Modern Atom ve Madde Teorisinin Felsefi Temelleri

Atom kavramı modern fiziğin temel kavramlarından biri olsa da, bu kavramın felsefi kökleri çok daha eski doğa filozoflarının öğretilerine kadar uzanmaktadır. Tabi ki atom ve madde teorisi, deney ve gözlem araçlarının giderek gelişmesiyle de bir çok dönüşüm ve farklılaşma geçirmiştir. Burada; bu gelişimi, ayrışmayı ve benzerliği aktarmaya çalışacağız.

Şimdi, Antik Dönem doğa felsefecilerinin şu düşüncelerinin hatırlatılması gerekiyor; Evreni yani doğayı, birleştirici bir rol oynayan temel bir ilkeden yola çıkarak kavramak mümkündür. Ve bu kavrayış, mistik bir tasarıma başvurmadan akılcı bir yöntemle gerçekleşmelidir. O halde burada ''herşeyin kendisinden oluştuğu bu ilke, yani temel töz nedir?'' sorusu sorulmuş olmaktadır. Örneğin Thales buna, meteorolojik gözlemler sonucunda ''su'' cevabını vermiştir. Thales'in öğrencisi Anaksimandros böyle ana bir maddenin; su, hava gibi benzer başka bir maddeyle açıklanamayacağını düşünüyordu. Bu nedenle o, bu cevabı daha da geliştirip bu ilk maddeyi; sonsuz, değişmez, öncesiz ve sonrasız olarak tasarlar. Ve bu ana madde de tecrübelerimizle tanıdığımız, deneyimlediğimiz nesnelere dönüşmekteydi. Anaksimandros'a göre; bengisel olan bu ana madde hiçbir farklılaşma içermez, ancak oluşum sonucunda birbirinden farklı biçimlere girer ve bu biçimler de sonsuzluğa uzanan bir çatışmaya yol açar. Yani oluşma denen şey bir aykırılıktır, özünden yoksun olmaktır. Dengenin bir karşıtın lehine bozulmasıdır. Örneğin; ateş ve su, ıslak ve kuru gibi. Bunun kefareti de eninde sonunda zamanın düzeninde ödenecektir. Çünkü doğa her zaman, bu karşıtlıkları yok etme eğilimindedir. Anaksimandros her şeyin zamansızlığa doğru sürüklendiğini; ancak zamanın bir başlangıcının veya sonunun da olamayacağını çok iyi sezinlemiştir.

Antik dönemin diğer büyük düşünürü Herakleitos, ateşi ana madde olarak görüyordu. Ancak burada ateş; salt bir maddeyi değil, çok özel bir durumu işaret eder. Yani oluşum ve hareket denen şeyi. Herakleitos hareketi ana töz olarak görüyordu. Evrenin çeşitliliği, sonsuz çokluğu problemini o; karşıtlıklar arasında süregelen çatışkının kendisini bir harmoni ve uyum olarak görerek çözmeye çalışır. Bütünün birliğini sağlayan şey, karşıtlar arasındaki gerilimdi. İşte aranan o temel ilke ve töz Herakleitos'a göre; değişimin kendisidir. Werner Heisenberg'e göre; modern fizik Herakleitos'un öğretisine oldukça yakındır. Çünkü Herakleitos ateşi; hem madde, hem de hareket olarak yorumluyordu. Herakleitos'un ateş kavramı, bu günkü fizik çerçevesinde bakıldığında; enerji kavramından başka bir şey değildir. Modern fizikte enerji; kendisinden tüm elemanter taneciklerin, atomların oluştuğu maddedir. Aynı zamanda, değişmeyi yaratan kuvvete sahiptir. Ancak burada; enerjinin nedeninin de sorulması gerektiği, bu nedenle bu kavrayışın sürdürülmesi gerektiğini belirtelim. İşte burada Herakleitos'u tamamlayan bir düşünür vardır. Bir yokluk filozofu olan Parmenides. Parmenides; dönüşen şeyle, olan şey aynı şeydir der. Ona göre; ne oluşma, ne de değişme diye bir şey vardır, sadece tek bir şey vardır. Her ne kadar Parmenides'in yokluk kavramını ifade edişi yetersiz olsa da; yokluk, sonsuz potansiyelite olarak kavranmaya başlandığında; tek gerçek tözün ve değişmeyen şeyin bu olduğu görülecektir. Şimdi, asıl konumuza devam edelim.

Atom kavramına giden yolda Anaksagoras'ın şu düşünceleri önemli adımlar olarak sayılır. Ona göre tüm dönüşümler; çeşitli bağımsız maddelerin karışım ve ayrımı yoluyla oluşmaktadır. Bunlar sonsuz küçük olan tohumlar şeklinde düşünülür. Yani kum taneleri gibi. Anaksagoras'a göre; her cisimde, her çeşit tohum vardır; ancak bu tohumların sayıları arasındaki oran, nesnelerden nesnelere değişmektedir. Böylece onun teorisi; karışımlar için ilk kez geometrik bir yorum öne sürer.

Demokritos

Parmenides'in varoluş - varolmayış çifti; Demokritos'da dünyevi bir hal alarak, dolgunluk - boşluk çifti olarak ortaya çıkar. Olmaklık kendini sonsuz kere tekrarlar. İşte Demokritos atom kavramını kullanarak ona, böyle bir olasılık yükler. Ona göre atom yani maddenin parçalanamayan en küçük birimi; öncesiz ve sonrasızdır, yok edilemez ama sonlu bir nicel büyüklüğe sahiptir. Atomlar arasındaki boşluk, uzayda hareket imkanı verir. Heisenberg'e göre; Demokritos'un atom dediği şeyler, bu gün modern fizikte geçen atom kavramının kendisi değildir. Demokritos'un atomları; modern fizikte geçen ve maddenin en küçük yapı taşları olan elektron, proton benzeri elemanter taneciklere karşılık gelmektedir. Demokritos'un sözünü ettiği atomlar arası uzay boşluğu da; yokluk veya hiçlik demek değildir. Bu boşluk; atomların tertipleniş ve hareketini mümkün kılan geometrik boşluktur. Günümüz anlamında relatiflik teorisi içerisinde düşünüldüğünde Einstein; maddenin enerji olarak ve salt uzayın da geometrik biçimleniş olarak birbirlerini karşılıklı olarak etkilediğini savunur. Madde ve geometri, birbirlerinin karşılıklı koşuludurlar. Ayrıca, Demokritos'un atomları fiziksel olarak bölünemezler ve nitel fiziksel özelliklerden de yoksundur. Yani ne renkleri, ne kokuları, ne de tatları vardır. Bunlar, atomların uzaydaki hareket ve dağılımları sonucunda oluşurlar. Yani bunlar, sadece görünüştür. Gerçek olan tek şey; atomlar ve uzay boşluğudur. Atomcu düşünürler atomların ilk nedenini hiçbir zaman sorma ihtiyacı hissetmezler. Çünkü nedensellik ilkesi Heisenberg'in de dediği gibi; bir şeyin önceki nedenini sormayı gerektirir, yoksa ilk nedeni değil.

Platon, Demokritos ile oldukça zıt düşmüş olsa da; modern atom teorisini, felsefesiyle derinden etkilemiştir. Platon'a göre; maddenin en küçük yapıtaşları Demokritos'un felsefesinde olduğu gibi başlangıçta varolan atomlar değil, cisimsel olmayan matematiksel biçimlerdir. Öyleyse biçim, biçimi taşıyan ya da herhangi bir biçimde görünen maddeden çok daha önemlidir. Böylece ilk kez salt uzayla, madde arasındaki ilişki ifade edilmektedir. Yılmaz Öner, Platon'un çok erken bir dönemde; uzayın salt yapısal tutumunun, maddeye biçim veren bir faktör olduğunu kavradığını belirtir. Ancak Platon o dönemde, sadece düzgün yüzlü geometrik biçimleri tanıyordu. Bu nedenle küp, düzgün sekiz ve dört yüzlü geometrik şekilleri biçimsel töz olarak tanımlıyordu ve bunlar atom kavramını karşılıyordu. Bu şekiller de, eşkenar ve ikizkenar dik üçgenden elde edildiğinden; bu biçimler birbirlerine kolayca dönüşebiliyordu.

Modern atom teorisi, Platon ve Demokritos gibi iki karşıt felsefeden de bir takım özellikler almıştır. Maddenin renk ve koku gibi nitel özellikleri olsa da; bunların atomların kendilerinin bir özelliği olmadığını Demokritos çok önceden kavramıştı. Ancak özellikle kuantum fiziği; elemanter tanecik kavramını, bu eski düşünürlerden çok farklı bir tarzda ele almaktadır. Kuantum fiziğinde elemanter tanecik denen biricik şey, sadece olasılık fonksiyonundan ibarettir. Varolma denen şey, olma imkanı veya eğiliminden öteye geçmez. Bu nedenle modern anlamda elemanter tanecikler, eski çağların atomlarına kıyasla çok daha soyuttur. Modern fiziğin bu tanecikleri birbirlerine dönüşmekte; hatta çarpıştıklarında bazen kaybolmakta, bu kaybolan tanecikler enerji olarak başka taneciklere dönüşmektedir. Bu açıdan bakıldığında bu elemanter tanecikler, Platoncu felsefenin düzgün geometrik biçim kavramının yerine geçmektedir. Modern fizikçilere göre; proton, elektron gibi elemanter tanecikler parçalanamazlar. Heisenberg'e göre bunun nedenine verilen cevap; modern fizikçilerin bu kavramı ne kadar soyut olarak ele aldıklarını gösterir. Çünkü iki elemanter taneciğin yüksek hızla birbirlerine çarpıştırıldığı olaylar; onların parçalandığı yegane olaylardır. Ancak bu parçalanmadan sonra ortaya çıkan yeni parçacıklar da, yine elemanter taneciktir. Üstelik bu oluşan yeni elemanter taneciklerin, öncekilerden daha küçük olmaları da gerekmez. Çünkü yeni taneciklerin kütlesi, çarpışan taneciklerin çok büyük kinetik enerjilerinden oluşmaktadır. Burada enerjinin maddeye dönüşmesi söz konusudur. Modern fizikte enerji ve madde; aynı gerçekliğin iki farklı tarzı ve gösterimidir.

Aristoteles

Biçim ve madde arasındaki bu bağıntı, Aristoteles'in felsefesinde yeni bir düşünce sistemine dönüşür. Aristoteles'e göre; maddenin kendisi tek başına bir gerçeklik değildir. Madde sadece bir olabilirlik, yani bir ''potentia'' dır. Bu potansiyelin varoluşa çıkması için, biçimlenmesi gerekir. Aristoteles'in maddesi cisimsel ama belirsiz, potansiyeli özünde taşıyan bir tabandır. Örneğin, heykeltraş daha yontmaya başlamadan önce; heykel, mermerin kendisinde olabilirlik yani potansiyel olarak vardır. Aydınlanma felsefesiyle birlikte madde kavramı; akıl ve ruh kavramının karşıtı olarak ortaya çıkmaya başlamıştır. Örneğin Descartes'a göre; evrende biri madde veya uzam, diğeri de ruh veya düşünce olmak üzere iki ayrı töz vardır. Bu iki kuvvet birbirlerinden tamamen farklıdır ve birbirlerine indirgenemezler. Madde'nin artık, Antik doğa düşüncesindeki canlılık kavramıyla bir ilişkisi yoktur.

19. yy'a gelindiğinde ise, başka bir ikililik ortaya çıkar. Yani; madde ile kuvvet arasındaki ikililik. Buna göre; kuvvet maddeyi etkilemekte ve madde de böylece, bir kuvvete yol açmaktadır. Örneğin; madde kütle çekim kuvvetini doğurmakta, bu kuvvet de tekrar maddeyi etkilemektedir. Öyleyse kuvvet ve madde; cisimsel dünyanın birbirinden tamamen farklı iki ayrı yönüdür. Ancak bu görüş, modern fizikteki yeni düşüncelerle geçersiz kılınmıştır. Çünkü; her kuvvet alanı enerji kapsamakta ve bu nedenle bir elemanter taneciğe karşılık gelmektedir. Bu nedenle, tanecik ve kuvvet alanı ya da madde ve kuvvet; birbirinden farklı değil, aynı gerçekliğe ait iki görüntüdür. Modern fizikçiler varoluşun en temel yapı taşını, yani eski felsefecilerin töz dedikleri şeyi aramaktan hiç vazgeçmediler. Ancak bunun için yeni yöntemler geliştirdiler. Bu madde parçacıklarını, olağanüstü koşullar altına sokup sınamaya çalıştılar ve böylece yeni bir atom teorisinin geliştirilme olanağı doğdu.

Radyo-aktif parçalanmanın keşfedilmesiyle maddenin, daha yüksek enerji içeren ortamlarda sınanma imkanı doğdu. Bu parçalanmada ortaya çıkan alfa taneciklerinin enerjisinin, normal bir kimyasal sistem içindeki atomsal tanecikten hemen hemen bir milyon kez fazla olduğunu Heisenberg belirtmektedir. Ernest Rutherford bu deneyler sonucunda bir atom modeli geliştirdi. Buna göre; atomlar çekirdek ve onun çevresinde olan elektron kabuğu denilen yapı olmak üzere iki bölümden oluşmaktadır. Ortada olan çekirdek, tüm atomun bulunduğu uzay bölümüne oranla çok az yer kaplasa da; bu çekirdek, atomun hemen hemen tüm kütlesini kapsamaktaydı. Çekirdeğin taşıdığı pozitif elektrik yükü, çevresindeki elektronların sayısını belirliyordu. Çünkü atom bir bütün olarak, nötr olmalıydı. Komşu atomlar arasındaki bağ ise, elektron kabukları arasındaki karşılıklı etkinin sonucudur ve bu karşılıklı etkileşme enerjileri nispeten küçüktür. Ama atomun kimyasal tutumu, çekirdeğin elektrik yükü ile belirlidir. Çünkü sonuçta, elektronlar kabuğunun yükünü belirleyen yine çekirdektir. Bunun için Heisenberg; atomun kimyasal tutumunun değiştirilmesi isteniyorsa, çekirdeğin değiştirilmesi gerektiğini belirtmektedir. Ancak bunun, ulaşılması zor çok büyük bir enerji gerektirdiğini de eklemektedir.

Şimdi görülüyor ki atomun yapısal etkileşimleri oldukça karmaşık süreçler olsa da; üç temel elemanter taneciğe indirgenebiliniyor. Yani; çekirdeği oluşturan proton ve nötronla birlikte, dışardaki elektron. Böylece maddenin tanımında bir çok kimyasal element yerine, üç temel tanecik ortaya çıkmış oldu. Çünkü burada; maddenin her türlüsünün atomlardan oluştuğu ortaya atıldı. Bu nedenle; eninde sonunda her şey, bu üç temel taneciğe dayanacaktır. Acaba burada tarihin çok eski dönemlerinden beri felsefecilerin aradığı, herşeyin birliğini temsil eden o ilk ilkeye ulaşmış oluyor muyuz? Herakleitos'un hareket dediği, Demokritos'un atom dediği, Platon'un matematiksel biçim dediği şey acaba; bu elemanter taneciğin özünde temsil edilen şey olabilir mi? Bunun cevabı hem evet, hem de hayırdır. Tıpkı bu ilkenin sadece atom, sadece biçim, sadece enerji olamayacağı gibi. Nitekim Heisenberg'in belirttiğine göre; daha büyük enerji imkanlarının keşfedilmesiyle, bunların atomun yapısına uygulanmasıyla doğa bilimcileri; atomun yapısında daha farklı, hemen ortaya çıkıp kaybolan ve kararsız yeni elemanter tanecikler keşfetmişlerdir. Örneğin bunlardan birisi de Heisenberg'in belirtiğine göre; anti proton denilen negatif yüklü protondur. Hatta bu deneylerde, zamanın tersine aktığı durumlar dahi gözlendiğini belirtmektedir. Ancak görülüyor ki; bu elemanter tanecikler başkalarından türemekte, kaybolmakta yani enerjiye dönüşmekte, hatta ışık enerjisine dahi dönüşebilmektedir. Yani madde, durmadan değişmektedir. Çok kısa belirli anda tersinir olsa dahi, yine de değişmektedir. İşte bu temel ilke aslında; değişimden ve onun taşıyıcısı olan enerjinin sonsuz deviniminden başka bir şey değil. Tıpkı Aristoteles'in klasik anlamda olabilirlik (potentia) dediği şey; bizim sonsuz olasılık derecesi dediğimiz şey gibi. Kuantum fiziği ve özellikle Heisenberg; bu olasılık derecelerini objektif bir gerçeklik olarak görmez, ancak bu bizce hatalı bir yaklaşımdır. Çünkü bu dereceler, doğanın kendi özünü kısmen de olsa yansıtır.

Şimdi, en başa dönmüş olduk. Herakleitos'un değişim veya hareket dediği şeye. Ancak; değişimin, hareketin veya enerjinin de her zaman nedeni sorulmalıdır. İşte bu noktada Herakleitos'u tamamlayan; Parmenides'tir. Tıpkı varoluşu kuşatan şeyin, yokluğun sonsuz potansiyelitesi oluşu gibi.

REFERANS

Werner Heisenberg, Fizik ve Felsefe, (çev) Yılmaz Öner, İstanbul, Belge Yayınları, 2000