Fizik Nedir? Tarihi Ve Diğer Alanlarla İlişkisi

Fizik Nedir? Tarihi Ve Diğer Alanlarla İlişkisi, Maddenin özelliklerini inceleyen ve onu yönlendiren yasaları tanımlayan bilim (fiziğin kapsadığı alan,bilim tarihi boyunca değişikliğe uğramıştır).

FİZİK, KİMYA VE BİYOLOJİ

Fizik ile kimya arasındaki, fiziğin cisimlerin durumunu değiştiren yasaları, kimyanınsa yapıyı değiştiren yasaları tanımlamasına dayanan ayrım, yalnızca saymaca bir ayrımdır: Maddenin atom yapısı, bu iki bakış açısını bozulmayacak biçimde birbirine bağlar. Fizik ile biyoloji arasındaki sınırsa, şu an için, daha keskindir. Bilimin günümüzdeki durumuyla yaşam, yalnızca fiziksel-kimyasal belirlemelere indirgenememektedir ama, bütün doğa bilimlerinin birleştirilmesine de çalışılmakta, biyofizik, uzun süredir birbirinden ayrılmış bu uzmanlık alanları arasında birleştirici bir rol oynamaktadır. Maddeyle ilgili çeşitli bilimler arasında olduğu gibi, fiziğin içindeki farklı bölümler (mekanik, optik, akustik, elektrik, termodinamik) arasında da sınırlar kalkmaya başlamıştır.

FİZİKLER

Geçici olduğu kesin olan gerçek ayrımların yapısı farklıdır: Bunlar ölçek ve yapı ölçütlerine dayanırlar. Maddenin farklı yapısal düzeylerine, sonsuz küçükten sonsuz büyüğe kadar, herbirinin kendi yasa sistemi bulunan farklı fizikler (tanecik fiziği; çekirdek fiziği; atom ve molekül fiziği; yoğun ortamlar [katılar ve sıvılar] fiziği; plazma fiziği; gökfiziği) denk gelir; bunların, tek bir fizik ve tek bir yasa sistemi halinde bütünleştirilmesi ilke olarak ileri sürülmüş, ama henüz gerçekleştirilememiştir. Maddenin özellikleri, bir düzeyden öbürüne gerçekte olmasa bile, en azından günümüzdeki bilgiler açısından, aynı değildir.

FİZİK VE MİKROFİZİK

Dolayısıyle sorun, maddeyle ilgili öbür kavrayış düzeylerinin anahtarı olacak ayrıcalıkta, temel bir düzeyin bulunup bulunmadığını bilmektir. Çağdaş fizik, mikroskopik ölçekli etkileşme yasalarından makroskopik fizik yasalarını çıkartmaya ve tanecik, çekirdek, atom, molekül ölçeğindeki maddenin yapısı içinde cisimlerin fiziksel özelliklerinin kaynağını görmeye yönelmektedir. Sonsuz büyük, sonsuz küçüğün bilinmesiyle anlaşılabilir olmakta, Evren’in yapısı, atomunkiyle ortaya çıkmış bulunmakta ve Evren’in evrimi, temel tanecikler arasındaki etkileşme yasalarıyla açıklanmaktadır.

FİZİK VE GÖKFİZİĞİ

Ama bunun tersi olan yol da aynı biçimde olası ve aydınlatıcıdır. Söz konusu yol, fiziği, bizim ölçeğimizde Evren düzeyindeki bir fiziğin özel bir haline dönüştürür ve gökfiziğini, temel bilim dalı haline getirir. Çünkü madde Evren’de Tasladığımız gibi aşırı durumlarda (çok yüksek ya da çok düşük sıcaklık; çok yüksek ya da çok alçak basınç; çok yüksek elektrik alanları ya da magnetik alanlar) bulunursa, özellikleri aynı kalmaz.
Bu iki yol kuşkusuz birbirini tamamlar ve maddeyle ilgili tek bir bilim oluşturulması için, bu farklı düzeylerin birleştirilmesi ve çeşitli temel tanecikler ile doğa kuvvetlerinin (çekim, elektromagnetizma, çekirdek ve çekirdek içi kuvvetler) tutarlı ve doymuş aynı bir sistem içinde birleştirilerek tek bir bütün haline getirilmesi gerekir.

KARMAŞIKLIK VE YAŞAM

Bu ölçüte, maddenin yapılaşmasıyla ilgili birçok düzeyini belirleyen karmaşıklık ölçütünü de eklemek gerekir: Canlı madde bu açıdan artık, maddenin ancak en karmaşık düzenlenme düzeyinin simgesi halini alır ve biyoloji, maddenin genel bilimi olarak, fiziğin alanıyla yeniden bütünleşir.

FİZİĞİN TARİHİ

Fizik, daha eski ve daha pragmatik bilgilere (Mısırlıların ve Babillilerin evrenbilimi ve geometrisi) ne kadar borçlu olursa olsun, doğayla ilgili yarar gözetmeyen kuramsal bir düşünce olarak, Sokrates öncesi Yunanistan’da doğmuştur.

BİLİM ÖNCESİ FİZİK

Bu fiziğin ilkel özellikleri binyıldan uzun bir süre Galilei devrimine kadar sürüp gitmiştir. Fizik, daha başlangıcında nicelik bilimi olarak, nitelik bilimi matematiğe karşıt olmuş (sayıların yasaları sayesinde, pythagorasçıların gökcisimlerinin ve Evren’in uyumunu ortaya çıkarma girişimine karşın, Eski Yunan fiziğinin amacı, doğa olaylarını ölçmek, bu olaylara sayıyı egemen kılmak değil, olayların özniteliğini, Varlığın yapısını ortaya çıkarmaktı [bu arada ayrıcalık yaratan tek kişi, hidrostatik ve kaldıraç yasasıyla Arkhimedes oldu]) ve yüzyıllar boyunca felsefeye, hattâ metafiziğe bağlı kalmıştır. Aynı biçimde, bu fizik evrenbilimden de ayrılmamış ve gerçeği bir bütün olarak açıklamak amacı gütmüş (her varlık, her olay ancak Bütüne göre bir anlam taşır), birbirlerine sıkıca bağlı olan Aristoteles fiziği ile Ptolemaios evrenbilimi, Rönesans’a kadar sürecek olan bir düşünce sistemi oluştur-muşlardır.

ÖNSEZİLER

Bununla birlikte, söz konusu nicel ve felsefî fiziğin hiç değilse atomla ilgili varsayımlar (Demokritos, Epikuros) ve günmerkezlilik varsayımları (Aristarkhos, Herakleitos) gibi bazı önseziler içerdiği kesindir.

RÖNESANS EVRENBİLİMİ

Gökbilimin Rönesans dönemindeki gelişmesi, XVII. yy’daki bilimsel devrimi ve klasik fiziğin hazırlanmasını sağladı. Evren’in, Kopernik tarafından yeniden gün ışığına çıkarılan gün-merkezlilik kavramı, Evren’in sonsuzluğunun ve Güneş sistemlerinin çokluğunun Giordano Bruno tarafından doğrulanması, Eskiçağ’daki Evren’le ilgili değişmeyen imgenin, görüntünün parçalanmasına neden oldu. Keplerin, gezegenlerin hareketine ilişkin deneyimsel yasaları bulması, bazı olayların yalın, niteliksel ve matematiksel anlatımlı kurallara uyduğunu ortaya’ koydu.

KLASİK FİZİK

Deneysel ve matematiksel fiziğin gerçek kurucusu Galileo Galilei oldu. Galilei, dinamiğinin temel kuralı olan, eğimli bir düzlemi kullanarak ulaştığı,cisimlerin düşmesiyle ilgili yasayı matematiksel bir anlatımla dile getirdi (zamanla ve aşılan yolun kareköküyle orantılı hız). Deneyim ve nicelendirme, felsefeden ayrılmış olan ve artık olayların niteliğini aramayıp, olaylann arasındaki bağıntıları inceleyen yeni fiziğin temel özellikleri haline geldi, öte yandan, fizikçi de, artık doğanın bir bütün olarak açıklamasını araştırmayı bırakıp, iyice belirlenmiş bir alanla yetinmeye başladı. Klasik mekaniğin kuruluşunu tamamlayan Nevvton, evrensel çekim yasasıyla, fizik ile evrenbilimi yeniden birbirine bağladı (bu yasanın mutlak bir zamanın ve mutlak bir uzayın içinde bütün cisimleri, boyutları ne olursa olsun aralarında birbirine bağlamasıyla, Evren yeni bir görüntü kazandı).

FİZİK VE MATEMATİK

Matematikteki ilerlemelerin ilk kez fiziksel gelişmelere eşlik ettiği ve bir atılıma yol açtığı görüldü. Descartes’ın analitik geometrisi, hareketin çizimsel olarak gösterilmesini ve incelenmesini sağladı; Newton ve Leibniz’in dife¬ransiyel ve integral hesabı buluşları sayesinde de hız ve ivmenin kesin biçimde tanımlanması başarıldı.

YENİ ALANLAR

XVIII. yy’da, özellikle de XIX. yy’da, fiziğin alanı, yöntemi ve ilkeleri tartışma konusu yapılmaksızın genişledi. Kimya, kimyasal elementlerin ve bileşimlerinin ortaya çıkarılmasıyla (Lavoisier) bilimsel bir yapıya kavuştu. Aynı durum Faraday ile Ampere’in atılımıyla ve denklemleri optiğe de uyarlanacak olan Maxwell’in gerçekleştirmiş olduğu büyük bireşim sayesinde elektrik ile magnetizmada da gözlendi. XIX. yy. başında entropi kavramının getirilmesiyle (Sadi Carnot) termodinamik ortaya çıktı; onu,kinetik enerjiyi ve ısıl enerjiyi tanıtan istatistik mekaniği (Bçltzmann) izledi. Atomun varlığı }ean Perrin tarafından doğrulandı; daha sonra teknik ilerlemeler (katot tüpü), ilk temel taneciklerin (elektron ve proton) bulunmasını sağladı.

ÇAĞDAŞ FİZİK

XX. yy’dan başlayarak fizik artık, Galilei’den sonra olduğu gibi birikim ya da yayılmayla değil, devrimle gelişti. Einstein’ın bağıllık kuramıyla ve kuvanta kuramıyla (de Broglie, Schrödinger, Heisenberg) bilimin kesintili gelişiminde yeni bir kesinti gerçekleşmiş oldu. Fiziğin temel ilkeleri altüst olduğu gibi, “bilincin dolaysız verileri” de altüst edildi (Bergson). Bağıllıkçı fizik için, zaman ve uzay artık mutlak gerçekler değildirler: Referans sistemiyle (karşılaştırma sistemi) değişirler. Kuvanta fiziğiyle hareketin ve maddenin temel bileşenlerinin sürekliliği yeniden gözden geçirildi. Maddenin yapısı, ancak çok karmaşık matematik formüllerle açıklanabil- mektedir. Elektron ölçeğindeki olaylar ancak istatistik ve olasılık hesabıyla incelenebilmekte, bu da klasik mekaniğin katı gerekirciliğine aykırı düşmektedir (yasa kavramının da anlam değiştirdiği görülür). Klasik fizik artık ancak bağıllıkçı fiziğin ve kuvanta fiziğinin özel bir durumu olarak ortaya çıkmakta ve hızı, ışık hızına göre küçük olan mak- roskopik nesneler için geçerli olmaktadır. Başlangıçta felsefe ile fiziğin birbirinden ayrı olarak ele alınmadık-larından ve fiziğin doğa felsefesi olarak tanımlandığından söz etmiştik. Günümüzdeyse, fizik, zaman, uzay, madde gibi en açık kavramlarını tartışma konusu yaparak felsefeyi uyarmakta, dolayısıyle bir bilim felsefesinin, bir bilimkuramımn oluşturulmasını zorunlu kılmaktadır.

DENEYSEL FİZİK

Geleneksel bilimkuramları, fizikteki tümevarıma yöntemin karşısına matematikteki önsel tümdengelimci yöntemi çıkarırlar. Doğal olayların gözlenmesi ve bunların ölçümü bir varsayımı iletir. Deneye başvurarak doğrulanacak olan bu varsayım bir yasanın tanımlanmasını sağlar; yeniden deneye dönmek yoluyla doğrula¬nacak olan kendi içinde bütünleşmiş bu yasa hem hareket noktasındaki çeşitli bilgilerin bireşimi,hem de yeni buluşların kaynağı olan bir kuramla bütünleşmiştir. Bu bilimsel tümevarım iki ön kural gerektirir: 1) Olgular, zorunlu yasalarla birbirlerine iyice bağlıdırlar (gerekircilik öngerçeği); 2) bu yasalar, uzayın her noktasında ve zamanın her anında, genel durum¬larıyla aynıdırlar (uzayın ve zamanın bağdaşıklığı öngerçeği).

GÖZLEM VE DENEYİM

Bununla birlikte, deney içinde, gözlemi ve deneyimi birbirinden ayırt etmek önemlidir. Deneyi yöneten mantıktır; varsayımsa bir sonuç değil, bir baş¬langıçtır. Tekniğin sunmuş olduğu deneyim aygıtları, bütün alanlarda, fiziğin gelişmesi sonucu (optik, elek- tromagnetizma)ortaya çıkmış, sözgelimi elektron mikroskopu, maddenin yapısının daha kesin biçimde sınır-landırılmasını sağlamıştır. Klasik fizik deneyseldir; ama belirli bir doğanın edilgen bir incelemesi değil, daha çok, oluşturulmuş olaylar konu¬sundaki açıklamalı deneyimdir.

ÇAĞDAŞ FİZİKTE YÖNTEM

Bu taslak, XIX. yy’ın, yani incelenen olayların daha çabuk temsil edilebilir olduğu çağın fiziğine denk düşer. XX. yy. fiziği ile yöntem değişikliğe uğrar; bunun nedeni, karmaşık bir teknolojinin deneye aracı olması ve önsezi-den çok uzaklaşmış kuramlar oluşturulmasıdır. Deney, uzun bir kuramsal gelişmenin sonucudur: Elde edilen deneyimsel (ampirik) veriler, karmaşık sorulara verilen yanıtlardır. Çoğunlukla nicel olan bu verilerin toplanması, bir varsayımın oluşumunu matematiksel bir çizim biçiminde belirler; bu çizimin incelenmesi, deneyle doğrulanmış olan yeni bağıntıların ortaya çıkarılmasını sağlar.

MATEMATİĞİN İŞLEVİ

Yaklaşık yüzyıldan bu yana, fizikteki buluşla¬rın itici güçleri arasında deneyin ve düşünmenin yanı sıra, matematik de yer almaktadır. Bachelard’m da belirttiği gibi, “matematiksel inceleme artık betimleyici değil, oluştu¬rucu, yapıcı bir incelemedir”. Nitekim, bazı yasalar bir başka alandan çıkarılmaktadır: Sözgelimi, optik yasaları elektromagnetizmaya egemen olan Maxwell denklemlerinden türetilmiş, bu da ışığın elektromagne- tik alandaki bir titreşim olayından kaynaklandığını ortaya çıkarmıştır. Gene aynı biçimde Lorentz, Maxwell denklemlerini, salt bir matematiksel hesapla maddeyi de içerecek biçimde genişletmiş ve maddenin elektronik kuramının temellerini kurmuştur. Çağdaş fizik kuramları insan düşüncesini durmadan daha güç soyutlama çabalarına zorlamaktadır: Çağdaş fizikçi, deneyimin önemini göz ardı etmeksizin, günden güne daha çok bir matematikçiye benzemektedir; ama çalışmalarında matematiğin “mutlak” niteliği yoktur.

MATEMATİKSEL FİZİK

Galilei’den bu yana, doğayla ilgili en önemli çalışmanın matematiksel bir dille yazıldığı bilinmektedir. Fizik ve matematik arasındaki bu bağ, bilim ilerledikçe günden güne sıkılaşmakta ve çözümlenmesi güç bir felsefî sorun ortaya koymaktadır.

GİZEMLİ BİR UYUM

Matematikçinin mantıksal çözümlemesinin ürünleri ile tek düşüncesi gerçeğin eksiksiz bir betimlemesini yapmak olan fizikçinin gereksinimleri arasında, kesin olarak düzenlenmiş bir uyum varmış gibi görünmektedir. Diferansiyel ve integral hesap olmaksızın klasik Nevvton mekaniği, kısmi türevli denklemler olmaksızın Maxwell elektromagnetizması, tansör hesabı olmaksızın genel bağıllık nasıl anlaşılabilir? Katışıksız soyutlamaların incelenmesi, insan düşüncesinin mantıksal işleyişinin araştırılması olan matematik bilimleri somutun, doğanın bilimi olan fiziğe hangi mucizeyle uygulanabilmektedir?

AYRICALIKLI FİZİK-MATEMATİK BAĞINTISI

Matematiğin kural ve koşulları fizikte ve öbür bilimlerde aynı değildir. Matematik bilimleri, söz konusu bilimler (kimya, biyoloji, vb.) için ancak, nicel olanın kullanılmasını sağlayan yalın bir araçtır, ama bu bilimlerin kavram sistemleriyle doğrudan bir bağıntısı yoktur (yalın cisim, kalıtım kodu kavramlarının matematikte karşılıkları yoktur). Buna karşılık, fiziksel bir kavram, matematiksel bir ya da daha çok kavramla birleştiğinde (sözgelimi, fiziksel hız kavramı ve matematiksel türev kavramı), matematik, bilimleri sanki fiziğin içine girmiş gibidir.