Fizik Neden Güzel?

19. yüzyılın meşhur fizikçilerinden Heinrich Hertz, Elektromanyetik kuramın babası James Clerk Maxwell’in denklemleri hakkındaki duygularını şöyle ifade etmişti: “… bu denklemlerin bağımsız varlıkları ve kendilerine has dehaları var. Öyle ki, kâşiflerinden bile daha bilgeler. Çünkü bu denklemleri oluştururken elde ettiğimiz bilginin daha ötesini bu denklemleri hayata uygulayarak öğrendik...” Çok zaman geçmemişti ki Einstein, Niels Bohr’un atom modeli hakkında “düşünce küresinin en ulvî müzikalitesi” deyivermişti. Sonraki yıllarda Richard Feynman, kendi evladı olan kuantum elektrodinamiğinden bahisle “Gerçekliği, güzelliğine ve sadeliğine bakarak idrak edebilirsiniz.” demişti. Fizik yasalarına olan benzer hayranlık ifadelerini bugünün fizikçilerinin ağzından da duyabilirsiniz. 

Fiziğin güzelliğinin kökleri her şeyden önce yasalardaki simetriye uzanır. Fizik yasalarındaki simetri, çok kesin, ancak yine de mistik bir kavram olarak büyüsünü korur. Herhangi fiziksel bir sistemde yapılan köklü değişikliklere rağmen, biçimde değişim olmamasına simetri diyoruz. Meselâ bir çemberi olduğu yerde döndürseniz, çember üzerindeki her noktanın konumu değişir ama çemberin görünür biçiminde hiçbir değişiklik olmaz. Çember şekli, dönme hareketine göre simetrik deriz. Simetrik fizik yasaları farklı durumlara uygulandığı durumda biçimsel olarak farklı sonuçlar elde etmezsiniz. Bütün doğa uyum içinde sonuçlar verir. Einstein’ın özel görelilik kuramına göre, şu an oturduğumuz yerde geçerli olan tüm fiziksel yasalar, sabit hızla hareket eden herhangi bir referans sisteminde de aynen geçerlidir. Örneğin ışık hızının tüm referans sistemlerinden bağımsız olarak sabit bir değeri var. Evrenin hangi galaksisine gidersek gidelim, galaksi hangi hızla uzay boşluğunda akarsa aksın, bildiğimiz tüm fizik yasaları aynen orada da geçerli olacaktır. Benzer şekilde evrenin var oluşundan itibaren hangi zaman dilimine gidersek gidelim, gözleyeceğimiz fizik yasaları bugünkülerle aynı olacaktır. Sadece özel görelilikte değil, fiziğin pek çok alanında simetri yasaları hâkim. Katıhal fiziğinde sayısız kristal yapı pek çok simetrik durumla karşımıza çıkar. Parçacık fiziğinde var olan simetrik düzen o kadar muhteşemdir ki, keşiflerinden onlarca yıl önce pek çok parçacık bu simetrilerle öngörülebilmişti.

Fiziğin güzelliğinin bir diğer kaynağı ise, fizik yasalarının üretkenliği, -Frank Wilczek’in ifadesiyle,- coşkunluğudur. Bir elin parmakları sayısı kadar az parametreyle yola çıksanız bile öyle hayret verici zenginlikte sonuçlara ulaşırsınız ki; fiziğin çekirdeği olan tüm denklemleri bir A4 kâğıdına yazabilirsiniz de, onlardan üretilen bilgiyi sığdıracak bellekler bulamazsınız. Hertz’in dediği gibi, bizim denklemlere katkı yaptığımızdan çok daha fazlasını bize öğretirler.

Fizik yasalarının neden fevkalade sonuçlar doğurduğunu sorgulamaya gelince iş bizim sınırlarımızı aşıyor gibi. Şöyle ki, bilgisayar gücünün çok arttığı, yapay zekânın artık kendi bilincinde olan sanal varlıklar geliştirebildiği farazi bir durum düşünelim. Yapay zekânın ürettiği bir Süper Mario içinde bulunduğu sanal dünyayı analiz etmeye başlasa, bir takım sentezlerden sonra ulaşacağı evren algısı şu olur: birbirine gevşekçe iliştirilmiş, programcının paşa gönlüne göre oluşturduğu bir takım fiziksel(!) yasalardan ibaret, ‘coşkunluğu’ veya simetrisi [bize göre] o kadar da etkileyici olmayan bir dünya; bunun ardında programcının yetenekleri ve [sınırlı] bilgeliği.

Bizim evrenimizde ise fizik yasaları kazara oluşmayacak kadar güzel ve etkileyici geliyor bize. Tarih boyunca doğa harikalarıyla büyülenen insanların zihninde, estetik anlayışı harikulade olan bir üst varlık tarafından yaratılmış olma fikri tüm ağırlığıyla belirdi durdu. Tıpkı bizim sanal Süper Mario’da olduğu gibi, akıllıca tasarlanmış bir dünyada yaşadığımız algısı hep canlı kaldı. Fakat bu düşünce, gerçekleri açıklamakta kullanmak için çok müsrif bir fikir. Eğer bilimin sınırlarında kalacaksak, daha çok veri elde edilmeli, doğayı daha iyi anlamak için çabalanmalı.

Doğayı niçin güzel bulduğumuzun cevabı bir parça kendi içimizdedir belki de. İnsanın yapısı gereği, kendini geliştirebildiği, geleceğini net bir şekilde öngörebilmesini sağlayan, fayda elde ettiği kavramlar insana güzel görünüyor. Bunlar, nörobiyolojik terimle, ödül sistemimizi tetikleyen şeyler. Başarılı sonuçlara ulaştıkça ve dünyayı daha kesin bir şekilde anladıkça öngörü yeteneğimizin arttığını fark ediyoruz. Simetriye olan düşkünlüğümüz, doğayı sadelikle açıklamaktan öte nedir ki? Adını kaos koyduğumuz teorilerde bile bulduğumuz birbirini tekrar eden fraktal yapılar neden hoşumuza gidiyor?

Hâlâ gizemini koruyan şey ise, fizik yasalarının neden ‘anlaşılabilir’ olduğu. Güzellik ile anlaşılabilirlik arasındaki insanın içine işleyen bağlantı, bugünkü bilimsel ilerlemenin önemli bir kaynağı. Daha küçüğe, atomaltına indikçe ve daha büyüğe, kozmolojik sınırlara dayandıkça, bugünün öncü temel fiziği gündelik deneyimlerimizin çok ötesine geçti. Deneysel çalışmalar çok zor ve çok pahalı oldu. Üstelik araştırma sürecinde açıklanamayan, karanlıkta kalan boşlukları doldurmak için sezgilerimiz yetersiz kalıyor. Artık gözlemlerimiz ve deneylerimiz sonucu bilim üretmiyoruz. Süreç tersten işliyor, önce şık denklemler yazıyor, birbirleriyle bağdaştırıyor ve sonra deneyler yaparak elimizdeki denklemlerin doğruluğunu sınıyoruz. Eğer anlaşılabilirliğine inanmasak ve bu anlaşılabilirliğin güzelliği bizi cezbetmese bilim ilerleyemez. Yakın geçmişte kuantum renk dinamiği için bu yöntem çalıştı. Şimdi süper simetri veya zar kuramları ya da kuantum kütleçekimi gibi teorik çalışmalar, test edilmeyi bekleyen onlarca öngörü ve hazırlanmış yüzlerce denklem, yeni deney verilerini bekliyor.

Not: bu yazı büyük oranda Frank Wilczek'in "Why is Physics Beautiful?" yazısının çevirisidir.