19. Yüzyılda Bilim

gaz-mekanikNewton’un klasik mekaniği kendi çağında bilim alanında devasa bir ileri adımı temsil ediyordu.

Newton’un hareket yasaları ilk kez, gözlemlenen olgularla karşılaştırılarak kontrol edilebilecek kesin nicel öngörüleri mümkün kıldı. Ne var ki, tam da bu kesinlik, Laplace ve diğerleri bu öngörüleri bir bütün olarak evrene uygulamaya kalkıştıklarında yepyeni bir soruna yol açtı. Laplace, Newton yasalarının mutlak ve evrensel olarak geçerli olduğuna inanmıştı. Bu iki kez yanlıştır. Her şeyden önce Newton yasaları ancak belli koşullar altında uygulanabilir yaklaşımlar olarak görülmüyordu. İkincisi, Laplace, farklı koşullar altında, fizik biliminde henüz incelenmemiş alanlarda bu yasaların değiştirilmesi ya da genişletilmesi gerekebileceği ihtimalini hiç düşünmedi. Laplace’ın mekanik determinizmi, tüm evrenin herhangi bir andaki konumu ve hızı bir kez bilindiğinde, onun gelecekteki davranışının da her an için belirlenebileceğini varsaydı. Bu teoriye göre, şeylerin tüm zengin çeşitliliği birkaç değişkene dayanan mutlak bir nicel yasalar kümesine indirgenebilirdi.

Newton’un hareket yasalarında ifade edildiği şekliyle klasik mekanik, basit neden ve sonuçla ilgilenir, örneğin bir cismin bir başka cisim üzerine yalıtık etkisi gibi. Ne var ki, pratikte bu imkânsızdır, çünkü hiçbir mekanik sistem bütünüyle yalıtık değildir. Dış etkiler kaçınılmaz olarak “Bu çalışmalarda … şu açığa çıkmıştır ki, tek cisimli sistemler bile esas itibariyle mekanik olmayan bir çehreye sahiptir, şu anlamda ki, sistem ve çevresi bölünmez bir bütün olarak anlaşılmak zorundadır, birbirinden ayrı ve dışsal olarak düşünülen sistem artı çevrenin alışılmış klasik analizi artık uygulanabilir değildir.” Parçaların ilişkisi “nihayetinde, tek başına parçaların özellikleri aracılığıyla ifade edilemeyecek biçimde bütünün durumuna bağlıdır. Gerçekte, parçalar bütünden kaynaklanan bir tarzda örgütlenmiştir.”

Niceliğin niteliğe dönüşümü diyalektik yasası, maddenin farklı düzeylerde farklı davrandığını ifade eder. Böylelikle, moleküler bir düzeyimiz vardır, bu düzeyin yasaları kısmen fizikte ama esas olarak kimyada incelenir; canlı maddeler düzeyimiz vardır, esas olarak biyolojide incelenir; atomaltı düzeyimiz vardır, kuantum mekaniğinde incelenir; ve elementer parçacıklarınkinden çok daha derin diğer bir düzey vardır ki, bugün parçacık fiziği tarafından araştırılmaktadır. Bu düzeylerin her biri birçok alt bölüme sahiptir. Maddenin her farklı düzeydeki davranışına hükmeden yasaların aynı olmadığı görülmüştür. Daha 19. yüzyılda gazların kinetik teorisi tarafından bu zaten ortaya konmuştu.

Eğer içinde düzensiz yörüngelerde hareket eden birbirleriyle sürekli olarak çarpışan milyarlarca molekül barındıran bir gaz kabını düşünecek olursak, her tekil molekülün kesin hareketini belirlemenin imkânsız olduğu apaçık ortadadır. İlkin, saf matematik zemininin dışına çıkılmıştır. Ne var ki, mevcut matematiksel sorunları çözmek mümkün olsaydı bile, kesin öngörülerde bulunabilmemiz için gerekli olan her bir molekülün başlangıçtaki konumunu ve hızını ölçmek pratikte imkânsız olurdu. Herhangi bir molekülün başlangıç açısındaki küçücük bir değişiklik bile onun doğrultusunu değiştirir, bir sonraki her çarpışma daha da büyük değişikliklere yol açar ve bu da tek bir molekülün hareketine ilişkin her öngörünün muazzam hatalar içermesine yol açar.

David_Bohm

David Bohm

Eğer gazların davranışına makro (“normal”) düzeyde bu aynı mantık yürütmeyle bakmaya çalışırsak, onların davranışlarını önceden kestirmenin de imkânsız olduğu kabul edilebilir. Ancak durum bu değildir, büyük-ölçekli düzeyde gazların davranışı tam olarak öngörülebilir. Bohm’un işaret ettiği gibi: Göreli özerk bir nitelikler dizisine sahip ve fiilen bir makroskobik tesadüfi yasalar dizisini oluşturan göreli özerk bir ilişkiler dizisine uyan bir makroskobik düzeyden bahsetmenin haklılığı açıktır. Örneğin, bir su kütlesi düşünecek olursak, doğrudan büyük-ölçekli deneyim sayesinde biliriz ki, bu kütle kendine has biçimde bir sıvı olarak davranacaktır. Bununla kastettiğimiz, sıvıyla ilişkilendirdiğimiz tüm makroskobik nitelikleri göstereceğidir. Meselâ, akar, şeyleri “ıslatır”, belli bir hacmi koruma eğilimindedir vb. Onun hareketinde, basınç, sıcaklık, yerel yoğunluk, yerel akış hızı vb. gibi salt büyük-ölçekli özellikleri aracılığıyla ifade edilen bir temel hidrodinamik denklemler kümesinin doğruluğu geçerlidir.

Bu nedenle, eğer biri bir su kütlesinin özelliklerini kavramak istiyorsa, onu bir moleküller toplamı olarak değil, makroskobik düzeyde varolan ve bu düzeye denk düşen yasalara uyan bir varlık olarak ele alır. Bu, moleküler yapının, suyun davranışıyla bir ilgisi olmadığı demek değildir. Tam tersine. Moleküller arasındaki ilişki, meselâ, onun bir sıvı mı yoksa bir katı ya da gaz olarak mı kendisini dışa vuracağını belirler. Ama Bohm’un işaret ettiği gibi, maddenin farklı düzeylerde farklı şekilde davrandığı anlamına gelen göreli bir özerklik söz konusudur; “yalnızca tekil moleküllerin ne yaptığından değil aynı zamanda sistemin dışarıdan maruz kaldığı çeşitli uyarımlardan da az çok bağımsız olarak kendisini koruma eğiliminde olan kendine has makroskobik davranış tarzlarının belli bir kararlılığı” söz konusudur. Bağlantının yalıtık bire bir karakterini yıkar. Eğer sistemi yalıtabilseydik, yine de moleküler düzeydeki hareketlerden ve hatta çok daha derinlerdeki kuantum mekanik düzeyden kaynaklanan uyarımlar olacaktır. Bohm’un işaret ettiği gibi: Bu nedenle, ilgilenilen sistemin dışında ya da başka düzeylerde varolan nedensel faktörlerin yeni bir nitel kümesini hesaba katma gereği duymaksızın, genel olarak, sınırsız kesinliğe sahip olası öngörülerde bulunabilecek kusursuz bire bir nedensel ilişkiler kümesinin bilindiği hiçbir gerçek durum yoktur.

Öngörülerin mümkün olmadığı anlamına mı gelir bu? Hiç de değil. Bir tabancayı belli bir noktaya hedeflediğimizde, o kurşun Newton hareket yasaları tarafından önceden söylenen noktaya düşmeyecektir. Ne var ki, ateşlenen çok fazla sayıda mermi, önceden söylenen nokta etrafındaki küçük bir bölgede bir dağılım oluşturacaktır. Bu nedenle, belli bir hata payı içersinde, ki bu her zaman olacaktır, çok kesin öngörüler mümkündür. Bu örnekte, sınırsız bir kesinlik elde etmek istiyor olsaydık, gittikçe artan sayıda sonucu etkileyen faktörlerle karşılaşırdık; tabanca ve merminin yapısındaki düzensizlikler, sıcaklık, basınç, nem, hava akımlarındaki küçük değişimler ve hatta tüm bu faktörlerin moleküler hareketleri. Belli bir sonucun kusursuz ölçüde tam bir öngörüsünde bulunmak için gerekli sonsuz sayıdaki faktörü hesaba katmayan belli bir yaklaşıklık derecesi zorunludur.

Boltzmann

Boltzmann

Bu yaklaşım, tıpkı Newton mekaniğinde olduğu gibi, gerçeklikten zorunlu bir soyutlamayı içerir. Ne var ki bilim, doğal süreçler hakkında daha derinden bir kavrayış edinmemizi sağlayan çok daha derin ve çok daha kesin yasaları keşfetmek ve böylece daha kesin öngörülerde bulunmak üzere, adım adım, sürekli biçimde ilerlemektedir. Newton ve Laplace’ın eski mekanik determinizminin yıkılması, nedenselliğin yıkılması anlamına değil, nedenselliğin gerçekteki işleyiş biçiminin daha derin bir kavranışı anlamına gelir.

Newtoncu bilimin duvarındaki ilk gedikler 19. yüzyılın ikinci yarısında, özellikle Darwin’in evrim teorisi ve Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann’ın termodinamik süreçlerin istatistiksel yorumu üzerine yaptığı çalışmalarla birlikte açıldı. Fizikçiler, gazlar ve sıvılar gibi çok parçacıklı sistemleri istatistiksel yöntemlerle tanımlamaya çabaladılar. Ne var ki, bu istatistiklere, sistemin tüm özellikleri hakkında detaylı bilgi toplamanın pratik nedenlerle imkânsız olduğu durumlarda başvurulan (meselâ verili bir anda bir gazın tüm parçacıklarının konumları ve hızları) birer yardımcı gözüyle bakılıyordu.

19. yüzyıl istatistiğin gelişimine tanıklık etti; bu gelişim ilkin sosyal bilimlerde, sonra da fizikte, örneğin hem rastlantısallığın hem de belirlenmişliğin moleküllerin hareketinde gözlenebildiği gazlar teorisinde gerçekleşti. Bir taraftan, tekil moleküller bütünüyle rastlantısal bir biçimde hareket ediyorlarmış gibi görünür. Diğer taraftan, bir gazı oluşturan çok fazla sayıdaki molekül belli dinamik yasalarına uyan bir tarzda davranıyormuş gibi görünür. Bu çelişki nasıl açıklanmalı? Eğer gazın bileşenleri olan moleküllerin hareketi rastlantısal ve bu nedenle de öngörülemez ise, kuşkusuz bir bütün olarak gazın davranışının da benzer şekilde öngörülemez olması gerekmez mi? Ama durum hiç de öyle değildir. Sorunun yanıtı, niceliğin niteliğe dönüşümü yasası tarafından verilir.

Çok sayıda molekülün görünüşte rastlantısal hareketinden, bilimsel yasa olarak ifade edilebilecek olan bir düzenlilik ve bir desen çıkar. Kaostan düzen doğar. Özgürlük ve zorunluluk arasındaki, kaos ve düzen arasındaki, rastlantısallık ve belirlenmişlik arasındaki bu diyalektik ilişki, rastlantısal olgulara (istatistiğe) hükmeden yasaları klasik mekaniğin belli denklemlerinden bütünüyle ayrı ve başka bir şey olarak ele almış olan 19. yüzyıl biliminin pek az bildiği bir konuydu. Gleick şöyle demektedir: Her sıvı ya da gaz, sonsuz olabilecek kadar çok sayıda tekil parçanın bir toplamıdır. Eğer her parça bağımsız olarak hareket etseydi, o zaman sıvı sonsuz sayıda olasılığa, meslek diliyle konuşursak sonsuz çoklukta “serbestlik derecesine” sahip olur ve hareketi tanımlayan denklemler sonsuz sayıda değişkenle ilgilenmek zorunda kalırdı. Fakat her parçacık bağımsız bir biçimde hareket etmez –kendisinin hareketi kendi komşularının hareketine çok yakından bağlıdır– ve düzgün bir akış esnasında, serbestlik derecesi çok daha az olabilir.

Klasik mekanik, önemli teknolojik ilerlemeleri mümkün kılarak uzun bir süre gayet iyi işledi. Hatta günümüze dek çok geniş bir uygulama alanına sahip olageldi. Ne var ki, en sonunda bazı alanlardaki sorunların bu yöntemlerle gerektiği gibi ele alınamayacağı anlaşıldı. Bu yöntemler kendi sınırlarına ulaşmışlardı. Klasik mekaniğin titizlikle düzenlenmiş mantıksal dünyası doğanın bir kısmını betimler. Ama ancak bir kısmını. Doğada düzeni görürüz, ama aynı zamanda düzensizliği de. Düzenlenme ve istikrarın yanı başında tam ters doğrultuda işleyen bir o kadar güçlü kuvvetler vardır. Zorunluluk ve tesadüf arasındaki ilişkiyi belirlemek için, küçük ve görünüşte pek bir önemi olmayan nicel değişikliklerin birikiminin hangi noktada ani nitel sıçramalara dönüşmüş olduğunu göstermek için burada da diyalektiğe başvurmak zorundayız. Bohm, kuantum mekaniğinin radikal bir yeniden ele alınışını ve bütün ile parça arasındaki ilişkiye yeni bir bakış tarzını önerdi.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Abonelik için e-posta yazmalısınız. Yorumda html etiketleri kullanabilirsiniz.

Gönderen: sonsuz -->

Kategori: Bilim, Felsefe - Etiketler:, , , , , , ,