Kütle Çekim Yasası, Evrim Teorisi, Termodinamik Yasaları, Büyük Patlama Teorisi… Bütün bu terimler kafanızı karıştırıyor mu? Neden bilim insanları bu kavramlardan bazılarına yasa, bazılarına teori demeyi tercih etmişler? Bu yazımızda bilimsel yöntemdeki teori ve yasa kelimelerinin anlamını detaylıca açıklayacağız.
Her zaman olması gerektiği gibi, önce konunun temel taşlarını bilmemiz gerekir. Buradaki temel taş bilimsel yöntemdir. Öncelikle bilimsel yöntemin ne olduğunu anlamalıyız. Bilimsel yöntem ilk olarak bir soru sormakla başlar. “Elimdeki bardağı bıraktığımda ne kadar sürede yere düşüyor?” Soruyu sorduktan sonra konuyla ilgili araştırma yapılmalıdır. Bu soru daha önce soruldu mu? Sorulduysa hangi olası cevaplar verilmiş? Bu cevaplar test edilmiş mi? Bu soruları sorup konuyu araştırmak sizi önceki bilim insanlarının yaptıkları hatayı tekrar etmekten koruyup daha hızlı ilerlemenizi sağlayacaktır. Yeterli araştırmadan sonra bir hipotez geliştirebilmelisiniz. Bu hipotez test edilebilir olmalıdır. “Eğer bu bardağı şu yükseklikten bırakırsam aşağıya şu kadar sürede düşer.” Sonrasında bu hipotezi test edeceğiniz bir deney yapmalı ve veri toplamalısınız. Topladığınız veriler hipotezinizle örtüşmüyor mu? O zaman hipotez oluşturma aşamasına geri dönüp yeni bir hipotez geliştirmelisiniz. Geliştirdiğiniz hipotezle deneylerin sonucu örtüşene kadar bunu yapmaya devam etmelisiniz. Sonunda deneyler sizin hipotezinizi doğruladı. O zaman hipoteziniz bir teoriye mi dönüştü? Hayır. Bir kanuna mı dönüştü? Hayır. Her ikisi için de farklı bilim insanlarının sizden ve birbirlerinden bağımsız olarak deneyi tekrarlaması ve sizinle aynı sonucu bulması gerekli. Hipotez yeterince test edilip doğrulandıktan sonra bir teori mi yoksa yasa mı olacağı, en başta sorduğunuz sorunun doğasına bağlı olacaktır.
Öncelikle yasa kavramını ele alalım. Yukarıdaki örneğimizde ele aldığımız soruyu cevaplayan hipotez bilimsel aşamaların sonunda Newton’un kütle çekim kanununa dönüşmüştür. Önemli olan nokta şudur: Burada ne ve nasıl soruları sorulmuştur. Newton iki cismin birbirine uyguladığı kuvveti matematiksel olarak ifade etmiştir, evet, ancak bu çekimin neden kaynaklandığını asla cevaplandırmamıştır. Kütle çekiminin doğasına ihtiyaç olmadan, sadece formüller kullanılarak insanlık uzay yolculukları yapmayı başarmıştır. Toparlayacak olursak, yasalar bir olgunun nasıl olduğunu açıklar, çoğunlukla matematik kullanarak genel geçer bir formül oluşturulur. Bir bardağı bıraktığınızda yere düşer, bu yasadır. Evrenin toplam enerjisinin korunumu bir termodinamik yasasıdır. Canlılar zaman içerisinde değişim geçirir, bu bir olgudur, yasadır. Uzak gökadalar bizden ne kadar uzaksa, o kadar hızlı uzaklaşır. Bu Hubble ve Lemaitre’nin ortaya koyduğu bir yasadır. Doğa gözlemleri bu yasaları ortaya çıkarmıştır.
Bilimsel anlamda teori kelimesi günlük hayatta kullanılandan çok daha farklı bir anlam taşır. Gün içinde herhangi bir konuda “benim şöyle bir teorim var” diyorsanız, bu bilimsel yöntemde “benim bir hipotezim var” demektir. Yani sadece bir fikriniz vardır. Bu fikrinizin teori ya da yasa olabilmesi için bütün o bilimsel yöntem aşamalarını tamamlamanız gerekir. O yüzden siz bundan sonra hiç risk almadan “benim bir fikrim ya da hipotezim var” deyip geçin.
Şimdi de bilimsel olarak teori kelimesinin anlamını irdeleyelim. Örneğimize sadık kalacak olursak, en son Newton, iki cismin birbirini kütleleriyle doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olacak bir kuvvetle çektiğini söyleyen kütle çekim yasasını bulmuştu. Daha sonra Einstein, “evet ama neden?” sorusunu sordu ve neden olabileceğine dair fikirler üretti. Einstein’in fikri şuydu: uzay aslında eğimli bir yapıya sahiptir. Her kütle uzayı belirli bir oranda büker, tıpkı gergin bir bezin üzerine bir top koyduğunuzda bezin bükülüp topun bir çukur oluşturması gibi. Sonra Einstein matematikçilerden yardım alarak eğimli uzayın geometrisini geliştirdi. Kağıt üzerindeki teorik çalışmaları sonucunda doğadaki cisimlerin birbirleriyle etkileşimi tahmin etti. Tahmin ettiği bu formül, Newton’unkiyle çok uyumluydu, sadece Newton’un formülüne ufak bir düzeltme gerekliydi. Bu düzeltme o kadar ufaktı ki, çok yüksek hızlar ve kütleler söz konusu olmadığı sürece aradaki fark o zamanki teknolojiyle ölçülemeyecek kadar ufaktı. Yani Einstein aslında Newton’un kütle çekim kanunu yalanlamadı, ona ufak bir düzeltme ekledi o kadar. Newton kanunları günümüzde hala uzay araçlarının ve gezegenlerin hareketini tanımlamada oldukça başarılı. Einstein teorisini ortaya koyduktan sonra çeşitli bilim insanları bu teoriyi çok yüksek hızlar ve çok yüksek kütleler için test etti ve etmeye devam ediyor. Şimdiye kadar Einstein’in kütle çekim teorisi hep doğru sonucu verdi. Yapılan deneyler teoriyi destekledikçe teori her geçen gün daha da güçleniyor. Burada dikkat edilmesi gereken nokta şudur: Teorinin kendisi asla test edilemez. Bunu şu anlamda söylüyorum: Biz uzayın bir çarşafa benzeyip benzemediğini direkt olarak gözlemleyemeyiz çünkü bu gözlemlenebilir bir şey değil. Biz ancak öyle olduğu takdirde evrenin nasıl olacağını belirleyen somut formülleri test edebiliriz. Teori temelde bir modellemedir. Bu modelin sonuçları, doğadaki yasalarla uyumluysa bu güçlü bir modeldir.
Teorinin gücünü göstermek adına şu örneği vereceğim: Elektromanyetizma teorisi, cisimlerin etrafında bir elektrik ve manyetik alan olduğunu kabul eder. Bu alanı matematiksel olarak tanımlar. James Clerk Maxwell, hem elektrik hem de manyetik özelliklere sahip bir dalganın hızını kağıt üzerinde hesaplar. Bu değer gerçekte ışığın hızıdır. Maxwell, hiçbir deney ve ölçüm yapmadan ışığın hızını sadece kağıt üzerinde hesaplamıştır. İşte bu bilimsel yöntemin mucizesidir. Teorinin gücü, içerdiği matematik ve mantıktan gelir.
Başka bir örnek verecek olursak, bin yıllardan beri evrenin sabit olduğu düşünülmüştü, ta ki Hubble ve Lemaitre gökadaların bizden ve birbirlerinde uzaklaştığını keşfedene kadar. Hem de bu uzaklaşma rastgele değildi, daha uzak gökadalar daha hızlı uzaklaşıyordu. Teorik fizikçiler bu gerçeği göz önünde bulundurarak eğer her gökada birbirinden uzaklaşıyorsa zamanı geriye sararsak hepsi birbirine yaklaşır ve tek bir noktada toplanır hipotezini ortaya attılar. Eğer evren tek bir noktadan genişleyip bu günlere gelmiş olsaydı evren nasıl olurdu sorusunun cevabını araştırdılar. Yine matematik ve mantığın muazzam gücünü kullanarak fikirlerini geliştirdiler. Bu fikre göre, eğer evren tek bir noktadan genişlediyse bunun bir kalıntısı olmalıydı. Çok geçmeden bu kalıntıyı da buldular: kozmik arka plan ışıması. Hani şu eski televizyonlarda kanal çekmediğinde karıncalı bir görüntü gelirdi ya, işte o. Evrenin her yönünden eşit oranda eşit sıcaklıkta gelen bu ışıma, Büyük Patlama Teorisini için çok güçlü bir kanıttı. Kanıtlar bununla da kalmadı, yapılan gözlemlerle evrendeki toplam hidrojen ve helyum miktarının Büyük Patlama Modelinin öngördüğü oranlarda olduğu anlaşıldı.
Bunlar bilimsel teorilerin gücüne dair sadece birkaç örnek. Şimdiye kadar yazdıklarımdan anlaşıldığı üzere, yasa ve teori apayrı kavramlar. İlkokulda öğretilenin aksine, bir teori zamanla asla ve asla yasaya dönüşmez. Bu iki kavram arasında hiyerarşik bir ilişki yoktur. Yasa nasıl sorusunun, teori ise neden sorusunun cevabıdır. Evreni sıfırdan oluşturacak bir deney tasarlayamayacağımız için Büyük Patlama asla bir yasa olmayacaktır, ancak teorik bir büyük patlamanın ortaya çıkaracağı sonuçları günümüz teknolojisiyle çok rahat gözlemleyebilir ve teoriyi güçlendirebiliriz.
Peki teoriler kesin ve değişmez midir? Tabii ki hayır. Ancak güçlü teorilerin bırakılıp yeni bir teorinin kabul edilmesi o kadar da kolay değildir. Bir gözlem bir teoriyle uyuşmadığında bazen sadece ufak bir düzeltme gerekir. Bazen de teori çok geçmeden bilimsel çöplüğe atılmak durumunda kalır. Ancak yeni bir teorinin bilim dünyasında kabul görmesi için o zamana kadar yapılan tüm gözlemleri eski teoriden daha doğru ve daha basit şekilde açıklayabilmesi gerekir. Takdir edersiniz ki bu durumun defalarca ama defalarca test edilip onaylanan teorilerin başına gelmesi oldukça zayıf bir olasılıktır.
Yukarıya bakmayı hatırlamak ve yeni yazılarımızdan haberdar olmak istiyorsanız instagramda ve twitterda bizi takip edebilirsiniz. Sosyal medya hesaplarımıza sayfanın en alt kısmından erişebilirsiniz.
Bilimle kalın!
Ayşegül Şen
*Bu yazı, 10/05/2019 tarihinde milliyet.com.tr/molatik adresinde yayımlanmıştır.