Bilmeniz Gereken Devrim Niteliğinde 10 Bilimsel Teori

Bilim insanları doğanın ve evrenin genel olarak nasıl çalıştığını tanımlamaya çalışırken bilimsel yasalara ve teorilere güvenirler. Bilimsel bir yasa genellikle matematiksel bir ifade ile yazabildiğimiz, olguların gözlenebilen veya algılanabilen davranışlarına ve olgular arası ilişkilere ait genellemelerdir. Ancak, bilimsel teoriler; doğal olgulara ve bu olgular arası ilişkilere ait açıklamalar yapılan çıkarımlardır. Bilimsel bir teoriyi çoğu zaman bir denkleme indirgeyemezsiniz, ancak bunlar doğanın nasıl çalıştığına dair temel bir şeyi temsil eder.

Bu yazıda, bildiklerinizi tazelemeniz için devrim niteliğindeki 10 bilimsel yasa ve teoriye bakacağız. Devrim niteliğindeki teoriler; yeni uygulamanın önceki düşünsel sistemlerin çözemediği problemleri alt etmesiyle başarıya ulaşmıştır. Liste elbette sınırlıdır. Yine de bilgilerimizi tazelememiz açısından faydalıdır.

10. Enformasyon – Bilgi Teorisi

Claude Shannon, 1948

Claude Shannon,

Tam olarak devrim niteliğinde bir teori denemez, çünkü öncesinde; yıkıp yerine yenisinin inşa edileceği bir teori yoktu. Fakat Shannon; elektronik iletişim ve bilgisayar bilimini içeren diğer birçok devrim niteliğindeki teorinin gelişmesine matematiksel bir temel sağlamıştır.

Shannon, bilginin ne olduğunu matematiksel terimlerle tanımlamıştı. Bu sayede birbirinden farklı iletişim biçimleri olarak görülen telgraf, telefon, radyo ve televizyon tek bir çerçevede birleşti. Bu zamandan sonra kendisi de “Bilgi çağının Magna Car­ta’sı” olarak tanınmaya başladı. Günümüzdeki tüm sayısal iletişim teknolojileri; uydu iletişimleri, cep telefonu şebekeleri, internet, hepsi, Shannon’un bilgi teorisine dayanarak geliştirilmişlerdir.

Detay: Claude Shannon’un Kurucusu Olduğu Bilgi Teorisi Nedir?


9. Oyun Teorisi

John von Neumann ve Oscar Morgenstern, 1944

Oyun teorisi, çeşitli durumlarda insanların nasıl davranacağını inceler. İnsanların oyunlarda diğer bir deyişle yaşantılarında nasıl karar verdiğini açıklamaya çalışır. Bu esnada matematik, oyuncuları analiz etmek ve kararlarının sonuçları tahmin etmek için bir araç olarak faydalıdır.

Oyun teorisi tarihinde birçok katkıda bulunan kişi olsa da, modern analizin John von Neumann ile başladığı ve metodolojik çerçevesinin John Nash tarafından sağlandığı yaygın olarak kabul edilmektedir. Amerikalı matematikçi John Nash, oyun teorisi üzerine yaptığı çalışmalar sonucunda 1994 yılında Nobel Ekonomi ödülünü kazanmıştır.

Matematikçi John von Neumann bir tarafın kaybettiğini diğerinin kazandığı “iki kişilik sıfır toplamlı oyun”a dayanan oyun teorisinin öncüsüdür. 1944 yılında John von Neumann ve ekonomist Oskar Morgenstern tarafından yayınlanan Theory of Games and Economic Behavior adlı kitap ise, oyun teorisinin disiplinler arası bir araştırma alanı olarak yaygınlaşmasını sağlamıştır. 

Detay: Oyun Teorisi Bilmeniz, Doğru Adımlar Atmanızı Sağlayabilir!


8. Oksijenli Yanma Teorisi

Antoine Lavoisier, 1770ler

Antoine Lavoisier

Lavoisier, oksijeni keşfetmedi, ancak maddelerin yanmasına sebep olan gazın oksijen olduğunu ortaya çıkardı. Böylelikle de Lavoisier, yaygın olan Filojiston teorisini alt etmiş ve modern kimyanın gelişimine ortam hazırlamıştır. 

Filojiston kelimesi kelimesi Antik Yunancada ateş anlamına gelir. Bu kurama göre yanıcı maddeler, yanıcı olmayan bir kısım ile filojistondan oluşur. Örneğin metaller yandıklarında filojiston kaçar ve geriye külü (metal oksitler) kalır. Bu nedenle teoride bir sorun olduğu açıktı. Bu konuyu araştıran Joseph Priestley 1 Ağustos 1774’te en ünlü deneyini yaptı. Günümüzde oksijen olarak bildiğimiz gazı günışığı ve bir büyüteçle ısıtarak sızdırmaz bir cam kaptaki cıva oksitten yalıttı. Daha sonra bu yeni gazın fareyi sıradan havadan daha uzun süre canlı tuttuğunu fark etti. 

Bitkilerin gündüzleri bu gazı ürettiğini de gözlemlemişti. Ne var ki bu yeni gaz yanmadığı için flojiston içermemesi gerekiyordu. Sonunda gazına “flojistonsuz hava” dedi. Ancak Lavoisier’in sonu da Galileo‘nun sonuna benzerdir. 1700’lerin son çeyreğinde Fransız Devrimi ile, “Cumhuriyetin bilginlere ihtiyacı yoktur” diyen yargıç; Lavoisier’in giyotinle idam edilmesinde karar kılmıştır.

Detay: Modern Kimyanın Mucidi Antoine Lavoisier ve Kellesinin Hikayesi


7. İstatistiksel Mekanik

James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, J Willard Gibbs, 19. Yüzyıl’ın sonları

ludwig boltzmann
Ludwig Boltzman

İstatistiksel mekanik olasılık teorisinin, bir kuvvete maruz bırakıldığında partiküllerin veya nesnelerin hareketiyle ilgili olan mekanik alanına uygulanmasıdır. Isıyı, atom ve moleküllerin istatistiksel davranışıyla açıklamasıyla, istatistiksel mekanik; termodinamiğe anlam kazandırmıştır. Bu sayede de atomların gerçekliğine güçlü deliller sağlamıştır.

İstatistiksel mekanikteki (istatistiksel fizik de denir) modern genişlemeler; malzeme biliminden trafik sıkışıklıklarına ve oy verme davranışlarına ve hatta oyun teorisine kadar birçok şeye uygulanabilmiştir.

Detay: Entropi ve Termodinamiğin Meşhur İkinci Yasası


6. Büyük Patlama ( Big Bang) Teorisi

Arno Penzias ve Robert Wilson – 1965

Genişleyen bir evren fikri, kuşkusuz insanın kendi kökeniyle ilgili keşfettiği en önemli
gerçeklerden birisidir. Eğer evren genişlemiyor olsaydı, bu günkü yapısına kavuşamayacaktı. Bu durumda ne gezegenimiz ne de biz var olamayacaktık. Evrenin genişliyor oluşu onun bir başlangıcı olduğu gerçeğini de ortaya çıkarıyor. Bu başlangıç içinde günümüzde kabul edilen kuram Big Bang yani Büyük Patlama olarak adlandırılıyor.

Diğerlerinin yanı sıra Edwin Hubble, Georges Lemaitre ve Albert Einstein tarafından yapılan araştırmalara dayanan büyük patlama teorisi, evrenin neredeyse 14 milyar yıl önce büyük bir genişleme olayı ile başladığını varsayıyor.

Evrenbilimciler evrenin genişlemesini anlatırken genelde şişmekte olan balon örneğini verirler. Üzerine gökadalar çizilmiş bir balon düşünelim. Balon şiştikçe tüm gökadalar birbirinden uzaklaşır. Evrende gözlenen de budur. Gökadalar, uzaklıkları ile orantılı olarak bizlerden uzaklaşacaklardır.

Büyük patlama teorisi, 1965’te Arno Penzias ve Robert Wilson’ın kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunu keşfetmesinden sonra bilim camiası tarafından kabul gördü. Büyük patlama kuramıyla birlikte öngörülen mikrodalga arka plan radyasyonu, evreni meydana getiren ilk atomların oluşmasıyla serbest kalan ışınımın günümüze yansımasıdır.


5. Özel Görelilik

Albert Einstein, 1905

Denklemde “v”, bir cismin hızını, “c” ışık hızı sabitini, “t” referans düzlemindeki zamana, t’ ise gözlemci tarafından deneyimlenen zaman anlamına gelir. Buna göre, gözlemcinin hızı ışık hızına yaklaştıkça, zaman onun için yavaşlar ve ışık hızına ulaşıldığında tamamen durur.

1905 yılında Albert Einstein fizik yasalarının tüm ivmelenmeyen (duran veya sabit hızla ilerleyen) gözlemciler için aynı olacağını ve ışığın boşluktaki hızının gözlemcinin hareketinden bağımsız olduğunu ortaya koydu. Bu özel görelilik kuramıydı.

Einstein’ın özel görelilik üzerine ünlü makalesi cisimlerin hareketleriyle ilgili düşüncelerimizde devrim yaratmıştır. Bu sayede, bir zamanlar mükemmel kabul edilen Newton’un klasik kuramını özel bir duruma indirgemiştir. Özel göreliliğin, uzay ile zamanımadde ile enerjiyi birleştirmesiyle bir devrim yaptığını söyleyebiliriz.


4. Genel Görelilik

Albert Einstein, 1915

Denklem, bir fiziksel olgunun birbiriyle ilişkili özelliklerini birbirine bağlayan matematiksel ifadeler olarak düşünülebilir. Bize, evrenimizin uzay-zaman dokusunun içerdiği enerji ile bu dokunun geometrik yapısı arasındaki ilişkiyi gösterir.

Yukarıdaki denklem Einstein tarafından 1915’te çığır açan genel görelilik teorisinin bir parçası olarak formüle edildi. Teori, bilim insanlarının yerçekimini anlama biçiminde devrim yarattı. Özel göreliliğe kıyasla, Genel Görelilik çok daha devrimseldir. Çünkü Newton’ın kütle çekimi yasasından kurtularak bükülmüş uzay-zamanı ortaya koymuştur. 

Denklem, uzay-zaman, madde ve enerji arasındaki ilişkiyi ortaya çıkarıyor. Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi bize uzayın (ve zamanın) eğrilebileceğini söylüyor. Bu da Newton’un öngörülerinin gerçekleri tam olarak yansıtmadığını göstermektedir. Einstein’ın özel görelilik kuramı, zaman ile uzayın bir birlik oluşturduğunu açığa çıkardı. Genel göre­lilik kuramıysa bu düşünceyi, kütleyi de kapsayacak şekilde geniş­letti.

Detay: Görelilik Teorisi Günlük Hayatımızda Karşımıza Nerede Çıkar?


3. Kuantum Teorisi

Max Planck, Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, Paul Dirac, 1900-1926

Solvay Konferansı

Kuantum teorisi, klasik fiziğin gerçekliğin doğasına ait sıradan kavramları yıkmış, neden-sonucun bütün felsefesini çöpe atmış ve doğanın garipliklerini ortaya çıkarmıştır. Fizikte, klasik fiziğin açıklayamayacağı, örneğin atom, mole­kül ve atom çekirdeklerinin büyüklükleri, kararlılıkları ve bunların oluşturduğu kimyasal bağlar gibi çok sayıda fenomen vardır. Kuan­tum fiziği yardımıyla bu fenomenleri anlamak ve hesaplamak mümkün olmuştur.

Kuantum fiziği, kuantum mekaniği veya kuantum teorisi olarak da bilinen bir fizik dalıdır. Kuarkların, atom çekirdeklerinin, atom ve molekül­lerin bilimidir ve bize lazeri, transistörü, tünel mikroskobunu, cep te­lefonunu ve mikroelektroniği kazandırmıştır. Günümüzde modern dünyadaki pek çok şey kuantum fiziğinin getiri­lerine dayanır.

Kuantum mekaniği genel olarak küçük parçacıkların ve kuvvetlerinin mekanizmasını inceleyen bir teoridir.  Belirsizlik ilkesianti maddePlanck sabitikara cisim ışınımıdalga kuramıalan teorileri gibi kuramlar bu mekanik sayesinde geliştirilmiş ve klasik fiziğin bir anlamda çözemediği sorunları çözmeye çalışmıştır.

Detay: Kuantum Dünyasına Giriş: Kuantum Fiziği Ve Kuantum Mekaniği


2. Evrim Teorisi (Doğal Seçilim)

Charles Darwin, 1859

mikro evrim
Evrim, çok farklı ölçeklerdeki değişiklikleri kapsar. Örneğin; böceklerin kanıtlarındaki gen frekansının değişiminin bir nesilden diğer nesile aktarılmasından, dinozor soyunun yok oluşu gibi apayrı ölçekteki değişiklikler, bizi farklı iki kavrama götürür: Mikroevrim ve Makroevrim.

Doğal seçilim, canlıların fenotiplerindeki farklılıklardan ötürü hayatta kalma ve üremelerinin değişkenlik göstermesidir. Evrimin esas mekanizmalarından biri olup, bir popülasyonun nesiller boyunca karakteristik olan kalıtsal özelliklerindeki değişimdir. Darwin, yaşamın karmaşıklığının ve yaşam formları arasındaki karmaşık ilişkilerin doğal süreçlerden ortaya çıkabileceğini bizlere göstermiştir.

Evrim teorisi şüphesiz bu yazıda var olan teoriler arasında en tartışmalı olanıdır. Bunun temel nedeni aslında teorinin detaylarının tam olarak anlaşılamamasıdır. Charles Darwin’in ortaya attığı doğal seçilim yoluyla evrim teorisi, insanlar olarak dünyadaki yerimizi sorgulamamızı sağladı. İnsanların primatlarla ortak bir atası olduğu fikri, Batı medeniyetinin temellerini sarsan bir fikirdi.

Detay: Mikroevrimden Makroevrime: Evrimsel Sürecin Yapısı


1. Heliosentrizm (Güneş Merkezlilik)

Nicolaus Copernicus, 1543

Kopernik gezegenlerin yörüngelerini dairesel olarak düşünmüştü. Bu hata, 17. yüzyılda yörüngelerin eliptik olduğunu kanıtlayan Alman astronom Johannes Kepler tarafından düzeltildi

Devrim niteliğinde bir bilimsel teoriden bahsetmemiz gerekirse ilk olarak akla Kopernik gelmelidir. Kopernik’in yaşadığı dönemde in­sanlar, yerküreyi, çevresinde yıl­dız ve gezegenlerin döndüğü, kü­resel evrenin tam ortasında sabit bir yer sayıyorlardı. Buna göre, göksel cisimler (Güneş, Ay, tüm gezegen ve yıldızlar) kürelerle bağlıydı. 

Kopernik’in 1543 yılında ölümünden çok kısa bir süre önce yayımlanan kitabı “De revolutionibus orbium coelestium” (Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine) bilim tarihinde önemli bir olay olarak yer edinmiştir. Kopernik tarafından ortaya atılan sistem, görünüşte basit ve zararsız olmasına karşın, et­kisi yönünden Ortaçağ düşüncesine ölüm darbesi indirmişti. Kitap, Kopernik Devrimini başlatmış ve büyük ölçüde katkı sunmuştur.

Detay: Kopernik: Evren Hakkında Anlayışımızı Değiştiren Bir Astronom


Kaynaklar ve ileri okumalar

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.
Başa dön tuşu