Fiziğin Temelleri

(Genelde bilimin,ozelde fizigin dayandigi temeller uzerine bir deneme) Bu kucuk denemede sunlar kisaca gozden gecirilecektir:
Tum doga bilimlerinde ve fizikte doganin konumu
Fizigin iki temel kavrami olarak uzay ve zaman
Fizigin diger onemli temeli olarak neden-sonuc ilkesi
Fizigin en temel sureci olarak olcme;gozlem-olcme-deney uclusu
Fizigin metodunun temel ozelligi olarak;dogadaki degisimleri degismeyenlerle aciklamak
Fizikte diger temel kavramlar olarak korunum ve invaryantlik
Pozitif bilimler ve fizigin temeli olarak basitlik ilkesi
Fizik-matematik iliskisi
Fizik-felsefe iliskisi
Fizikteki temel kavramlarin son yuzyildaki degisimi
Fizigin en temelinde hangi kavram ya da ne var?Icinde bulundugumuz zamanda bu soruya cevap vermek oldukca zor.Cunku bina o temeller uzerinde yukselmis durumda.Insanligin dusunce tarihine bakildiginda pozitif bilimler oldukca yeni olarak karsimiza cikar ama buna ragmen oldukca hizli gelismislerdir(yine dusunce tarihine gore).

En basta butun bilimler;kendi disimizda varligi bizden bagimsiz bir olgular dunyasindan yola cikmislardir.Bu olgular dunyasinin en temel ozelligi nesnel ve anlasilabilir olmasidir.20. yy. baslarinda fizikte olusan devrimsel nitelikteki gelismeler;kendi disimizda bizden bagimsiz ve nesnel bir olgusal dunyanin varligi konusundaki goruslerimizi degistirmistir.Bu noktada; nasil ki olgulardan ve olaylardan bagimsiz bir uzay ve zaman dusunulemezse, bizden bagimsiz bir epistemolojik surec de dusunulemez(evreni anlamak adina)Bu bilme surecini bazilari soyle tanimlar:
"Kendimize,disimizdaki nesnelerin icimizdeki hayalet cisimlerini ya da simgelerini yapariz.Oyle ki, resmin mantiksal olarak zorunlu sonuclari,her zaman resmedilen nesnelerin fiziksel olarak zorunlu sonuclaridir."
Hertz
"Bilim,her turlu duzenden yoksun duyu verileri(algilar) ile mantiksal olarak duzenli dusunme arasindaki uygunluk saglama cabasidir."
Einstein 'The Fundamentals of Theoritical Physics' Science 91-1940
"Bilim,gozlem ve gozleme dayali uslama(akil yurutme) yoluyla once dunyaya iliski olgulari,sonra bu olgulari birbirine baglayan yasalari bulma cabasidir."
Russel 'Religion and Science'
Goruldugu gibi Einstein in tanimindan;duzenin olgu dunyasinin degil ,insan aklinin bir niteligi oldugu cikiyor.Aslinda duzenin olgu dunyasindan mi yoksa insan aklindan mi kaynaklandigi cok da onemli degil.
Fizigin iki temel kavrami uzay ve zaman dir.Uzay nesnelerin,zaman da nesnelerin degisiminin duzeni olarak dusunulebilir.Fizik icinde bulundugumuz evreni anlamak icin,o evrenden yapilan soyutlamalar butunu olarak dusunulurse ,o evrenden ilk elden soyutlanan kavramlar uzunluk kutle ve zamandir.Klasik fizikteki diger tum kavramlar(kuvvet,momentum,enerji gibi) bu ucunun uzerine kurulmustur.Bu uc kavramin olculmesi herkezce kabul edilmis, standart niceliklere gore yapilmaktadir.
Fizigin diger onemli temeli neden-sonuc dur.Tum olaylar birbirine neden-sonuc iliskisiyle baglidir.Bu;evrende olusan olaylarin sebeblerinin yine evrende olmasi gerekliligidir,baska yerlerde degil.Zaten pozitif bilimlerin ortaya cikis sebebidir bu.Bu noktada,ilkcag felsefesinin mitolojik surecten sonra ve-bu gunku anlaminda-pozitif bilimlerin ortacagdan sonra olusmasi oldukca benzerdir.
Fizigin en temel sureci suphesiz ki olcmedir.Gozlem-olcme-deney surecleri dusunulurse,aralarindaki benzerligin amac benzerligi oldugu gorulur. Hepsi icinde bulundugumuz evrene ait ozelliklerin bize aktarilmasi icindir. Gozlem,insanin dusunmesiyle beraber varolmaya baslamistir.Olcme ve deney ise daha sonralari ortaya cikmistir.Deney;evrenin belli bir kisminin benzerinin yaratilip uzerinde cesitli olcme sureclerinin gerceklestirilmesidir.Doga, evrenin en yakinimizdaki parcasi olarak dusunulurse;gozlem ile dogaya mudahale edilmiyormus,fakat olcme ve deneyle mudahale ediliyormus gibi gorunur.Oysa saf olarak gozlem bize dogayi anlamak yolunda cok sey kazandirmaz. Daha aktif bir yaklasim gerekir ki bu da deneydir.Olcmenin onemi ise fizik-matematik iliskisinde ortaya cikar.(Daha sonra bu konuya deginilicek)
Fizigin bir diger temel ozelligi evrendeki degisimleri degismeyenlerle aciklamaktir. Yani denilebilir ki; fizik-ve genelde bilim-evrendeki degisimleri degismeyen seyler araciligiyla aciklamaya calismaktir.Klasik fizikteki konum,hiz,ivme kavramlari dusunulurse;bu daha iyi gorulur.Hiz, konumun degisimidir ve eger sabit degilse ivme kavramina ihtiyac vardir.Ivme hizin degisimidir ve eger o da sabit degilse onun degisimini gosteren sabit bir nicelige ihtiyac vardir. Aslinda insan dogadaki degisimleri, gunluk hayatta sanildigi gibi algilamaz.Insanin dogayi algilamakta kullandigi bes duyusundan gozu dusunelim.Dogayi algilamak icin en cok kullandigimiz duyumuz suphesiz ki gozdur.Gorme olayi beyin ile gozlenen nesnenin bir etkilesimidir, bu goz araciligiyla olur.Goz , hareketli cismin-cok kucuk zaman araliklariyla-durumlarini algilar.Yani goze kadar olan surecte bir sureklilik yoktur, sabit durumlar uzerinde sicramalar vardir.Gozden snraki surecte (yani goz-beyin arasi) sureklilik saglanir.
Sonucta bazi seylerin degismemesiyle, evrendeki degisimleri aciklamak fizigin metodunun temelinde vardir.Fizikteki korunum ve invaryantlik kavramlari da bu noktada fizigin temelinde yer almis oluyor.Korunum, niceligin zamana gore degismemesidir; invaryantlik ise sisteme gore degismemesidir.Sistemler, cozum yapilan degisik matematiksel sistemler de olabilir.Yani cozum hangi matematiksel sistemde yapilirsa yapilsin sonuc ayni fiziksel gerceklige tekabul etmelidir. Bu, invaryantligin en genel anlamdaki yorumudur.Ozelde ise denilebilir ki invaryantlik bir niteligin bazi donusumlere gore degismemesidir.Peki invaryantlik ya da korunum gercekte var midir?Suphesiz ki bu iki buyuk kavramin ortaya cikisinda beklentilerimiz sandigimizdan daha buyuk rol oynamaktadir.Korunum ya da invaryantlik olmasaydi evreni anlamak bu gunkunden daha zor olabilirdi.
Ayni sekilde fiziksel yasalarin basitligi ilkesinde de beklentilerimiz buyuk rol oynamaktadir.Doga basit midir yoksa karmasik mi?Bilmiyoruz.Ama dogayi aciklamak icin yaptigimiz yasalar basit olmali.(Daha derinlemesine bir inceleme icin: 'Pozitif Bilimlerde Basitlik Ilkesinin Belirlenmesi Yolunda Bir Deneme' I.U. Ed. Fak.yayinlari ,no:2866- 1981)Fizik onu yapan fizikcilerden bagimsiz olarak dusunulemiyecegi icin, fizikcilerin beklentileri de fizigin icinde ve metodunda yer etmistir.(Ayni seyler tum pozitif bilimler icin soylenebilir)
Fizik-matematik iliskisi de fizik icin oldukca temel bir iliskidir.Matematikten bagimsiz bir fizik dusunulemez.Ancak, fizigin formel bilimler gibi aksiyomatik olmayisi onu saf matematikten ayirir.Klasik mantigin uc ilkesi fizikte de temeldir ama fizik tam olarak aksiyomatik degildir.Gerci Kurt Godel in 1931 de yayinladigi o meshur makalesinden sonra matematigin de aksiyomatik yapisi tartisilir olmustur ama ;20 gram su ile 30 gram suyu karistirip , karisimin kutlesini olctugumuzde 60 gram buluyorsak, hatayi 20+30=50 onermesinde aramayiz.Matematik bir formalizm olmasinin otesinde yer etmistir fizikte.Cunku evrenden soyutlanan birtakim seylerin uzerinde matematiksel islemler yaptigimizda, sonucta bulunan seylerin yine evrene ait olmasi sozkonusudur.Bu da matematigin, fizikte sadece bir gosterim sekli olarak yer etmedigini gosterir.Ancak matematiksel olarak ortaya cikan her sonucla, fiziksel gerceklikler arasinda birebir tekabuliyet var midir?
"Matematiksel bir onerme olgusal dunyaya iliskin oldugu kadariyle kesin degildir; kesin oldugu kadari ile olgusal dunyaya iliskin degildir." Einstein
Einstein in bu dusuncesi yukarida sorulan soruya bir cevaptir.Ama bu cevap ile matematigin fizikteki konumu net olarak belirmez.Burada bir enformasyon azalisi sozkonusudur.(Ayni durum kuantum fiziginde vardir:mikroevrende yapilan bir deneye ait olasilik genligi olasi tum sonuclari kapsar ama gozlenen deney sonucu bunlardan sadece biridir.)
Fizik ve felsefe de birbiriyle yakindan iliskilidir.Newton dan Heisenberg e, Max Born dan David Bohm a kadar bircok fizikci ayni zamanda iyi birer filozof idiler.Yazik ki filozoflar arasindaki iyi fizikcilerin sayisi bu kadar cok degildir.(Bu yuzden bazi fizikciler felsefeden uzak durmayi tercih ederler) 17. yy. da Descartes in, supheciligiyle "dusunuyorum oyle ise varim"i temel almasi ve bunun uzerine felsefesini kurmasi; mekanik evren anlayisini olusturmasi ve Newton un ogrenciligi sirasinda Descartes in gorusleriyle tanisip daha sonra mekanigin o uc temel yasasini ortaya atmasi; fizik-felsefe iliskisinin baslamasidir ve guzel bir ornegidir.Zaten fizik, felsefe, matematik ve bugunku diger doga bilimlerinin birarada olmasi ancak, Ronesanstan sonra ayrilmaya baslamalari; aralarinda siki bir iliski olmasinin dogal bir sebebidir. Bu yuzden felsefe incelenmelidir.Cunku felsefe tarihi, insanligin gecirdigi dusunce asamalaridir ve bu asamalarin belli bir yerinde pozitif bilimler dogmustur; cunku epistemoloji bilme surecini sorgular ve bu surec tum pozitif bilimler icin kacinilmazdir, oysa pozitif bilimler bu sureci sorgulamaz. Cesitli zamanlarda, bazi filozoflar ellerinden geldigince pozitif bilimler ve ozellikle fizigi kullanip bunun uzerine felsefelerini kurmuslardir.Fakat bu filozoflar kendi zamanlarindaki fizigi ne kadar iyi biliyorlardi?Ornegin, entropi kavramini ya da kuantum fizigini gercekten hazimsayabilmisler miydi yoksa bunlardan birer ikiser cumle okuyup felsefelerini bunlar uzerine mi temellendirmislerdi?Bu durumda yapilanlar spekulasyon dan oteye gecemez.Ya da doga bilimleri-Marx in yaptigi gibi-dogrudan topluma veya insanlara uygulanabilir mi?(felsefe acisindan fizik-felsefe iliskisi ve sorunlari bu durumdadir) Sonucta fizik (ve genelde doga bilimleri) temel alinarak bir felsefenin kurulmasi ancak bir fizikcinin yapabilecegi istir.
Son olarak fizikteki temel kavram ve iliskilerin 19. yy. sonlarinda baslayan ve hemen her alanda etkisini gosteren degisim surecinden nasil etkilendiklerini ozetleyelim