Bilim İnsanları

[BeyForuM]

Johann Gregor Mendel



"Bilim adamı" deyince çoğumuzun gözünde laboratuvarda deneylerine gömülmüş, ak önlüklü, gözlüklü biri canlanır. Oysa bilimin öncüleri arasında çalışmasını kum üzerinde (Arşimet), eğik kulede (Galileo), çiftlikte (Newton), doğa araştırma gemisinde (Darwin), patent bürosunda (Einstein) yapanları biliyoruz. Bilim düşünsel bir etkinliktir; yeri laboratuvarla değil, zekâ, imgelem ve istenç gücüyle sınırlıdır. Bunun çarpıcı bir örneğini çalışmalarını aralıksız yirmi yıl manastır bahçesinde sürdüren keşiş Mendel vermiştir.



Genetik biliminin kurucusu Gregor Mendel, Avusturya imparatorluğuna dahil Çekoslavakya'da yoksul bir köylü çocuğu olarak dünyaya gelir. O zaman kırsal kesimde hâlâ bir tür derebeylik düzeni egemendi. Topraksız köylüler için boğaz tokluğuna ırgatlık dışında fazla bir seçenek yoktu; tek kurtuluş yolu belki de eğitimdi.







Ne var ki, eğitim de çoğunluk ilkokulla sınırlı kalmaktaydı; daha ilerisi için halkın parasal gücü yoktu. Herkes gibi Gregor'un da doğuştan alın yazısı babası gibi rençber olmaktı. Ama hayır, bu çocuk düzenin koyduğu engeli aşacak, kendine özgü kararlılık içinde yeteneğini ortaya koyacaktı. İlkokuldaki başarısı göz kamaştırıcıydı. Öğretmenlerinin ısrarı üzerine aile, sonunda çocuğun orta öğrenimi için izin verir. Gregor, evinden uzakta altı yıl bir yurtta yetersiz bakım ve beslenme koşullarına göğüs gererek okur; ama, acısını uzun yıllar çekeceği yorgun, cılız ve sağlıksız bir bedenle mezun olur.



Mendel daha öğrencilik yıllarında bilimin büyüsüne kendini kaptırmış; özellikle botanik yoğun ilgi alam olmuştu. Fakat yüksek öğrenim onun için ulaşılması güç bir hayâldi. Burs olanağı yoktu; kız kardeşinin bağışladığı çeyizi de yeterli olmaktan uzaktı. Mendel için bir tek yol vardı: Bir katolik manastırına girmek. Avusturya'da botanik müzesi, bahçe bitkileri ve zengin kitaplığıyla ünlü Brünn Manastırı Mendel için "ideal" bir öğrenim merkeziydi.



Yirmibeş yaşında "papaz" unvanını alan Mendel'in asıl özlemi hiç değilse bir ortaokulda öğretmen olmak, araştırmaları için daha elverişli bir ortam bulmaktı. Bu amaçla girdiği sınavda yeterli görülmez. Üniversite öğreniminden yoksun kalmış olması önemli bir handikaptı. Genç papaz umudunu yitirmemiştir.



Viyana Üniversitesi'nde dört sömestr fizik ve doğal tarih öğrenimi gördükten sonra şansını yeniden dener. Ama yine başarılı görülmez. Sınav kurulu önyargılıdır; kendine özgü değişik bir tutum sergileyen genci anlamaktan uzak kalır. Adayın özellikle evrim ve kalıtıma ilişkin görüşleri bağışlanır gibi değildi. Mendel için artık manastıra çekilip araştırmalarını bahçe bitkileri üzerinde sürdürmekten başka çare kalmamıştı.



Canlılarda özelliklerin kuşaktan kuşağa geçişi, Mendel'in sürgit ilgi odağını oluşturan konuydu. Herkes yeni doğan bir yavrunun atalarının özelliklerini taşıdığını biliyordu. Dahası, kimi yavrunun daha çok anaya, kimi yavrunun da daha çok babaya çektiği gözden kaçmıyordu. Ancak bilinen bu olayların "bilimsel" diyebileceğimiz bir açıklaması yoktu ortada.



Mendel bezelyeler üzerindeki deneylerine öyle bir açıklama bulmak için koyulmuştu. Çalışmasını, bu amaçla seçtiği 22 çeşit bezelyenin boylu-bodur, sarı-yeşil, yuvarlak-buruşuk,... gibi 7 çift karşıt özellikleri üzerinde yoğunlaştırır.



Örneğin, boylu ve bodur çeşitlerim çapraz döllediğinde ilk kuşak melez ürünün tümüyle boylu olduğunu saptar. Melez ürünü kendi içinde dölleyerek elde ettiği ikinci kuşak ürünün büyük bir bölümünün boylu, küçük bir bölümünün ise bodur olduğu görülür (aşağıdaki şekile bakınız!). Mendel iki çeşit arasındaki oranı hesaplar: 1064 bitkinin yaklaşık 3/4'ü boylu, 1/4'ü bodurdur. Örneklem büyüklüğünden kaynaklanan olası hatayı göz önüne alan Mendel, oranı 3:1 olarak belirler (Boylu faktörü B, Bodur faktörü b ile gösterilmiştir).
Kaynak: BeyForuM http://www.beyforum.net/forum/bilim/6074-bilim-insanlari.html#post6670













Şekilde belirlenen durumun iyi anlaşılması için birkaç noktanın açıklık kazanması gerekir:



(1) Döllenmede boylu ve bodur bezelyelerin hangisinin dişi, hangisinin erkek olduğu, sonucu etkilememektedir. Başka bir deyişle özelliğin belirlenmesinde boylu erkek, bodur dişi çift ile bodur erkek, boylu dişi çifti eşdeğerdir.



(2) Dişi ya da erkek her canlı her özellik için biri başat, diğeri çekinik iki faktör taşır. Bezelye örneğinde, ilk kuşaktaki Bb melezinde ortaya çıkan B başattır, gizli kalan b çekiniktir.



(3) Dişi ve erkekte her üreme hücresi faktörlerden yalnızca birini taşır; öyle ki, her yavru iki faktörle dünyaya gelir. Kuramın bu temel ilkesine "Mendel'in ayırım yasası" denmiştir.



(4) İlk kuşaktaki melez (Bb) yavruların tümüyle boylu olması, faktörlerin döllenmede kaynaşmadığı, başat ya da çekinik her faktörün bireysel kimliğini koruduğunu gösterir. Nitekim ikinci kuşakta faktörlerin BB, Bb, bB ve bb olarak çıktığını görüyoruz.



"Mendel'in bağımsız çeşitler" diye bilinen bu yasası yavruların kimi kez ana ve babaya değil, geçmişteki atalarına benzeme olayım da açıklamaktadır. Şöyle ki, kuşaktan kuşağa gizil kalan çekinik faktörlerin birbiriyle birleşip ortaya çıkma olanağı vardır. Aynı şekilde yavrunun ana babadan birine daha çok benzemesi de başat ve çekinik faktörlerle açıklanan bir olaydır (Bağımsız çeşitler yasasını kısaca şöyle dile getirebiliriz: Döllenmede iki cinsiyetin her birinden gelen tek faktörler birbiriyle bağımsız ve rastgele birleşirler).



Mendel başka bitkiler üzerinde yaptığı deneylerden de aynı sonucu almıştır. Daha sonra, biyologların böcek, balık, kuş ve memeliler üzerinde yürüttükleri deneyler de onun genetik teorisini doğrulamıştır.



Mendel teorisi, evrim kuramının başlangıçta açıklamasız bıraktığı kimi önemli noktalara da ışık tutmuştur. Evrimi doğal seleksiyonla açıklayan Darwin de herkes gibi ana-baba özelliklerinin yavruda bir tür kaynaştığını varsayıyordu. Oysa bu doğru olsaydı, doğal seleksiyonla üstünlük kazanan özelliklerin kuşaklar boyu zayıflama sürecine girmesi gerekirdi.



Örneğin, çok hızlı koşan bireyle koşma hızı normal bireyin çiftleşmesinden doğan bireyin (yavru) koşma hızı ikisi arasında olacak, sonraki kuşaklarda fark daha da azalarak kaybolmaya yüz tutacaktır. Darwin de bunun böyle olmadığının farkındaydı. Kaynaşma varsayımı ne kimi yavruların ana babadan yalnızca birine benzemesi olayıyla, ne de ara sıra görüldüğü gibi, beklenmedik bir özellikle dünyaya gelme olayıyla bağdaşmaktaydı. Özelliklerin önceki kuşak veya kuşaklardan olduğu gibi ve ayrı birimler olarak yavruya geçtiği düşüncesi, Mendel kuramının getirdiği bir açıklamadır.



Mendel, kuramını 1865'te bilim çevrelerine sunmuştu. Ancak Mendel hayatta iken ilgi çekmeyen kuramın önemi, otuz beş yıl sonra kavranır. Hugo de Vries ve Weismann gibi bilim adamlarının çalışmaları olmasaydı Mendel'in devrimsel atılımı belki de daha uzun süre gün ışığına çıkmayacaktı.



Genetik teorisi, evrim kur***** yeni bir boyut kazandırmakla kalmamış, günümüzde olumlu olumsuz çokça sözü edilen "genetik mühendisliği" denen bir çalışmaya da yol açmıştır.



James Watt



Gerçekten, kömür madeni işletmecilerinin böylesine masraflı bir makineyi kullanmaları için birer "Krezüs" olmaları ya da başlarının çok sıkışması gerekiyordu. Bu makine aslında üretilen malın yüksek bir oranını yutmaktaydı. Şikâyetler çoktu ama, yapımcılarının elinden bir şey gelmiyordu. O günün teknik imkânlarına göre makine 'azami' derecede geliştirilmişti ve artık olduğu gibi kabullenmekten başka çıkar yol yoktu.



Buhar makinesinde teknik kendine düşeni yapıp bitirmişti. Bundan sonra gelişme ancak bilimin başarabileceği bir işti. Çünkü şu ya da bu parçanın geliştirilmesi değil, makinenin bütünüyle bilimsel yönden ele alınıp gözden geçirilmesi gerekmekteydi.



Bilimin bu tür bir icada karışması, şimdiye kadar anlattıklarımızdan da anlaşılacağı gibi, sık görülen bir olay değildi. Çünkü rasyonel yöntem, bilimin bir dalından ötekine ağrr ağır geçiyordu. Eski Yunanda geometri bilimi, etkisini mimaride hemen göstermişti. Akropol bunun en açık örneğidir. Kepler, Galile ve Newton zamanında astronomi bilimi etkilerini büyük coğrafi keşiflerde ve bunların getireceği siyasal, ekonomik ve toplumsal değişimlere yol açan gemicilikte gösterdi, işte şimdi bilim üçüncü defa etkisini göstermek üzereydi: Galile, Toricelli, Pascal, Otto von Gerioke, Boyle ve Mariotte ile 'gazların dinamiği' bilimi doğuyordu.





Bilimsel düşüncenin bu üçüncü icadı, uygarlık alanında ötekilerden de büyük bir devrim yaratacaktır. Çünkü birincisinin sanatı ve Hellen düşüncesini geliştirmesine, ikincisinin okyanuslararası geniş çapta ticareti ve İngiltere'nin üstünlüğünü sağlamasına karşılık, üçüncüsü, sanayi ve *****ik uygarlık çağını açacak, kapitalist burjuvaziye ve bilimsel düşünceye yepyeni bir hız verecektir.



1756'dan beri Glasgow Üniversitesinde bir kimya ve tıp dersleri vermekte olan Joseph Black (1728-1799), o tarihte tanınmış bir bilim adamıydı. Doktora tezi, ilk keşfinin "karbonik gaz"ın tanıtımı olmuştu. Konferansında o gün, başka bir keşfinden, "ısı ve gaz"dan söz ediyordu.



Toricelli'den Mariotte'a kadar birçok fizikçiler sayesinde "gaz teorisi"nin geliştiği o günlerde "ısı" üzerine henüz pek az şey bilinmekteydi. Buz neden erir? Su ısındıkça neden buharlaşır? Maddeler katı, sıvı ya da gazken neden durum değiştirirler? O güne kadar rasgele cevaplar verilen sorulardı bunlar.



İlk akla yakın düşünceyi ileri' süren Fransız fizikçisi Guillaume Amontons (1668-1705) oldu. Amontons'a göre bütün maddelerde "kalorik" denilen ve ölçülemeyen bir akışkan madde bulunmaktaydı Maddelerin değişmeleri, bu 'kalorik'in az ya da çok miktarda bir araya gelmesinden oluşuyordu. Bu ölçülemeyen esrarlı akışkanlığa bugün rahatça 'saçma' diyebiliriz; ama bunun verimli deneylere yol açan bir varsayım olduğunu da unutmamalıyız. Gerçekten de, Amontons'un "kalorik" hakkındaki bu varsayımı, altmış yıl sonra Black'in deneylerine temel olacak ve Watt makinesini icat eder etmez de uygulama alanına girecektir.



Black'in ilk gözlemi şu oldu: Belli miktardaki bir kısım maddelerin sıcaklığını bir derece yükseltmek için değişmeyen bir miktarda ısı vermek gerekmektedir. Bu, o maddenin "özgül ısı"sıdır. Black bundan sonra "o" derecede buz ve sıvı suyun 'özgül ısı'sını oranladı. Buzu eritmek için verilecek ısının, sıvı suyun ısısını bir derece yükseltecek sıcaklıktan 79.5 kat fazla olduğunu gördü. Bu da, buzun sıvı sudan çok daha fazla ısı depo ettiğini, katı hale gelirken bu ısıyı salıverdiğini kanıtlıyordu.
Kaynak: BeyForuM http://www.beyforum.net/forum/showthread.php?p=6670



Bilgin, daha sonra su buharında da buna benzer bir oluşumun varlığını gözlemledi. 99 derece suyu, 100 dereceye yükseltmekle buharlaştırmak aynı şey değildi. Birincisi için 1 derece ısı yeterliyken, ikincisi için, 537 derece ısı gerekmekteydi. Başka bir deyimle, bir gram suyu 1 dereceden 100 dereceye getirmek için 100 kalori yeterken, 100 dereceden, buhar haline getirmek için 537 kalori vermek gerekiyordu. Bu da, buhar elde etmenin ısıtmaktan kat kat pahalı olduğunu göstermekteydi.



Prof. Black, bunları Glasgow Üniversitesinde anlatırken, sıralardan birinde oturan James Watt adlı bir. işçi de;, harıl harıl not alıyordu.



James Watt, Üniversitenin ve doğrudan Prof. Black'ir koruması altındaydı. Durumu, aynı zamanda ortaçağ loncalarının ayrıcalıklarını XVII. yüzyılda bile hâlâ nasıl savunduklarına tipik bir örnektir. James Watt, 19 Ocak 1736'da İskoçya'da, Glasgow'dan 30 km uzakta, Greenock'da doğmuştu. Çocukluktan babasının atölyelerindeki gemicilikle ilgili kronometre, pusula, oktan ve sekstan gibi araçlara ilgi duymaya başladı Bu hevesi, büyüdükçe arttığından ailesi' onu ayarlı araçlar yapımcılığını öğrenmesi için Londra'ya' göndermeye karar verdi.



Loncalardan 'protesto' sesleri ta o zamandan yükselmeye başladı. Watt'ın bağlı olduğu lonca, çıraklarını üyeleri arasından alır ve yedi yıllık bir çıraklık dönemini gerekli sayardı. Bu, Watt’ın işine gelemezdi, çünkü ailesinin mali" durumu, bir an önce hayata atılıp para kazanmasını gerektiriyordu. Bir yıllık bir çalışmadan sonra Glasgow'a döndü; ve ayarlı araçlar satan bir dükkân açmaya karar verdi.



Loncalar ikinci defa karşısına dikildiler; mesleğin bütün aşamalarından geçmemiş bir kimsenin dükkân açmaya hakkı yoktu. Üniversite ona yardım elini uzatmasaydı genç adam açlıktan ölmeye mahkûmdu. Üniversite onu "matematik araçlar yapımcılığına atadı.



Şimdi Watt'ın hayatı yepyeni bir düzene girmişti. Bir yandan fizik laboratuvarındaki araçların onarılmasıyla uğraşıyor, öte yandan da, büyük ilgi duyduğu Prof. Black'in konferanslarını izliyordu. Böylece 1763'te ilk olarak Newcomen'in makinesiyle karşılaştı. Makineyi onardıktan sonra fizik laboratuvarına geri vermeden önce işleyişini bir süre şaşkın seyretti. Makine kesik kesik çalışıyor. Birkaç hareketten sonra bütün buharı harcadığından duruyor, kazan yeniden buhar yapıncaya kadar çalışmadan kalıyordu. Üstelik çok buhar harcıyordu.



Genç İskoçyalı, böylesine obur bir makinenin ne kadar masraflı olduğunu görünce bunun "nedeni"ni bulmayı aklına koydu Prof. Black'in derslerinin ve kendi kişisel deneylerinin ışığı altında araştırmalara girişti. İşe, belirli miktarda kömürün ne hacimde buhar sağladığını bulmakla başladı. Böylece Black'in dediği gibi, masrafın büyük kısmı, suyun 100 dereceye yükseltilmesinden değil, buharlaşması için gereken 537 kat fazla kaloriden ileri geliyordu. Önce kömür gibi pahalı bir maddenin israf edilmesinin önüne geçmek, sonra da ısının kaybolmasını önlemek gerekiyordu.



Watt işe, kazan, silindir ve boruları da içine almak üzere bütün makinenin ısısını saklayıcı tedbirler almakla başladı. Ancak, bu tedbirlerin beklediği sonucu vermediğini hemen gördü. Her piston hareketinde silindirin içine soğuk su fışkırıyor ve bunun sebep olduğu ısı düşüşü yetmiyormuş gibi, sıvılaşma da tam olmuyordu. Sıvılaşmadan sonra su 75 derece dolayında duruyor, silindirde pistonun düşmesini engellemeye yetecek kadar, yarım atmosferlik bir buhar basıncı kalıyordu. Dolayısıyla kaybedilen güç yüzde elliyi buluyordu.



Bunun tek çaresi, buharı mümkün olduğu kadar sıcak ve sıvılaştırıcı suyu da mümkün olduğu kadar soğuk tutmaktı. Watt, bu işlemler için iki ayrı kabın kullanılması gerektiğini düşündü. Silindiri "kalorifüj" (ısıyı koruyan) tedbirlerle sıcak tutmaya, sıvılaşacak buharı da "kondansör" (soğutucu) adını verdiği özel bir kaba göndermeye ve orada rahatça soğutmaya karar verdi.



Silindirin bir tarafının açık olmasının da soğumayı hızlandırdığını gördü. Bunu önlemek için, pistonun iki tarafının da kapatılarak yalnız piston kollarının geçmesine yarayacak kadar delikler bırakmak gerekiyordu. Ancak, bu yeniliğin de bir sakıncası vardı; pistonun iki yanının da kapatılması sonucu içeri hava girmediğine göre, pistonun itilmesi konusunda hava basıncına güvenilemezdi. Genç mucit, bu sakıncayı, hava basıncı yerine pistonun her iki yanma da buhar alarak giderdi. Basınç, böylece ortadan kaldırılıyor, piston denge düzenleyicisinin öteki koluna asılı tulumba kollarının ağırlığı tarafından itilerek harekete geçiyordu.



Watt'ın getirdiği başlıca değişiklik, icadının bir "hava makinesi" değil, bir "buharlı makine" olmasaydı. Hava burada hiçbir rol oynamıyordu. İtici güç buhardı ve Newcomen'in makinesindeki yarım atmosfere karşılık, bir buçuk atmosferlik bir güç yaratmaktaydı.



Watt, maden ocaklarından su boşaltmaya yarayan makinesinin ilk 'prototip'ini 1769'da meydana getirdi. Gerekli sermayeyi Birminghamlı bir sanayici olan Doktor Roebuck vermişti. İlk makineye "tek etkili" dendi; çünkü iki piston hareketinden yalnız biri itici güce sahipti. Bununla birlikte makine, yıllar süren çabaların ürünüydü, Watt bu uğurda bütün varını yoğunu tüketmiş, üstelik Black ve başkalarına da 300.000 frank borçlanmıştı. Uzun, acılı ve umutsuz bir dönemden sonra Birminghamlı sanayici, Matthew Boulton'la (1728-1809) tanışması Watt'ın hayatının bütün gidişini değiştirdi. Bu adam dinamik ve açıkgözdü, üstelik iyi hesaplanmış ve kâr getirmesi beklenen bir iş oldu mu tehlikeyi göze almaktan çekinmezdi. Watt’ın "ateşli tulumba"sının Newcomen'inkinden daha güçlü ve ekonomik olması nedeniyle ona üstün gelmesi gerektiğini hesaplayarak Watt'la ortak olup bunların yapımına girişti. Böylece, 1775 Mayısında Sanayi Devrimi'nin de kaderi belirlenmiş oldu.



Önsezisi Boulton'u aldatmadı. Maden ocakları işletmeleri yeni makinenin satışındaki uygun şartların da yardımıyla, art arda ısmarlamaya başladılar. Watt böylece borçlarını ödeyebildi ve üç-beş kuruş para sahibi oldu. Ortağı onu yeni bir tasarıyla etkilememiş olsaydı hayatından memnun, eseriyle yetinip kalacaktı.



Watt'ın "ateşli tulumba"sı madenlerden su çekmek için meydana getirilmiş makinelerin, kuşkusuz, en mükemmeliydi ama, başka alanlara da uygulanmaz mıydı? Denge düzenleyicisinin hareketleri tulumba kolundan başka bir şeyi de harekete getirebilir miydi? Wilkinson makinesini dökümhane körüğüne uygulamıştı. Onlar da bir *****ik testere, bir hadde makinesi, dokuma tezgâhı ya da bir değirmene bağlayamaz mıydı? Kısacası "ateşli tulumba" hayvan gücü, hidrolik çark ya da yel değirmeni gibi, hatta onlardan daha geniş alanlarda uygulanan bir "motor" sistemi haline getirilemez miydi?



Bunun için, önce bu tulumbanın belli başlı bir kusurunu gidermek gerekiyordu. Makine, ancak piston indiği zaman itici güç meydana getirmekteydi. Bu durumuyla düzensiz işleyen bir araçtı. Madenlerden su çıkartma işinde büyük bir sakınca olmamakla birlikte, bir araç-makinede büyük bir kusurdu bu. Yani Boulton'un önerdiği alanlarda kullanılabilmesi için pistonun her iki hareketinin de itici güç doğurması gerekmekteydi.



Watt, 1780'de yeniden işe koyuldu. Çözüm ilke olarak kolaydı: Buharın, pistonun her iki yanına da etki yapmasını sağlamak gerekiyordu. Watt, pistonun iki yanına da buhar göndermeye ve kullanılmış buharı kondansöre itmeye yarayacak bir aygıt düşündü. Hareketlerin düzenli ve sürekli olması için demirden ağır bir düzenteker ekledi. Buharın her iki yana eşit dağılımını sağlayacak bir bilyalı regülatör koydu. Bu regülatör günümüze kadar 'ters tepkili' makinelerde kullanılmaktadır.



Werner Heisenberg



Bilim tarihinde yüzyılımızın ilk çeyreği devrimsel atılımların biribirini izlediği fırtınalı bir dönemdir. Planck'ın kuvantum, Einstein'ın relativite kuramları, Rutherford'un atom modeli bu atılımların başlıcalarıdır.



Bohr'un 1913'de ortaya koyduğu kuvantum atom modeli 1920'lerde özellikle genç fizikçilerin ilgi odağı olmuştu. Ne var ki, bu model sorunsaldı; önemli kimi noktalara ışık tutmakla birlikte yeterince belirgin ve tutarlı olmaktan uzaktı. Üstelik, Bohr'un "kuvantum yörüngeleri" dediği şey için ortada deneysel kanıt da yoktu. Elektronların çekirdek çevresinde döndüğü, güneş sistemine bir benzetme olmakla kalan bir varsayımdı.



Modeli kimi yönleriyle yetersiz bulan genç fizikçilerin başında De Broglie, Pauli, Heisenberg, Schrödinger ve Dirac gibi çalışmalarıyla daha sonra ünlenen seçkin adlar vardı. Bunlar arasında en büyük atılımın Heisenberg'den geldiği söylenebilir.



Heisenberg yirmi dört yaşında iken oluşturduğu matris *****ik ve kendi adıyla bilinen belirsizlik ilkesiyle atom fiziğine yeni bir kimlik kazandırır, 1932'de Nobel Ödülünü alır.



Fizikçi arkadaşları arasında sezgi gücüyle tanınan Heisenberg, daha okul yıllarında, ders kitaplarında yer alan görsel modellere kuşkuyla bakmıştı. Bohr modelini bile pek inandırıcı bulmamıştı. Özellikle modele dayanan varsayımlardan, görsel imgelerden kaçınıyordu. Atom, modellerde işlendiği gibi karmaşık değil, basit bir yapıda olmalıydı. Bohr ile karşılaşmak, tartışmak aradığı bir fırsattı.



Bu fırsat çıktığında delikanlı Münich Üniversitesi'ndeki öğrenimini keserek Göttingen'e koşar. Bohr bir sömestr için Göttingen Üniversitesi'ne konuk öğretim üyesi olarak çağrılmıştı. Atom fiziğinin önde gelen bir kurucusuyla tanışmak kaçırılacak bir fırsat değildi. Heisenberg dikkatli bir dinleyiciydi; ama sırası geldiğinde, doyurucu bulmadığı noktaları belirtmekten, dahası Bohr'u düpedüz eleştirmekten geri kalmıyordu. Bohr bu iddialı gencin olağanüstü yetenek ve coşkusunu farketmekte gecikmez; sömestr sonunda onu Kopenhag Teorik Fizik Enstitüsü'ne katılmaya davet eder.



Üniversiteyi bitirir bitirmez, seçkin genç fizikçilerin toplandığı Enstitü'ye katılan Heisenberg'in sorguladığı temel nokta şuydu: Bohr modelinde öngörüldüğü gibi elektron devindiği yörüngeyi nasıl "seçmekte", dahası bir başka yörüngeye sıçramadan önce titreşim frekansını nasıl "belirlemekteydi"? Bohr varsaydığı bu davranışı açıklamasız bırakmıştı. Onun yaptığı sadece Planck'ın kuvantum sabitini uygulamaktı.



Bohr'a göre, atomun dengesini koruması, Planck sabitinin enerjiyi sınırlama ve düzenleme etkisiyle gerçekleşmekteydi. Ama bu argüman doyurucu bir açıklama getirmiyordu.



Elektronun çekirdek çevresinde devinen, sıradan bir parçacık olduğu savı da dayanaksızdı. Gerçi Bohr'un atomik olgulara Planck sabitini uygulaması yerinde bir yaklaşımdı; çünkü kuvantum teorisi klasik *****ikten daha yeterli sonuç vermekteydi. Ancak bu teorinin birtakım sorunlar içermediği demek değildi.



Heisenberg varsayımlar ve görsel modeller yerine, doğrudan deneysel verilere dayanan matematiksel bir dizge arayışı içindeydi. Öncelikle kimi saptamaların göz önünde tutulması gerektiğine inanıyordu.



Örneğin, atom içinde kaldığı sürece elektrona ilişkin tahmin ötesinde fazla bir şey bilmediğimiz, ama atom dışındaki davranışına ilişkin elimizde epey deneysel veri olduğu; yine, ivmeli devinen bir elektrik yükü olarak elektronun, elektro-manyetik radyasyon saldığı, salınan radyasyonun frekansının deviniminin yinelenme frekansıyla daima aynı olduğu. (Elektronun radyo antenindeki iniş-çıkış deviniminin frekansının salınan radyasyon frekansıyla aynı olması buna gösterilebilecek bir örnektir.); öyleyse, elektronun atom içinde de ivmeli devinen bir elektrik yükü olduğu koşuluyla, radyasyon saldığı, salınan radyasyon frekansının, devinimin yinelenme frekansıyla aynı olduğu söylenebilirdi. Ne var ki, elektronun bir yörüngede devindiği varsayımına göre hesaplandığında bu beklenti doğrulanmamıştır.



Bu türden kimi olumsuz sonuçlar Bohr'u yörüngeler arasında "sıçrama" hipotezine götürmüştü. Buna göre, sıçramada yiten enerji, salınan radyasyonun frekansını belirlemekteydi. Tek elektronlu olan hidrojen atomunda bu beklenti doğrulanmaktaydı. Ama "sıçrama" düşüncesi yörünge varsayımını içeriyordu; oysa ortada yörüngelerin varlığını gösteren hiç bir kanıt yoktu.



Öte yandan, yukarda örnek olarak aldığımız radyo anten olayı da yadsınamazdı. Gerçi Bohr'un teorisine dayanan kimi öndeyilerin bu olaya uyduğu bir durumdan söz edilebilir. Şöyle ki, elektron çekirdekten uzakta, geniş bir yörüngede devindiğinde varsanan sıçrama enerjisi sıfıra yakındır. Atomun dış sınırında elektronun yörüngeyi tamamlama frekansı beklenen sonuca uymakta, yani, yörüngesel frekans radyasyon frekansına eşit çıkmaktadır.



Bohr "karşılık" (correspondence) dediği yöntemiyle atom dışından atom içi spektruma gidilebileceğini göstermişti. Heisenberg yeterince ussal bulmadığı bu yöntem yerine bu gidişi daha mantıksal bir yöntemle gerçekleştirmeyi önermekteydi. Ona göre spektral kod ancak böyle çözülebilirdi.



Heisenberg çözüm için aradığı ipucunu klasik devinim yasalarında bulabileceğini düşünür. Bilindiği gibi, bir gezegenin aldığı yolu belirlemek için, gezegenin belli bir andaki konumunu belirleyen nicelikle momenti (kütle x hız) çarpılır. Öyleyse olasıdır ki, atom düzeyinde de bir frekans çöküntüsüyle bir başka frekans çöküntüsünün çarpımı bize aradığımızı versin!



Ancak Heisenberg'in frekanslara ilişkin ortaya koyduğu simgelerin kullanımı değişik bir çarpım tablosu gerektirmekteydi. Heisenberg farkında olmaksızın "matris cebir" denen bir sistemin kimi kurallarını yeniden keşfetmişti. Hocası Max Born'un yardımıyla aradığı teorinin (kuvantum *****iğin) matematiksel temelini oluşturmakta artık gecikmeyecekti.



Aslında oluşturulmakta olan yeni sistem, bir bakıma, klasik *****iği andırmaktaydı; şu farkla ki, klasik *****iğin simgesel sözlüğü "konum", "moment" ve devinime ilişkin diğer nicelikleri dile getirirken, yeni *****iğin simgeleri atomik verileri temsil ediyordu. Matris cebir, klasik *****iğin yetersiz kaldığı atomik problemlerin çözümüne elveren bir yöntemdi.



Ne var ki, başlangıçta Heisenberg hayal kırıklığına uğramaktan kurtulamaz; yeni yöntemle hidrojen spektrumunu hesaplama başarısız kalmaktaydı. Ama çok geçmeden onu umutsuzluktan kurtaran bir gelişmeyi fark eder. Fizikçi arkadaşı Pauli'nin bulduğu "dışlama" (exclusion) ilkesi geliştirmekte olduğu teoriye önemli destek sağlamaktaydı. (Pauli'nin çalışması atomik spektraya ilişkin gözlemlere dayanıyordu. Bu gözlemler çoğunluk biribirinden farklıydı.



Pauli bu gözlemlerin hepsi için geçerli bir açıklama arayışındaydı. Bulduğu açıklayıcı ilke şuydu: Herhangi bir elementer parçacıklar sisteminde, örneğin, atom kapsamındaki elektron topluluğunda, hiçbir iki parçacık aynı biçimde devinmez, ya da, aynı enerji durumunda olmaz.)



Bu basit ilke yalnız elektronlar için değil, ilerde keşfedilenlerle birlikte atom-altı tüm parçacıklar için geçerliydi. Üstelik bu ilke, Bohr'un atom modelinde bir bakıma elyordamıyla yaptığı bir sınırlamayı (elektron davranışları üzerindeki sınırlamayı) da anlamlı kılıyordu.



"Pauli dışlama ilkesi" diye bilinen buluş Heisenberg'e teorisini tamamlama yolunu açmıştı. Artık, Bohr'un "karşılık" yöntemini yetkin mantıksal bir dizgeye dönüştürebilirdi. Spektral kod çözüm aşamasına ulaşmış, kuvantum *****ik doğmuş demekti. Tam bu sırada beklenmeyen, dahası, şaşkınlık yaratan yeni bir gelişme ortaya çıkar: Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger matris cebirine başvurmaksızın atomik spektrayı, dalga olayına uygulamaya elveren bir diferansiyel denklemle çözümler. Böylece, klasik fizik yasalarıyla çelişkiye yol açan kuvantum kurallarına gerek kalmadan atomun kesintili enerjisi açıklanabilmekteydi.



Schrödinger'in dalga denklemi, "enerji bölümleri" düşüncesinin fizikte yarattığı uyumsuzluğu gidermeye yeterli görünmekteydi. Kuvantum düşüncesi fiziğin temel ilkelerinden biri olan neden-sonuç bağıntısını dışlamaktaydı; öyle ki, kesin öndeyilere olanak yoktu. Öndeyiler olasılık çerçevesinde yapılabilirdi, ancak. Oysa Schrödinger dalga *****iğiyle, bu tür sakıncalara yol açmaksızın, atom-altı düzeydeki tüm olguları açıklayabileceği inancındaydı.



Örneğin, dalga *****ik formülü kara-cisim radyasyonuna ilişkin gözlem verilerine Planck formülü ölçüsünde uygun düşmekteydi. Ona göre, madde dalgasal bir olaydı; "elementer parçacık" diye nitelenen şey, aslında, dalgaların biribirini pekiştirdiği küçücük uzay bölgelerinden başka bir şey değildi. Sıçrama fikrine gerek yoktu.



Şimdi yanıtlanması gereken soru şuydu: dalga *****iği gerçekten fiziği eski bütünlüğüne kavuşturuyor muydu? "Kuvantum" kavr***** artık gerek kalmamış mıydı? Bohr ve Heisenberg'e göre buna olanak yoktu. Çünkü elektron ister yörüngede devinen bir parçacık olarak düşünülsün, ister bir dalga titreşimi olarak algılansın, kesintilik gözardı edilemez, sıçrama varsayımından vazgeçilemezdi. Kaldı ki, dalga dilinde bile sıçrama düşüncesinin, üstü örtük de olsa, var olduğu söylenebilirdi.



Öte yandan başta Max Planck, de Broglie olmak üzere kimi fizikçiler Schrödinger'i desteklemekteydi. Bu, de Broglie için doğaldı, çünkü atom fiziğinde dalga düşüncesi ondan kaynaklanmıştı. Oysa, Max Planck öncüsü olduğu kuvantum teorisine ters düşen bir yaklaşıma arka çıkmaktaydı. Ne var ki, Planck yaratılıştan tutucu bir kişiydi; kurduğu teorinin sonraki gelişmelerinde ortaya çıkan "aykırılık"ları, özellikle nedensellik ilkesinden uzaklaşmayı içine sindirememişti. Öyle ki, Schrödinger'e fiziği içine düştüğü bunalımdan kurtaran bir kahraman gözüyle bakıyordu.



Fizik dünyası bir ikilemle karşı karşıyaydı. Bir yanda parçacık kavr***** dayanan kuvantum *****iği, öte yanda parçacık kavramını hiç değilse, dışlayan dalga *****iği: aynı olgu kümesini açıklamaya yönelik biribirine ters düşen iki teori!



Bu arada, Bohr'un esnek bir tutum içine girerek iki teoriyi bağdaştırma girişimi de ilginçtir. Belki de atomu ve bileşenlerini ne salt parçacıklar ne de salt dalgasal birimler olarak düşünmek doğruydu. Belki de doğru olan, iki teorinin de sınırlı bir geçerliliğe sahip olduğunu söylemekti. Dahası, alternatif açıklamalar getirmeleri, iki teorinin bağdaşmazlığı anl***** alınmamalıydı.



Bohr bu tür olasılıklar üzerinde dururken, Heisenberg iki teori arasında bir uzlaşmaya olanak tanımıyordu. Ona göre atomun dalga yapısını gösteren herhangi deneysel bir kanıt yoktu. Gerçi sıradan deneylerimize aykırı düşen elementer parçacıkları somut maddesel değil, soyut nesneler olarak algılamak yerinde bir yaklaşımdır. Ancak, bu soyut nesnelerin davranışlarını betimlemede birtakım varsayımlara değil, ölçülebilir deneysel sonuçlara bağlı kalmak gerekir.



Heisenberg, önerdiği matris *****iğin bu nitelikte bir dizge olduğu savındaydı. Belli fiziksel bir olgu ya parçacık, ya da, dalga kavramıyla açıklanabilirdi, ikisiyle birlikte değil! Doğa biribirine ters düşen iki kavrama aynı bağlamda elveren bir çelişki ya da karışıklık içinde olabilir miydi?



Sıkıntı bir ölçüde gene Heisenberg'in ortaya koyduğu bir ilkeyle, "belirsizlik ilkesi"yle giderilir. Bu ilke, belli tanımlar arasındaki bir ilişkinin matematiksel türden dile getirilmesidir. Kasaca şöyle demektedir: belli bir anda, konum ve momentin birlikte ölçümünün en az Planck sabiti kadar bir belirsizlik taşıması kaçınılmazdır: . Başka bir deyişle, konum ve moment biribirinden bağımsız değişkenler değildir; birini tam belirleme diğerini belirsiz bırakır.



Klasik fizikte ölçülen değişkenler Planck sabitine (h) görecel olarak çok büyük olduğundan öyle bir belirsizlik söz konusu değildir. Oysa atom-altı düzeyde önemli bir sayı olan Planck sabiti (h), bildiğimiz anlamda belirleme kesinliğine olanak vermemektedir. Tüm belirlemeler istatistiksel türden ortalamalar olarak yapılabilir.



Heisenberg'in belirsizlik ilkesi kuvantum *****iğinin genel bir dizge niteliği kazanmasında anahtar işlevi görür.



Şimdi sorulabilir: Konum ve moment değişkenlerinin eş-zaman ölçümünü olanaksız kılan şey nedir? Bu olayda Planck sabitinin rolü nedir? Daha da önemlisi, belirsizlik ilkesi bilgi arayışının sınırlaması anl***** mı gelmektedir?



Klasik fizikte konum, hız, frekans vb. değişkenler üzerindeki deney ve ölçmelerin bu değişkenleri etkilemediği varsayımına dayanılır. Oysa bu varsayım atom-altı düzey için geçerli değildir. Planck sabitinin çok önemli olduğu bu düzeyde, deneysel araç ve düzenlemelerin ölçmeye konu bu değişkenleri bir şekilde etkilemesi kaçınılmazdır. Orta-boy düzeyde bu etki önemsizdir. Atom-altı düzeyde ise en küçük etki bile çok önemlidir.



Örneğin, bu düzeyde fotoğraf çekiminde salınan ışık, sonucu büyük ölçüde değiştirilebilir. Bu demektir ki, belirleme yöntemimizin etkisi belirlediğimiz nesne veya sürecin ayrılmaz bir parçası olmaktadır. Öyleyse, algıladığımız şey algımız dışında salt nesnel bir gerçekliği yansıtmamaktadır. Peki bunun araştırmaya bir sınır koyduğu söylenebilir mi?



Bu soruyu yanıtlamak için Heisenberg'in belirsizlik ilkesinin anlamını iyi kavramak gerekir. Atom-altı düzeyde ilişkilerini nedensel olarak belirlemeye çalıştığımız değişkenler (konum, momentum, vb.) biribiriyle karşılıklı dışlaşma içindedirler. Biri belirlendiğinde diğeri belirsizlik içine düşer. Bu yüzden, yetersiz belirlemeyle yetinmek koşuluyla, bir tür nedensel bir bağıntı kurulabilir. Bir deneyde konum tam saptanırken bir başka deneyde momentin tam saptanması yoluna gidilebilir. Kuvantum *****ikte olasılıklara yönelik istatistiksel belirleme yöntemi matematiksel sembolizmin özünü oluşturmaktadır.



Atom fiziğinde, Heisenberg gibi, görsel model yaklaşımının karşısına çıkan bir başka genç fizikçi de Paul A.M. Dirac'tı. Heisenberg ile Schrödinger'in biribirinden bağımsız atılımlarına bir üçüncüsünü Dirac ekler. Kuvantum *****ikte, klasik *****iğinin ve p ile simgelediği konum ve momentum nicelikleri yerine frekans çöküşleri konmuştu.



Bu teoride, bildiğimiz aritmetik kurallarının tersine pxq ile qxp aynı şeyler değildi. Çarpımda çarpan ile çarpılanın sırası sonucu değiştirmekteydi. Dirac başlangıçta hemen herkesi şaşırtan bu terslikte, klasik fizik yasalarıyla henüz belirsiz kalan atomik yasalar arasındaki temel farkın ipucunu bulur. Şöyle ki, pxq ile qxp çarpımları arasındaki farkı biliyorsak, ayrıca bu farkın tüm gözlemlerde değişmediği doğruysa, o zaman, klasik *****ikteki herhangi bir denklemi atomik bir denkleme kolayca dönüştürebiliriz.



Bu temel noktaya parmak basan Dirac, aradığı matematiksel aracı "Poisson parantezleri" denen teknikte bulur. Dirac bu tekniği Heisenberg dizgesine uyguladığında, beklentisi doğrultusunda, pxq ile qxp'nin farkını belirler ve bu farkın değişmezliğini saptar. Böylece Poisson parantezleri tekniği kullanılarak herhangi bir klasik denklemin kuvantum *****iğine ait eşdeğer bir denkleme dönüştürülebileceği gösterilir. Sonuç, klasik *****iğin yapısal bütünlüğünü kazanan yeni bir *****ik demekti.



Dirac'ın ulaştığı bu sonuca, çok geçmeden, değişik bir yoldan Max Born da ulaşır: Heisenberg ve Schrödinger *****ikleri üzerindeki tartışmalarla çalkalanan fizik dünyası bir üçüncü *****ikle yüzyüze gelir.



Ne var ki, görünümdeki tüm farklara karşın, temelde, üç *****ik eşdeğer nitelikteydi. Örneğin Dirac *****iğinin de paylaştığı Heisenberg çarpım kuralının Schrödinger *****iğince de içerildiği söylenebilir.



Bu yakınlığın Dirac'ın attığı yeni bir adımla daha da pekiştiğini görmekteyiz: Dirac özel relativite kavramlarından yararlanarak Schrödinger dalga denklemini değişik bir biçimde ortaya koymayı başarır. Yeni denklem elektronun "spin" denen bir özellik taşıdığını içeriyordu. Eldeki deneysel veriler de öyle bir özelliğin varlığını kanıtlayıcı nitelikteydi. Ancak, Dirac'ın oluşturduğu relativistik dalga *****iği önemli bir başka savı daha içeriyordu: elektron ve diğer elementer parçacıkların karşıt bir parçacıkla ikiz bir çift olduğu. Ne var ki, "pozitron" denen pozitif elektron ile diğer bazı karşıt parçacıkların kimliği belirleninceye dek, Dirac'ın bu hipotezi ciddiye alınmamıştı.



Şimdi "kuvantum *****iği" diye bildiğimiz teori, başlangıçta farklı yaklaşımlardan doğan sıraladığımız üç gelişmeyi eşdeğer "versiyon" olarak kapsamında tutmaktadır. Ama hemen belirtmeli ki, kuvantum *****iği ulaştığı ileri gelişmişlik düzeyine karşın bugün de birtakım "kalıtsal" diyebileceğimiz güçlüklerden yeterince arınmış değildir.



Giderek yoğunlaşan deneysel çalışmalarla toplanan verilerin daha tutarlı ve kapsamlı bir teori gerektirdiği açıktır. Dirac'ın son konuşmalarından birinde belirttiği üzere o çapta kuramsal bir atılım için yeni bir Heisenberg'in gelmesini bekleyeceğiz.



İbn-i Sina



Felsefe, matematik, astronomi, fizik, kimya, tıp ve müzik gibi bilgi ve becerinin çeşitli alanlarında seçkinleşmiş olan, İbn-i Sinâ (980-1037), matematik alanında matematiksel terimlerin tanımları; astronomi alanında ise duyarlı gözlemlerin yapılması konularıyla ilgilenmiştir.



Astroloji ve simyaya itibar etmemiş, Dönüşüm Kuramı'nın doğru olup olmadığını yapmış olduğu deneylerle araştırmış ve doğru olmadığı sonucuna ulaşmıştır. İbn-i Sinâ'ya göre, her element sadece kendisine özgü niteliklere sahiptir ve dolayısıyla daha değersiz metallerden altın ve gümüş gibi daha değerli metallerin elde edilmesi mümkün değildir.







İbn-i Sinâ, *****ikle de ilgilenmiş ve bazı yönlerden Aristoteles'in hareket anlayışını eleştirmiştir. Aristoteles, cismi hareket ettiren kuvvet ile cisim arasındaki temas ortadan kalktığında, cismin hareketini sürdürmesini sağlayan etmenin ortam, yani hava olduğunu söylüyor ve havaya, biri cisme direnme ve diğeri cismi taşıma olmak üzere birbiriyle bağdaşmayacak iki görev yüklüyordu.



İbn-i Sinâ, bu çelişik durumu görmüş, yapmış olduğu gözlemler sırasında hava ile rüzgârın güçlerini karşılaştırmış ve Aristoteles'in haklı olabilmesi için havanın şiddetinin rüzgârın şiddetinden daha fazla olması gerektiği sonucuna varmıştır. Oysa bir ağacın yakınından geçen bir ok, ağaca değmediği sürece, ağaçta ve yapraklarında en ufak bir kıpırdanma yaratmazken, rüzgâr, ağaçları sallamakta ve hatta kökünden kopartabilmektedir; öyleyse havanın şiddeti, cisimleri taşımaya yeterli değildir.



İbn-i Sinâ, her şeyden önce bir hekimdir ve bu alandaki çalışmalarıyla tanınmıştır. Tıpla ilgili birçok eser kaleme almıştır; bunlar arasında özellikle kalp-damar sistemi ile ilgili olanlar dikkat çekmektedir. Ancak, İbn-i Sinâ dendiğinde, onun adıyla özdeşleşmiş ve Batı ülkelerinde 16. yüzyılın ve Doğu ülkelerinde ise 19. yüzyılın başlarına kadar okunmuş ve kullanılmış olan "el-Kânûn fî't-Tıb" (Tıp Kanunu) adlı eseri akla gelir.



Beş kitaptan oluşan bu ansiklopedik eserin birinci kitabı, anatomi ve koruyucu hekimlik, ikinci kitabı basit ilaçlar, üçüncü kitabı patoloji, dördüncü kitabı ilaçlarla ve cerrahi yöntemlerle tedavi ve beşinci kitabı ise çeşitli ilaç terkipleriyle ilgili ayrıntılı bilgiler vermektedir.



İbn-i Sinâ'nın söz konusu eseri incelendiğinde, konuları sistematik bir biçimde incelediği görülür. Tarihte ilk defa, tıp ve cerrahiyi iki ayrı disiplin olarak değerlendiren İbn-i Sinâ, cerrahi tedavinin sağlıklı olarak yürütülebilmesi için anatominin önemini özellikle vurgulamıştır. Hayati tehlikenin çok yüksek olmasından ötürü pek gözde olmayan cerrahi tedavi ile ilgili örnekler vermiş ve ameliyatlarda kullanılmak üzere bazı aletler önermiştir.



Gözle de ilgilenmiş olan İbn-i Sinâ, döneminin seçkin fizikçilerinden İbn-i Heysem gibi, Göz-Işın Kuramı'nı savunmuş ve üst göz kapağının dışa dönmesi, sürekli beyaz renge veya kara bakmaktan meydana gelen kar körlüğü gibi daha önce söz konusu edilmemiş hastalıklar hakkında da ayrıntılı açıklamalarda bulunmuştur.