Bilimin Öncüleri: Albert Einstein 1879-1955

‘Okula gitmem neden gerekiyor, babacığım?”
Sert görünüşlü baba, sekiz yaşındaki oğlunu tepeden süzdü.
“Albert, kara cahil biri olarak mı büyümek istiyorsun, yoksa?”
“Kara cahil de ne demek?”
İyi döşenmiş geniş salonun öbür ucundan bir kahkaha yükseldi. Baba ile oğul, birlikte, büyük piyano başındaki anneye döndüler.
“Ah Hermancığım, bilmiyor musun, o oyunda Albert’le başa çıkamayacağını?”
“Doğrusunu istersen, ne demek istediğini anlayamıyorum” diye kekeledi kocası.
Eski bir Macar halk şarkısını çalmayı sürdüren Bayan Einste­in, “Haydi, haydi, bilmezlikten gelme. Bilmiyor muyum sanki, Albert’i soru sormaktan vazgeçirmek için sorusuna soruyla yanıt vermek taktiğini! Ama görüyorsun ya, yürümüyor!” dedi.
Albert seğirterek annesinin yanına gitti; tuşlar üzerinde kayan usta parmaklar ona bir anda ne sorduğunu unutturmuştu. Piyano şarkı söylüyordu, adeta! İki tuşa sert bir vuruşla çalmasını noktalayan anne, taburesinde döndü, oğlunu kolları arasına aldı. Albert’in koyu gür, dalgalı saçlarının üstünden kocasına gülümsedi: “Görüyorsun ya, Albert’i soru sormaktan alıkoymanın bir yolu vardır: Benim müziğim!”
Baba da gülümsedi; bir şey demeye kalmadan, oğlan annesinin kucağında dönerek, “Soru sormak kötü bir şey mi?” diye sordu.
Bu kez gülme sırası babasındaydı:
“İşte sana! Boşuna övünme, senin müziğinin de onu durduracağı yok.”
Anne kocasını duymazlıktan gelerek, oğluna döndü:
“Soru sormanın hiçbir kötü yanı yok, tatlım. Yeter ki, soruların karşındakini küçük düşürmeye ya da kırmaya yönelik olmasın!”
“Ama ben öyle bir şey yapmıyorum, anneciğim. Bilmediğim o kadar çok şey var ki, sorarak öğrenmek istiyorum; her şeyi öğrenmek istiyorum.”
Anne gururla gülümsedi; baba ise biraz duraksamalı,
“Peki, dediğin gibi gerçekten her şeyi öğrenmek istiyorsan yavrum, okula neden gitmen gerektiğini nasıl sorabilirsin? Okul soruların yanıtlandığı yer değil midir?” diye araya girdi.
“Değildir, babacığım!” dedi çocuk. “Yanıtlamak şöyle dursun, soru bile sordurmuyorlar, insana. Okuldan hoşlanmıyorum. Hapishanedeymişim gibi sanki. Öğretmenler gardiyanlardan farksız; sıralar arasında gidip gelen gardiyanlar!”
Karıkoca birbirlerine tedirgin gözlerle bakıştılar. Albert’in bu suçlamalarına ne diyebilirlerdi ki…

İşte her şeyi sorgulayan bu çocuk, ilerde büyük bilimsel atılımların yanı sıra özentisiz, erdemli bilge kişiliğiyle de tüm dünyanın ilgi odağı olacaktı.

Albert Einstein, Güney Almanya’nın Ulm Kenti’nde dünyaya geldi. Küçük bir elektrokimya fabrikasının sahibi olan babası başarılı bir işadamı değildi. Annesinin dünyası müzikti; özellikle Beethoven’in piyano parçalarını çalmak en büyük tutkusuydu. Aile Musevi kökenliydi, ama dinsel bağnazlıktan uzak, açık görüşlü, kültürel etkinliklerle zengin bir yaşam içindeydi. Ne var ki, çocuğun ilk yıllardaki gelişmesi kaygı vericiydi. Özellikle konuşmadaki gecikmesi aileyi telaşa düşürmüştü. Albert içine kapanıktı; çocukların arasına katılmaktan, oyun oynamaktan hoşlanmıyordu. Okulu sıkıcı buluyor, ezbere dayanan eğitim disiplinine katlanamıyordu. “Gimnazyum”da geçen ortaöğrenimi mutsuz ve başarısızdı. Mühendis amcasının özel ilgisi olmasaydı, belki de öğrenimden tümüyle kopacaktı. Amca, yeğene cebir ve geometriyi sevdirdi. Geometri özellikle Albert’i bir tür büyülemişti. Einstein, yıllar sonra amcasına borcunu şöyle dile getirir: “Çocukluğumda yaşadığım iki önemli olayı unutamam. Biri, beş yaşımda iken amcamın armağanı pusulada bulduğum gizem; diğeri 12 yaşımda iken tanıştığım Öklid geometrisi. Gençliğinde bu geometrinin büyüsüne girmeyen bir kişinin ilerde kuramsal bilimde parlak bir atılım yapabilmesi hiç beklenmemelidir!”

Einstein, yükseköğrenimini güç koşullara göğüs gererek Zü­rih Teknik Üniversitesi’nde yapar. Mezun olduğunda iş bulmak sorunuyla karşılaşır. Üniversitede asistanlık bir yana ortaokul öğ­retmenliği bile bulamaz. Sonunda bir okul arkadışının yardımıyla Bern Patent Ofisi’nde sıradan bir işe yerleşir; ama asıl dünyası olan bilimden kopmaz; çok geçmeden büyüsü bugün de süren devrimsel atılımlarıyla yaratıcı dehasını kanıtlar. 1905’te Annalen der Physik dergisinde yayımlanan üç çalışmasının her biri, fizik tarihinde bir dönüm noktası sayılabilecek nitelikteydi.

Bunlardan biri, şimdi “fotoelektrik etki” dediğimiz bir olaya iliş­kindi. Newton, ışığı tanecikler akımı, kimi bilim insanları ise dalga devinimi diye nitelemişti. Aslında ışığın davranışını açıklamada iki kuramın birbirine bir üstünlüğü yoktu; ancak, Newton’un adı par­çacık kuramına bir tür ağırlık sağlamaktaydı. Ne var ki, 19. yüzyılın başlarında Young’la başlayan, Fresnel ve daha sonra Faraday ve Maxwell’in çalışmalarıyla pekişen deneyler dalga kuramına belirgin bir üstünlük sağlamıştı. Einstein’ın fotoelektrik çalışması bu geliş­meyi bir bakıma tersine çevirmekle kalmaz, Planck’ın 1900’de orta­ya sürdüğü kuvantum teorisini de çarpıcı bir biçimde doğrular.

Daha az bilinen ikinci çalışma “Brown devinimi” denen bir ola­yı açıklıyordu. 1850’lerde İngiliz botanikçi Robert Brown (1773 – 1858), mikroskopla polenleri incelerken, taneciklerin su içinde gelişigüzel sıçramalarla devinim içinde olduğunu gözlemlemişti. Ancak bu gözlem 1905’e dek açıklamasız kalır. Einstein’ın bugün de geçerliliğini koruyan açıklaması oldukça basittir: Son derece hafif olan polenlerin ani kımıltıları, su moleküllerinin çarpmala­rıyla oluşuyordu. Gerçi molekül kavramı yeni değildi; ancak en güçlü mikroskop altında bile görülemeyecek kadar küçük olan moleküllerin varlığı ilk kez bu açıklamayla kanıtlanmış oluyor­du. 20. yüzyılın başında Ernst Mach gibi kimi seçkin fizikçilerin bile gözlemsel kanıt yokluğu gerekçesiyle atom teorisine uzak durdukları bilinmektedir. Öyle ki, bu olumsuz tutum, gazların kinetik teorisinin kurucusu Boltzmann’ı (1844 – 1906) intihara sürükleyecek kadar ileri gitmişti. Einstein’ın açıklaması, bu tutu­ma son vermekle fiziğin içine düştüğü bir tıkanıklığı giderir.

1905’in bilim dünyasına yeni bir ufuk açan üçüncü ve en ö­nemli çalışması, özel görelilik (Special Relativity) kuramıdır. Bu kuram, Einstein’ın genç yaşında kendini gösteren bir merakına dayanır. Daha 14 yaşında iken Einstein, “Bir ışık ışınına binmiş olsaydım, dünya bana nasıl görünürdü acaba?” diye sormuştu. 19. yüzyılın sonlarında ışığın hızına ilişkin Michelson-Morley deneyi, bu merakı derinleştiren bir sorun ortaya koymuştu: Ses ve başka dalga olaylarının, tersine ışık hızının referans sistemine göreceli olmayışı! Saatte 100 km hızla ilerleyen bir lokomotifin, iki istasyon arasında düdük çaldığını düşünelim. Sesin ön ve arka istasyonlara değişik hızlarla ulaşacağını biliyoruz: Öndeki istasyona normal ses hızından saatte 100 km daha fazla, arkada kalan istasyona ise saatte 100 km daha yavaş bir hızla ulaşır. Oysa trendeki insanlar için sesin hızında bir diğişiklik yoktur; ön ve arka uçlara normal hızıyla aynı anda ulaşır. Sesin hızı göz­lemcinin hızına görecelidir. Işığa gelince Michelson- Morley de­neyleri, ışığın öyle davranmadığını göstermekteydi. Işık kaynağı ile gözlemcinin birbirine göreceli hareketlerine ne olursa olsun ışık hızında bir değişiklik gözlemlenmemekteydi. Bu beklenme­yen bir sonuçtu; çünkü, sesin hava aracılığıyla yayıldığı gibi, ışığın da “esir” denen gizemli bir ortam aracılığıyla yayıldığı ve gözlemcinin hareketine bağlı olduğu sanılıyordu. Esir gözlemle­nebilir bir nesne değildi; ama öyle bir kavram olmaksızın optik olgular nasıl açıklanabilirdi? Kaldı ki, Maxwell’in elektromanye­tik teorisi de esir türünden bir ortam varsayımına dayanıyordu.

Einstein’ın getirdiği çözüm, deney sonuçlarını yansıtan şu iki temel ilkeyi içermektedir. 1) Doğa yasaları ivmesiz hareket eden tüm sistemler için aynıdır; 2) Işığın hızı, kaynağına göre hareket halinde olsun veya olmasın, her gözlemci için aynıdır.

Özel görelilik kuramının öncüllerini oluşturan bu iki temel ilke, yeterince anlaşılmadıkça, Einstein devrimini kavramaya olanak yoktur. Kuramın içerdiği tüm önermeler, bu öncüllerin mantıksal sonuçlarıdır. Aslında deneysel nitelikte olan bu iki ilkenin yol açtığı kuramsal devrim, ilk bakışta şaşırtıcı görünebilir. Ama sonuçlarına bakıldığında şaşkınlık, yerini büyük bir hayranlığa bırakmaktadır.

Sonuçlardan biri, bir gözlemciye bağıl olarak nesnelerin ha­reketleri yönünde uzunluklarının kısaldığı, kütlelerinin arttığı öndeyisidir. Örneğin, bir topu ışık hızına yakın (yakın, çünkü kurama göre ışık hızını yakalamaya ve aşmaya olanak yoktur) bir hızla uzaya fırlattığımızı varsayalım: Hareket dışındaki bir gözlemci için top bir tepsi gibi yassılaşırken, kütlesi büyük ölçü­de artar. Hızı kesildiğinde top, önceki biçim ve kütlesine döner. Kurama göre hızı ışık hızına erişen bir nesnenin oylumu sıfır, kütlesi sonsuz olur. Ancak öyle bir şey düşünülemeyeceğinden, hiçbir nesnenin ışık hızıyla hareketi beklenemez. Başka bir de­yişle, kütle eyleme direnç demek olduğundan, kütlenin sonsuz­laşması hareketin yok olması demektir.

Daha az şaşırtıcı olmayan bir sonuç da, zamanın görecelili­ği. Örneğin, birbirine tam ayarlı iki saatten birini çok hızlı bir roketle uzaya yolladığımızı düşünelim. Bu saatin yerdeki saate göre daha yavaş çalıştığı görülecektir. Roket saniyede yaklaşık 260.000 km hızla yol alıyorsa, yerdeki saatin yelkovanı iki tam dönüş yaptığında roketteki saatin yelkovanı ancak bir tam dö­nüş yapacaktır. Oysa rokette bulunan gözlemci için öyle bir ya­vaşlama söz konusu değildir; saat normal hızıyla çalışmaktadır. Ne var ki, bu kişi dünyaya döndüğünde kendisini karşılayan ikiz kardeşini daha yaşlanmış bulacaktır.

Kuramdan matematiksel olarak çıkan bu sonuçlar daha sonra deneysel olarak doğrulanmıştır.

Kuramın belkide en önemli (atom bombası nedeniyle en çok bilinen) bir sonucu da madde ve enerji eşdeğerliliğine ilişkin denklemdir: E = mc2 (Denklemde E enerji, m kütle, c ışık hızı ola­rak kullanılmıştır.) Başlangıçta bu ilişkinin önemi yeterince kav­ranmamıştı. Einstein’ın denklemi içeren yazısını yayımlamakta güçlükle karşılaştığını biliyoruz. Oysa küçük bir kütlenin büyük bir enerji demek olduğunu ortaya koyan bu denklem yıldızların (bu arada Güneş’in) ışığı nasıl ürettiğini de açıklamaktaydı.

Kuramın evren anlayışımız yönünden de kimi sonuçları olmuştur. Bunlar arasında en önemlisi, hiç kuşkusuz uzay ve zaman kavramlarını birleştiren dört boyutlu uzay zaman kavramıdır. Özel görelilik kuramı düzgün doğrusal (ivmesiz) hareket eden sistemlerle sınırlıydı. Einstein’ın 1915’te ortaya koyduğu genel görelilik kuramı ise birbirine göre hızlanan veya yavaşlayan (yani ivmeli hareket eden) sistemleri de kapsıyordu. Öyle ki, birinci kuramı, kapsamı daha geniş ikinci kuramın özel bir hali sayabiliriz. Özel görelilik, Newton’un mekanik yasalarını değiştirmişti. Genel görelilik daha ileri giderek “gravitasyon” kavramına yeni ve değişik bir içerik getirmekteydi. Klasik mekanikte gravitasyon, kütlesel nesneler arasında çekim gücü olarak algılanmıştı. Buna göre, örneğin bir gezegeni yörüngesinde tutan şey, kütlesi daha büyük Güneş’in çekim gücüydü. Oysa, genel görelilik kuramına göre, gezegenleri yörüngelerinde tutan şey Güneş’in çekim gücü değil, yörüngelerin yer aldığı uzay kesiminin Güneş’in kütlesel etkisinde oluşan kavisli yapısıdır. Öyle bir uzay yapısında, nesnelerin başka türlü hareketine fiziksel olanak yoktur. Genel kuram, ayrıca gravitasyon ile eylemsizlik ilkesini “gravitasyon alanı” adı altında tek kavramda birleştiriyordu. Bu noktada Einstein’ın, Maxwell’in “elektromanyetik alan” kavramından esinlendiği söylenebilir. Nitekim tanınmış bilim tarihçisi I. B. Cohen’in (1914 – 2003) bir anısı bunu doğrulamaktadır: “Ölümünden iki hafta önce Einstein’ı ziyarete gitmiştim. Sekreter beni çalışma odasına aldı. İki duvar döşemeden tavana kitaplıktı. Bir duvar geniş penceresiyle bahçeye bakıyordu; diğerinde iki tablo asılıydı: Elektromanyetik teorinin kurucuları Faraday ile Maxwell’in portreleri!”

Genel görelilik kuramının tüm mantıksal yetkinliğine karşın, hemen benimsenmesi bir yana anlaşılması bile kolay olmamıştır. Eddington’a (1882 – 1944) “Kuramı yalnızca üç kişinin anlayabildiği söyleniyor, doğru mu?” diye sorulduğunda, ünlü astrofizikçi bir an duraklar, sonra “Üçüncü kişinin kim olduğunu düşünüyordum” der.

Bir kez, özel kuramın tersine genel kuram, fizikte çözümü istenen herhangi bir soruna yönelik bir arayışın ürünü değildi. Sonra, kuramı doğrulayan gözlemsel bir kanıt henüz ortada yoktu; üstelik, 1915’in teknolojik olanakları kuramın deneysel yoklanması için yeterli değildi. Kuramın öndeyilerinden yalnızca biri yoklanmaya elveriyordu; ancak içinde bulunulan savaş koşulları bunu da güçleştirmekteydi. Einstein, kuramından öylesine emindi ki, deneysel yoklamada ortaya çıkacak olumsuz herhangi bir sonucu kuramın yanlışlığı için yeterli sayacağını bildirmekten kaçınmıyordu.

Olgusal yoklanmaya elveren öndeyi şuydu: Kuram doğruysa, Güneş’in gravitasyon alanından geçen bir ışık ışınının, eğrilmesi gerekirdi. Bu etkiyi gündüz aydınlığında belirlemeye olanak olmadığı için, Güneş’in tutulmasını beklemekten başka çare yoktu. Astronomlar Güneş’in 1919 Mayıs’ında tutulacağını, gözlem bakımından en uygun yerin Afrika’nın batısında Prens Adası olabileceğini bildirmişlerdi. Eddington’un önderliğinde bir grup bilim insanının gerçekleştirdiği gözlem ve ölçmeler öndeyiyi doğrulamaktaydı. Sonuç İngiliz Kraliyet Bilim Akademisi tarafından açıklanır açıklanmaz bilim dünyası bir tür büyülenir; Einstein, Newton düzeyinde bir yücelik simgesine dönüşür.

Kuram daha sonra başka gözlemlerle de doğrulanmıştır. Bunlardan biri açıklanmasında klasik mekaniğin yetersiz kaldığı bir olaya (Merkür gezegeninin perihelisinin kaymasına), bir diğeri, Güneş (ve diğer yıldız) atomlarının saçtığı ışığın frekans düşüklüğü nedeniyle spektral çizgilerin spektrumun kırmızı ucuna doğru kayması olayına ilişkindir.

Özel görelilik kuramı gibi genel görelilik kuramının da ilk bakışta çelişik görünen ilginç sonuçları vardır. Örneğin, kurama göre, evren büyüklük bakımından sonlu ama sınırsızdır. Gene kuram evrenin giderek ya büyümekte ya da küçülmekte olduğunu içermektedir. (Nitekim yıldız kümeleri üzerindeki gözlemler evrenin büyümekte olduğunu göstermiştir.)

Einstein, bu kuramıyla da yetinmez; yaşamının son 30 yılını daha da kapsamlı bir kuram oluşturma çabasıyla geçirdi. Evrende olup bitenleri bir tek ilke altında açıklamak, insanoğlunun, kökü Klasik Çağ’a inen değişmez bir arayışıdır. Thales tüm varlığı suya, Pythogoras sayıya indirgeyerek açıklamaya çalışmıştı. Modern Çağ’da Oersted, Faraday ve Maxwell’in elektrik ve manyetik güçleri özdeşleştirme yoluna gittiklerini görüyoruz. Einstein’ın da ömür boyu süren düşü buna yönelikti: Doğanın tüm güçlerini (gravitasyon, elektrik, manyetizma, vb.) “birleşik alanlar” dediği temel bir ilkeye bağlamak. Bu düşün gerçekleştiği söylenemez belki; ama Einstein, çağdaş fiziğin egemen akımı dışında kalma pahasına, umudundan hiçbir zaman vazgeçmez. Evrenin nedensel düzenliliği onda bir tür dinsel inançtı. “Seçeneğim kalmasa, doğa yasalarına bağlı olmayan bir evren düşünebilirim belki; ama doğa yasalarının istatiksel olduğu görüşüne asla katılamam. Tanrı, zar atarak iş görmez!” diyordu.

Kuantum mekaniğini yetersiz ve geçici sayan çağımızın (belki de tüm çağların) en büyük bilim dehası, kendi yolunda “yalnız” bir yolcuydu; çocukluğa özgü saf ve yalın merakı, evren karşısında derin hayret ve tükenmez coşkusuyla ilerleyen bir yolcu!

Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Eylül 2019, 30. Baskı, s.174-185