifadeleri istatistiksel bir anlam taşır. Yani belirsizlik ilkesinin özdeş olarak hazırlanmış parçacık sistemlerindeki özdeş ölçmelerin sonuçlarına yönelik bir sınırlamayı ifade ettiğini söyleyebilirim. Özdeş olarak hazırlanmış sistemlerden alınan konum ya da momentum ölçümleri aynı sonuçları vermez. Böylece konum ve momentum ölçümleri ortalamadan bir sapma gösterir. İşte parçacığın konum ve momentumdaki belirsizlik, konum ve momentum değerlerinin standart sapmalarıdır.

Şimdi tek bir parçacık üzerinde aynı anda yapılan konum ve momentum ölçümleri üzerine belirsizlik ilkesinin ne söylediğini düşünebilirsiniz. Heisenberg, tek tek ölçümler seviyesinde de bu belirsizlik ilişkisinin korunduğunu düşünüyor. İşte işin bu kısmında oldukça dikkatli olmak gerekiyor. Çünkü bu tartışma kuantum mekaniğinin betimlediği evrenin neye benzediği konusunda bize önemli bilgiler verebilir. Tam bu noktada kuantum mekaniğindeki dalga fonksiyonuna ilişkin Born’un istatistiksel yorumunu düşünün. Acaba kuantum mekaniğinde ortaya çıkan olasılıklar, ölçüm yapılan sistemin doğasına ilişkin bilgi eksikliğimizden mi ortaya çıkar? Yoksa bu olasılıklar doğanın kendisine özgü ontolojik bir kökene mi sahiptir? İşte belirsizlik ilkesinin gönderme yaptığı belirsizliğin ontolojik olup olmadığı kuantum mekaniğindeki olasılıkların ontolojik olup olmamasından bağımsız değildir. Bu soruyu doğru anlamak için bile Einstein-Podolsky-Rosen makalesi, Bell eşitsizlikleri, Aspect deneyi, dolaşıklık kavramı, Pusey-Barrett-Rudolph teoremi gibi modern kuantum mekaniğinin yaklaşık yüz yıllık hikâyesini göz önüne almalıyız. Burada bunu yapmamız mümkün olmasa da kabaca hikâyenin henüz tamamlanmadığını ve tartışmanın bütün gelişmelere rağmen yeni bir zeminde sürdüğünü söyleyebilirim.

Sonuç olarak modern bilimin bize sunduğu evren anlayışı, 1900’lerden önceki anlayışımızdan çok farklı olsa da bütün gelişmelere rağmen hikâyenin sürprizlere açık olduğunu unutmamak ve yolculuğu ön yargısızca sürdürmek gerekiyor.

Sizce her şeyin teorisi mümkün mü? Bütün istisnaları kapsayacak yeni fizik yasaları oluşturulabilir mi?

Bütün istisnaları kapsayacak fizik yasaları sözünü duyduğumda biraz irkiliyorum. Çünkü bilimde teoriler belki de zamanla değişen bir gerçekliğin belirli bir geçerlilik sınırındaki temsilini oluştururlar. Kafamda el yapımı ince işlemelere sahip bir cam kadeh betimleyebilirim. Ama kimse benim kafamdaki cam kadehte bir şey içemez. Düşünceler, dünyadakilerin sadece bir temsilidir. Aslında düşünce ile evrenin kendisi arasında birbirine indirgenemez bir gerilim olduğunu düşünüyorum. Öte taraftan biz fizikçilerin her şeyin teorisinden anladığı şey biraz daha farklı.

Peki, bir fizikçi her şeyin teorisinden ne anlar? Kabaca fizikte her şeyin teorisi, evrende aklınıza gelen tüm maddeyi, uzay ve zamanı ve her çeşit değişime neden olan etkileşimleri açıklama gücüne sahip en basit (en temel anlamında) matematiksel temsildir. Burada “en basit” sözünü bilim felsefesinde önemli bir tartışma olan Ockhamlı William’ın usturasına gönderme yapmak için özellikle kullandım. Bilim tarihine baktığımızda, bir dizi olguyu birbiriyle eşdeğer düzeyde açıklama gücüne sahip iki teoriden basit olanı genellikle kabul görüyor. Bunun nedenini anlamak zor değil. Örneğin bir gün evinizde musluğu çevirdiniz ve suların akmadığını gördünüz. Su tesisatındaki bir arıza nedeniyle sular kesilmiş olabilir. Suyun akmamasını açıklamak için bir başka yaklaşım da uzaylıların şehir şebekesine bir çeşit zehir karıştırması nedeniyle sular idaresinin acilen suyunuzu kestiğidir. Her iki yaklaşım da suların akmadığını açıklama potansiyeline sahiptir. Peki, sizce hangi teori tutar? Bilimde genellikle daha az ek varsayıma ihtiyaç duyduğumuz teoriler yaşar ve ön plana çıkar

Her şeyin teorisinden fizikçilerin ne anladığını biraz daha açayım. Doğada şimdilik bildiğimiz dört temel kuvvet var. “Kuvvet” sözcüğü basit bir itme ve çekmeyi çağrıştırdığından, bunları etkileşim olarak adlandırmak daha sağlıklıdır. 1930’lardan önce sadece elektromanyetik ve kütleçekimsel etkileşim biliniyordu. Bugün bunlara ek olarak atom çekirdeğinin içindeki proton ve nötronları bir arada tutan güçlü etkileşim ve radyoaktif parçalanmaya yol açan zayıf etkileşim bilinmektedir. Doğadaki her kuvvet aslında bu dört temel etkileşimden biridir. Örneğin sıkça duyduğumuz sürtünme kuvveti bir elektromanyetik etkileşimdir. Çevremizde en sık karşılaştığımız olaylar genellikle elektromanyetik etkileşime dayanıyor. Yani elektromanyetik etkileşim, hem doğada hem de evrensel ölçekte baskın bir kuvvet gibi görünüyor. Fizikçiler bu dört etkileşimin işleyişini anlamak için birbirinden farklı kuramsal yaklaşımlar geliştirdiler. Örneğin elektromanyetik kuvvet, elektromanyetik teori çerçevesinde anlaşılabilmektedir. 1800’lü yılların başında elektriksel ve manyetik olaylar birbirinden ayrı değerlendiriliyordu. 1820’de H.C. Oersted bir telden geçen elektrik akımının pusula iğnesini saptırdığını fark etti. Daha sonrasında ise A.M. Ampere, her türlü manyetik olaya, hareket eden elektrik yüklerinin kaynaklık ettiğini iddia etti. 1831’de ise Faraday, hareketli mıknatıs tarafından elektrik akımı üretildiğini gözledi. Bütün bu birikimin ardından, Maxwell ve Lorentz teorinin matematiksel yapısını son derece açık bir biçimde ortaya koydu. Artık elektrik ve manyetik olayların tek bir olgunun, elektromanyetik teorinin iki farklı görünümü olduğunu biliyoruz. Bu, bir zamanlar iki farklı zeminde gerçekleştiğini düşündüğümüz olaylara daha yakından baktığımızda, onları tek bir teorik çerçevede anlamayı başardığımızı gösteriyor. Elektromanyetik teorinin bu ilginç öyküsü, ileride birçok fizikçiyi birleştirilmiş, basit ve şık teoriler aramaya ikna etti.

Son otuz yılda parçacık fiziğindeki gelişmeler birleştirilmiş bir teori arayışı konusunda yeni umutlar doğurdu. Nasıl ki elektrik ve manyetik olaylar tek bir şemada birleştirilerek elektromanyetik teoriye ulaşıldıysa, elektromanyetik ve zayıf etkileşmenin de elektro-zayıf etkileşme denilen tek bir kuvvetin farklı görüntüleri olduğu anlaşıldı. Bu birleştirmeyi birbirinden bağımsız olarak başaran Amerikalı S.H. Glashow, S. Weinberg ve Pakistanlı A. Salam 1979 Nobel ödülünü aldı. Elektro-zayıf etkileşme teorisine göre etkileşme, ikisi elektrik yüklü ve ikisi nötr olan kütlesiz dört ayar parçacığı tarafından iletilmektedir. Teoriye göre elektromanyetik ve zayıf etkileşimler birbirine göre simetriktir. Ancak elektromanyetik etkileşim, etkileşen cisimler arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır. Bu nedenle ilkesel olarak hiçbir zaman bu kuvvet ortadan kalkmaz. Ancak zayıf etkileşim kısa erimli bir kuvvettir ve bu yönüyle elektromanyetik kuvvete benzemez. Bu problem “kendiliğinden simetri kırılması” olarak adlandırılan bir etkiyle açıklanır. Teori bu etkinin sonucu olarak üç kütleli ve bir kütlesiz parçacık öngörüyor. Söz konusu kütlesiz parçacık oldukça tanıdık: Foton. Diğer üç parçacık ise W+ , W- , Z0 ile gösterilir ve zayıf etkileşmeye bu parçacıklar aracılık eder. Elektro-zayıf etkileşim kuramına göre bu parçacıkların büyük kütlede olması, zayıf etkileşmeyle elektromanyetizmanın görünüşte birbirine benzememesinin temel nedenidir. 1983 yılında CERN’de (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) yapılan deneylerle elektro-zayıf kuramın öngörüleri olan W ve Z parçacıkları gözlendi. Ayrıca bu parçacıkların deneylerden elde edilen kütleleri kuramla uyum içindeydi. Sonuçta elektromanyetik ve zayıf etkileşmeler elektro-zayıf teoride birleştirildi.

Bütün bu anlattıklarım birleştirme düşüncesinin fiziği nasıl ileriye taşıdığına bir örnek oluşturabilir. Şimdi bazı fizikçiler bu dört temel etkileşimin başarılı bir şekilde birleştirildiği bir teori arayışı içindeler. Bu yolda önemli bir sorun kuantum mekaniği ile kütle çekim kuvveti arasındaki uyumsuzluk. Çünkü Genel Görelilik Teorisi sonuçta kuantum mekaniksel etkileri içermeyen klasik bir teoridir. İkisini birleştirme arayışları içinde çok tartışılan bir yaklaşımsa sicim kuramıdır. Ama bu tartışma çok uzun ve sürprizlerle dolu derin bir hikâyedir. Tam bu noktada ilgili okura Lee Smolin tarafından yazılan “Fiziğin Krizi” isimli yapıtı önerebilirim. Bu kitapta oldukça eğlenceli bir biçimde sicim teorisinin yükselişi ve sonrası anlatılıyor.

Değerli vaktinizi bize ayırdığınız için teşekkür ederiz.

Zaman hepimiz için değerli. Bu güzel soruları hazırladığınız için asıl ben size teşekkür ederim. Ama bitirmeden bir soru da ben sormak istiyorum. Acaba evren neden klasik fizik yasalarından alıştığımız gibi değil? Neden kuantum etkileri gözlüyoruz? Fizik yasaları böyle olmak zorunda mıydı?

Bu söyleşi www.stellarlabstore.com web adresinde yayınlanmıştır. Söyleşiye buradan ulaşabilirsiniz.