Yki bin yyl önce, Öklid geometrisinin evrenin yasalaryny bütünüyle kapsady?y dü?ünülürdü. Söylenecek daha fazla bir ?ey yoktu. Her dönemin yanylsamasydyr bu. Newton’un ölümünden epey sonra, bilimciler onun do?a yasalary hakkynda son sözü söylemi? oldu?unu dü?ünüyorlardy. Laplace, yalnyzca bir evrenin bulundu?undan ve onun da tüm yasalaryny ke?fetme bahtiyarly?yna Newton’un eri?ti?inden yakynyyordu. Newton’a ait y?y?yn parçacyk teorisi, iki yüz yyl boyunca, Hollandaly fizikçi Huygens’in y?y?yn bir dalga oldu?unu savunan teorisi kar?ysynda genel kabul gördü. Daha sonra parçacyk teorisi, J. B. L. Foucault’nun sonradan deneysel olarak do?rulayaca?y bir dalga teorisi ortaya atan Fransyz A. J. Fresnel tarafyndan yadsyndy. Newton, bo? uzayda saniyede 186.000 mil hyzla ilerleyen y?y?yn, suda daha hyzly hareket edece?ini öngörmü?tü. Dalga teorisinin savunucularyysa daha dü?ük bir hyz bekliyorlardy ve hakly olduklary görüldü.
Bununla birlikte dalga teorisinin büyük atylymy 19. yüzyylyn ikinci yarysynda seçkin Yskoç bilimci James Clerk Maxwell tarafyndan gerçekle?tirildi. Maxwell ilkin kendisini Michael Faraday’yn deneysel çaly?malaryna dayandyrdy. Faraday, elektromanyetik indüksiyonu ke?fetmi? ve dünyanyn uçlaryna kadar uzanan görülmez kuvvetler baryndyran iki kutbuyla, yani kuzey ve güney kutuplaryyla myknatysyn özeliklerini incelemi?ti. Maxwell bu deneysel ke?ifleri matemati?e aktararak onlara evrensel bir biçim verdi. Çaly?malary, daha sonralary Einstein’yn kendi genel görelilik kuramyny dayandyraca?y alan kavramynyn ke?fedilmesine yol açty. Ku?aklar, kendilerinden öncekilerin omuzlary üstünde yükselir, önceki ke?ifleri hem korur hem de geçersiz kylar, bu ke?ifleri sürekli bir biçimde derinle?tirir ve onlara daha genel bir biçim ve içerik kazandyryrlar.
Maxwell’in ölümünden yedi yyl sonra Hertz, Maxwell’in öngördü?ü elektromanyetik dalgalary ilk kez saptady. Newton’dan bu yana hüküm süren parçacyk teorisi, Maxwell’in elektromanyeti?i tarafyndan yok edilmi? gibi görünüyordu. Bir kez daha bilimciler her ?eyi açyklayabilecek bir teoriye sahip olduklaryna kendilerini inandyrdylar. Açykly?a kavu?turulmasy gereken sadece birkaç sorun vardy, ondan sonra artyk evrenin i?leyi?i hakkynda bilinmesi gereken her ?eyi gerçekten de biliyorduk. ?üphesiz, sorun çykaran birkaç uyumsuzluk vardy, ama bunlar gönül rahatly?yyla ihmâl edilebilecek küçük ayryntylar olarak görülüyordu. Ne var ki, birkaç onyyl içerisinde, bu “küçük” uyumsuzluklaryn tüm yapyyy yerle bir etmeye ve gerçek bir bilimsel devrime yol açmaya yetti?i açy?a çykty.
Dalga my Parçacyk my?
Herkes bir dalganyn ne oldu?unu bilir. Bu, suyla ili?kili çok genel bir özelliktir. Typky havuzda yüzen bir örde?in dalgalara yol açabilmesi gibi, yüklü bir parçacyk da, meselâ elektron, uzayda hareket etti?inde bir elektromanyetik dalgaya neden olabilir. Elektronun titre?im hareketleri elektrik ve manyetik alanlary uyararak typky havuzdaki dalgalar gibi sürekli olarak yayylan dalgalara sebep olur. Su dalgasy ile elektromanyetik dalga arasynda temel bir farklylyk vardyr. Elektromanyetik dalgalar, su dalgalary gibi, yayylabilmek için sürekli bir ortama ihtiyaç duymazlar. Elektromanyetik bir titre?im, maddenin elektriksel yapysy içinde yayylan periyodik bir uyarymdyr. Yine de kar?yla?tyrma, konunun netle?mesine yardymcy olabilir.
Bu dalgalary göremiyor olu?umuz, varlyklarynyn günlük hayatymyzda bile saptanamayaca?y anlamyna gelmez. I?yk dalgalaryyla ve radyo dalgalaryyla ve hatta X-y?ynlaryyla do?rudan deneyimlerimiz olmu?tur. Bunlar arasyndaki tek fark frekanslarydyr. Sudaki bir dalganyn, dalganyn ?iddetine ba?ly olarak –bir örde?in neden oldu?u dalgacyklary bir sürat teknesinin çykardy?y dalgalarla kar?yla?tyryn– suda yüzen bir cismin az ya da çok hyzly bir biçimde a?a?y yukary inip çykmasyna sebep olaca?yny biliriz. Benzer biçimde, elektronlaryn titre?imi y?yk dalgasynyn ?iddeti ile orantyly olacaktyr.
Hertz ve di?erlerinin deneyleri tarafyndan desteklenen Maxwell denklemleri, y?y?yn, elektromanyetik karakterli dalgalardan olu?tu?u teorisini kanytlamak için güçlü bir delil sa?lady. Ne var ki, yüzyylyn dönümüyle birlikte, bu teorinin yanly? oldu?unu akla getiren kanytlar da birikiyordu. 1900 yylynda Max Planck, klasik dalga teorisinin pratikte do?rulanmayan öngörülerde bulundu?unu gösterdi. I?y?yn ayry ayry parçacyklar ya da “paketler” (quanta) olarak geldi?ini ileri sürdü. Farkly deneylerin farkly ?eyleri kanytlamasy, durumu iyice karma?ykla?tyrdy. Elektronu bir flüoresan yüzeye çarptyrarak ve bunun sonucu ortaya çykan paryltylary gözleyerek; ya da bir sis odasynda* elektronun izlerine bakarak; veya oldukça duyarly bir foto?raf filmi üzerinde görülen küçücük noktalardan, elektronun bir parçacyk oldu?u anla?ylabiliyordu. Ama di?er taraftan, bir levha üzerine iki küçük delik açylyp, bu deliklerin üzerine tek bir kaynaktan çykan elektronlar gönderilirse, elektronlar bir giri?im deseni olu?masyna yol açyyordu ki, bu da bir dalganyn varly?yny gösteriyordu.
Ne var ki en tuhaf sonuç, tek bir elektronun, arkasynda foto?raf filminin bulundu?u iki yaryk içeren bir levha üzerine gönderildi?i ünlü çift yaryk deneyinden elde edilmi?ti. Elektron hangi yaryktan geçmi?ti? Film tabakasy üzerindeki giri?im deseni apaçyk bir çift yaryk desenidir. Bu durum ise, elektronun her iki yaryktan da geçip bir giri?im deseni olu?turmu? olmasy gerekti?ini kanytlamaktadyr. Tüm sa?duyu kurallaryna aykyrydyr bu, ama çürütülmez bir olgu gibi gözükmektedir. Elektron hem bir parçacyk hem de bir dalga olarak davranmaktadyr. Ayny anda iki (ya da ikiden de fazla) yerde bulunmaktadyr ve ayny anda birkaç hareket durumuna sahiptir!
Banesh Hoffman ?u yorumda bulunuyor:
Sanmayyn ki, bilimciler bu yeni fikirleri sevinç çy?lyklaryyla kabul ettiler. Bu sonuçlardan kaçmaya dönük beyhude çabalar içerisinde her çe?idinden tuzaklar hazyrlayarak ve alternatif hipotezler uydurarak ellerinden geldi?ince mücadele edip direndiler. Ama 1905 gibi erken bir tarihte ve hatta daha öncesinde bile y?yk hususunda göze batan paradokslar oldu?u yerde duruyordu ve yeni kuantum mekani?inin geli?ine kadar bu paradokslary çözmek için kimsenin ne cesareti ne de herhangi bir fikri vardy. Yeni fikirler, kabul edilmesi çok güç ?eylerdir, çünkü Heisenberg kesinsizlik ilkesine ra?men, bu fikirleri içgüdüsel olarak hâlâ eski moda parçacykla betimlemeye çabalyyoruz. Elektronu, hareketli ama bir konumu olmayabilen ve bir konumu olan ama hareket ya da eylemsizlik olmayabilen bir ?ey olarak gözümüzün önüne getirmekten hâlâ çekiniyoruz. [1]
Burada yadsymanyn yadsynmasynyn i?ledi?ini görüyoruz. Ylk baky?ta, bir kysyr döngüdeymi?iz gibi görünüyor. Newton’un y?y?yn parçacyk teorisi, Maxwell’in dalga teorisi tarafyndan yadsyndy. Bu da, syrasy gelince, Planck ve Einstein tarafyndan geli?tirilen yeni parçacyk teorisi tarafyndan yadsyndy. Ama yine de bu, eski Newtoncu teoriye geri dönü? anlamyna de?il, bilimde gerçek bir devrimi içeren ileriye do?ru nitel bir syçrama anlamyna geliyordu. Bilimin tümü dikkatlice elden geçirilmeliydi, Newton’un kütleçekim yasasy da dahil.
Bu devrim Maxwell denklemlerini geçersiz kylmaz, bu denklemler muazzam geni?likte bir faaliyet alanynda geçerli olmaya hâlâ devam ederler. Bu devrim yalnyzca, belli synyrlaryn ötesinde klasik fizi?in dü?üncelerinin artyk uygulanabilir olmady?yny göstermi?tir. Atomalty parçacyklar dünyasynyn olgulary klasik mekani?in yöntemleriyle anla?ylamaz. Bu noktada kuantum mekani?i ve görelilik devreye girer. Ya?ady?ymyz ça?yn büyük bölümünde, fizi?e, görelilik teorisi ve kuantum mekani?i hakimdi, ama bunlar, ba?langyçta eski fikirlere kopmazcasyna sarylan bilimsel kurumlar tarafyndan derhal reddedilmi?lerdi. Burada çok önemli bir ders söz konusudur. Evrene baky?ymyza “nihai bir çözüm” dayatmaya dönük her giri?im ba?arysyzly?a mahkûmdur.
Kuantum Mekani?i
Kuantum fizi?inin geli?imi, bilimde dev bir ileri adymy, “klasik” fizi?in aptalla?tyrycy mekanik determinizmden (Engels’in adlandyrdy?y ?ekliyle “metafizik” yöntemden) kesin bir kopu?u temsil etti. Bunun yerine çok daha esnek ve dinamik –yani tek kelimeyle diyalektik– bir do?a görü?üne sahibiz. Ylkin küçücük bir ayrynty, neredeyse bir anekdotmu? gibi görünen kuantumun varly?yny Planck’yn ke?fetmesiyle birlikte, fizi?in tüm çehresi dönü?üme u?rady. Radyoaktif dönü?üm olgusunu açyklayabilen ve spektroskopinin karma?yk verilerini ayryntylaryyla analiz edebilen yeni bir bilim söz konusuydu. Bu da do?rudan do?ruya yepyeni bir bilimin kurulmasyna yol açty; eskiden çözümsüz kalan sorunlary çözme yetene?indeki teorik kimya. Yeni kalky? noktasy benimsenir benimsenmez, genelde bütün bir teorik zorluklar yy?yny bertaraf ediliyordu. Yeni fizik, atom çekirde?ine hapsolmu? ?a?yrtycy kuvvetleri ortaya çykardy. Bu ise do?rudan do?ruya nükleer enerjinin –dünyadaki ya?amyn potansiyel imhasyna giden yolun– istismaryny ya da nükleer füzyonun bary?çyl kullanymy sayesinde akla hayale sy?maz, synyrsyz bir bolluk ve toplumsal ilerleme manzarasyny beraberinde getirdi. Einstein’yn görelilik teorisi, kütle ve enerjinin e?de?er oldu?unu açyklar. E?er bir cismin kütlesi biliniyorsa, bunu y?yk hyzynyn karesiyle çarpty?ymyzda enerji haline gelir.
Einstein, ?imdiye dek bir dalga olarak tasavvur edilen y?y?yn bir parçacyk gibi davrandy?yny gösterdi. Di?er bir deyi?le y?yk yalnyzca maddenin bir ba?ka biçimidir. 1919 yylynda, y?y?yn kütleçekim kuvvetinin etkisiyle büküldü?ünün gösterilmesiyle bu kanytlandy. Daha sonralary Louis de Broglie, parçacyklardan olu?tu?u dü?ünülen maddenin, dalgalaryn tabiatyny andyrdy?yna dikkat çekti. Madde ve enerji arasyndaki ayrylyk böylece ilk kez ve ebediyen yerle bir edildi. Madde ve enerji ... ayny ?eydir. Bilim açysyndan muazzam bir ilerlemeydi bu. Ve diyalektik materyalizm açysyndan da madde ve enerji ayny ?eydir. Engels, enerjiyi (“hareket”), “maddenin varolu? tarzy, kendi do?asyna içkin niteli?i” olarak tanymlamy?ty.[2]
Parçacyk fizi?inde yyllarca hüküm süren tarty?ma, foton ve elektron gibi atomalty parçacyklaryn parçacyk my yoksa dalga my oldu?u sorunu nihayet, atomalty parçacyklaryn hem bir parçacyk hem de bir dalga gibi davranabilece?ini ve davrandy?yny ortaya koyan kuantum fizi?i tarafyndan çözüme kavu?turuldu. I?yk, typky bir dalga gibi, giri?im yapar, ama bir y?yk fotonu ayny zamanda typky bir parçacyk gibi atomdan elektron da söker. Biçimsel manty?yn yasalaryna aykyrydyr bu. “Sa?duyu” bir elektronun ayny anda iki yerde birden olabilece?ini nasyl kabul edebilir? Ve üstelik de ayny anda inanylmaz hyzlarla ve farkly do?rultularda hareket etti?ini? I?y?yn hem bir dalga hem de bir parçacyk olarak davranmasy katlanylmaz bir çeli?ki olarak görüldü. Atomalty dünyanyn çeli?ik olgularyny biçimsel mantykla açyklama te?ebbüsleri akylcy dü?ünü?ün hepten terk edilmesine yol açar. Kuantum devrimiyle ilgili bir çaly?masynyn sonuçlar bölümünde, Banesh Hoffman ?unlary yazabiliyordu:
O halde, Tanrynyn ola?anüstü güçlerine daha ne kadar ?a?yraca?yz? Yeri ve gö?ü bir ilk özden öylesine ince bir güzellikle yaratmy?tyr ki, bununla, beyinleri ve akyllary, kendisinin gizemlerine nüfuz etmeleri için ilâhi bir vahiy yetene?inin ate?iyle donabilmi?tir. Salt Bohr ya da Einstein’yn akly, bizi onun gücü hakkynda ?oke ediyorsa, onlary yaratan Tanrynyn ihti?amyny övmeye nereden ba?layabiliriz.[3]
Ne yazyk ki istisnai bir örnek de?il bu. Bilim hakkynda bizzat bilimciler tarafyndan yazylmy? olanlary da dahil, modern literatürün büyük bir kysmy böylesi mistik, dini ya da yary-dini inançlarla tyka basa doludur. Birçok bilimcinin bilinçli ya da bilinçsiz olarak benimsedi?i idealist felsefenin do?rudan bir sonucudur bu.
Kuantum mekani?inin yasalary “sa?duyu”ya (yani biçimsel manty?a) meydan okur ama diyalektik materyalizmle tam bir uyum içerisindedir. Meselâ nokta kavramyny ele alalym. Tüm geleneksel geometri, daha sonra bir do?ru, bir düzlem, bir küp vb. haline gelen bir noktadan türer. Ama daha yakyndan bir gözlem, noktanyn varolmady?yny ortaya koyar.
Nokta, uzayyn en küçük ifadesi, boyutu olmayan bir ?ey olarak dü?ünülür. Gerçekte, böyle bir nokta atomlardan –elektronlar, çekirdek, fotonlar ve daha da küçük parçacyklardan– olu?ur. Eninde sonunda, kuantum dalgalarynyn durmak bilmez girdabynda yok olup gider. Ve bu sürecin bir sonu yoktur. Hiçbir sabit “nokta” yoktur. Sözümona gözlenebilir nesnel gerçekli?in “ötesinde” yatan kusursuz “biçimler” bulma u?ra?ysyndaki idealistlere verilecek son yanyt budur. Bilim-kurgunun en inanylmaz serüvenlerinden biçim ve süreçlerin biteviye çe?itlili?i itibariyle çok daha harikulade olan yegâne “nihai gerçeklik”, sonsuz, ebedi ve her an de?i?en nesnel evrendir. Sabit ve de?i?mez bir konumdan –bir “nokta”– ziyade, bir sürece, asla sonlanmayan bir aky?a sahibiz. Buna, bir ba?langyç ya da bir son biçiminde bir synyr dayatma giri?imlerinin tümü kaçynylmaz olarak ba?arysyzly?a u?rayacaktyr.
Maddenin Yok Olu?u mu?
Görelili?in ke?fedilmesinden uzun zaman önce, bilim iki temel ilke ke?fetmi?ti; enerjinin korunumu ve kütle korunumu. Bunlaryn ilki 17. yüzyylda Leibniz tarafyndan ayryntyly olarak incelenmi? ve ardyndan 19. yüzyylda bir mekanik ilkesinin do?al sonucu olarak geli?tirilmi?ti. Çok daha önceleri, ilk insanlar, sürtme yardymyyla ate? yaktyklarynda ve böylelikle de verili bir enerji miktaryny (i?) ysyya dönü?türdüklerinde, i?in ve ysynyn e?de?erlili?i ilkesini pratik olarak ke?fetmi?lerdi. Bu yüzyylyn ba?larynda, kütlenin enerji biçimlerinden sadece biri oldu?u ke?fedilmi?ti. Bir madde parçacy?y oldukça yüksek düzeyde yo?unla?my? ve lokalize olmu? enerjiden ba?ka bir ?ey de?ildir. Bir parçacykta yo?unla?an enerji miktary onun kütlesiyle orantylydyr ve toplam enerji miktary her zaman sabit kalyr. Bir çe?it enerjinin kayby, bir ba?ka çe?it enerjinin kazanylmasyyla telâfi edilir. Enerji sürekli olarak biçimini de?i?tirirken yine de her zaman ayny kalyr.
Einstein, bizzat kütlenin ?a?ylacak miktarda bir enerji baryndyrdy?yny kanytlamakla bir devrim gerçekle?tirmi?ti. Kütle ve enerjinin e?de?erli?i E = mc2 formülüyle ifade edilir, burada m kütle, c y?yk hyzy (yakla?yk olarak saniyede 300.000 km) ve E de durgun cismin baryndyrdy?y enerjidir. m kütlesinde içerilen enerji, y?y?yn muazzam hyzynyn karesiyle bu kütlenin çarpymyna e?ittir. Kütle bu nedenle enerjinin oldukça yo?unla?my? bir biçimidir, bu enerjinin gücü hakkynda ?u gerçek bizlere bir fikir verebilir; bir atom bombasynyn patlamasyyla açy?a çykan enerji, enerjiye dönü?en kütlenin binde birinden daha azdyr. Normalde, madde içinde hapsolmu? bu muazzam enerji kendini dy?a vurmaz ve bu nedenle de göze çarpmaz. Ama atom çekirde?inin içindeki süreçler belli bir kritik noktaya ula?yrsa, bu enerjinin bir kysmy, kinetik enerji olarak dy?ary salynyr.
Kütle, yalnyzca bir enerji biçimi oldu?undan, madde ve enerji ne yaratylabilir ne de yok edilebilir. Di?er taraftan enerji biçimleri son derece çe?itlidir. Örne?in, güne?teki protonlar bir helyum çekirde?i olu?turmak üzere birle?tiklerinde nükleer enerji ortaya çykar. Bu enerji, ilkin, çekirdek hareketinin kinetik enerjisi olarak görünür, ki bu da güne?ten gelen ysy enerjisine katkyda bulunur. Bu enerjinin bir kysmy elektromanyetik enerji parçacyklary içeren fotonlar biçiminde güne?ten yayylyr. Bu enerji syrasy geldi?inde, fotosentez süreci tarafyndan, bitkilerde depolanan kimyasal enerjiye dönü?türülür. Bu kimyasal enerjiyse, kaslar, kan dola?ymy, beyin vb. için gereken enerji ve sycakly?y sa?lamak üzere, insanlar tarafyndan bitkilerin ya da bitkileri yiyen hayvanlaryn yenmesiyle edinilir.
Klasik fizi?in yasalary genellikle atomalty düzeydeki süreçlere uygulanamaz. Ne var ki, do?ada istisna kabul etmeyen bir yasa da mevcuttur; enerjinin korunumu yasasy. Fizikçiler, ne bir pozitif yükün ne de bir negatif yükün hiçlikten olu?turulamayaca?yny bilirler. Bu olgu elektriksel yükün korunumu yasasyyla ifade edilir. Böylece, bir beta parçacy?y üretme sürecinde, (yüksüz olan) nötronun ortadan kaybolmasy zyt yüklü bir parçacyk çiftinin ortaya çykmasyna yol açar; pozitif yüklü bir proton ve negatif yüklü bir elektron. Birlikte ele alyndyklarynda bu yeni iki parçacyk syfyra e?it olan bir toplam yüke sahiptirler.
E?er bunun tam tersi olan süreci ele alyrsak, bir proton, bir pozitron salarak bir nötrona dönü?tü?ünde, ilk parçacy?yn (protonun) yükü pozitiftir ve sonuçta ortaya çykan parçacyk çiftinin (nötron ve pozitronun) toplam yükü yine pozitiftir. Tüm bu sayysyz dönü?ümlerde, elektriksel yükün korunumu yasasy syky bir ?ekilde yürürlüktedir, typky tüm di?er korunum yasalary gibi. Enerjinin küçücük bir miktary bile ne yaratylmy? ne de yok edilmi?tir. Böyle bir olgu asla gerçekle?meyecektir de.
Bir elektron ve onun anti-parçacy?y olan pozitron birbirlerini yok ettiklerinde, kütleleri “yok olur”, yani kütleleri, zyt yönlerde hareket eden iki y?yk-parçacy?yna (fotona) dönü?ür. Ne var ki, bu fotonlar da kendisinden çyktyklary parçacyklar kadar bir enerji toplamyna sahiptirler. Kütle-enerjisi, lineer momentum ve elektriksel yük, hepsi korunurlar. Bu olgunun imha olma anlamyndaki yok olu?la hiçbir ortak tarafy yoktur. Diyalektik olarak, elektron ve pozitron yadsynmy? ve ayny zamanda korunmu?tur. Madde ve enerji (ki ayny ?eyi söylemenin yalnyzca iki biçimidirler) ne yaratylabilir ne de yok edilebilir, yalnyzca dönü?türülebilirler.
