Teori Nedir? – Ali Alpar

An interesting galaxy has been circled in this NASA/ESA Hubble Space Telescope image. The galaxy — one of a group of galaxies called Luminous Red Galaxies — has an unusually large mass, containing about ten times the mass of the Milky Way. However, it’s actually the blue horseshoe shape that circumscribes the red galaxy that is the real prize in this image. This blue horseshoe is a distant galaxy that has been magnified and warped into a nearly complete ring by the strong gravitational pull of the massive foreground Luminous Red Galaxy. To see such a so-called Einstein Ring required the fortunate alignment of the foreground and background galaxies, making this object’s nickname “the Cosmic Horseshoe” particularly apt. The Cosmic Horseshoe is one of the best examples of an Einstein Ring. It also gives us a tantalising view of the early Universe: the blue galaxy’s redshift — a measure of how the wavelength of its light has been stretched by the expansion of the cosmos — is approximately 2.4. This means we see it as it was about 3 billion years after the Big Bang. The Universe is now 13.7 billion years old. Astronomers first discovered the Cosmic Horseshoe in 2007 using data from the Sloan Digital Sky Survey. But this Hubble image, taken with the Wide Field Camera 3, offers a much more detailed view of this fascinating object. This picture was created from images taken in visible and infrared light on Hubble’s Wide Field Camera 3. The field of view is approximately 2.6 arcminutes wide.

Günlük dilde teori sözü hayal ürünü, afaki, dayanaksız fikir yürütme gibi çağrışımlar taşır.

Oysa bilimde teorinin bambaşka bir anlamı var. Teori geniş kapsamlı bir alanda, birbirinden farklı birçok gözlem ve deneyi açıklayabilen, henüz yapılmamış gözlem ve deneyler için öngörüler veren, birbirine bağlı önermeler sistemi demek.

Teori bir tahminler ve hipotezler grubundan farklı çünkü şimdiye kadar birbirinden bağımsız çok sayıda deney ve gözlemle sınanmış ve yanlışlanmamış. Aynı şartlarda yapılan benzer deney ve gözlemlerle de doğrulanmaya devam edeceğini bekleriz.

Mesela klasik mekanik Newton’un 3 temel hareket yasasına dayanan çok geniş bir teori. Newton’un 3 yasasının her biri defalarca sınanmış ve yanlışlanmamış. Bu temel yasalar da Galileo’dan başlayarak bilimsel yöntemle yapılan hareket ile ilgili deney ve gözlemlerden kaynaklanıyor. Fizik biliminin ve teknolojimizin büyük bir kısmı Newton mekaniğine dayanıyor.

Newton’un diğer büyük katkısı evrensel kütleçekimi yasası. Buna göre herhangi iki cisim birbirlerini her ikisinin kütlelerine orantılı ve aralarındaki mesafenin karesine ters orantılı bir kuvvetle çekerler. Newton bu yasayı Kepler’in o devrin en ince gözlemlerine dayanarak elde ettiği gezegenlerin hareketi ile ilgili 3 yasadan türetti. Evrensel kütleçekimi kuvveti altında cisimlerin hareketi Newton’un hareket yasaları ile ele alındığında Kepler’in gözlediği gezegen yörüngeleri elde ediliyor. Ayrıca  ileriye dönük  çok hassas hesaplarla yıldızların, gezegenlerin, galaksilerin ilerde nerede, hangi hızla hareket edecekleri de hesaplanıyor.   Bu hesaplar hep doğru çıkıyor.

İşte bilimde teori böyle genel ve güçlü bir düşünme, hesaplama ve öngörü çerçevesidir.

Bilimsel bir teori nasıl aşılır?

Bilimsel bir teori genelleştirilebilir ve aşılabilir.

19. yüzyılda Maxwell teorisi ile elektrik, mıknatıslık ve ışık ile ilgili tüm deney ve gözlemler anlaşılmış ve ışıktan başka (radyo dalgaları gibi) elektromanyetik dalgalar bulunacağı da öngörülmüştü. Radyo dalgaları, kızılötesi , morötesi, X ve gama ışınları gibi diğer elektromanyetik dalgaların keşfi ile Maxwell teorisi de bilimin temel teorileri arasında yerini aldı.

Maxwell denklemlerine göre ışık hızı birbirine göre hareket halinde de olsalar tüm gözlemciler için ayni. Bu da deneylerle doğrulandı. Oysa Galileo ve Newton’a göre iki gözlemci birbirlerine göre u hızıyla hareket ediyorlarsa bunların ölçeceği ışık hızının birine göre c ise diğerine göre c’ = c + u olmasi gerekiyordu.

Newton ve Maxwell teorileri arasındaki bu tutarsızlığı Einstein Özel Görelilik Teorisi ile çözdü. Einstein’ın radikal açıklaması ışık hızının tüm gözlemcilere göre c’ = c olması için mesafe ve zaman ölçümlerinin gözlemcinin hızına bağlı  olduğunu gösteriyor.

Peki Newton’un hareket yasaları yanlış mı? Hayır, sadece ışık hızına yakın hızlarda geçerli değiller. Onun için de ışık hızı anlaşılana kadar bilim insanları bu eksikliğin farkında değillerdi. Günlük hayatta, teknolojinin bir çok alanında hala da çok iyi bir yaklaşımla Newton’un hareket yasaları geçerli.

1916’da Einstein kendi Özel Görelilik Teorisini de bu kez kütle çekimini de kapsayacak biçimde Genel Görelilik Teorisi ile genelleştirdi. Newton mekaniğini yüksek hızlarda ve kütle çekimini de tutarlı biçimde hesaba katarak tamamlayan daha kapsamlı olan Özel ve Genel Görelilik Teorileri günlük algımızın dışındaki yüksek hızlarda sezgilerimize çok ters birçok öngörüde bulunuyor.  Zaman yavaşlaması, mesafe kısalması, yörünge sapmaları, kara delikler ve kütleçekimi dalgaları gibi akıllara  durgunluk veren bu öngörüler de birer birer deney ve gözlemlerle doğrulanıyor, yeni buluşlara ve yeni teknolojilere yol açıyor.  Örneğin, cep telefonlarımızla konum bulma seçeneği Özel ve Genel Görelilik Teorileri sayesinde geliştirilen teknolojilerden biri.

Ali Alpar 
Bilim Akademisi Başkanı (Sabancı Üniversitesi)

Yazı serisinin diğer yazıları:
Bilim Nedir?
Bilim Din ile çelişir mi?

Ana Görsel: Newton’un kütleçekimi teorisinin öngörmediği ama Einstein’ın Genel Görelilik Teorisinin öngördüğü bir olay: Kütle çekimi merceği.  (ESA/Hubble & NASA)
Resimdeki parlak kırmızı galaksiyi çevreleyen mavimsi halka çok daha uzak bir galaksiden geliyor.  Uzak galaksinin ışığı parlak kırmızı galaksinin yakınından geçerken kütleçekimi etkisi ile sapıyor. Uzak galaksinin farklı yönlerden eğri yollar izleyerek gözlemciye ulaşan imajı halka şeklinde imajı oluşuyor. Böylece parlak kırmızı galaksi kütleçekimi etkisi ile ışığı saptıran bir mercek işlevi görüyor. Einstein’in Genel Görelilik teorisinin bu öngörüsü bu fotoğraf gibi birçok gözlem ile doğrulanıyor.

 

Creative Commons Lisansı
Bu yazı Creative Commons Atıf-GayriTicari-Türetilemez 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.
 

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here