Ana sayfa 70. Sayı Demokritos’un atomundan Einstein’ın göreli evrenine yolculuk

Demokritos’un atomundan Einstein’ın göreli evrenine yolculuk

Forum

104
PAYLAŞ

Eski Yunan’daki öncü doğa filozofları ilk maddenin (Arkhe) ne olduğunu, nasıl olduğunu sorgulamaya başladılar. Dönemindeki birçok düşünür gibi, varlığın yapısını anlamaya çalışan Empedokles (MÖ 490-435), her şeyin temelinde toprak, su, hava ve ateş olmak üzere dört öğenin bulunduğunu ifade etmiştir. Empedokles’in, bu dört öğe kuramı, daha sonra gelen düşünürler tarafından, doğadaki varlıkların yapısını açıklamak amacıyla kullanılacaktır. Empedokles, görme ve ışık ile ilgili birçok deney yapmıştır. Işıklı cisimlerden bir şeyler çıktığını ve bunların göze ulaşmasıyla görmenin gerçekleştiğini savunmuştur. Işığın sonlu bir hıza sahip olduğunu, çünkü Güneş’ten çıkan ışınların, Güneş ile Yer arasındaki mesafeyi geçtikten sonra göze ulaştığını söylemiştir.

Tüm varlıkların atom (Eski Yunan alfabesinde “ατoμoς” veya Latin alfabesinde “atomos”  olarak yazılan “bölünemeyen” anlamındadır) adı verilen ve gözle görülemeyecek kadar küçük olan parçacıklardan oluştuğu görüşü, ilk önce Leukippos (MÖ 5. yüzyılın ilk dönemleri) ile onun öğrencisi Demokritos (MÖ 460-370) tarafından ortaya konulmuştur.

Demokritos, kendi dönemindeki diğer atomcu düşünürlerden daha yetkin fikirlere sahipti. Demokritos’a göre, evren doluluk ve boşluktan oluşmuştur. Dolu kısım, bölünemez küçük parçacıklar, yani atomlar tarafından doldurulmuştur; bunlar ölümsüz ve yalındırlar. Nitelikleri aynı ama biçimleri ayrıdır. Varlıklar, bu atomların bir araya gelmeleri sonucu oluşmuştur. Şayet bu atomlar bir nedenle dağılırsa varlıklar da kaybolurlar. Demokritos, atom kavramının anlaşılmasının güçlüğünü fark etmiş olmalı ki matematik ve geometri ile ilgili pek çok çalışma yapmıştır.

Demokritos, aynı zamanda iyi bir evrenbilimcidir. Ona göre, evrende çok sayıda ve çeşitli büyüklüklerde dünyalar vardır. Bunlar birbirinden farklı uzaklıklarda bulunurlar. Bazıları oluşmaktadır, bazıları oluşmuştur ve bazıları ise çökmektedir. Bunlardan bazıları çarpışarak yok olurlar. Bazılarında su, bitki ve hayvan yoktur. Dünyanın olduğu bölgede ilk önce Dünya oluşmuştur. Ay, yıldızların en altında bulunur; onu Güneş ve gözle görülebilen beş gezegen izler.

 

Astronomide Güneş merkezli düşüncenin hâkimiyeti: Galileo

  1. yüzyıla kadar doğa felsefecilerinin düşünce sistemlerinde, Dünya merkezli evren fikri baskın olmuştur. Fakat bir din adamı olan Nicolaus Copernicus (1473-1543), 1513 yılında ilk defa Güneş Merkezli evren fikrini ortaya koymuştur. Daha sonra bu fikir Galileo Galilei (1564-1642) tarafından çok güçlü bir şekilde savunulmuştur. Ayrıca Galileo, 1609 yılında kendi yaptığı teleskopla gözlemlerini astronomik amaçla kullanan ilk bilim insanıdır. Üstelik gözlemlerini Yıldız Habercisi (Siderius Nuntius) adını verdiği kitabında açıklanmıştır. Bu yüzden, Galileo modern bilimin kurucusu olarak kabul edilir. Galileo, kilise kaynaklı tüm dinsel baskılara rağmen Güneş Merkezli evren fikrinden vazgeçmemiştir. Kiliseye göre, Galileo bu düşüncesiyle Dünya’yı evrendeki en önemli gök cismi konumundan, basit bir gezegen konumuna düşürmekteydi ve bu durum dinsel inanç sistemine de aykırıydı.

Güneş Merkezli evren fikrini benimseyip bunu deneysel çalışmalarıyla destekleyen bir başka bilim insanı da  Johannes Kepler (1571-1630) olmuştur. Kepler, gezegenlerin hareketlerini açıklamak için kendi adıyla anılan üç temel yasa üzerinde çalışmıştır. İlk ikisi 1609’da, üçüncüsü ise 1618’de yayımlandı. İlk yasa, gezegenlerin Güneş’in çevresinde, odaklarının birinde Güneş’in bulunduğu elips biçimli yörüngeler üzerinde dolandığını söylüyordu. İkincisi, gezegenlerin merkezi ile Güneş’in merkezini birleştiren doğru parçasının yani yarıçap vektörü’nün, eşit zaman aralıklarında eşit alanlar taradığını söylüyordu. Üçüncüsü ise gezegenlerin dolanım süreleri ile Güneş’e uzaklıkları arasında bir bağıntı kuruyordu.

Isaac Newton (1642-1727), doğanın işleyişini matematiksel metotlarla inceleyip, çalışmalarıyla bilim koşusunda dev adımlar atan önemli bir bilim insanı olmuştur. Newton’un hareket kanunları ve evrensel çekim kanunu, bilimin en güçlü temellerini oluşturarak, doğayı anlamada tamamen yeni bir bakış açısı getirmiştir. Newton’un “Philosphiae Naturalis Principia Mathematica” (Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri) kitabı, Londra’da 1687 yılında basıldı ve günümüzde kısaca “Principia” olarak anılmaktadır. Bu kitap, kendi döneminde çok özel yere sahiptir ve tarihin en büyük bilim yapıtı olarak kabul edilmektedir.

 

Kuantum mekaniğinin astronomiye katkıları ve göreli uzay-zaman

Atomik yapı, 20. yüzyılın ilk dönemlerinde, önceki tüm tanımlardan daha fazla bilimsellik kazanmış ve incelenmiştir. Bu dönemdeki ve daha sonrasındaki bilim insanları, kuramlarını evrenin atomik yapılarından astronomik yapılarına kadar genişlettiler. Yeni yüzyıla damgasını vuracak olan kuantum mekaniği, Max Planck’ın (1858-1947), 1900 yılında siyah cisim ışıması deneyini yaparak, atomdaki enerji seviyelerinin kesikli (kuantlı) olduğunu tespit etmesiyle başlamıştır. Planck, bu deney ile birlikte kuantum mekaniğinde önemli bir sabit olan Planck Sabiti’ni de bulmuştur. Niels Bohr (1885-1963), 1913’te, başarılı hidrojen atomu modeli ile Joseph John Thomson (1856-1940) ve Ernest Rutherford’ın (1871-1937) atom modellerindeki tüm eksiklikleri gidermişti. Arthur Holly Compton’ın (1892-1962) 1922’deki  “Compton Saçılması” deneyi, Werner Heisenberg’in (1901-1976) 1927’de yayımladığı “Belirsizlik İlkesi” çalışması, Erwin Schrödinger’in (1887-1961) 1927’de yayımladığı “Schrödinger Denklemi” çalışması, Louis de Broglie’nin (1892-1987)  1929’da yayımladığı “de Broglie Dalga Boyu” çalışması kuantum mekaniğine önemli katkılar sağlamıştır. Kuantum mekaniği, hız kesmeksizin gelişmeye devam etmekte ve pek çok bilim insanının yaptığı teorik ve deneysel çalışmalarla güçlenmekteydi.

Kuantum mekaniğine katkısı olan bilim insanları arasında öyle biri vardı ki alışagelmiş tüm fikirleri kökten sarsmaktaydı. Adeta insanlık tarihinin tüm bilgi birikiminin bir sonucu olan bu büyük bilim insanı Albert Einstein’dır (1879-1955). Einstein’ın 1905’te yayımladığı “Özel Görelilik Kuramı”, 300 yıllık Newton mekaniğini alt üst etmiştir. Newton mekaniğinde kütle, uzunluk ve zaman değişmez mutlak büyüklükler iken, Görelilik kuramı evrende ışık hızı hariç hiçbir niceliğin mutlak olmayıp göreceli olduğunu söyler. Einstein’ın göreli uzay-zaman kuramına göre, evrende belirli bir merkez ve tercihli bir yön yoktur. Dolayısıyla ne Dünya ne de Güneş evrenin merkezi değildir. Einstein’ın bu varsayımları daha sonra modern astronomi deneyleri ile sınanmıştır. Einstein, ışık hızının üst hız sınırı olduğunu söylemekle kalmamış, ışığın kütle çekim kuvveti etkisiyle eğildiğini iddia etmişti. Bu iddiasını 1915 yılındaki Güneş tutulması sırasında ortaya koydu. Fakat bu iddiası, aynı yıl Birinci Dünya Savaşı başladığı için sınanamadı. 1919’da  bir İngiliz araştırma grubu Batı Afrika kıyılarında Güneş tutulmasını izleyerek  kuramın öngördüğü gibi ışığın gerçekten de Güneş tarafından saptırıldığını tespit etti. Normalde Güneş’in arkasında kalan ve görülemeyen bir yıldız gözlenmişti.

Modern kuantum mekaniksel gelişmeler ve göreli uzay-zaman kuramının astronomiye hâkimiyeti sayesinde, yeni bakış açıları geliştirilmiş ve birtakım düzeltmeler yapılmıştır. Bunların bazıları:

Demokritos’un dediği gibi maddenin en küçük yapıtaşı atom değil; proton, nötron, elektron, kuark ve daha birçok atom altı parçacık bulunmuştur.

Astronomik mesafeler uzunluk birimleri cinsinden değil ışık yılı (ışığın bir yılda aldığı yol) cinsinden ifade edilmektedir. Örneğin, Güneş’ten sonra dünyamıza en yakın yıldız Proxima Centauri 4,2 ışık yılı uzaktadır. Yani biz bu yıldızın yaklaşık dört yıl önceki halini görmekteyiz.

Galileo, Dünya merkezli görüşü reddettiği ve Dünya’nın Güneş etrafında döndüğünü söylediği için Kilise tarafından 1630 yılında lanetlenmiş ve yargılanmıştı. İnanılır gibi değil ama Katolik Kilisesi Galileo’nun tamamıyla haklı olduğunu ancak 1992’de kabul etmiştir.

Plüton 1930’da keşfedildiğinde gezegen sayısı dokuza çıkmıştı. Ağustos 2006’da Uluslararası Astronomi Birliği (IAU) yaptığı toplantıda, Plüton’un gezegen olma koşullarını tam olarak sağlamadığı için gezegenlikten çıkarılıp, cüce gezegen olmasına karar verdi. Böylece Güneş sistemindeki gezegen sayısı 1930’daki gibi yeniden sekiz olarak düzeltilmiş oldu.

 

Kuantum mekaniğinde ve astronomide umut dolu beklentiler

Bilim insanları, astronomik evrenin anlaşılabilmesi için öncelikle atomik evrenin (kuantum mekaniksel evrenin) anlaşılmasının gerekliliğini görmüşlerdir. 1966’da İskoçyalı fizikçi Peter Higgs’in geliştirdiği atomik mekanizmanın ürünü olan “Higgs” parçacığı yıllardır hem kuramsal hem de deneysel alandaki pek çok fizikçiyi peşinden koşturmaktadır. Fransa-İsviçre sınırı yakınlarında kurulmuş olan dünyanın en büyük parçacık fiziği araştırma merkezi CERN’de bulunan bilim insanları da bu “Higgs” parçacığının peşine düşmüş durumdalar. Ayrıca bu araştırma merkezinde, büyük patlamanın hemen sonrasındaki evrenin ilkel durumu ve atom altı parçacıkların (özellikle protonların) oluşum mekanizması anlaşılmaya çalışılacaktır.

Einstein, ömrü boyunca, tüm fiziksel olayları açıklayan tek bir kuram (birleşik alanlar kuramı) bulmaya çalışmıştır. Böylece doğadaki dört temel kuvveti (kütleçekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, zayıf çekirdek kuvveti ve güçlü çekirdek kuvveti) tek bir kuvvette birleştirecekti. Fakat Einstein bu konuda başarılı olamamıştır. Daha sonraları pek çok bilim insanı bu vasiyeti gerçekleştirmeye çalışmıştır. İlk deneysel kanıtlar, 1979 yılında Sheldon Glashow, Abdus Salam ve Steven Weinberg tarafından ortaya konuldu. Bu üç bilim insanı, zayıf çekirdek kuvveti ile elektromanyetik kuvveti “Elektrozayıf Kuvvet” adında tek bir kuvvette birleştirmeyi başardılar ve aynı yıl Nobel Fizik Ödülü’nü aldılar. Bilim dünyası, evrendeki tüm fizik olaylarını açıklayabilen tek bir kuvvet bağıntısı bulma çabalarını sürdürmektedir.

Bilim insanları, evrende, dünyanın dışında yaşam izleri bulabilmek için tüm bilimsel çalışmalarını seferber etmiş durumdadır. Bu arayış için öncelikle, Güneş sisteminde (özellikle Mars’ta ve Jüpiter’in uydusu Europa’da) biyolojik yaşamı oluşturabilecek materyaller aranmaktadır. Dünyamızın dışında bulunabilecek tek bir bakteri bile, bizi mutlu edip evrende yalnız olmadığımızı gösterecektir. Bu durum, henüz doğmak üzere olan komşularımızı haber verecektir.

 

Dr. Niyazi Yükçü