Bilim Gerçekte Neyi Bilir?
Bu yazı henüz yazılmamış başka bir makalenin girişi olarak, bilimsel gerçekliğin mahiyeti üzerine önemli bir soru'nun basit bir cevabına(1) ulaşmak üzere yazılmıştır.
Not-1: (Hayat gösterdi ki; bir soru ne kadar önemli ise cevabı o kadar basittir. En mühim soruların cevapları en kolay, en anlaşılabilir ve en net olanlardır. Elbette bu cevaplara ulaşma süreci zorlayıcı olabilir, fakat en sonunda ulaşılan sonuçlar basittir.)
İçinde bulunduğumuz fiziksel gerçeklik madde(2) ve mânadan ibarettir. Madde ve mâna birbirinden ayrık olmayıp iç içe geçmiş durumdadır.
Not-2: (Burada kast edilen madde (şey/eşya/varlık), mevcut doğal bilimlerin literatüründeki madde tanımı ile sınırlı kalmayıp tüm madde ve enerjiyi kapsayan şeyler anlamında kullanılıyor. En büyük galaksi kümelerinden en küçük parçacıklara kadar her şey maddedir.)
Madde tabiat kanunlarına tabidir(3). Madde ve enerjinin, değişmez ve bozulmaz(4) doğa kanunlarına göre davrandığına insanoğlu ittifak etmiştir ve binlerce yıldır bu yasalar çalışılmaya ve araştırılmaya devam ediliyor.
Not-3: (Şimdiye kadar maddenin davranışlarının bu yasalara tabi olduğu tespit edilmiştir. Maddenin doğa kanunlarına aykırı davrandığını ispat etmek ise aklen mümkün değildir (doğruluğundan bağımsız olarak). Varlığı ve mahiyeti doğru bir şekilde müşahede edilmiş bir fenomen, insanlar tarafından keşfedilmiş doğa kanunlarına dahil edilebilir. Nasıl ki Newton mekaniğinde maddenin davranışını tarif etmek üzere önerilen denklemlerin yetersizliği asırlar sonra fark edilip Einstein tarafından bu denklemler genişletilmiştir; benzer şekilde madde ve enerjinin anlam verilebilen veya verilemeyen her davranışı doğa yasalarına dahil edilebilir. Elbette bu tarz bir fenomenin fark edilmesi durumunda bilimsel yöntemin sağlıklı bir şekilde yürütülmesinin zorluğundan dolayı, bunun bilinen yasalara dahil edilmesi beklenemez. Ancak bunun teoride mümkün olmasının ne kadar önemli sonuçlar doğurabildiği ileride görülecektir.)
Not-4: (İster zamanla ister diğer durumlarla olsun, bu kanunların değişmesi ya da dönüşmesi de muhaldir. Mesela ilk 5 yıl "madde A şeklinde davranır", sonraki 5 yıl "madde B şeklinde davranır" olarak tabir edilen iki yasa, "madde ilk 5 yıl A, sonraki 5 yıl B şeklinde davranır" diyerek bir tek yasaya indirgenebilir. İnsanlar tarafından formalize edilen bu yasaların (eğer varsa) bir değişimden habersizce gerçeğin kendisi olarak kabul edilmesi ise insanların bir hatası olur ve realiteyi değiştirmez. 4. Not'ta örnek verilen Newton'un dinamik denklemlerinin izafiyet teorisinin ortaya çıkışından sonra düzeltilmeye muhtaç kalması da bu duruma bir örnektir.)
Madde için bir emir hükmünde olan bu tabiat kanunları ise mânadan gelir.(5) Mâna ise bu yazının esas kapsamı dışındadır.
Not-5: Bu kanunların maneviyata ait olduğu şöyle ispat edilebilir: Var olan her şey ya kendinden vardır ya da başka bir şeyin varlığı ile vardır. Madde kendinden var olsaydı ezelî olurdu. Madde ezelî olmadığına göre başka bir şeyin varlığı ile vardır. Varlık aleminde maddeden başka her şeye mâna dendiğinden, maddenin mâna ile kaim olduğu ispat edilmiş olur. Maddenin mâna ile kaim olması da maddenin varlık üzerinde hakiki bir tesiri olmadığını gösterir.
Maddenin bağlı bulunduğu kanunlar doğal bilimlerin (veya fen bilimlerinin) çalışma konusudur. Bu yasaların en önemli bir kısmını ise fizik bilimi araştırır.
Tabiat kanunlarının nasıl keşfedildiğinin anlaşılabilmesi için öncelikle Fizik biliminin nasıl çalıştığının bilinmesi gerekir. Fizik doğadaki gözlemlere dayalı olarak madde ve enerjinin davranışı ve birbiri ile etkileşimini araştıran, bilimsel yasa adında bu davranışlara ait hipotezleri formülleştirip, hipotezlerin doğruluğunu deneysel olarak test eden bir doğal bilimdir. Bilimsel yasalar genellikle matematiksel bir dille ifade edilir. Böylece matematiğin kesinliğinden yararlanarak diğer fenomenlerin tahmin edilmesi de kolaylaşır.
Fizik ve diğer bilimler özünde 'tahmin etmek' ve 'deney yapmaktan' ibarettir. Tahmin edilen bir hipotezin doğruluğu sadece deneysel olarak araştırılabilir. Fizik biliminde doğru bilgiye ulaşmak için kullanılan yegâne yöntem deney ve gözlemdir. Deney ve gözlemler ise hata içerebilir, böylece bilimsel sonuçlar hiçbir zaman kesin doğru olarak kabul edilmez.
Birçok insan içinde bulunduğumuz çağın bir eğilimi olarak, bilimsel sonuçların kesin doğru olduğunu zannederler.
Aksine bilimsel bilgilerin kesin yanlış olduğunu öne süren birisi daha isabetli bir iddiada bulunmuş olabilir.
Çünkü bilimsel sonuçlar doğrunun kendisi olmayıp sadece doğruya yeterince yakın olması hedeflenen bilgilerdir.
Kesin doğru bilgi ise fizik biliminde değil matematikte olur(6).
Belki bundan dolayıdır ki tarihin en önemli matematikçilerinden biri olan Kurt Gödel (1906-1978) deneysel bilimlere itimat etmediğini beyan etmiştir:
I don't believe in empirical science. I only believe in a priori truth.
Not-6: (Fizik biliminde matematiğin kullanılması fiziğin de kesin olduğunu ima etmez. Çünkü temeli çürük olan bir teorinin ulaştığı teoremler de geçersiz olmaya namzeddir.)
Bilimlerin asıl mahiyetinin daha iyi anlaşılabilmesi için fizikte yasaların nasıl bulunduğunu bir örnekle göstereceğiz. Elektromanyetik kuvvet formülünü keşfederken kendimizi hayal edelim. Bu süreç bir hikaye olarak tarif edilecek.
Temsile başlamadan önce, bilmemiz ve sahip olmamız gereken bazı şeyler mevcuttur. Newton'un ikinci hareket yasası olan \(F=m.a\) denklemi, kuvvetin kütle ve ivme çarpımına eşit olduğunu söyler. Bu yasanın bir ispatı yoktur, çünkü bu yasa kuvvetin tanımını ifade eder.
Elimizdeki keyfî bir objenin konumu ile kütlesini ve zamanı hassas bir şekilde ölçebildiğimizi varsayalım. Bu durumda gözlemlediğimiz herhangi bir objenin ivmesini ve kütlesini ölçüp etki altında olduğu net kuvveti hesaplayabiliriz. İlaveten istediğimiz bir parçacığı keyfî bir elektrik yükü ile yükleyebildiğimizi varsayalım.
“Sistemde sadece kendisi bulunan \(a\) isminde bir parçacığa \(q_a\) kadar yük verdiğimizde parçacık üzerinde bir hareket gözlemlenmedi. Daha sonra sisteme \(b\) isminde \(q_b\) ile yüklü bir parçacığı ilave ettiğimizde gördük ki iki parçacık da hareketlenmeye başladı. İki parçacığın hareketi gözlemlendiğinde aynı büyüklükte ve ters yönde bir ivmeye sahip olduklarını gördük. İkinci hareket yasasından yola çıkarak anladık ki bu elektrik yüklü parçacıklar birbirine elektromanyetik kuvvet uyguluyor.
Bu kuvvet neye eşit olabilir ki diye düşündük. Eğer kuvvet bir sabit ile orantılı yani \(F \propto k\) olsaydı yük miktarı değişince kuvvet aynı kalırdı. İki parçacığın da yükünün kuvveti değiştidiğini deneysel olarak gözlemledik. Bu yüzden \(F \propto k\) olamaz.
\(F \propto q_a+q_b\) olabilir mi acaba? Zannetmiyorum. Çünkü şu masadaki deney düzeneğine baktığımızda görünüyor ki, parçacıklardan bir tanesi bile yüksüz olursa kuvvet oluşmuyor. O halde \(F \propto q_a.q_b\) olabilir belki.
Parçacıkların yerden yükseklikleri olan \(h_a\) ve \(h_b\)'yi de bağımsız değişken olarak deneyelim. Belki kuvveti değiştiren bir etkiye sahiptir.
Birçok farklı bağımsız değişken ile deneyi tekrarladık ama başka bir etmen görünmüyor. O halde kuvvet sadece iki yükün çarpımı ile orantılı olmalı.
İki yükü çarptığımızda \(20\) \(C\) elde ettik. Kuvveti ise hesapladığımızda \(10\) \(N\) olarak bulduk. En iyisi kuvveti \(2 \frac{N}{C}\) ile çarpalım da formül tam denk gelsin. Böylece \(F=k.q_a.q_b\) olarak bulunmuş oldu (\(k=2 N/C\) olmak üzere).
Tam da "artık bulduğumuz elektromanyetik kuvvet denklemini bütün dünyaya ilan edebiliriz" diyecekken parçacıkları birbirinden fazla uzaklaştırdığımızda aslında denklemin tutmadığını fark ettik. Parçacıklar arasındaki mesafe kuvveti azaltıcı bir etkiye sahip olmalı. Onu da bir şekilde denkleme katabilirsek güzel olacak.
Sanırım başa döndük. Mesafe \(r\) olmak üzere \(F \propto \frac{q_a.q_b}{r}\) nasıl fikir? Yaptığımız deneylerde ilk başlarda sonuçlar uygun gidiyor diye düşünsek de hassas ölçümler yaparak gördük ki aslında kuvvet mesafenin karesi ile ters orantılı olmalı. O halde önce \(F \propto \frac{q_a.q_b}{r^2}\) deyip sonra \(k\) sabitinin birimini ve değerini baştan hesaplayalım. Sonunda \(F=k.\frac{q_a.q_b}{r^2}\) olarak denklemi bulmuş olduk. Yine bir yerde hata yoktur umarım.”
Elbette gerçekte elektromanyetik kuvvet denklemi bu şekilde bulunmadı ve bilimsel yöntem bu kadar rahatlıkla uygulanamadı. Ama bilim denilen disiplinin nasıl çalıştığının ve bu yasaların uzaydan gelmediğinin fark edilebilmesi için, normalde yapmayacağımız bir şeyi yaparak bir gerçeği informal olarak, hikayevî ve temsilî bir tarzda anlatmaya çalıştık. Sonunda ise anladık ki bilim aslında bilmez, bilim yalnızca tahmin eder. Bilimsel yasalarda matematikte olduğu gibi bir kesinlikten bahsetmek mümkün değildir.
Peki bilimler gerçekte doğrunun kendisine ulaştırmıyorsa, ve bir bilim olan fizik de kesin doğru değilse, bunlar ne anlama gelir? Tüm bildiklerimiz yalan mı? Elektron diye bir şey aslında yok mu?
Bu soruya cevap olarak şunu söylenebilir: Elektron yalnızca, belirli bir bağlam içinde eşyanın anlam verilemeyen davranışını tarif edebilmek için kullanılan bir matematiksel model ve bir kara kutudur. Gerçekte böyle bir şeyin var olup olmadığını bilmiyoruz, ki aslında bilmemize gerek de yoktur. Çünkü "eşya sıfatları ile kaimdir" ve amacımız sadece eşyanın davranışını (veya sıfatlarını) modellemekten ibarettir. Gerçekte elektron diye bir varlık olmayabilir, ancak bizim elektron olarak modellediğimiz şey aslında 5 tane 'felektron'un bir araya gelmesiyle oluşan bir 'kelektron' olabilir. Bunu belki hiçbir zaman bilemeyiz ama bilmemiz de zaten bize bir fayda sağlamayacaktır.
İşte bu yüzden bilimler yine de faydalıdır ve insanların bazı doğrulara ulaşmasını sağlar. Doğal bilimlerin belki en önemlisi olan fizik bilimi de bu işe yarar. Yoksa fizik gibi deneysel ve doğal bilimlerin tek başına felsefî veya metafiziksel sorulara cevap bulmak için kullanılamayacağını bilmek gerekir. Fizik bilimi "neden?" sorusuna asla cevap veremez, yalnızca "nasıl?" sorusuna cevap arar. Zaten -bir şekilde- olması gereken olayların sebepler dairesinde nasıl vuku bulduğunu anlamaya çalışır. Elektron ismini verdiğimiz modelin tarif ettiği davranışın aslında bir 'felektron', 'kelektron', veya bir 'melek'trona ait olması, fizik biliminin kapsamı dışında kalır. İşte insanların bilim adına bir türlü kavrayamadıkları bir şey budur.