Bir Bilim Adamı Olarak Albert Einstein – Nejat Bozkurt

Albert Einstein, çağdaşları Max Planck, Niels Bohr ile Werner Heisenberg gibi yalnızca bir bilim dahisi değil, ama aynızamanda Aristoteles, Galilei, Newton ve Kant’ın temsil ettikleri çok yönlü ve çok boyutlu kültür dünyasının bir üyesiydi. Planck, Bohr, Heisenberg ve diğerlerinin geliştirmiş oldukları kuantum kuramı, fiziğin ilerlemesinde Einstein’ın görelilik kuramıkadar önemli sayılabilir. Ne var ki görelilik kuramı, önce özel sonra da genel olmak üzere, bilimde ve öteki alanlarda örneğine çok az rastlanan kişisel yaratıcılık ile bireysel deha patlamasını temsil eder. 20. yy biliminin en büyük iki başarısı sayılan ve temel fizik biliminin büyük bir kısmını oluşturan görelilik ile kuantum kuramları henüz birbiriyle bütünleştirilememiş durumda. Görelilik kuramı, genişleyen evren ile kara delikler gibi büyük ölçekli bir dünyayı açıklarken, kuantum mekaniği, atomlar ile atomaltı parçacıkları gibi küçük ölçekli bir dünyayı tanımlamaya çalışır. Einstein, kuantum kuramında ortaya çıkan“Belirlenemezlik” ile “Olasılık” faktörlerinin fiziğin kapsamı içine alınmasından rahatsız olmakla birlikte, kuantum kuramına yönelttiği eleştirilerle, kuramın temellerinin sağlamlaştırılmasına ve eksiklerinin giderilmesine neden olmuştur. Ancak kuantum kuramı yine de klasik mantığın çelişmezlik ya da özdeşlik ilkesiyle bağdaşmaz, yani çelişir (A ≠ Ã). Çağdaş fiziğin iki önemli kazanımı olan bu görelilik ile kuantum kuramları, zaman içinde eğer tek bir “Birleşik Alan Kuramı”nda birleştirilebilirlerse, bu birleşik kuram bilinen tüm fiziği özetlemiş olacaktır. Einstein şayet bu hedefe varılırsa o zaman insanların “Tanrı’nın aklından geçenleri okuyabileceklerine” inanıyor.

Henüz on iki yaşındayken bir geometri kitabı dolusu problemi büyük bir hızla ve tek başına yardım almadan çözebilmesi; on üç yaşında Immanuel Kant’ın “Salt Aklın Eleştirisi” (Kritik der reinen Vernuft) adlı temel yapıtını okuması ve on yedi yaşındayken de kendi çabasıyla öğrendiği yüksek matematik ile teorik fiziğin temellerini kavraması onun yüksek zekâsını ve anlama gücünü açıkça ortaya koymakta. Einstein’ı bilimsel gelişmesi içinde anlamaya çalışırsak onun sınırlı bir alanda uzmanlaşma ve erken tanıma ile saptama yerine, geniş bakış açısına felsefi bir derinlik kazandıran bir görüş ve kavrayışörneği sergilediğine tanık oluruz. Onu bir düşünür olarak eşsiz kılan ve kısmen de başarıya götüren şeyler arasında çalışmasının zaman zaman maceracı bir zihin araştırmasına da dönüşmesiydi. Spekülatif ve hipotetik düşüncelere dalmaktan çekinmiyor ve bunlardan nasıl bir sonuç çıkarılabileceğini de ısrarla takip ediyordu. Nitekim fizikçiler çoğu kuramı oluşturmak için öncelikle her şeyi kapsayan genel bir düşünsel ya da kavramsal dizge yaratırlar, ardından da bunu matematiksel denklemlerle ifade ederler. Öngörü yeteneğine sahip bir kuramı geliştirmenin ilk aşamasında bilim adamının sezgilerini ve hislerini kullanması gerekir. Ayrıca meraklarımız ve sorularımız ne kadar daha çok olursa, dünya bizim için o kadar anlaşılır ve yaşanılır kılınabilir. Fizikçi Richard Feynman, karmaşık fiziksel süreçlerle uğraşırken sorunu açık bir şekilde ifade edebildiğinizde doğanın size istediğiniz cevabı vereceğini öne sürer; ona göre, “İyi bir bilim adamı olmanın sırrı, hangi soruyu sormak gerektiğini bilmede yatar. Bir sorunu araştırırken bir kez doğru yola girdiniz mi çözüm kendiliğinden ortaya çıkar. Burada doğru yola girme, uygun soruyu sorma anlamındadır.”

Einstein’ın bilimsel çalışmaları, ısıl (termik) olayların atom düzeyindeki özellikleri, kuvantum fiziği, özel ve genel görelilik kuramları olmak üzere dört ana grupta toplanabilir. Gözlenebilir ve algılanabilir evrenin temel bileşenleri arasındaki nedensel etkileşmelere ve maddenin yapısına ilişkin temel sorunlarla ilgilenen bir bilim olarak fizik, doğanın mikro ve makro düzeydeki tüm görünümlerini inceleme konusu olarak seçmiştir. Kesinlikle denetlenen ve test edilen koşullar altında, olguların duyarlınicel ifadelerle gözlenmesi demek olan deney ile birleştirilmiş kavramsal bir taslağın matematiksel terimlerle kurulması demek olan kuram, fiziğin gelişmesinde temel ve tamamlayıcı bir rol oynarlar. Bütün fiziksel araştırmalar önünde sonunda uzay ve zamandaki maddeyi içeren olguların incelenmesine indirgenebilir. Fiziğin en son amacı doğanın temel bileşenlerinin özelliklerini ve bunların karşılıklı nedensel etkileşimlerini tek bir plan içinde toplayarak bu plandan makroskopik olaylar ile parçacık yığışımlarının tüm özelliklerini çıkarsayabilmektir. Einstein de bu konuda şöyle der: “Bilim, her türlü düzenden yoksun kaotik duyusal deneylerimizin ve algılarımızın türlü çeşitliliği ile mantıksal olarak düzenli ve bir örnek düşünce arasında uygunluk sağlama girişimidir.”

Işığın ve enerjinin özellikleri ile esirin varlığına ilişkin olarak 19. yy sonunda gerçekleştirilen araştırmalar, 20. yy’ın devrimci kuramlarına temel oluşturdu. 20. yy’da fiziğin yapısını temelinden sarsan ve çağdaş fiziğin kuramsal temellerini oluşturan iki kuram, Max Planck’ın 1900’de öne sürdüğü kuvantum kuramı ile Albert Einstein’ın 1905’de yayımladığı görelilik kuramıdır. Atomun, çekirdeğin ve temel parçacıkların bulunması, plazma fiziği ile elektroniğin hızla gelişmesi gibi deneysel ve uygulamalı atılımlar işte bu çağda gerçekleşti; yine kuramsal ve deneysel bilgilerin olağanüstü artması da bu yüzyılda oldu. Fiziğin çeşitli dallarının konuları, deneysel yöntemleri ve kuramsal teknikleri ne denli farklı olsa da kuvantum kuramı ile görelilik kuramının uyarlamalarına birçok araştırma alanında rastlanmaktadır. Kuvantum mekaniği, elektromanyetik ışınımın sürekli dalgalardan değil, enerji ve momentumları, frekansları ile orantılı olan parçacığa benzer fotonlardan oluştuğunu öne sürer. Klasik mekanik, bir olası değerler aralığında sürekli değişebilen fiziksel niceliklerle belirlenirken, kuvantum kuramının belirleyici özelliği kesikli ya da ayrık değerler taşıması ve içkin olarak “Belirsizlik” (Indeterminizm) ilkesine yer vermesidir. Atomun yapısı, ancak kuvantum mekaniği temelinde kavranabilir. Daha ince ayrıntılar ise görelilikçi kuvantum mekaniğini gerektirir. A. Einstein’ın ortaya koyduğu görelilik kuramı iki temel postüla üzerine kurulmuştur: 1) Bir ışık kaynağına göre devinim durumları ne olursa olsun tüm gözlemciler, ışık hızı için aynı değeri ölçerler. 2) Tüm eylemsiz koordinat sistemlerinde fizik yasaları aynıdır. Birinci postüladaki ışık hızının değişmezliği, deneysel olarak kanıtlanmıştır. İkinci postüla ise klasik mekanik içinde geçerlidir.

Bu kuşbakışı irdelemeden sonra şimdi A. Einstein’ın başlıca fizik kuramlarının gelişimine ana hatlarıyla bir göz atacak olursak şöyle bir serimleme yapabiliriz:

I – Görelilik Kuramı:
a) Özel Görelilik Kuramı: Özel Görelilik Kuramı üzerine ilk çalışmayı Einstein 1905 yılında henüz Bern’de İsviçre Patent Bürosu’nda memurken kaleme almış ve bu yazı kuramın son biçimini daha o dönemde oluşturmuştur. Kısa bir süre sonra yazdığı ikinci bir yazıda ise Einstein kuramdan en önemli sonucu çıkarmıştır. Bu sonuç, ışık hızının her ortamda ve koşulda değişmezliği ile madde ile enerjinin denkliği olarak bilinen ünlü E = mc2 eşdeğerliğidir.
b) Genel Görelilik Kuramı: Göreliliğin Genel Kuramı’nın tarihi daha uzun bir zamana yayılır. 1907’den önce ortaya çıkan Özel Görelilik Kuramı’nı dikkatlice gözden geçirdikten sonra Einstein, kuramın genelleştirilmesinin zorunlu olduğunu farketti ve genelleştirmenin eylemsizlik ile kütleçekiminin eşdeğerliği üzerinde temellendirilmesi gerektiği konusundaki temel düşüncesini ortaya koydu. 1911’de yazdığı başka bir çalışmada, kütleçekiminin ışık üzerindeki etkisiyle ilgili genel kuramdan çıkarılan bazı sonuçları tartışır: (1) İzgesel (spektral) çizgilerin sıklığı (frekansı) üzerinde kütleçekim alanının etkisi (kütleçekimsel kırmızıya kayma); (2) Güneşin kütleçekim alanı tarafından ışık ışınlarının eğilip bükülmesi (Bazı ayrıntılar daha sonra değiştirilicektir.)
Çok yoğun ve daha ileri çalışmalardan sonra – kuramın özellikle matematik temeli üzerinde – genel göreliliğin kesin biçimine 1916’da ulaşıldı ve bu son biçim aynı yıl yayımlandı. (Bu dönemde Merkür perihelyonunun – bir gezegen ya da uydunun Güneş’in çevresindeki yörüngesi üzerinde Güneş’e en yakın olduğu nokta – devinimi adıyla bilinen genel göreliliğin üçüncü “astronomik etkisi”ni Einstein daha önceden çıkarımlamıştı bile.)
c) Genel Kuram Üzerinde Daha İleri Ve Üst Düzeydeki Çalışma:
Genel göreliliğin problemleri Einstein’ı o günlerde çok meşgul etti. Bunları özel önemleri nedeniyle üç noktada toplayabiliriz: (1) Kozmoloji, (2) Devinim Problemi, (3) Birleşik ya da birleştirilmiş alan kuramı.
1. Modern kozmolojinin tümü Einstein’ın 1917’deki çalışmalarına geri gider. Burada ilk kez o, kozmolojinin sorunlarına genel göreliliği uygulamıştır ve böylece kozmolojik spekülasyonu sağlam bir zemin üzerine oturtmuştur (Einstein o dönemde statik, durgun bir evren tablosu düşünüp çizerken daha sonraki gelişmelerle güçlü astronomik kanıtların ışığında “genişleyen evren” anlayışını tercih etmiştir. Giderek artan astronomik verilere uygun olarak bu kabulün tutarlı bir kuramınıbulmak için bu konu kozmolog bilim adamları tarafından hâlâ etkin olarak ele alınmakta ve ikna edici biçimde incelenmektedir.)
2. Genel görelilik başlangıçta kökence iki bağımsız varsayım üzerinde temellendirilmiştir: Bunlar kütleçekimi alanı için alan denklemleri ile maddi parçacıklar için devinim yasasıdırlar. Einstein 1927’de devinim yasasını, alan denklemlerinden çıkarımlama problemine itiraz ve hücum etmiş, daha sonra ise tekrar bu varsayıma dönmüştür. Kesin ve son çözüm 1949 yılında elde edildi (Leopold Infeld’in işbirliğiyle.) Bu, kurama temel olarak alan denklemlerinin tek başına yeterli olduğunu gösterdi.
3. Başlangıçta genel görelilik kuramı, alan denklemleri çekim alanı için, genel göreliliğin ana ilke ve fikirlerini bulanık ve belirsiz olmayan biçimde izledikleri ölçüde, esas olarak kütleçekimi alanı kuramıydı. Öteki alanlar, şayet onların yapıları da bir kez bilinince, bulanık ve belirsiz anlamda olmayan bir biçimde, genel göreliliğin çerçevesi içinde ortaya çıkabilirdi. Ancak bağlantı ve ilişki bir biçimde “kaybedildi”, çünkü genel görelilik herhangi başka bir alanın yapısını ya da varlığınıöngöremezdi (örnekle elektromanyetik alanınkini.). İşte bu yüzden bazı bilim adamları (örn. Weyl, Kaluza, Eddington) bütün alanların birleştirilmiş bir kuramını elde etmek amacıyla teoriyi yaygınlaştırmayı ya da genelleştirmeyi denediler – ya da en azından kütleçekimi ile elektromanyetik alanları -. İlk girişimler çeşitli nedenler yüzünden tatmin edici değildi. Einstein 1923’den itibaren kuramın formunu tekrar tekrar değiştirerek bu problem üzerinde sürekli çalıştı. Teorinin en son yorumlanma biçimine 1945’de ulaşıldı ve kesin biçimini de 1953’de aldı (Göreliliğin Anlamı adlı kitabının 4. Baskısına II. Ek olarak kondu.)

II – Kuantum Kuramı
1900’lerde Max Planck tarafından kuvantum kuramının ortaya konmasından kısa bir süre sonra Albert Einstein, fizik bilimindeki bu yeni alanın en ön sırada gelen sözcülerinden ve öncülerinden biri oldu. Onun bu konudaki ilk katkısı aynıyılda görelilik üzerine yazdığı kendi ilk yazısının çıktığı Annalen der Physik adlı bilim dergisinin aynı cildinde yayımlandı. Bu yazıda ışık kuvantası ya da fotonlar kavramı devreye sokulmuş ve bu yaklaşım, kuvantum kuramına ve özellikle de Niehls Bohr’un atom kuramına ilişkin ileri düzeydeki çalışmalara temel olmuştur. 1917 yılında Einstein, fotonların sahip olduklarıözelliklerin analizine nüfuz etmeye çalıştı ve buna ek olarak da “geçiş olasılıkları” kavramı üzerinde temellendirilen ışınımın Planck yasasının yeni bir türetimini veren bu konudaki daha sonraki en anlamlı yazılarını ortaya koydu. Bu kavram o zamandan beri temel olarak kaldı.
A. Einstein’ın bu konudaki öteki katkıları arasında kuvantum kuramının spesifik ısılar kuramına ilk uygulanışı (1907) ile gazların kuvantum kuramı üzerine yazdığı önemli yazıları (1924-1925) özellikle anabiliriz. Bu yazılar, bugün Bose-Einstein istatistiği olarak bilinen, yeni tip bir istatistiğin bütün genelliğiyle kullanımına neden olmuş ve ayrıca da Schrödinger’in dalga mekaniği üzerindeki çalışmalarına yardımcı olmak suretiyle onun elektron dalgalarına ilişkin geniş çaptaki düşüncelerini sergilemesine fırsat vermiştir. Ancak daha sonraları Max Planck’ın kendi adıyla anılan ve sabit sayı olarak ifade ettiği bulgusunu Louis de Broglie, “Determinizm duvarında Planck sabitesi kadar bir çatlak meydana geldi” biçiminde yorumlamıştır. Çünkü bu buluş doğa bilimlerinde “nedensellik” ilkesinden farklı olan bir “olasılık” ilkesini gündeme getirmişve bilimsel çalışmalara yeni bir boyut katmıştır. Çağdaş fizik böylece yeni gelişmelerle gerçekliğin farklı yönlerini açığa çıkarmaya yönelmiştir. Günümüzde Kuvantum Mekaniği alanında epey yol alınmakla birlikte o dönemdeki “Indeterminizm” tartışmaları hiç de yabana atılacak boyutlarda değildi. Bilimsel devrimler ve dönüşümler konusunda Max Planck şöyle der: “Bilimsel yaşam deneyimlerimden öğrendiğim hep gözardı edilmiş, ama kanımca çok önemli bir olay var: Bilimde yeni bir atılımın benimsenmesi, başlangıçta karşı çıkanların sonunda gerçeği görmeleri ya da kanıtları kabul etmeleriyle değil, ama zamanla genç kuşağa yerlerini bırakmalarıyla olanaklıdır.

III – Maddenin Devinimsel (Kinetik) Kuramı
ile 1904 yılları arasında A. Einstein, büyük amerikalı fizikçi J. W. Gibbs’in yöntemine benzer bir biçimde istatistiksel mekaniğin kuramını bağımsız olarak kurduğu bir dizi yazı yayımladı. (İstatistiksel mekanik ya da maddenin kinetik kuramı, mekanik yasalarına göre devinen atomlardan – en son parçacıklardan – meydana gelen madde varsayımından toptan olarak maddenin sahip olduğu ısısal özel halleri türetir.) Bu yazıların en anlamlısı ve önemlisi üçüncüsü olup burada Einstein, Browncu devinimi 1905 yılında kaleme aldı. Orada Einstein kinetik kuram temeli üzerinde, bir sıvı içinde asılı duran çok küçük parçacıkların devinimini öngördü ve dile getirdi (Buna benzer bir devinimi yüz yıl önce ingiliz botanikçi Robert Brown gözlemlemişti.) Buna karşılık bu tür devinimlerin deneysel soruşturulması (özellikle fransız fizikçi Perrin’in Einstein’ın kuramından etkilenerek yaptığı çalışma dolayısıyla) maddenin kinetik kuramının temel varsayımlarının bir doğrulanmasına götürdü.
Doğanın bütün yasalarını tek bir pota içinde eriterek “Her şeyin Kuramı”nı bulmak mümkün olabilecek mi? Isaac Newton’ın 200 yıldır monopol haline gelen ışığın dalga halinde yayılmasına ilişkin fizik kuramına karşı James Clerk Maxwell, elektromanyetizm teorisiyle yeni bir “alanlar” dizgesi yaratmıştı. Einstein, bu iki bölgenin, dalgalar ile alanların bağdaştırılmasından yanaydı. Ancak o sırada Max Planck, “Doğa sıçrama yapmaz” (Natura non facit saltus) diyen çok eski bir doğa yasasını altüst eden devrimci bir yasa buldu. Planck’ın bu formülü aynı zamanda ışıma enerjisini de açıklamaktaydı. Klasik fizikte bir devrim yaptığının bilincinde olmayan Planck, içinde bulunduğu durumu şöyle açıklıyordu: “Fizikteki bu teorik buluşu deneylere aktarma çabalarım bir türlü sonuç vermiyor, bulunduğum yer, benim sağlam bir zemin gösterme fırsatını beklemeden ayağımın altından kayıp gidiyordu.” İşte Einstein o dönemdeki fizik bulgu ve işaretlerinde birbiriyle ilişkili ve bağlı olmayan alanlardaki yaygın kuşkuculuğa karşın atomların gerçek varlığını Planck’ın kuantum problemlerini çözerek görebilmişti. Böylece ışığın belli koşullar altında bir paketin ya da birikimin parçacıkları gibi devindiklerini formüle ederek Planck tarafından yıllarca karşı çıkılarak hesaplanan ve çağdaş fizikte görelilik kuramından sonra ikinci büyük kuramsal eser sayılan kuantum teorisini temellendirmiş oldu.
Einstein’ın düşüncelerinde gerçekten eşsiz olan yan, “esir” (ether)’in elektromanyetik dalgaların yayılmasında kuramsal bir yapı oluşturup oluşturmadığı gibi uzmanlık sorularından uzay ve zaman için yeni bir madde anlayışı üretmesiydi. Zaman kavramını yalnız fiziksel olarak değil, ama aynı zamanda felsefi olarak da araştırdı. İnsan zaman kaybettiğinde ya da zamandan yoksun olduğunda gerçekte ne yapmış oluyordu? Ya da iki farklı olayın aynı anda gerçekleşmesi ne anlama geliyordu?“Sonsuz devinim” (Perpetuum mobile) ilkesinde olduğu gibi yalnızca genel mantık ilkesine dayanan bir buluşun insanlara sağlam bilgiler sağlayabileceğini kavrayan Einstein, “görelilik kuramı”nda, iki mutlak öğeyi (uzay ve zamanı) bir yana bırakıp göreceli ve bağıl bir yenisini üreterek bulmuştu. Işık hızını doğa sabitesine çevirerek onu bir anlamda mutlak ve değişmez olarak kabul ettiğinde ve aynı zamanda da uzay ve zaman kavramından mutlaklığı çıkararak “görelileştirdiğinde”Einstein, Newton’ın evren anlayışını adeta tersine çevirmiş oluyordu.

Genel görelilik ilkelerinin ya da görelilik kuramlarının tanımlamış oldukları, üzerinde yıldızların ve gezegenlerin hüküm sürdükleri, sorun çıkarmayan “sürekli” bir uzay-zaman alanı ile parçacıkların egemenliğindeki, uzlaşmaya yanaşmayan ve ele avuca da sığmayan olağanüstü küçük ölçekli kuantum dünyasını “birleşik bir alan kuramı”nda bir araya getirmekte zorlanan Einstein, bu sorunu görelilik ilkelerinin değil, kuantum mekaniğinin yarattığına inanıyordu ve 1954 yılında şöyle diyordu: “Kuantum belası ile karşılaşmamak için başını görelilik kumuna gömen bir devekuşu gibi görünüyor olmalıyım.” Çünkü genel görelilik denklemleri, nedensellik ile çelişmezlik ilkelerinin yok sayıldığı ve bir parçacığın A noktasından B noktasına mekânda doğrusal ya da eğrisel bir yol izlemeksizin ulaştığı böyle bir ortamda, yani kuantun kuramında işe yaramıyor ve adeta sökmüyordu. Einstein’a göre kuantum mekaniği kuramı eğer maddenin içindeki atomu tarif ediyorsa, nedensellikten çok uzaktı. Kuantum dünyasında, determinizmde saptanan mutlak olanaksızlık ile şüpheciliğin bulunmayışı, yani belirlenimciliğin oluşu yerine birdenbire “belirsizlik” fenomeni ortaya çıkıyordu. Gözlenen eskiden ancak gözlem yoluyla tespit edilirken, parçacıklar arasında şimdi ani tesadüflere ya da rastlantılara dayanan adeta telepatik, akıl ve mantığa aykırı bağlantı ile ilişkiler oluşmaktaydı. Einstein bu çılgın kuram karşısında “Gerçi bu teori çok şeyi açıklıyor ve ifade ediyor ama Tanrı’nın bir şeyleri paramparça edip dağıtmadığından da eminim.” ve “Tanrı çok zeki ama acımasız değil.” demek zorunda kalacaktı. Kuantum kuramının üzerinde kurulduğu belirsizlikle yüklü böyle bir dünyada gelecekteki olaylar ancak belli bir olasılığa dayanıyordu. Einstein, evrenin temelindeki yasaların bir kumar oyunu gibi düzenlenebilmesini ve şansa bağlı kalmasını yaşamı boyunca asla kabul etmedi. Fiziksel gerçekliğin tüm öğelerini açıklayabilecek belirlenimci ve nedenselci “Büyük Birleşik Kuramı” yaratma çabasına bu yüzden girdi ve bu uğraş günümüzde de sürmekte.

Nejat Bozkurt
Einstein – Say Yayınları – 2011

Yorum yapın

Önceki yazıyı okuyun:
Santur’un sözü: Sedat Anar ilk albümü “Belagat” ile cafrande.org’ta

Kapat