Kuramsal Fizikte Yöntem

1. Kuramsal Fizikte Yöntem Cemsinan Deliduman 6Nisan 2013 Küyerel Konferansı

2. Bilimin Durumu • Doğa yasalarının basit ve nesnel olacağı inancına dayanan bilim geçen birkaç yüzyıldason derece başarılı olduğu için, bugüne dek varsayılan doğa yasalarının doğru olduğu ve onlara ulaşma yöntemimizin hep takip etmemiz gereken doğru yöntem olduğu sonucuna varabiliriz. • Ancak bilim insanları birçok konuda anlaşamamakta ve bu nesnel, kesin, tekil ve tam olması beklenen bilimsel bilgiden kuşku duyulmasına yol açmaktadır. • Ayrıca bilim olduğunu savlayan etkinlikleri (Astroloji gibi) veya bilimsel olduğunu savlayan kabullenişleri (Yaradılış “teorisi” gibi) nasıl değerlendirmeliyiz?

3. Bilim nedir, nasıl yapılır? • Bilimsel bilgiyi diğer bilgi türlerinden ayırt etmek için önce bilimin ne olduğunu tanımlamalı ve bunun için de bilimin nasıl yapıldığının kurallarını belirlemeliyiz. • Bilim gerçeği arayan ve bulan bir uğraş mıdır? • Bilimsel yasalar ve kuramlar dünyayı tanımlamanın olası yollarından yanlızca biri mi? • Fiziksel dünyayla ilgili verilen bir modelin veya kuramın doğru olduğundan asla emin olamayacaksak, böyle kuramların doğru olduklarını ne kesinlikle söyleyebiliriz? • Bilimsel kuramları doğa hakkında gözlemlenmiş gerçekleri açıklamanın değil, bunları yalınlaştırma ve sistemli olarak toplamanın bir yolu olarak mı almalıyız?

4. Platon ve Aristo • Platon: Doğrudan duyu deneyiminden çok uzakta bir gerçeklik vardır. Doğru bilgi gerçek, sabit ve değişmez olmalıdır. Duyu deneyimlerinin dünyası sürekli değişir ve bu nedenle güvenilmezdir, doğru bilgiye ancak saf akıl ile ulaşılabilir. • Aristo: Her bilgi dış dünyadaki girdilerden ve sonunda bunlardan genelleyeceğimiz ya da tümleyebileceğimiz genel planlardan ve birleştirici ilkelerden başlamalıdır. Bu planlar ve ilkeler aklın hoşuna gider ve bizde belirli bir bilgi alanını ya da bireysel duyu deneyimlerinin bir kümesini en sonunda anlamışız duygusu uyandırır.

5. Newton ve Bilimsel Yöntem

6. Basit Yasalara Olan “İnanç” • Bilim, doğadaki sayısız olayları açıklayan temelde basit yasaların var olduğunu geleneksel olarak kabul edegelmiştir. • Ockham’ın usturası: En iyi açıklama, işe yarayanlar arasında en basit olanıdır. • Galilei: Düzenlilik içeren yalın, derli toplu bir dünyanın var olduğunu varsaymalıyız. • Mach: Bilimin amacı, doğadaki olayları en yalın ve en tutumlu biçimde betimlemektir.

7. Günümüzde gözde olan anlayış • Francis Bacon’ın aksiyomlar merdiveni: Basit gözlem  Veriler  Tümevarım  Ara genellemeler (Hipotezler)  Tahminler  Deney/Gözlem  Yasalar  Tümdengelim Tahminler  Yeni gözlem  ..... • Bu tamamen nesnel olan bir süreçtir. • Bilim, fiziksel dünya hakkında giderek daha fazla bilgi toplar ve bizi gerçeğe daha yakınlaştırır.

8. Bilimi hangi kıstas(lar)a göre tanımlamalı? • Hipotezlerin kaynağına göre: Saf düşünce, Matematik, Estetik kaygılar, Gözlem. • Bilimsel yöntemin kullanımıyla: Mantıksal çıkarım teknikleri (Tümdengelim, Tümevarım), Gözlem/deney ile sürekli karşılaştırma, Gerektiğinde hipotezlere geri dönme ve değiştirme, Yanlışlanabilir öngörülerde bulunabilme. • Sonuçların güvenilirliği için koyduğumuz kıstaslarla: Verileri düzenleme, Doğrulama, İlkesel tutarlılık, Basitlik, Belirlenimcilik, Açıklama kudreti, Pratik yarar.

9. İçerik • Gökbilim ve doğrulama(ma) paradoksları • Mekanikçi bakış ve Belirlenimcilik • Mekanikçi bakışın sorunları • Mantığın bilimde kullanımıyla ilgili sorunlar • Organizmacı bakış • Yanlışlanabilirlik kriteri ve sorunları • Bilim ne değildir? • Bilim nedir?

10. Ernest Rutherford “Bilim esas itibariyle fiziktir, gerisi pul toplamaktır.”

11. Gökbilim

12. Güneşin yıllık ve günlük hareketi Kış Dönümü Ekinoks Yaz Dönümü

13. Yıldızların Doğudan Batıya Hareketi

14. Güneş’in yıllık doğuya doğru hareketi

15. Gökküre

16. Platon ve Aristo • Platon (Timaeus): Evren kusursuz bir küre şeklinde yaratılmıştır ve doğal düzgün çembersel hareket edecek şekilde kurulmuştur. • Aristo: Diğer konularda Platon ile uyuşmasa da bu düşünceyi sahiplendi ve iç içe kürelerden oluşan kendi evren modelini yaptı. • Dünyayı hareketsiz duruyor şeklinde düşündüler. Burada açıklamanın basitliği ölçütü kullanılmıştır.

17. Aristo’ya göre evren

18. Yedi kat gök

19. Aristarchus: Güneş merkezli evren • Arşimet (Kum Saatçisi kitabı): “... Samos’lu Aristarchus, öncüllerinden evrenin şimdi söylenenden defalarca kat daha büyük olduğu sonucunu veren bazı hipotezlerden oluşan bir kitap çıkardı. Hipotezlerine göre, Dünya bir çemberin üzerinde Güneş’in etrafında döner, Güneş bu yörüngenin merkezindedir ve yine merkezinde Güneş’in olduğu sabit yıldızlar küresi çok büyüktür...”

20. Paralaks Problemi

21. Bir “doğrulamama” paradoksu • Hipotez: Güneş merkezdedir, gezegenler onun etrafında dönerler. • Gözlem: Paralaks yok. • O nedenle bu hipotez doğru olamaz. Doğrulamama?

22. Mars’ın ilmek hareketi

23. Claudius Ptolemaios (Batlamyus)

24. İlmek üzerinde hareket

25. İlmek – Dış Merkez - Ekuant ekuant Dünya

26. Bir “doğrulama” paradoksu • Hipotez: Dünya merkezdedir, Güneş ve diğer gezegenler onun etrafında dönerler. • Yapılan bütün gözlemlere uyan karmaşık bir model. • Pratik yarar: Takvim, namaz vakitleri, vb. Doğrulama?

27. Bilimi hangi kıstas(lar)a göre tanımlamalı? • Hipotezlerin kaynağına göre: Saf düşünce, Matematik, Estetik kaygılar, Gözlem. • Bilimsel yöntemin kullanımıyla: Mantıksal çıkarım teknikleri (Tümdengelim, Tümevarım), Gözlem/deney ile sürekli karşılaştırma, Gerektiğinde hipotezlere geri dönme ve değiştirme, Yanlışlanabilir öngörülerde bulunabilme. • Sonuçların güvenilirliği için koyduğumuz kıstaslarla: Verileri düzenleme, Doğrulama, İlkesel tutarlılık, Basitlik, Belirlenimcilik, Açıklama kudreti, Pratik yarar.

28. Nicolaus Copernicus (Kopernik)

29. Gök Cisimlerinin Hareketleri (1514) • “Hala Batlamyus’un ve diğer gökbilimcilerin çoğunun gezegenler kuramları, sayısal verilerle tutarlı olmalarına karşın, benzer biçimde hiç de küçük olmayan zorluklar çıkartıyorlarmış gibi görünüyorlardı. Çünkü bu kuramlar belirli ekuantlar tasarlanılmadıkça yeterli değildiler; bunun sonucunda bir gezegenin ne taşıyıcısında ne de ilmeğinin merkezi etrafında sabit hızla hareket etmediği gözüküyordu. Böylece bu tür bir sistem ne yeterince mutlak ne de yeterince akla hoş görünüyordu.”

30. Güneş merkezli modelde dış gezegenin ilmek hareketinin açıklaması

31. İki karmaşık evren modeli Batlamyus Kopernik

32. Johannes Kepler (1571-1630)

33. Gözlemle kuram arasında kesin niceliksel uyuma olan gereksinim • Kepler, 1600’den 1606’ya kadar Tycho Brahe’nin verileriyle Mars’ın yörüngesini çembersel hareketlerin birleşimleriyle tam olarak uydurmayı denedi. Yayın sekiz dakikasına kadar uyum elde etti, ama veriler daha hassas olmasına karşın daha iyi bir uyum elde edemedi. • “... Bundan sonra bu yolda kendi fikirlerime göre önden gideceğim. Çünkü, bu sekiz dakikayı ihmal edebileceğimize inansaydım, hipotezimi ona göre onarırdım. Fakat bunları ihmal etmek izin verilemez olduğu için, bu sekiz dakika gökbilimin tamamen yenilenmesine giden yolu işaret ediyor ...”

34. Gözlem Verilerinden Yasalara • Kepler’in yasalarını formüle etmesi yaklaşık yirmi yıl almıştır . • Bu yasalar büyük oranda gözlemsel olarak ve deneme yanılmayla, gerilerinde anlaşılır bir kuram olmadan keşfedildiler. Bunlar Kepler’in uzun yıllar boyunca büyük miktarda veriyi çalışarak bulduğu düzenliliklerin kısa matematiksel özetleriydi.

35. Kepler’in 1. Yasası Gezegen Güneş Odak

36. Isaac Newton (1642-1727)

37. Merkezi kuvvet olmazsa dönme hareketi mümkün değildir İpin üzerindeki gerilme kuvveti dönme hareketinin nedenidir. İp koparsa düz doğru üzerinde doğal hareket başlar. Merkezcil kuvvet Merkezcil kuvvet gerilme kuvvetine eşittir.

38. Elips şeklinde yörünge, ters-kare yasasına uyan merkezi kuvvetle mümkündür Gezegen Güneş

39. Gökyüzü ve Yeryüzü fiziğinin birleştirilmesi Yeryüzü: • BircisminağırlığıDünya’nın o cismeuyguladığıçekimkuvvetidir. Gökyüzü: • Aynı çekim kuvveti Ay’ın Dünya etrafında Kepler yasalarına uygun şekilde dönmesinin nedenidir. Birleşim: • Yeryüzünde olsun gökyüzünde olsun bütün cisimler kütle-çekim yasasına uyarlar.

40. “Kütle-çekim kuvveti” fikrinin kaynağı

41. Bilimi hangi kıstas(lar)a göre tanımlamalı? • Hipotezlerin kaynağına göre: Saf düşünce, Matematik, Estetik kaygılar, Gözlem. • Bilimsel yöntemin kullanımıyla: Mantıksal çıkarım teknikleri (Tümdengelim, Tümevarım), Gözlem/deney ile sürekli karşılaştırma, Gerektiğinde hipotezlere geri dönme ve değiştirme, Yanlışlanabilir öngörülerde bulunabilme. • Sonuçların güvenilirliği için koyduğumuz kıstaslarla: Verileri düzenleme, Doğrulama, İlkesel tutarlılık, Basitlik, Belirlenimcilik, Açıklama kudreti, Pratik yarar.

42. Newton ve Bilimsel Yöntem

43. Optik yasaları mı, Newton’ın kütleçekim yasası mı? Ole Rømer’in gözlemi: Dünya Dünya Işık hızı: c=212.000 km/s

44. Etkileyici başarılar:Yeni gezegenlerin keşfi

45. Merkür’ün Günberisinin İleri Gitmesi • Bu olay diğer gezegenlerin Merkür üzerindeki etkilerini hesaba katarak açıklanamadı. Açıklama Einstein tarafından genel görelilik kuramı içinde verildi. Bu, Newton’ın kuramının uygulanabilirliliğinin sınırını göstermiştir. Günberi ilerler Güneş Gezegen

46. Laplace, Olasılıklar Üzerine Felsefi Denemeler • “İlk neden” ile açıklama: • Belirlenimcilik: Gelecekte olacak olan herşey geçmişteki veya şu andaki olayların bir sonucu olarak belirlenebilir.

47. Mekanikçi Bakışın Sorunları

48. David Hume • Hume, neden-sonuç kavramlarını incelerken, gerçekte gözlemlediğimizin yalnızca biri bir diğerini izleyen olaylar olduğunu, bunların arasında gerekli olan bir bağlantı olmadığını işaret eder. Belirtilen sonucu veren bir nedenin (veya bağlantının) doğrudan gözlenmesi yoktur. Neden ve sonuç terimleri işlevsel anlamı olmayan sözcüklerdir. • Hume, gelecek gözlemlerin geçmiştekilere benzemesini varsaymamızı gerektirecek ne gibi bir nedenimiz olduğunu sordu. Tümevarımla çıkarılan yasalara neden sınırsız güven duymaktayız?

49. John Mill ve tümevarımla ilgili sorun • Mill, mantık bilimi için ana problemin, genel önermeleri keşfetme ve kanıtlama işlemi olan tümevarım sürecinin doğrulanması olduğunu ileri sürer. • Tüm tümevarımlarda doğanın izlediği yolun tekdüze olduğu ya da evrenin genel yasalarla yönetildiği varsayımı vardır. Ama bunun kendisi, tek tek durumların hepsinde doğru oldu diye doğru olduğunu varsaydığımız için tümevarıma bir örnektir.

50. Mantığın bilimsel kuram üretmedeki yetersizliği • Kanıt aramaksızın doğru ilk ilkelerden tümdengelim veya su götürmez genel yasalara ulaştıracak tümevarım temel alınarak kesin bilgiye ulaşılamaz. • İçerik arttıran bir mantık (ya da tümevarım mantığı) yoktur. Tümevarıma dayalı çıkarsamalar ampirik genellemelerden başka birşey değildir. • Tümdengelimsel mantık ise sadece etrafta önceden (gizli olarak) bulunagelen ifadeleri arayıp bulmamıza izin verir. Sonuç etrafta bulunagelenlerden daha fazla gerçeklik veya bilgi içermez.