Düzensizliğin Dahisi: Ludwig Boltzmann

19 yüzyılda yaşamış olan Ludwig Boltzmann’ın mezar taşı üzerinde bir denklem yer alır: S=k.logW

Entropi denklemi. Kaos ve rastlantısallığın denklemi…

1844 yılında Viyana’da dünyaya gelen Boltzmann eğitiminin bir bölümünü evde aldı, güzel bir çocukluk geçirdi aslında, babası orta gelirli bir vergi memuru, annesi ise zengin bir ailenin kızıydı. Matematiğe, fiziğe özel bir ilgi duymasına rağmen günlerini tamamen bilime adamış değildi o sıralarda. Müzikle ilgileniyor ve arada da piyano çalıyordu. Üniversite için Viyana Üniversitesine kaydolan Boltzmann’ın burada çok değerli iki hocası oldu: Josef Loschmidt ve Josef Stefan

1859’da babasının ölümüyle sarsılan Boltzmann, radyan ısı ve sıcaklık arasındaki ilişkiyi deneysel olarak ortaya koyan genç bilimci Josef Stefan ile kurduğu dostluk sayesinde Maxwell’in çalışmalarıyla tanıştı. Bir önceki yıl yardımcı doçent olan Boltzmann 1869’da ders verme hakkı olan ‘venia legendi’ ile ödüllendirdi. İki yıl sonrada Graz’da matematiksel fizik profesörlüğüne getirildi, birkaç yıl sonrada Boltzmann kendi adıyla anılan ünlü denklemi (Gaz Moleküllerinin Dengesi Üzerine İleri Araştırmalar) makalesinde yayınladı.

Boltzmann zamanının fiziği kesinlik fiziğiydi. Oysa Boltzmann dünyanın düzeninin, tanrının empozesinden değil, aşağıdan, atomların rastgele çarpışmasından kaynaklandığını ileri sürmekteydi. Bunlar yaşadığı dönemle uyumsuz, radikal fikirlerdi.

Sonuçta insanlar fizik kanunlarının ve bilimin “kesinliğine” alışıktı. Belirsizliğe yer yoktu. Çözümü olasılığa dayandığı, olasılık da kesinliğin altını oyduğu için, onu kimse dinlemek istemedi. Başa çıkmayı çok zor bulduğu amansız bir muhalefetle yüzleşti. Boltzmann yanlış yerde ve yanlış zamandaydı.

Zamanın en etkili bilim felsefecilerinden birisi Ernst Mach kendisini acımasızca eleştiriyordu:

  “Bir atom göremiyorum. Onlara ihtiyacım da yok, hem zaten yoklar. Öyleyse neden onları oyuna dahil edeyim ki?”

Onun üzerinde çalıştığı entropi, hiç bir sistemin mükemmel olamayacağını göstermiştir. Neden her zaman biraz düzensizlik olmak zorunda olduğunu. Bu da doğal olarak klasik fizik ile çelişiyordu. Çünkü fiziğin “zaman algılayışı” farklıydı.

Boltzmann 1873 yılında tam profesörlük teklifi aldı ve Graz’dan ayrılmadan önce -daha sonra eşi olacak- Von Ailgentler ile tanıştı. Boltzmann esasında Graz’da geçirdiği 14 yılın 12 yılı mutluydu ama bu mutluluğu daha sonra bozulacaktı. Viyana’ya döndü ama bu durumdan daha sonra pişman oldu.

19. yy sonunda, Viyana toplumu, politikada, felsefede, sanatta veya bilimde birazcık kesinlik, prensip arayışındaydı. Viyana kültürü “yeni”yi kucaklamaya hazır değildi.  Ve Boltzmann, arada kaldı. Bir bilim insanı olarak oyuna bütün kişiliğiyle dahil oldu, inatçı ve tutkuluydu. Ancak zamanlar rakiplerini teorisinin doğruluğuna iknaya çabalamak, Boltzmann’ın giderek daha fazla enerjisini emdi. Şöyle yazdı:

“Bütün hayatımı anlamlandıran bu amaç uğruna hiç bir  fedakarlık çok yüksek sayılmaz”.

Boltzmann, hayatının son yıllarında hiç bir araştırma yapmadı. 1906’da karısı ve kızıyla buraya, Duino’ya tatile geldi. Yorgun ve moralsiz, düşünceleri halen kabul görmemiş,  eşi ve çocuğu yürüyüşteyken arkasında hiç bir açıklama notu bırakmadan, kendini astı.

Bu konuda birazda bilimsel çalışmalarına bakmak yerinde olacaktır.

Boltzmann bilindiği gibi kinetik gaz kuramının birkaç isim babasından birisidir. Bu kurama göre gazlar gelişi güzel bulundukları kaba çarpar, dolayısıyla parçacıkların momentumu da değişir. Moleküllerin birbiriyle ve kabın çeperleriyle çarpışmaları tam olarak esnektir ve kinetik enerjide hiçbir azaltmaya neden olmaz. Bir gazın ortalama kinetik enerjisi sıcaklık yükseldikçe artar ve sıcaklık düştükçe azalır. Bu kuram günümüzde sıvıları ve katıları da kapsayacak şekilde genişletilmiştir.

Diğer çalışmalarından birkaçı da entropi (termodinamiğin ikinci yasası), ısısal radyasyon, istatistik mekaniği ve daha birçok özgün kuramının isim babasıdır ya da kısmen ona aittir. Hatta Planck bir yerde kuantum mekaniği açısından önem taşıyan parçacık durumunu (kaunta) Boltzmann’ın kuramlarından türettiğini söyler. Boltzmann esasında istatistik mekaniğine de ciddi anlamda çözümler getiren birisidir, örneğin olasılık durumları evrende bir maddenin olabilirliğini veya olamazlığını %100 kabul etmez, hatta Boltzmann şöyle düşünür, entropi devamlı artma yönündedir ve esasında bir nesnenin kırılıp tekrar eski halini alması, buna olasılık bakımından olumlu bakar eğer der ömrümüz yeterse bunu gözlemleyebiliriz.

Boltzmann evrenin işlemesini sağlayan temel denklemlerden birini keşfetmiş ve hayatını ona adamıştı. Bir keresinde  “Şairlerin yaktıkları ağıtları, matematikçi; çalışmalarında,  kalbinin kanıyla yazdıklarında saklar.”  diye yazmıştı. Boltzmann’ın ana bilimsel makalelerinden birinin başında Goethe’nin Faust’undan 3 satır alıntı yapar:

“Gerçek ne ise, onu çıkar ortaya”

“Berraktır, onu yaz bu yüzden “

“Savun onu son nefesine kadar “

İronik biçimde, ölümünden az sonra Boltzmann’ın hakkı teslim edildi. Birazcık daha bekleyebilseydi, Boltzmann 20 yüzyıl fiziğindeki devrimin babalarından birisi olacaktı. Boltzmann yaşadığı gibi ölmüştü, yanlış zamanda. Bugün mezar taşının üzerinde onu öldüren denklem yazılmaktadır.

İsmail Çelik – Sibel Çağlar

Kaynaklar:

[1]. Büyük Fizikçiler (Galile’den Yukava’ya) – İoan James (İş Bankası Yayınları – 2015)

[2]. Erwin Schrödinger ve Kuantum Devrimi – John Gribbin (Çev: Prof. Dr. Bahattin Mehmet Baysal – Alfa Yayınları – 2013)

[3]. Dünyayı Değiştiren Fizik Devrimi ve Yedi Büyük Fizikçi – Etienne Klein (Çev: İsmail Yerguz – Say Yayıncılık – 2014)

[4]. DANGEROUS KNOWLEDGE (2007)/ Tehlikeli Bilgi-Belgesel

Matematiksel