Fizik Bilimi Ve Tarihçesi

Fizik en eski bilim dallarından birdir. Temel amacı, doğayı incelemek ve doğal olayları anlamaktır. Fizik sözcüğü eski Yunancada “doğa” sözcüğüne karşılık gelir (Balkan & Erol, 2008, s. 5).

Fizik, atomu oluşturan parçacıklardan evrene kadar oldukça geniş bir çalışma alanına sahiptir. Fiziğin alt dalları arasında termodinamik, atom fiziği, nükleer fizik, mekanik, optik, elektrik ve manyetizma sayılabilir (Uğur, 2016, s. 9).

Fizik bilimin ortaya çıkması ve gelişmesine kısaca değinilecek olunursa ilk dikkat çeken kişi Antik Yunan’dan Aristoteles’dir. Aristoteles’in fizik hakkındaki görüşleri şu şekildedir;

Fizik alanında Aristoteles, bir cismin devinimini, onu hareket ettiren şeyle sürekli temas etmesine bağlar ve ona göre hareket ettirici durur ya da cisimle temasını keserse cisim derhal duracaktır. Aristoteles’e göre uzayda “boşluk” yoktur. Aristoteles, bütün doğa

49

olaylarını oluşturan ve yöneten kuralların, entelektüel bir düşünce, tasarım ve amaca yönelik olduğunu dile getirir. Ona göre tüm evren canlı bir varlıktır. Cisimlerin neden düştüğü ya da nasıl hareket ettiği gibi, bugün tümüyle fizik alanına giren konularda yaptığı araştırmalar, hayvanlarla ilgili gözlemlerinin üzerine kurulur. Eğer hayvanların davranışlarına dikkat edildiğinde, yaptıkları her şeyin bir amacı olduğunu görüldüğünü vurgulamıştır. Fizik konusuna yeni bir görüş getirememiş ve yaşadığı dönemde birçok bilim adamı tarafından çoktan terkedilmiş olan bazı görüşleri savunmuştur Aristoteles (Tameroğlu, 2001, s. 46-47).

Helenistik dönemde bazı bilim çevrelerinin cisim ve akışkanlar mekaniği konusunda incelemeler yapılmıştır. Bunlar arasında özellikle Arkhimedes (ölümü MÖ 212), Bizantiumlu Filon (MÖ yaklaşık 230), İskenderiyeli Heron (faaliyeti MS 60), Menelaos (MS yaklaşık 100) ve İskenderiyeli Pappus (MS dördüncü yüzyılın başı) gelmektedir (Hill, 2012, s. 50).

Antikçağ’ın ve belki de bütün zamanların en önde gelen çalışmalarını yapan Arkhimedes’dir. Onun mekanik alanında yapmış olduğu buluşlar arasında bileşik makaralar, sonsuz vidalar, hidrolik vidalar ve yakan aynalar sayılabilir. Arkhimedes’in modern fizikte sıvıların dengesi olarak anlatılan konu olan sıvıların kaldırma gücüne ilişkin konudur (Topdemir & Unat, 2012, s. 43-45).

Heron’un “Mekanik” adlı eseri dokuzuncu yüzyılda Kosta Luka’nın çevirisi ile günümüze kadar gelen değerli eserler arasındadır. Bu kitapta, belirli bir ağırlığın bir kuvvet etkisi ile dişlililerle hareketi, geometrik problemleri, eğik düzlemde hareket, yüklerin bir dizi desteğe dağılımı, beş basit makine ve bu makinelerin tek başına ya da birlikte kullanımı, mekanik verim, çeşitli cisimlerin ağırlık merkezi, kaldırma düzenleri ve preslerle ilgili bilgiler bulunmaktadır. Bu kitap mimar ve zanaatkârlar için yazılmıştır (Hill, 2012, s. 50). Aristoteles ve onun Müslüman yorumcularından İbn Sina’nın düşünceleri Batı Ortaçağ fiziğinin seyrini ve problematiğini oluşturmuştur. Bu doğal bir durumdur çünkü Ortaçağdakiler yeni arayışı içinde değillerdir. Sarsılmaz doğrular Kutsal Kitap’ta insanlara sunulmuştur. İnsana düşen görev ise bu doğruları anlamak, açıklamak ve bunlara karşı çıkanları bir şekilde ikna etmektir. Dolayısıyla Skolastik Dönem’de kişiden kişiye değişse de sakıncasız bulunan neredeyse tek düşünür Aristoteles’in bir tür dogmalaştırılmış

50

düşünsel bir mirasıdır (Topdemir & Unat, 2012, s. 78-79). Bu dönemin en önemli fizikçilerinden biri de İslam bilim adamı İbn Sina’dır.

İbn Sina’ya (980-1037) göre, bir nesne fırlatıldığında, fırlatıcıyla fiziksel bağı ortadan kaldırdıktan sonra bir süre daha yol almasının nedeni ortama aktarılan kuvvet değil, nesneye kazandırılan hareket etme isteğidir. Ona göre bu hareket etme isteği nesnenin özelliğine göre farklılık göstermektedir. Ağır nesneler daha fazla hareket etme isteği kazanmaktadırlar (Topdemir & Unat, 2012, s. 122).

13. ve 14. yüzyılda hareket fiziği ile ilgili konularda önemli çalışmalar yapılmıştır. Bu dönemde Aristoteles’in hareket kuramı tartışılmış ve doğruluğu matematiksel olarak kanıtlanmaya çalışılmıştır. 13. yüzyılda hareket konusunu inceleyen en önemli düşünürler arasında İbn Bacce ve İbn Rüşd vardır. İslam dünyasında yoğun bir biçimde eleştirilen Aristoteles’in zorunlu hareket fikrine İbn Bacce yeni bir yaklaşımda bulunmuştur. Ve boşlukta hareket eden bir cismin hızının sonsuz olacağı savına karşı çıkmıştır. İbn Rüşt ise Aristoteles’in hareket kuramını desteklemiştir. O, boşluğun olmadığını ve cismin dirençli bir ortamda hareket etmesi gerektiğini ileri sürmüştür. İbn Bacce ve İbn Rüşt, kuvvet olmaksızın hareket olmayacağını benimsemiş olmalarına rağmen, boşlukta hareketin zaman alacağını ya da almayacağı ile ilgili olarak birbirlerine karşıt düşünceler ortaya atmışlardır. İkisinin de Ortaçağ’da taraftarları olmuştur. Thomas Aquias’a göre, boşlukta hareket mümkündür. 14. yüzyılda İbn Bacce’nin görüşleri önemini yitirmeye başlarken, Aristoteles’in görüşleri ön plana çıkmaya başlamıştır. Bu durumda Ockham’ın da önemli bir etkisi vardır ve ona göre, zorunlu harekette cismin kazandığı zorunlu meyil geçici değildir. Zaten hareket için kuvvet etkisine ihtiyaç yoktur. 14. yüzyılda bu konuda çalışanlardan Thomas Bradwardine, İbn Bacce’yi eleştirmiş ve Aristoteles’i benimsemiştir. Ancak Aristoteles’in formülündeki sakıncaları düzeltip yeni bir formül önermiştir. Merton Grubu ve Paris Okulu da hareket konusunda Galileo için matematiksel hazırlığı yapmış, hareket ile ilgili bazı temel kavramlar ve teoremleri vermişlerdir. (Tekeli vd., 2010, s. 116- 119).

Rönesans döneminde astronomi alanında yapılan çalışmalar önemlidir ve bir çok problemi de birlikte getirmiştir. Örneğin Kepler’in çalışmaları salt matematik veya geometriye dayanıyordu ve fizikten yoksundur. Yörüngenin elips olduğunun bulması, gezegen hareketlerinde gözlemlenen bazen merkeze yaklaşması bazen uzaklaşma gibi düzensizlikleri çözmüştü, ama temel sorun tamimiyle toprak ve su gibi ağır unsurlardan

51

meydana geldiği kabul edilen Dünya’nın fiziksel olarak nasıl hareket ettiğidir. Bu konuda Kepler’in yapabileceği bir şey yoktur. Çünkü fizik bilmiyordu. Aslında Rönesans’ta sorun fiziğin yetersizliğidir. Bu dönemde fizikte gerçekleşen değişimler diğer alanlardaki kadar iyi değildir. Fizikte asıl gelişmeler bu dönemden sonra gelen Galileo ve Newton sayesinde olmuştur (Topdemir, 2013, s. 73).

17. ve 18. yüzyılda yapılan fizik çalışmaları eylemsizlik ilkesinin yer aldığı hareket olgularının incelendiği mekanik ve diğeri de ışık olgularının incelendiği optiktir. Bunun dışında ısı, manyetizma gibi alanlarda da çalışmalar yapılmıştır. Bu dönemde Galileo fizikle ilgilenmiştir. Özelliklede hareket konusunda çalışmalar yapmıştır. Galileo modern mekaniği temellendirmek için üç kitap yazmıştır. Bunlar; Hareket Üzerine, İki Büyük Dünya Sistemi Üzerine Diyalog ve İki Yeni Bilim Üzerine Söylem’dir. İlk kitabında hareket konusuna değinmiştir. Bu kitapta görüşleri Aristoteles ve Arkhimedes’e dayanmaktadır. Galileo Aristotelesçi hareket kuramının ana çizgilerinden henüz kendini koparamamış olsa da bu kitapta sergilediği düşünceler önemlidir. Çünkü kendisine kadar gelen dönem içerisinde doğal ivmeli harekette, başka bir deyişle serbest düşmede, ağırlığın önemli bir rolü olduğunu kabul ediliyordu. O ise bunun doğru olmadığını ileri sürmüş ve bu konuyu aydınlatmaya yönelik çalışmalar yapmıştır. Daha sonra eylemsizlik ve yeni mekaniğin temellerini oluşturacak çalışmalar yapmıştır (Topdemir & Unat, 2012, s. 250- 252). Galileo, eylemsizlik ilkesi vasıtasıyla serbest düşmeye bırakılan cisimlerin herhangi bir etkiye uğramadıkları sürece durumunu sonsuza dek koruduklarını ifade etmiştir (Küçükali & Koç, 2016, s. 126).

Newton’un hareket kanunlarına göre, ilk kanunu: duran bir cismin üzerine bir kuvvet uygulanmadıkça cismin durmaya, eğer cisim sabit bir hızla hareket ediyorsa öylece hareketine devam eder. İkinci kanuna göre bir cisme uygulanan kuvvet cismin kütlesi çarpı ivmesine eşittir. Üçüncü kanuna göre, her etkiye karşılık bu etkiye eşit ve zıt yönlü bir tepki vardır. Newton, bir elmanın düşüş hareketinden yola çıkarak evrene ulaşmış ve yerçekiminin etkisi nedeniyle Ay’ın sürekli Dünya’nın çevresinde kaldığı, yani yerçekimi alanının Ay’ın yörüngesini belirlediği sonucunu elde etmiştir. Bu kanuna Evrensel Çekim Kanunu adını vermiştir (Balkan & Erol, 2008, s. 15-16).

19. Yüzyıl insan zekâsının görkemli bir başarısıdır. Bu başarı, yaratıcılarına doğal kuvvetlerin nasıl etkide bulunduklarına ilişkin temeli Galileo ve Newton mekaniği olan görüşün tamamlanmasına doğru atılmış olan bir adımdır. Bu görüş daha tamamlanmadan

52

20. yüzyılın başlarında gözden düşmesi kaçınılmazdır. Bu devrimin karakterinin incelenmesinden bilimin iç gelişimleri ve toplumla olan ilişkileri açısından önemli dersler çıkarılabilir. Fizikte devrim ansızın patlak verir ama (başlangıçta yıl olarak bile verilebilir: 1895) o zamandan bu yana gitgide güçlenerek ilerlemeyi ve fiziksel bilimler aracılığıyla yaygınlaşmasını sürdürür (Tameroğlu, 2001, s. 222). Bu devrim belli sınırların ötesinde klasik fiziğin düşüncelerinin artık uygulanabilir olmadığını göstermiştir (Yaşargün, 2011, s. 132).

1895-1896 yıllarında X ışınlarının ve radyoaktivitenin beklenmedik bulunuşları, 1912’de kristal yapılarının, 1932’de nötronun, 1938’de çekirdek bölünmesinin ve 1936-1947 arasında da mezonların bulunuşları hep bu devrim süreci içindedir. Devrim aynı zamanda, Planck’ın kuantum teorisi(1900), Einstein’in özel rölativite teorisi(1905) ve genel rölativite teorisi(1916), Rutherford-Bohr atomu(1913) ve yeni kuantum teorisi(1925) gibi büyük teorik sentezleri de içermektedir. Üç ayrı döneme ayrılmıştır. 1895-1916 yılları arasındaki birinci evre, kahramanlık dönemi ya da bir başka görünümü ile modern fiziğin amatör dönemi olarak adlandırılmıştır. İlk evrede, eski 19. yüzyıl biliminin teknik ve entelektüel araçlarından faydalanılarak yeni görüşler ortaya atılmıştır. Bu dönem aslında kişisel başarıların egemen olduğu bir dönemdir. Curie’lerin, Rutherford’un, Planck’ın ve Einstein’in, Bragg’ların ve Bohr’un başarılarıdır. Fiziksel bilim, özellikle fiziğin kendisi, henüz üniversite laboratuvarlarının içine kapanıktır, endüstri ile bağları azdır, cihazlar ucuz ve basittir. Fakat yine de endüstriyel sızmalar başlamıştır. Örneğin Leyden Üniversitesi’nin 1884’te kurulan büyük kriyojenik laboratuvarının soğutma endüstrisi ile yakın ilişkileri vardır. General Electric firması, 1909 yılında tanınmış fizikçi Irving Langmuiri’i (1881- 1957) yeni araştırma laboratuvarını yönetmekle görevlendirmiş ve endüstriyel bilimdeki büyük gelişmeler de aslında bu başlangıçlardan sonra olmuştur (Tameroğlu, 2001, s. 222- 223).

1919-1939 arasındaki ikinci evre, endüstriyel tekniklerin ve örgütlerin büyük çapta ilk kez fiziksel bilimlere girişlerinin belirtisidir. Asıl araştırmalar henüz üniversite laboratuvarlarında yapılmaktadır fakat grupları yönetmekte olan bilim adamları, pahalı cihazlar kullanmaya başlamışlardır. Fizik daha geniş bir alana yayılmaya başlamıştır. Daha 1930’larda savaş hazırlıklarının etkisiyle fiziksel bilimlerde kutuplaşmalar ortaya çıkmaya başlamıştır. Birkaç yıl gibi kısa bir zaman sürmesine karşın üçüncü evre, ikinci dünya savaşı sırasında fiziksel bilimin gösterdiği daha da büyük gelişimden filizlenir ve kolayca

53

ayrılabilir. Bu artış, fiziksel bilimlerin önceki dönemlere oranla gitgide daha da fazla yoğunlaşması anlamına gelmektedir. Bilimin gelişmesinin doğrudan doğruya endüstri ve silahlanmaya bağlanmasıyla kapitalist dünyada bilim pahalılaşmış ve yalnızca en güçlü devletler, fiziksel bilimlere önemli katkılar yapabilmek olanağına ve ayrıcalığına sahip duruma gelmişlerdir. 20. yüzyılın sosyal olayları ve fiziksel bilimlerde bunlara eşlik eden devrim, 50 yıllık bir zaman döneminde, fiziği neredeyse tanımlayacak ölçüde farklılaştırmıştır (Tameroğlu, 2001, s. 223).