Kuantum Fiziği,Görelelik ve Doğanın Diyalektik Anlayışı

[xena]

Bilim ve Teknik Dergisi'nin sürekli okuyucusuyum. Ama bu kadar iyi bir yazı okumadım. Sizlerle paylaşmak istiyorum:

"Enerjinin kuantalar (küçük parçacıklar) haline gelebildiğinin bulgulanması, kütle ve enerjinin eşdeğerliliği alanın da maddesel özellikte, maddenin somut biçimlerinden biri olduğunu göstermektedir. Şimdi klasik fiziğin görüş açısından alışılageldik madde imgesinin “kaybedildiği” ve madde üzerine felsefi spekülasyonların yapıldığı en hassas bölüme gelmiş bulunuyoruz.

Felsefi bir ironiyle de belirtmek gerekirse, maddenin sonsuz değişim özelliği ve hareketsel özellikleri içerisindeki kavranışıyla maddenin aldığı somut biçimlere göre maddeye ilişkin yorumlarımızda olabilecek değişmelerin kısaca doğaya ilişkin materyalist diyalektik kavrayışımızın özünü ve onu evrensel düzeyde genelleştirebilmemizin temellerini buluruz bu noktada.

Parçacıkların içsel enerji durumu; durgun kütle ve kinetik enerji gibi birinden diğerine, diğerinden öbürüne sıçramalı geçişler yapabilme ve bir ve aynı şeyin iki ayrı görünümü olarak ortaya çıkan parçacık ve dalgasal hareket özelliklerinin bilinmesi, maddeye ilişkin bilgimizi derinleştirip doğadaki hareketin diyalektiğinin daha derin bir kavranışına da ulaştırmaktadır bizi.

Modern fiziğin alan kavramına giden bulgular, 19. yüzyılın ikinci yarısında Faraday, Maxwell, Hertz’in yürüttüğü çalışmaların sonuçları olmuştur. Bu çalışmalar, klasik fizikten modern fiziğe geçişte bir köprü oluşturmaktadır. Alan kuramı, elektromanyetik dalgalar ve genel görelilik kuramıyla kütleçekimsel alanların bulunması sonucu alan kavramının içeriğinin genişlemesiyle modern fiziğin temel taşlarından birisi haline gelmiştir.

Öncesinde, bir mıknatısın, elektrikli bir cismin, kütleli bir cismin çevresinde manyetik alan, elektrik alanı, kütle çekimi alanının varlığı bilinmekle birlikte bu onların çevresiyle sınırlıydı. Uzay boşluğunu ise esir (ether) denilen akışkan bir tözün doldurduğu varsayılıyordu; ısı, ışık, elektrik titreşimlerinin olabilmesi için böylesi bir ortamın olması zorunluydu! Değişen elektriksel ve manyetik alanların birbirleri üzerindeki etkisi, aradaki bağın kuruluşuyla elektromanyetik alan teorisine geçiş yapılmıştır. Alanın yapısını anlamamızı sağlayan, onu matematiksel olarak tanımlayan Maxwell denklemleridir. Maxwell, manyetik alan ile elektriğin bağını kurarken elektriğin devinimine zorunlu olarak bağlı olmayan bir yer değişim akımının varlığını buldu. Kutuplanma dolayısıyla ortaya çıkan serbest elektrik yüklerinin devinimlerinden ayrı olarak elektrik alanı değiştiğinde de boşlukta varlığını sürdürüyordu. Bir kaynaktan yayılan elektrik yükü dursa bile yükün alanı durgun elektriksel alan durumuna gelmekle birlikte, öncesindeki salınımın yarattığı dalgalar yayılagider. Elektromanyetik dalga boş uzayda yayılır.

Noktasal parçacıkların uzaktan etkileşiminden ya da birbirleriyle çarpışmalarından farklı, elektromanyetik dalgaların sürekli varlığını göstermekteydi Maxwell’in bulgusu. Dolayısıyla artık esire de bir gereksinme yoktu ve özel görelilik kuramıyla bu tümden ortadan kalktı.

Alan kavramı içeriksel olarak giderek gelişmiştir. Kütleçekim alanı, çekirdekteki kuvvetli ve zayıf etkileşimi sağlayan alan parçacıkları ve alanlar, elektromanyetik etkileşimle çekirdekteki zayıf etkileşim arasındaki bağın kuruluşu, elektrozayıf etkileşim bilinmektedir. Doğadaki parçacıklar arasındaki etkileşimi sağlayan alan parçacıklarını ve alanları bilmekteyiz. Elektromanyetik alan ve etkileşimi sağlayan alan parçacığı fotonlar, kütleçekimsel alan ve etkileşimi sağlayan alan parçacığı gravition, çekirdekteki kuvvetli etkileşimi sağlayan gluonlar ve zayıf etkileşimi sağlayan W, W-, Z0 bozonları bilinmektedir. Kuvvetli ve zayıf etkileşimler çekirdekle sınırlı, elektromanyetizma ve kütlesel çekimin erimleri ise sınırsızdır.

Alan maddesel özelliktedir. Fakat alanı alışılagelmiş madde imgesi içerisinde kütleye indirgenmiş bir şekilde tanımlayamayız. Burada yol gösterici olacak olan kütle ve enerjinin eşdeğerliğidir, “Enerjinin kütlesi vardır ve kütle enerjiyi cisimlendirir.” Parçacık yapı ve özellikleri açısından ise kütleli olmak ya da kütlesiz olmak kendi başına bir ayrım oluşturmamaktadır, çekirdekteki etkileşimi sağlayan kütleli parçacıklar da bulunmaktadır. Fakat kütle, enerji arasındaki ayrım görelileşmektedir. Azalan kütle ile parçacıkların alana, alanın da parçacıklara dönüşmesi olmaktadır. Şimdi bu konuyu Fiziğin Evrimi kitabından yapacağımız bir alıntıyla görelim.

“Önümüzde iki gerçeklik var: Madde ve alan. Günümüzde 19. yüzyılın başlarındaki fizikçiler gibi, bütün fiziği madde kavramı üzerine kurulu olarak düşünemeyeceğimiz söz götürmez. Şimdilik her iki kavramı da kabul ediyoruz. Maddeyi ve alanı, bağımsız ve farklı iki gerçeklik olarak düşünebilir miyiz? Belirli bir madde taneciği varsa, onun varlığının bittiği ve gravitational alanın başladığı yerde belirli bir yüzey bulunduğunu, biraz bönce de olsa, göz önüne getirebilirdik. Bu tasarımda, alan yasalarının geçerli olduğu bölge, maddenin bulunduğu bölgeden ayrılmaktadır. Peki ama, maddeyi ve alanı ayırt etmenin fiziksel ölçütleri nelerdir? İlişkinlik (relativity) teorisini öğrenmeden önce bu soruyu şöyle yanıtlayabilirdik: Maddenin kütlesi vardır, oysa alanın kütlesi yoktur. Alan enerjinin varlığını, madde ise kütlenin varlığını gösterir. Ama biliyoruz ki bu yanıt, bu arada edindiğimiz bilgilerin ışığı altında yetersizdir. İlişkinlik (relativity) teorisi bize şunu öğretti: Madde, çok büyük bir enerji birikimini ve enerji de maddeyi temsil eder. Bu yolu izleyerek madde ile alanı birbirinden nitel olarak ayırt edemeyiz; çünkü madde ile enerji arasındaki fark, nitel bir fark değildir. Enerjinin en büyük kesimi maddede yoğunlaşmıştır; ama taneciği kuşatan alanda da enerji vardır. Yalnız, bunun niceliği, maddedekinin niceliği ile karşılaştırılamayacak kadar küçüktür. Bundan ötürü şöyle diyebilirdik: Madde, enerji yoğunluğunun çok olduğu, alan ise enerji yoğunluğunun az olduğu yerdir. Ama bu böyle ise o zaman madde ile alan arasındaki fark, nitel bir fark olmaktan çok nicel bir farktır. Madde ile alanı birbirinden büsbütün farklı iki nitelik saymanın hiç anlamı yoktur. Alan ile maddeyi kesinlikle ayıran belirli bir yüzey düşünemeyiz.”(*) (Fiziğin Evrimi, A. Einstein, L. Infeld, sf. 207-208)

Enerjinin kütlesi vardır ve kütle enerjiyi cisimlendirir. Azalan kütle ile parçacıklar alana, alan da parçacıklara dönüşebilmektedir. Modern fiziğin bu bulguları, dünyanın maddeselliğini hiçbir boşluk bırakmayacak şekilde kanıtlamakta, enerjizm vd. onu yadsıyan tüm idealist görüşleri temellendiren çökertmektedir.

Madde, özlü tanımıyla bilinçten bağımsız olarak varolan ve bilinçte yansıyan objektif gerçekliği belirten felsefi kategoridir. Maddeyi, aktardığımız bölümdeki alan örneğinde olduğu gibi onun herhangi bir somut formuyla ya da kütle, enerji özellikleriyle karıştırmak yanlıştır. Enerjizm doğadaki bütün görünümleri maddilikten yoksun olarak enerjideki değişmelerle açıklamaktaydı. Enerji de maddilikten yoksun olarak görülüyor ve buradan idealist görüşlere felsefi taban oluşturuluyordu. Dolayısıyla, enerjizm salt fiziksel alanda bir indirgemecilik değil sözde bilimsel bir dayanak yaratılarak maddesel gerçekliğin idealist felsefi düzeyden yadsınmasıydı. Bundan dolayı, Mach atomların varlığını kabul etmedi. Enerjinin küçük parçacıklar haline gelebildiğinin bulgulanmasıyla enerjizm taraftarlarının felsefi görüşlerine temel oluşturan argümanlar çöktü.

Azalan kütle ve parçacıkların alana, alanın ise parçacıklara dönüşmesinin bulgulanması, maddenin enerjiye ya da enerjinin maddeye dönüşümü olarak yorumlanıp sonraki dönemde enerjizme dayanak yapılmaya çalışılmıştır. Kütle ve enerjinin karşılıklı bağıntısını gösteren E=mc2 formülü bu görüşe teorik dayanak olarak gösterilmektedir.

Metafizik görüş enerjiyi ruhsal saymaktaydı, daha önce gösterdiğimiz gibi matematiksel olarak belirlenebilir olmakla birlikte çok önemsiz olduğundan kütlesiz enerji durumundaki elektromanyetik alan parçacığı fotonun kütleleri diğer parçacıklara dönüşebilirliği kanıtlandıktan sonra enerjizmin metafiziksel idealist görüşlerine dayanak olarak ileri sürebileceği hiçbir şey kalmamaktadır. Modern fizikteki en son gelişmeler, maddenin aldığı somut biçimler ve sonsuz dönüşüm içerisinde ve en elemanter halleriyle de göstermektedir ki, madde bilinçten bağımsız olarak vardır ve bilinçte yansıyan maddenin objektif gerçekliğidir.

Öte yandan, aktardığımız bölümde ifade edilen “Madde kavramını bir yana bırakıp katıksız bir alan fiziği kuramaz mıyız?” soru ve yaklaşımı üzerinden oluşturulan görüş, keza kimi kuantum fizikçilerinin söylediği “Tüm fizik kuantum fiziğidir” gibi yaklaşımlar kuşkusuz indirgemeci ve yanlıştır. Bu tür görüşler yeni bir bilimsel buluş üzerinde perspektif genişletme, önceki görüşlerimizin yeni bulgu ile birlikte gözden geçirilmesi açısından anlamlıdır. Alan kuramı, fizikte Newton sonrasındaki en önemli bulguyu ifade eder. Onu izleyen özel ve genel görelilik kuramları, kuantum kuramı fizikte büyük sıçramalara yol açarak doğaya ilişkin bilgimizi genişletip derinleştirmişlerdir. Doğadaki temel kuvvetlerin bağıntılandırılarak “Büyük Birleşik Kuram”da bağıntılandırılması için yürütülen çalışmalar (sicim kuramları) yeni bir sıçrama eşiğinde olunduğunu gösteriyor. Kuantum fiziği, nükleer fizik, kuantum mekaniği, kuantum optik, moleküler kimya, biyogenetik, evren bilimi gibi pek çok alanda yeni gelişmelerin önünü açmış, bilinen kimi şeylere de açıklık ve derinlik kazandırmıştır ve bu sürmektedir. (Örneğin, kimyasal elementlerin periyodik tablosunun temeli, kimyasal bağın yapısı, moleküler kimya anlaşılmış, modern kuantum kimyasının temelleri atılmıştır.) Bilimler düzeyinde bir yakınlaşma ve iç içelik, görelileşme, birini diğerinden ayırabilme güçlüğü doğmaktadır. Bu dünyanın maddeselliğinin, hareket halindeki madde kavrayışının ve sonsuz çeşitlilikte ve çeşitli somut formlar içerisinde dönüşebilir madde gerçekliğinin bilimsel düzeydeki yansımasıdır. Bilimsel gelişimin, doğabilimlerinin çeşitli dallarındaki ilerlemenin sonucudur. Öte yandan bu aynı zamanda niteliksel olarak birbirinden farklı sonsuz çeşitlilikte maddesel düzeylerin olduğunu, keza maddenin niteliksel olarak birbirinden farklı hareket formlarına sahip olduğunu da göstermektedir. Maddenin birbirinden nitelikçe farklı form ve hareket düzeylerini varlığa indirgemelere olanak tanımaz. Maddenin somut bir formu, bir özelliği maddenin hareket biçimlerinden birisi ve bunlara dayalı bir doğa yasası bütünü açıklayamaz. Bu hem temel farklılıkların hem de diğer özgüllüklerin gözardı edilmesi, fazlasıyla basitleştirmedir."

[xena]

Alıntı:

İlişkinlik (relativity) teorisi bize şunu öğretti: Madde, çok büyük bir enerji birikimini ve enerji de maddeyi temsil eder. Bu yolu izleyerek madde ile alanı birbirinden nitel olarak ayırt edemeyiz; çünkü madde ile enerji arasındaki fark, nitel bir fark değildir. Enerjinin en büyük kesimi maddede yoğunlaşmıştır; ama taneciği kuşatan alanda da enerji vardır. Yalnız, bunun niceliği, maddedekinin niceliği ile karşılaştırılamayacak kadar küçüktür. Bundan ötürü şöyle diyebilirdik: Madde, enerji yoğunluğunun çok olduğu, alan ise enerji yoğunluğunun az olduğu yerdir. Ama bu böyle ise o zaman madde ile alan arasındaki fark, nitel bir fark olmaktan çok nicel bir farktır. Madde ile alanı birbirinden büsbütün farklı iki nitelik saymanın hiç anlamı yoktur. Alan ile maddeyi kesinlikle ayıran belirli bir yüzey düşünemeyiz.”(*) (Fiziğin Evrimi, A. Einstein, L. Infeld, sf. 207-208)