Kafalar karışık: Teori mi yasa mı?

Her zaman olması gerektiği gibi, önce konunun temel taşlarını bilmek gerek. Buradaki temel taş, bilimsel yöntem. Öncelikle bilimsel yöntemin ne olduğunu anlamalıyız. Bilimsel yöntem, ilk olarak bir soru sormakla başlar. Mesela, “Elimdeki bardağı bıraktığımda ne kadar sürede yere düşüyor?”

Soruyu sorduktan sonra konuyla ilgili araştırma yapılır. Bu soru daha önce soruldu mu? Sorulduysa hangi olası cevaplar verilmiş? Bu cevaplar test edilmiş mi? Bu soruları sorup konuyu araştırmak, önceki bilim insanlarının yaptığı hatayı tekrar etmenizi engelleyip daha hızlı ilerlemenizi sağlar.

Araştırmadan sonra ise, test edilebilir bir hipotez geliştirilmeli. Mesela, “Eğer bu bardağı şu yükseklikten bırakırsam aşağıya şu kadar sürede düşer” gibi...

Sonrasında bu hipotezi test edeceğiniz bir deney yapmalı ve veri toplamalısınız. Topladığınız veriler hipotezinizle örtüşmüyorsa, yeni bir hipotez geliştirmelisiniz. Geliştirdiğiniz hipotezle deneylerin sonucu örtüşene kadar bunu yapmaya devam etmelisiniz.

Diyelim ki yaptığınız deneyler, hipotezinizi doğruladı. Bu durumda hipoteziniz bir teoriye mi dönüşmüş oldu? Hayır. Peki bir yasaya mı dönüşmüş oldu? Hayır. 'Teori' veya 'yasa' diyebilmeniz için, farklı bilim insanlarının sizden ve birbirlerinden bağımsız olarak deneyi tekrarlaması ve sizinle aynı sonucu bulması gerekir.

Hipotez yeterince test edilip doğrulandıktan sonra, teori mi yoksa yasa mı olacağı, en başta sorduğunuz sorunun doğasına bağlı olarak değişir.

'Yasa' ne demek?

Öncelikle 'yasa' kavramını ele alalım. Yukarıdaki örnekte ele aldığım soruyu cevaplayan 'hipotez', bilimsel aşamaların sonunda Newton’un kütle çekim kanununa dönüşmüştü. Önemli olan nokta şur: Burada ne ve nasıl soruları soruldu. Newton iki cismin birbirine uyguladığı kuvveti matematiksel olarak ifade etmesine rağmen, bu çekimin neden kaynaklandığını cevaplandıramadı. Kütle çekiminin doğasına ihtiyaç olmadan, sadece formüller kullanılarak insanlık uzay yolculukları yapmayı başardı.

Toparlayacak olursam, 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.

Canlıların zamanla değişim geçirmesi de bir olgudur, yasadır. Gökadalar bizden ne kadar uzaksa, o kadar hızlı uzaklaşır. Bu da Hubble ve Lemaitre’nin ortaya koyduğu bir yasadır. Bu yasaları, doğa gözlemleri ortaya çıkarır.

'Teori' ne demek?

Bilimsel anlamda teori kelimesinin, günlük hayatta kullanılandan çok daha farklı bir anlamı var. Gün içinde söylediğimiz “Benim şöyle bir teorim var” cümlesi, bilim dilinde “Benim bir hipotezim var” anlamına gelir. Yani sadece bir fikriniz vardır. Bu fikrinizin teori ya da yasa olabilmesi için, bütün bilimsel aşamaları tamamlamanız gerekir. (O yüzden bundan sonra risk almadan “Benim bir fikrim ya da hipotezim var” deyip geçin.)

Newton kütle çekim yasasını bulduktan sonra Einstein, “Evet ama neden?” diye sordu ve bir fikir üretti. Einstein’in fikri şuydu: Uzay aslında eğimli bir yapıya sahiptir. Her kütle uzayı belirli bir oranda büker, tıpkı gergin bir bezin üzerine 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 etkileşimini tahmin etti. Tahmin ettiği bu formül, Newton’unkiyle uyumluydu, sadece Newton’un formülüne ufak bir düzeltme gerekliydi. Bu düzeltme o kadar ufaktı ki, 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. Newton kanunları günümüzde hala uzay araçlarının ve gezegenlerin hareketini tanımlamada başarılı sonuçlar veriyor.

Einstein teorisini ortaya koyduktan sonra çeşitli bilim insanları bu teoriyi yüksek hızlar ve yüksek kütleler için test etti ve etmeye devam ediyor. Bu teori şimdiye kadar hep doğru sonucu verdi. Yapılan deneyler teoriyi destekledikçe, teori her geçen gün daha da güçlendi. Burada dikkat edilmesi gereken nokta şu: Teorinin kendisi asla test edilemez. Bunu şu anlamda söylüyorum: Biz uzayın bir çarşafa benzeyip benzemediğini direkt 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 Clark Maxwell, hem elektrik hem de manyetik özelliklere sahip bir dalganın hızını kağıt üzerinde hesapladı. Bu değer, gerçekte ışığın hızıydı. Maxwell, hiçbir deney ve ölçüm yapmadan ışığın hızını sadece kağıt üzerinde hesapladı. İşte bu bilimsel yöntemin mucizesi! Teorinin gücü, içerdiği matematik ve mantıktan geliyor.

Başka bir örnek... Binyıllardan beri evrenin sabit olduğu düşünülürken, Hubble ve Lemaitre gökadaların bizden ve birbirlerinde uzaklaştığını keşfetti. Üstelik bu uzaklaşma rastgele değildi, daha uzak gökadalar daha hızlı uzaklaşıyordu. Teorik fizikçiler bu gerçeği göz önünde bulundurarak, "Madem her gökada birbirinden uzaklaşıyor; demek ki zamanı geriye sararsak, hepsi birbirine yaklaşır ve tek bir noktada toplanır" hipotezini ortaya attılar. "Evren tek bir noktadan genişleseydi şimdi nasıl olurdu?" sorusunun cevabını araştırdılar. Yine matematik ve mantığın muazzam gücünü kullanarak fikir 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 ve eşit sıcaklıkta gelen bu ışıma, Büyük Patlama Teorisini için güçlü bir kanıttı. Kanıtlar bununla da kalmadı, 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 olmayacak, ancak teorik bir büyük patlamanın ortaya çıkaracağı sonuçları günümüz teknolojisiyle 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 değil. Bir gözlem bir teoriyle uyuşmadığında, bazen sadece ufak bir düzeltme gerekir. Bazen de teori çok geçmeden bilimsel çöplüğe atılır.

Yeni bir teorinin bilim dünyasında kabul görmesi için,yapılan tüm gözlemleri eski teoriden daha doğru ve basit şekilde açıklayabilmesi gerekir. Takdir edersiniz ki bu durumun defalarca ama defalarca test edilip onaylanan teorilerin başına gelmesi oldukça zayıf bir olasılık.

Bilim ve astronomi hakkında ufuk açıcı ve doğru bilgiler edinmek istiyorsanız, aşağıdaki hesapları takip edebilirsiniz. Bilimle kalın!

• gokorion.com
• instagram.com/gokorion
• twitter.com/gokOrionn

Ayşegül Şen
ODTÜ Bilgisayar Mühendisliği ve Fizik bölümü öğrencisi
aaysegulsenn@gmail.com