BİLİM VE VARLIK Bilimin Gücü ve Sınırları

2-) BİLİM VE VARLIK

Bilimin Gücü ve Sınırları

Bilimin başta gelen gayesi, kâinatı ve insanı tanımak ve anlamaktır. İşleyiş tarzını ana hatlarıyla gözden geçirmiş olduğumuz bilimsel metodunun birçok bilim adamı tarafından yıllar boyunca değişik sahalarda tatbiki sonucu acaba günümüzde nasıl bir varlık ve insan anlayışına ulaşıldı? Bu soru, daha önce verilen bilim sınıflamasında "empirik bilimler" başlığı altında toplanmış olan bilim dallarının verileri kullanılarak cevaplandırılabilir.

Empirik bilim dalları arasında fizik; zaman, mekan, hareket ve maddenin yapı özellikleri gibi temel kavramları konu alması sebebiyle müstesna bir yere sahiptir. Birinci bölümde tarih içinde, insanoğlunun kâinatı ve kendini anlama ve tanıma çabalarının ne kadar eskilere uzandığı, buna kıyasla empirik bilimlerin birçok dalının ortaya çıkışının ise oldukça yeni olduğu ve şimdi çeşitli adlar altında mevcut bulunan hemen bütün bilim dallarının, başlangıçta felsefenin kapsamı içinde yer aldığını görmüştük.

Aristoteles, felsefenin değerinin, insanlık için en önemli hususlar olan "insan ve kâinatın nereden gelip, nereye gitmekte olduğu" meselesini konu almasından kaynaklandığını söylemişti. Bu hususlar, günümüzde de önemini aynen korumaktadır. Ne var ki, günümüzde bilimin verilerinin çok büyük miktarlara ulaşmış olması nedeniyle, artık tek bir insanın mevcut bilgilerin tamamını, bütün teferruat ve incelikleriyle kendisinde toplaması imkân harici görülmektedir. Her şeyi en mükemmel şekilde bilen, geniş sistemler kuran filozof mefhumu, artık tarihe karışmıştır. Şimdi bu hususlarla-o da her biri ancak son derece dar bir ihtisas alanında olmak üzere- uğraşanlar, teorik fizikçilerdir.

Denilebilir ki, eski felsefe programlarının neredeyse yarısına yakın bir bölümünü kaplayan zaman, mekan ve madde felsefesiyle ilgili düşünce modelleri kurma işini, günümüzde teorik fizikçiler üstlenmiştir.

Fizik, eski yunanca "physike=tabiattan" kelimesinden köken alan; “cisimlerin temel özelliklerini” ve “yapılarında bir değişikliğe yol açmadan durumlarını veya hareketlerini değiştiren kanunları” inceleyen bilimdir.

Bu bilim; astrofizik, kozmoloji, jeofizik, dinamik, optik, elektronik ve nükleer fizik gibi birçok alt dallara ayrılmıştır. Bunlardan astrofizik ve kozmoloji, kâinatın ilk var edilişinden zamanımıza kadarki devirlerine ait belli başlı olayların global bir yaklaşımla ele alındığı branşlardır. Astrofizik verileri tarafından belirlenen ve şekillenen kâinat modelini incelemeye başlamadan önce, bilimsel teorilerin kapsamlarının, sınırlarının ve temel niteliklerinin gözden geçirilmesi gerekir. Acaba bilimsel teori ve kanunlar, kesin, mutlak, bundan böyle hiç değişmeden kalacak statik ve sabit yapılar mıdır? Veya, bu teori ve kanunlar, hiçbir yetersizlik ve tutarsızlığa düşmeden her türden olguyu sürekli açıklayabilecek güç ve kapasiteye sahip sistemler midir?

Bilim felsefesi ve tarihi literatürü, bu soruların cevaplarının “olumsuz” olduğunu gösteren birçok örnek içerir. Bunlardan ilk göze çarpanları inceleyelim: Bilimsel teoriler, en az iki yönden “sınırlı” olmak durumundadırlar. Bu sınırlılık hallerinin ilki, yeni bir teorinin ortaya konduğu andan itibaren söz konusu olmaya başlar; çünkü her teori, “belli bir bilim dalına ait belli bir olguyu veya olgu grubunu” açıklamak üzere ortaya atılır. Bu tür sınırlılık, kısmen de teoriyi olgulara bağlayan belirli fonksiyonel tanım ile işlemlerden kaynaklanır ve bundan dolayı her teori, ancak tanımlı olduğu belli bir alana uygulanabilir.

Bilimsel teorilerin ikinci türden sınırlılıkları ise bilimsel gelişme sürecinin özelliğinden kaynaklanır ve ortaya çıkmaları, belirli bir süreyi gerektirir. Bilimin gelişme şekli ile ilgili pek çok görüş vardır. Bunlardan en çok taraftar bulan ikisi, ilk bakışta birbirine zıt gibi görünse de, aslında aynı gerçeğin iki farklı cephesini tasvir ettikleri için birbirlerini tamamlamaktadırlar. Bu görüşlerden ilkine göre bilim yavaş, fakat sürekli ilerleyen bir bilgi üretme, sınıflama ve biriktirme sürecidir. İkinci yaklaşıma göre ise bilimde gelişme, teorik düzeyde yer alan köklü düşünme değişikliklerinin bir sonucudur. Bu bakış açılarının her ikisinde de gerçek payı vardır. Bilimin gelişimi, karmaşık bir olaydır. Bu gelişimin bir cephesinin evrim, diğer cephesinin ise devrim niteliği taşıdığını görmekteyiz. Gerçekten, bilimsel ilerleme, geçerli bilgilerimiz yönünden sürekli bir birikim, tespit edilmiş olguları yorumlama ve açıklama yönünden ise ancak zaman zaman kendini gösteren köklü düşünce değişimleri biçiminde tezahür etmektedir.

Bilim tarihinde bu hususu destekleyen pek çok örnek bulunabilir. Geçmişte gözlem ve deney yoluyla tespit edilmiş birçok olgu ve gerçek; meselâ gezegenlerin hareketleri, gazların özellikleri, sarkaç salınımı, gel-git olayı, cisimlerin serbest düşmesi ve benzerleri; giderek artan bilgilerimizin bir bölümü olarak bugün de geçerliliklerini sürdürmektedir. Bunları bir yana itme, geçersiz sayma yoluna gidemeyiz. Bu gerçekler, geçmişte keşfedilmemiş olsalardı, günümüzde bulunacaklardı.

Oysa aynı devamlılığı, olguları açıklama amacıyla ileri sürülen hipotez veya teorik nitelikli açıklamalarda görememekteyiz. Bilim tarihinde aynı olgu grubunu açıklamak amacıyla değişen aralıklarla, çoğu defa birbiriyle bağdaşmaz hipotezlerin ortaya atıldığını görüyoruz. Meselâ, gökcisimlerinin gözleme konu hareketlerinin açıklanması amacıyla Eudoxus'dan Newton'a kadar geçen 2000 yıllık sürede, birbirinden farklı birçok hipotezler ortaya atılmış; bu hipotezler ampirik buluşlar gibi bir bilgi birikimi sağlamak şöyle dursun; her biri bir öncekini yıkma, hiç değilse kısmen değiştirme gayesine yönelmişti.

Daha önce de söylediğimiz gibi her hipotez, kâinata belli bir bakış açısını ifade eder; fakat başka muhtemel bakış açılarının mevcudiyet imkânını ortadan kaldırmaz. Herhangi bir hipotezin ortaya atılmasında veya benimsenmesinde, gözlemlere uyma ve olguları açıklama gücü kadar, kişisel yaklaşım, inanç ve tercihler de rol oynamaktadır. Bu nedenledir ki, zaman zaman aynı alanda rakip hipotezlerin ortaya çıktığını ve bunlardan yeterince doğrulandıktan ve teori özelliğini kazandıktan sonra, uzun bir süre boyunca tutunabilenlerin bile birtakım şartların oluşmasıyla geçerliliklerini-bazen de hiç beklenmedik bir biçimde-kaybettiklerini görmekteyiz.

Çoğu kez ilk kuruluşlarında evrensel kapsamlı olduğu sanılan teorilerin bile, gözlem ve deney alanlarının genişlemesine paralel olarak zamanla yetersizlikleri ortaya çıkmıştır. Bunun en iyi bilinen örneği, Newton'un bulduğu gravitasyonel çekim kanunudur. Yüzyılımıza gelinceye kadar bu teorinin geçerliliği, mutlak ve sınırsız kabul edilmiştir. Ne var ki, bazı yeni gözlemler, meselâ Merkür gezegeninin hareketindeki sapma ve özellikle yörüngesinin güneşe en yakın noktadaki gerileme hareketi, teorinin mutlak ve sınırsız geçerlikte olmadığını ortaya koymuştur. Benzer şekilde kimya dalında uzun süre "birleşme değeri", mutlak ve sınırsız geçerlikte olduğu sanılan "elektron bağı" kavramı ile açıklanmakta iken, benzen halkasının tasvir ve izahı ile ilgili birtakım zorluklar karşısında, "elektron bağı" kavramı, uygulanma imkânı bulamamıştır. Bu örnekleri daha fazla çoğaltmak mümkünse de, gayemiz sadece, baştan tahmin edilmemekle birlikte her teorinin er-geç açıklama veya tahmin gücünü aşan bazı yeni gözlemlerle karşı karşıya kalacağını ifade etmek olduğu için, bunlarla yetineceğiz.

Teorilerin sınırlılığını gösteren bu gerçek aslında bilimde yeni ilerleme ve gelişmelerin de itici gücünü teşkil etmektedir. Bilim tarihi, yeni ve daha güçlü bir teorinin ortaya çıkması için, daha önceki bir teorinin bazı gözlem verileri karşısında yetersiz kalması gerektiğini gösteren örneklerle doludur. Nitekim bu iki örneğimizden ilkinde, Newton’un çekim teorisinin yetersizliği, muhtevası daha geniş bir teoriye, Einstein'ın genel relativite teorisine zemin hazırlamıştır. İkinci örnekteki "elektron bağı" mefhumunun benzen halkasına uygulanamaması hadisesi de "kuantum rezonansı" denilen daha güçlü bir kavramın keşfine imkân sağlamıştır. Her iki halde de yeni teoriler; eski teorilerin kapsamına giren olgularla birlikte, sınırları dışında kalan olguları da açıklama potansiyeline sahip olmuşlardır.

Görüldüğü gibi bilimin gelişimi ne tek başına birtakım teorik görüş değişikliklerinden, ne de yalnızca birbirine eklenen sürekli bir veriler ve bulgular zincirinden ibarettir. Bu iki merhale, aslında birbirini tamamlayıcı bir niteliktedir. Bazı buluşlar, yeni teorilere yol açtığı gibi, yeni teoriler de, farklı bazı gözlem ve deneylere kapı açmakta, dolayısıyla yeni buluşların şartlarını hazırlamaktadır. Veri bazındaki buluşlarla, teorik açıklamalar arasındaki bu karşılıklı etkileşme, bilimde gelişmenin gerçek itici gücünü temin eden mekanizmadır. Bu itici güçten kaynaklanan bilimsel gelişmenin iki dönemli bir proses olduğunu söyleyebiliriz: Dönemlerden biri, teorik "düzeyde açılma"dan, diğeri bu açılmanın empirik düzeyde pekiştirilmesinden ibarettir. Fakat her pekiştirme, er geç, yeni bir açılmanın gereklerini oluşturmakla neticelenmektedir.

Günümüz biliminin verilerinin tasvir ettiği kâinat modeli araştırılırken, bilimsel teorilerin bu özellikleri de göz önünde bulundurulmalıdır.

Bilimsel Verilerin Ortaya Koyduğu Kâinat ve İnsan Modeli

Kâinatın Yaratılışı

Astrofizikçilerle astronomların başlıca bilgi kaynağı ışıktır. Bu disiplinin çalışma sahasına giren olguların hemen tamamı dünya dışına ait olduğundan, tasvirleri ve açıklanmaları için çok defa sadece oralardan gelip, bize ulaşan ışığı tetkikle yetinme zorunluluğu vardır.

Işık, bir tür elektromanyetik radyasyondur. Elektromanyetik radyasyonlar, dalga boylarına göre "..., gamma ışını, x-ışını, morötesi ışın, görünür ışık, kızıl ötesi ışın, radar dalgaları, TV dalgaları ve radyo dalgaları..." şeklinde sıralanan bir spektral yelpaze teşkil ederler.

20’inci yüzyılın ilk yarısında, muhtelif galaksilerin spektrografik tetkikleri sonucu bulunan "kırmızıya kayma" hadisesi, günümüzde benimsenmiş olan kâinat modelinin şekillenmesinde çok büyük bir rol oynamıştır. Daha sonra, uzayın her tarafından gelmekte olan yeni bir elektromanyetik radyasyon türünün keşfi ile de bu modelin doğruluğu ispatlanmıştır. Bu ışıma, uzayın her tarafına dağılmış olduğu için "kozmik fon radyasyonu" olarak adlandırılmıştır.

Birinci hadise, ilk defa Alman astronomu H. K. Vogel tarafından, yıldız tayflarının fotoğraflarıyla ilgili çalışmalar esnasında fark edildi. Vogel, çeşitli yıldızlara ait ışık spektrumlarını

fotoğraf filmlerine almaktaydı. Gözümüz tarafından beyaz olarak algılanan ışık, aslında değişik dalga boylarına sahip, farklı renklerdeki ışınların bileşiminden müteşekkildir. Bu husus, ince bir güneş ışığı huzmesinin bir prizmadan geçirilmesi suretiyle gözlenebilir. Prizma vasıtasıyla bileşenlerine ayrılan ışık demeti aynı zamanda da "genişler".

Prizmadan geçen bu huzme, beyaz ve düzgün bir zemin üzerine düşürüldüğünde, dalga boyu en uzun olanından en kısasına doğru; kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor renk bantlarının yan yana dizilmesiyle bir tayf teşekkül eder. Gökkuşağı da benzer bir şekilde oluşur. Lineer bir yol izlemekte olan güneş ışınları, yağmur damlacıklarına rastlayınca, farklı kırılma açılarına sahip olan dalga boyları birbirlerinden ayrılır.

Yıldızlardan ve galaksilerden gelen ışığın da tayfları elde edilebilir. Güneşin ve diğer yıldızların tayfları dikkatle incelendiğinde, bir takım siyah çizgiler ihtiva ettikleri görülür. Bu çizgiler, yıldızın atmosferinde bulunan atomların emdikleri belirli dalga boylarında oluşur. Her element atomu, sadece kendine has bir renk bölgesini, yani dalga boyunu absorbe eder. Böylece, absorbsiyon çizgilerine bakarak, kendisinden yayılan ışığın bize ancak milyonlarca yılda ulaşabildiği müthiş uzaklıklardaki yıldızların atmosferlerini teşkil eden elementleri belirlemek mümkün olur.

Teleskopla kombine kullanılan "spektrograf " adlı cihazlardaki mercekler, tayfları büyüterek fotoğraf filmleri üzerine düşürebilir. Bu tayf fotoğrafları incelendiğinde, yıldızlardan gelen ışığın absorbsiyon çizgilerinin tamamının hep birlikte, normalde bulunmaları gereken yerden, kırmızı uca doğru kaymış oldukları gözlenir. Kırmızıya kayma adı verilen bu fenomen, tayfı incelenen yıldızın bizden uzaklaşmakta olduğunu gösterir. Çünkü ışık veya ses dalgaları neşrederek bir gözlemciden uzaklaşmakta olan cisimlerden yayılan ışık veya sesin dalga boyu, o gözlemci tarafından sanki uzamış gibi müşahede edilir. Kaynağın gözlemciye yaklaşması halinde ise bunun tersi vuku bulur. Büyük bir hızla yaklaşarak, yanımızdan geçip giden bir tren veya ambulanstan yayılan sesin önce tizleşip, sonra da pesleşmesinin nedeni, sesin dalga boyundaki bu relatif kısalma ve uzamadır. Tizleşme, sesin dalga boyundaki izafi kısalmadan, pesleşme de uzamadan kaynaklanır.

Kırmızıya kayma fenomeninin H. Y. Vogel tarafından yıldız tayfı çalışmalarında fark edilişinden birkaç yıl sonra, Amerika'daki Lowell Rasathanesi'nde galaksileri incelemekte olan V. M. Slipher, bu ilginç durumun diğer galaksiler için de geçerli olup olmadığını anlamak için, 40 dan fazla galaksinin hareketlerini ve tayflarını inceledi. Bu çalışma sonunda, samanyolunun da üyesi olduğu galaksi kümesi elemanları dışındaki bütün galaksilerin, neredeyse ışık hızına yakın süratlerle bizden uzaklaşmakta olduklarını buldu. O yıllarda bu hız değerlerinin, galaksilerin uzaklıklarıyla doğru orantılı olabileceği düşünülmüş, ancak galaksiler arası mesafeler bilinmediği için bu görüş ispatlanamamıştı. Nihayet E. Hubble, birçok galaksinin uzaklığını oldukça kesin bir şekilde hesapladıktan sonra, bu değerleri Slipher'in ölçtüğü hızlarla karşılaştırarak, gerçekten de galaksilerin uzaklaşma hızlarının, bulundukları mesafeyle orantılı olduğunu ortaya koymuş oldu.

Bu önemli ilişki, M. Humanson adlı araştırıcının daha uzaklardaki galaksiler için yaptığı gözlemlerle de teyit edildi. Galaksilerin bizden uzaklaşma hızlarıyla uzaklıkları arasındaki münasebet, Hubble'ın adıyla anılan bir bağıntı ile ifade edilir. Burada G_v bir galaksinin uzaklaşma hızı; G_x de dünyaya olan mesafesi olup, orantı katsayısı olan H, Hubble sabiti olarak bilinir:

G_v=HG_x

Zaman içinde yeni tekniklerin geliştirilmesiyle daha hassas gözlemler yapıldıkça, bu bağıntının çok daha uzaklardaki galaksiler için de geçerli olduğu ortaya çıkarılmıştır. Hubble'ın 46 kırmızıya kayma fenomeni tespit etmiş olmasına karşılık, Humason'un araştırmalarıyla bu sayı 200'e ulaşmıştır. Günümüzde ise bu değer 15 000'e yaklaşmıştır.

Samanyolunun dahil olduğu galaksi kümesine ait birkaç galaksi dışındaki bütün diğer galaksilerin bizden uzaklaşıyor olması, samanyolunun kâinatın merkezi konumunda olduğu manâsına gelmez. Hadise, bir galaksinin ortada dururken, diğerlerinin ondan uzaklaşması şeklinde değil, bütün galaksilerin aralarındaki mesafelerin topyekûn artması sonucu, kâinatın global bir tarzda genişlemesi biçiminde anlaşılmalıdır. Bu durumda, gözlem hangi galaksi kümesinden yapılırsa yapılsın, daima aynı olgu müşahede edilecektir.

Galaksilerin böyle büyük hızlarla birbirinden uzaklaşmakta oluşu, kâinatın büyük bir süratle "genişlemekte" olduğunu gösterir. O halde kâinat dün, bugün olduğundan daha küçüktü, evvelki gün de dünkünden...Bu şekilde gerisin geriye geçmişe uzanan bir gezi tahayyül edersek, kâinat gittikçe küçülüp daralan bir kâinatla karşı karşıya kalırız. Nihayet, sonunda öyle bir noktaya ulaşılır ki bugün mevcut bulunan milyarlarca ışık yılı çapındaki makro alem, iğne ucundan bile çok daha küçük bir noktacığın içine sığmış olur.

İşte bütün kâinat, geçmişte kalan o “an” içinde, “tek bir nokta”dan varedilmiştir. Big Bang, yani büyük patlama hadisesi esnasında kâinatın şu an mevcut bütün kütle ve enerjisi nokta küçüklüğündeki bir mekan içine sığdırılmış durumda idi. Yaratılış patlamasının vuku bulduğu "o" an dan önce ise fiziksel varlıklar, mekan ve zaman yoktu. Big Bang, müthiş miktarlarda enerjiyi serbest bırakan bir “yaratılış patlaması” dır.

Belirli bir zaman içinde kâinatın biraz genişlemesiyle, trilyonlarca dereceye ulaşan sıcaklıktaki bu “varlık öncesi enerji karışımı”ndan ilkin atomaltı parçacıklar yaratıldı. Daha sonra radyasyon yoğunluğu ve sıcaklık, atomların teşekkülüne imkân sağlayacak seviyeye indi. Mekanın daha da genişlemesi ve sıcaklığın da azalması ile atomlar, önce küçük gaz öbekleri, sonra da nebula adı verilen dev gaz bulutları halinde kümelendiler. Nebulaların bünyesindeki gazların yer yer yoğunlaşması sonucu yıldızlar, bunların belirli bir sistem oluşturacak tarzda organizasyonuyla da galaksiler varedildi.

Big Bang adı verilen bu yaratılış teorisi, bugün hemen bütün bilim adamları tarafından benimsenmektedir. "Kırmızıya kayma" fenomenini açıklamak üzere kurulan Big Bang hipotezini geçerli bir teori haline getiren delillerden en önemlisi, bu hadisenin müşahedesinden yaklaşık 35 yıl kadar sonra bulunmuştu. A. A. Penzias ve R. W. Wilson adlı iki radyoastronomun, çok uzak geçmişte vuku bulan bu dev patlama hadisesinden "geriye kalmış olması gereken" fosil radyasyonu yani, kozmik fon ışımasını keşfetmeleri, kendilerine 1978 Nobel Fizik ödülünü, Big Bang hipotezine de "evrensel geçerlilikte bir teori" statüsünü kazandırdı.

Kâinat Modelleri

Big Bang teorisine dayanarak, muhtemel bütün kâinat modellerinin temel unsurları olan zaman, mekan ve maddenin yapısıyla ilgili çok önemli çıkarımlarda bulunmak mümkündür. Big Bang hadisesinden günümüze kadar geçen zaman, galaksilerin hızları ile uzaklıkları arasındaki ilişkiyi ifade eden bağıntı kullanılarak hesaplanabilir: G_v=HG_x

Bu bağıntının geçerliliği hususunda artık günümüzde bütün bilim adamları hemfikir olmakla birlikte, orantı katsayısı "H" nin değeri üzerinde henüz tam bir mutabakat sağlanamamıştır. Galaksilerin uzaklığını ölçmede en yaygın şekilde kullanılan skala, "sefeid"ler adı verilen yıldız gruplarıdır. Samanyolunda ve komşusu Andromeda'da bir çok sefeid grubu bulunmuştur. Bu yıldızların parlaklıkları, periyodik olarak çoğalıp azalır. Bu süre, yıldızın ışıma miktarı ile doğru orantılıdır. Yani bir yıldızın lüminositesi ne kadar fazlaysa, bu osilasyon süresi o kadar uzun olacaktır.

Sefeid yıldızlarının parlaklık, ışıma osilasyonu ve büyüklük gibi parametrelerinden istifade edilerek, uzaklıkları hesaplanabilir. Sonra bu parametrelerden bazılarının mukayesesi suretiyle, daha uzaklardaki galaksilerin bize olan mesafeleri bulunabilir. Ancak, uzaklığı araştırılan galaksilere oranla, referans yıldız gruplarının dünyamıza çok yakın olması sebebiyle sefeidlerin bu parametrelerinin ölçümlerindeki en küçük değer farklılıkları, galaksilerin hesaplanan uzaklıklarında, dolayısıyla da "H"de çok büyük değişikliklere yol açmaktadır

Bu nedenlerle "H" için teklif edilen değerler "bir milyon ışık yılı için 15 ilâ 30 km/sn" arasında değişmektedir. Yani, galaktik mesafe araştırmalarında, “optik ya da radyo” teleskoplarla rasat edilen her bir milyon ışık yılı (9,4605x10¹⁸ km.) mesafe başına, galaktik uzaklaşma hızı 15 ilâ 30 km. kadar artacaktır. Bu durumda dünyamızdan 100 milyon ışık yılı ötede bulunan bir galaksinin uzaklaşma hızı, saniyede 1 500 ilâ 3 000 km. arasında olacaktır.

Galaksilerin mesafeleri ile uzaklaşma hızları arasındaki G_v =HG_x bağıntısı, v= x/t olduğu için G_x/t=HG_x ve (t=1/H) şeklinde yazılabilir. H'nin farklı değerleri için t'nin hesaplanan değerleri, yani galaksilerin öncü formlarının tamamının bir arada bulunduğu yaratılış anından günümüze kadar geçen zaman, takriben 10 ilâ 20 milyar yıl arasında değişmektedir. Görüldüğü gibi kâinatın yaşı için bulunan değer kesin değildir. Ancak kesin olan şey, kâinatın ve içindekilerin sonsuzdan beri varolmayıp, belli bir zaman önce yaratılmış olduğudur.

Kozmoloji, fiziksel alemin bir bütün olarak kavranıp, anlaşılması amacıyla tüm tabiat bilimlerine ait sonuçların bir araya getirilerek ortak bir plâtformda değerlendirmeye tâbi tutulduğu bir disiplindir. Astronomi ve astrofizik, kozmoloji çalışmalarına en yüksek miktarda veri sağlayan bilim dallarıdır. Kozmologlar kâinatı, bir bütün halinde, orijin, şekil, yapı, bileşim ve büyüklük gibi temel özellikleri açısından, global bir bakış açısıyla ele alırlar. Böylelikle "nasıl bir kâinatta yaşamakta olduğumuz" sorusuna; başta astronomi ve astrofizik olmak üzere, çeşitli bilim dallarına ait verileri kullanarak, bir takım "kozmolojik modeller" kurmak suretiyle cevaplar bulmaya çalışırlar.

Teorik olarak-bilim tarihi boyunca çok sayıda örneği sergilenmiş olan-pek çok sayıda kozmolojik model kurmak mümkün olmakla beraber, temel nitelikleri bakımından bunların tamamı, iki ana guruba ayrılabilirler. Bu ana gurupları temsil eden modeller, birbirlerinden tamamen farklı üçer temel önermeden oluşur. Bu iki esas modelin aynı sıra numaralı temel önermeleri, mantık diliyle, birbirlerinin "değili"dirler. Bu modeller ve temel önermeleri şöyledir:

ESAS MODEL-I	ESAS MODEL-II
1-) Belirli bir zamanda yaratılmış olan sonlu yapıdaki kâinatın varlığı birgün sona erecektir.	1-) Kâinatın başlangıcı, sınırları ve sonu yoktur.
2-) Kâinatta bir gayelilik vardır.	2-) Kâinatın varoluşunda hiçbir amaç söz konusu değildir.
3-) Kâinatın, varediliş amacına uygun bir plânı ve düzeni vardır.	3-) Kâinattaki herşey rastlantılarla zorunlulukların bir sonucudur.

Bu esas modeller, teistik ve ateistik kozmoloji sistemleri olarak da adlandırılabilirler. Ateistik kozmoloji modeli, materyalizmin varlık felsefesinin esasını oluşturur. Görmüş olduğumuz gibi bilimin en popüler teorilerinden biri olan Big Bang’de, teistik kozmolojik modelin birinci önermesi temel bir prensip olarak benimsenmiştir. Çekim kuvvetlerinin tesiriyle kâinatın genişlemesinin günün birinde durması ve tüm varlıkların tekrardan başlangıç noktasına dönmesi muhtemeldir. Fakat bundan önce yıldızların termonükleer reaksiyonlarında kullanılan yakıtların bitmesi ile bir "enerji tükenmesi kıyameti" vuku bulabilir. Öyle ya da böyle, kâinatın günün birinde sonlanması kaçınılmaz görünmektedir.

Ateistik modelin birinci önermesi ise "steady state" veya "durgun kâinat" olarak adlandırılan modelin temel ilkesidir. Bu modele göre sonsuzdan beri var olup, sonsuza kadar da mevcudiyetini sürdürecek olan kâinat için, herhangi bir başlangıç veya sonlanış tasavvur dahi edilemez.

Yüzyılımızın başlarında felsefe ve bilim çevrelerini kasıp kavuran ve 1917 Rus ihtilaliyle resmen bir devlet ideolojisi olarak siyaset, ekonomi, ve hukuk gibi sahalarda da uygulamaya konan materyalizmin ateistik kozmolojik modeli, o yıllarda bilim dünyasına, mutlak bir gerçekmiş gibi lanse edilmekteydi. İdeolojiden bağımsız objektif bilimsel verilerle pek uyuşmayan bu görüş, en geniş ufuklu bilim adamlarının dahi elini kolunu bağlamış durumdaydı. 1916'da bilim dünyasına tanıttığı genel relativite teorisiyle yüzyılımız fiziğine yepyeni bir boyut ve bakış açısı kazandıran A. Einstein bile o yıllarda bu baskıya boyun eğmişti. Bütün matematiksel hesaplamaları, "genişleyen ve belirli bir zamanda yaratılmış olan" kâinat modelini desteklemekte olduğu halde Einstein, sırf bilim çevrelerine egemen olan bu materyalist baskılar sebebiyle, yüzyılın en önemli buluşlarından biri olan teorisini, ateistik modele adapte edebilmek için "tahrif ederek" kamuoyuna açıklamak zorunda kalmıştı.

Bu olay, ünlü fizikçinin ölümünün 100. yıl dönümü münasebetiyle Time dergisinde yayımlanan bir makalede şöyle anlatılır: "... Einstein, astronominin yeniden canlılık kazanmasına, kâinatın başlangıcının ve tarihi gelişiminin anlaşılmasına çok önemli katkılarda bulunmuş olan bir bilim adamıdır. Einstein'ın hesapları "genişlemekte olan" bir kâinata işaret etmekteydi. Bu gerçek, hakim çevreleri son derece rahatsız etti. Einstein, bunun üzerine "matematiksel bir el çabukluğuyla" denklemlerine, kâinatın durgun ve sonsuz olduğunu düşündürecek bir ilâve yaptı. Ne var ki on yıl kadar sonra astronom E. Hubble, bütün galaksilerin birbirinden uzaklaşmakta, yani kâinatın genişlemekte olduğunu gösterince; Einstein, yaptığı tahrifatı düzeltti ve bunun "bilimsel kariyerinin en büyük hatası" olduğunu itiraf etti..."

Fizik gibi, matematiğin sağladığı ifade berraklığı ve kolaylığından alabildiğine yararlanılan bir bilim dalında bile ideolojik baskıların böylesine etkili olabilmesi, biyoloji, psikoloji ve sosyoloji gibi başlıca ifade araçları günlük konuşma dili olan bilim dallarında geliştirilen teorilerin son derece dikkatle test edilmesinin nasıl kesin bir zorunluluk olduğunu açık bir şekilde ortaya koymaktadır.

Kâinatta Gayelilik

Astronomi biliminin verileri ışığında, kâinatın başlangıcından günümüze kadarki gelişim tarihini ve temel yapı özelliklerini ana hatlarıyla gözden geçirmek suretiyle, iki esas kozmolojik modelin diğer varsayımları da irdelenebilir.

Big Bang, izafiyet ve termodinamik kanunlarına göre, yaratılıştan hemen sonra kâinatın sıcaklığı, trilyonlarca derece olmalıdır. Böyle yüksek sıcaklıklarda madde de radyasyon özelliği göstereceğinden, o sıralarda kâinatın tamamen enerjiden-adeta bir tür kudret denizinden-ibaret olduğu da söylenebilir. Sıcaklık, kâinatın genişlemesiyle ters orantılı olarak değişir. Meselâ, hacim iki katına çıkınca sıcaklık yarıya iner. Saniyenin yüzde biri kadar bir zamanın geçmesiyle, sıcaklık birkaç milyar dereceye düşmüş olmalıdır.

"m" kütlesine sahip bir parçacık, kütlesinin ışık hızının karesiyle çarpımına eşit miktarda enerji (E) ihtiva eder. Bu hususu Einstein ünlü E=mc² bağıntısıyla ifade etmiştir. Veya (E) miktarındaki enerjinin madde şeklinde organizasyonuyla, m kütlesinde bir çift parçacık yaratılmış olur. Bu enerji-madde dönüşüm bağıntısı çerçevesinde, tamamen enerjiden ibaret olan kâinatın genişleyerek soğumaya başlamasını takiben, atomaltı parçacıklar yaratılmaya başlamıştır. Fokur fokur kaynayan bu kozmik karışım hâlâ öylesine yoğun ve sıcaktır ki, fotonlar dahi bu şartlarda serbestçe hareket edememektedir. Fotonlar ve parçacıklar arasında sürekli olarak şiddetli çarpışmalar vuku bulmaktadır.

Nihayet ilk üç dakika sonunda sıcaklığın bir milyar dereceye kadar inmesiyle çarpışmaların şiddeti, nötron ve protonların biraraya gelerek hidrojen ve helyum çekirdekleri teşkil etmelerine imkân sağlayacak kadar azaldı. Büyük patlamanın üzerinden yaklaşık olarak yarım saat geçmesiyle mevcut atomaltı parçacıkların takriben dörtte biri helyum çekirdeği tarzında organize olurken, diğer protonlar ise serbest hidrojen çekirdekleri olarak kalmıştı. Kâinatın genel kimyasal yapılanma süreci böylece tamamlanmış oldu.

Atomaltı parçacıklar hidrojen ve helyum çekirdekleri halinde organize olurken, kâinat müthiş bir süratle genişlemeye devam etmekte ve buna bağlı olarak yoğunluk ve sıcaklığı giderek düşmekte idi. Ama yine de kâinatın, elektronların çekirdeklerin çevresinde belirli yörüngelere yerleşmesiyle atomların teşkiline imkân verecek sıcaklık ve basınç derecesine ancak bir kaç yüz bin senelik bir sürenin geçmesinden sonra ulaşmış olduğu hesaplanmıştır.

Big Bang teorisine dayanarak yapılan çıkarımlara göre ilk kâinat maddesi esas olarak, yaklaşık dörtte biri helyum, geri kalanı da hidrojen olan başlıca iki element atomu şekline taksim edilmiştir. Son yıllarda yapılan araştırma ve hesaplamalar, bu karışımın içinde çok az miktarlarda lityum, berilyum ve bor gibi elementlerin de bulunabileceğini göstermektedir.

Atomların teşekkülünden sonra sıcaklığın dört-beş bin dereceye inmesiyle birlikte, kâinatı homojen olarak dolduran ve yaratılış patlamasının tesiriyle ışık hızına yakın müthiş bir süratle her yönde saçılmakta olan "ilk madde" atomları, henüz anlaşılamamış olan bir mekanizma ile yer yer, güneşin 200-300 milyar katı kütledeki dev gaz bulutları halinde kümelenip, yoğunlaşmaya başlamıştır. Bunlar, yıldız adaları olan galaksilerin ilk çekirdekleridir.

Ancak bu kümelenmenin nasıl başlayıp, geliştiği ve bu gaz bulutlarından oluşan yıldızların nasıl galaksiler, galaksilerin de nasıl galaksi kümeleri tarzında organize olduğu sorularına henüz herkesçe kabul edilen uygun cevaplar bulunamamıştır. Aslında bu olay, meselâ, odaya sıkılan spreyden çıkan partiküllerin tavanda, olimpiyat oyunlarının sembolüne benzeyen beş adet birbiri içine geçmiş çember yada küre oluşturarak asılı kalmaları veya yukarıya doğru atılan bir avuç kumun, yere kumdan bir kale oluşturacak şekilde düşmeleri kadar şaşırtıcıdır. Ama kâinatın bugün müşahede ettiğimiz duruma gelebilmesi için bu kümelenme hadisesinin gerçekleşmiş olması da gerekli görülmektedir.

Kâinatın varoluşunun daha ilk saniyelerinden itibaren vuku bulmuş pek çok hadiseyle ilgili son derece ayrıntılı hesaplamalar ve çıkarımlar yapılabilirken, aynı başarı galaksilerin teşekkülü hususunda gösterilememektedir. Bu dev gaz kümeleri içinde oluşan ortalama birkaç yüz milyar yıldızın yine henüz tam olarak anlaşılamayan bir mekanizmayla, belirli bir plân çerçevesinde organizasyonu ile galaksiler meydana gelmiştir.

Galaksiler, kâinatın en büyük müstakil yapısal üniteleridir. Ortalama büyüklükte bir galaksi 200 milyar kadar yıldız ihtiva eder. Işık böyle bir galaksiyi bir baştan diğerine yüz bin yılda kat edebilir. Bu ortalama değer spiral tipteki galaksilere ait verilerden hesaplanmıştır. Küre şekilli galaksiler çok daha büyük olabilir. Bazı gözlemlerde trilyonlarca yıldız ihtiva eden küresel galaksiler tespit edilmiştir.

Galaksileri oluşturan yıldızların, galaksinin merkezi çevresinde, gezegenlerin güneş çevresindeki hareketlerine benzer bir tarzda dönmekte olduğu gözlenmiştir. Meselâ güneş, samanyolunun çevresinde takriben saniyede 300 km.’lik bir hızla yol almaktadır. Bütün yıldızların samanyolu çevresinde tam bir tur dönmeleri ortalama olarak 250 milyon yıl sürer. Bir kaç düzineden binlerceye kadar değişen sayıda galaksinin biraraya gelmeleri ile de "galaksi kümeleri" oluşur.

˚ Galaksiler esas olarak yıldızlar ile yıldızlararası ortamı oluşturan gaz ve toz bulutundan müteşekkildir. Herhangi bir galaksi içindeki gaz ve toz bulutlarından 500 ilâ 1000 yılda bir yeni bir yıldız doğar. Yıldızlar arası ortamdaki gaz ve toz bulutlarının hacimleri bazen çok büyük olabilir, ama bulutu teşkil eden atomların konsantrasyonu son derece düşüktür. Astronomlar bu bulutlara "nebula" adını verir. Bir nebulanın santimetre küpünde ancak 10 kadar atom bulunur.

Oysa soluduğumuz atmosferdeki gazlarının santimetre küpü "30 milyar kere milyar" atom ihtiva eder. Nebulaların içinde bulunan ve önemli bir kısmı hidrojen ve helyumdan oluşan atomların konsantrasyonu böylesine düşük olduğu halde, bunlar bazen o kadar geniş hacimler kaplarlar ki, bünyelerinde güneşimize benzeyen pek çok yıldızın meydana gelmesine yetecek kadar materyal bulunabilir.

Nebulalar oldukça soğuktur. Yaklaşık –173^˚C sıcaklıkta olan bu gaz ve toz bulutlarını teşkil eden atomlar çok yavaş hareket ederler ve birbirleriyle hemen hemen hiç çarpışmazlar. Halihazırdaki münferit yıldız oluşumu hadiselerinde de atomların nebula içinde hangi mekanizma ile yoğunlaşmaya ve kümeleşmeye başladığı tam olarak bilinememektedir. Bu yoğunlaşma odağı bir kere teşekkül ettikten sonra, zamanla çevresinde giderek artan miktarda madde birikir. Neticede yarıçapı milyarlarca kilometre olan ve güneş kütlesinin birkaç katı fazla madde ihtiva eden dev bir gaz kümesi meydana gelir. Zaman içinde daha da büyüyen küme, sonunda "kendi ağırlığını taşıyamaz" hale gelir ve her yönden merkeze doğru basınç yapan trilyonlarca ton gazın ağırlığı, kitlenin içeri doğru "çökmesine" sebep olur. Gaz kümesi bu defa da kendi çekim kuvvetinin tesiri altında giderek küçülmeye başlar. Bir süre sonra merkezi oluşturan bölümde çok yüksek basınç ve yoğunluk değerleri ortaya çıkar. Bir bisiklet tekerleğini şişirmekte kullanılan pompadaki havanın sıkışınca ısınmasına benzer şekilde, çökmekte olan kümenin çekirdeğinde bulunan gaz kitlesinin de basıncı arttıkça, sıcaklığı yükselmeye başlar.

İlkin tıpkı koyu bir gölge gibi kapkaranlık olan gaz kümesi, şimdi ısınan gazların parıldamaya ve ışıldamaya başlamalarıyla mat kırmızı bir renk almıştır. Bu gaz kümesi, artık bir "yıldız taslağı" haline gelmiş sayılır. Bu arada, çekim kuvvetinin tesiriyle büzülme devam etmekte ve merkezinde gazların da basınç ve sıcaklık değerleri buna bağlı olarak artmaktadır. Nihayet yıldız taslağının merkezindeki sıcaklığın 10 milyon derece mertebesine ulaşmasıyla, burada "termonükleer reaksiyonlar" başlar. Bu sıcaklık seviyesinde hidrojen atomlarının çekirdekleri öylesine büyük hızlarla hareket eder ki, iki tanesi çarpıştığında hemen birbiriyle kaynaşır.

Böylece hidrojen atomu helyum atomuna dönüşmüş olur. Kaynaşan her dört hidrojen çekirdeğine karşılık bir helyum çekirdeği ortaya çıkar. Sonuçta oluşan helyum çekirdeğinin kütlesi, kendilerinden meydana geldiği dört hidrojen çekirdeğinin toplam kütlesinden daha azdır. Kaybolan (m) kütlesi, E=mc² bağıntısına uygun miktarda enerjiye dönüşmüştür. Termonükleer reaksiyon veya füzyon denen bu hadise, bilinen “en büyük enerji verici” reaksiyonlardan biridir. Yıldızın çekirdek kısmında açığa çıkan bu enerji, sonunda artık yıldız taslağının kendi ağırlığını taşıyabilmesine imkân sağlar. Büzülmenin durması ve olayların istikrar kazanması ile yeni bir yıldız doğmuş olur.

Güneş gibi bir yıldızda, saniyede yaklaşık 600 milyon ton hidrojen, helyuma dönüşür. Güneşimizin mevcut hidrojen stokunun, bu reaksiyon zincirinin daha 5 milyar yıl boyunca sürmesine yetecek miktarda olduğu hesaplanmıştır.

Gün gelip, yıldızın merkezindeki bütün hidrojen tükendiğinde, helyum sentezi durur. Dışarıya doğru fışkıran enerji kesilince, yıldızı teşkil eden atomlar, kendilerini merkeze çeken gravitasyon kuvvetine karşı desteklerini yitirmiş olurlar. Nihayet kendi ağırlığını taşıyamaz hale gelen helyumdan zengin çekirdek de çökmeye başlar. Bu şekilde sıkışan çekirdeğin sıcaklığı da giderek yükselir. Her ne kadar merkez bölümündeki hidrojen tükenmişse de, yıldızın çevre tabakalarında hâlâ bol miktarda hidrojen mevcuttur.

Merkez bölümünün sıcaklığı belirli bir dereceye ulaşınca, çekirdeği çevreleyen tabakadaki hidrojen atomları birbirleriyle kaynaşmasıyla, helyum sentezi başlar. Bu reaksiyondan açığa çıkan ısının tesiriyle çekirdeğin etrafındaki tabakalar yavaş yavaş genişler. Oysa merkezdeki gravitasyona bağlı çökme olayı devam etmektedir. Yükselen basıncın sonucu olarak sıcaklığı 100 milyon derece mertebesine ulaşan helyumdan zengin çekirdek kısmında atomların hareketi öylesine hızlanır ve birbirleriyle çarpışmaları o kadar şiddetlenir ki sonunda karbon ve oksijen atomları halinde kaynaşmaya başlarlar. Karbon ve oksijen nükleosenteziyle de büyük miktarlarda enerji açığa çıkar. Giderek artan bu enerji miktarı, sonunda gravitasyonel çöküşü durduracak seviyeye ulaşır.

Şimdi yıldızın bünyesinde iki farklı termonükleer reaksiyon gerçekleşmektedir. Merkezde helyumdan, karbon ve oksijen çekirdekleri sentezlenirken, onu çevreleyen tabakada hidrojenden helyum çekirdeği meydana gelmektedir. Bu ikili termonükleer reaksiyondan açığa çıkan müthiş miktarda enerjinin tesiriyle yıldızın hacmi bir milyar katına kadar büyür. Yıldızın dış tabakaları dışarıya doğru itildikçe, burada yer alan atomlar giderek birbirinden uzaklaşır. Buna bağlı olarak da yoğunluk, basınç ve sıcaklık değerleri düşer. Merkezinde hidrojenden helyumun sentezlendiği birinci safha boyunca akkor halinde bulunan gazların neşrettiği fotonlar nedeniyle göz kamaştırıcı parlaklıkta beyaz bir ışık saçmış olan yıldız, ikinci safhada ebatlarının genişlemesi nedeniyle yüzey sıcaklığı azaldığı için, kor halindeki kömürün veya demircinin örsündeki kızgın demirin neşrettiği kırmızımsı ışığa benzer, matlaşmış bir ışık yaymaya başlamıştır.

Görünüşlerinden dolayı böyle yıldızlara "kırmızı dev" adı verilir. Yıldızların kırmızı dev safhaları, birkaç milyar yıl sürer. Nihayet yıldızın çekirdeğindeki helyum da tükenir. Gravitasyonu frenleyici enerji üretimi durunca yıldız tekrar çökmeye başlar. Sıcaklık ve basınç daha önceki safhalarda hiç ulaşılmamış değerlere yükselir. Öyle bir an gelir ki artık karbon ve oksijenden zengin çekirdeğin yakın çevresindeki tabakada bulunan helyum atomları da füzyon reaksiyonuna girmeye başlar. En dış tabakalarda ise hidrojenden helyum sentezi reaksiyonu devam etmektedir.

Bu dönem, güneş büyüklüğündeki bir yıldızın hayatının son safhasıdır. Güneş ebadındaki yıldızların kütleleri, daha ileri seviyedeki termonükleer reaksiyonları başlatmaya yetecek kadar büyük değildir. Bu son devrede hidrojen ve helyum çekirdeklerinin kaynaşma reaksiyonları yıldızın daha dış tabakalarına doğru yayılır, ama merkezdeki karbon ve oksijen, reaksiyona girmeden kalır. Bu yarı ölü yıldızlar, yerkürenin ebatlarına yakın bir mertebeye kadar küçülerek sonunda "beyaz cüce" durumuna gelirler.

Kâinatın ilk maddesi esas olarak hemen hemen tamamen hidrojen ve helyumdan müteşekkildi. Ama vücut yapımızda ve çevremizdeki nesnelerde bir çok ağır elementler vardır: Atmosferde oksijen ve azot, kemiklerimizde kalsiyum, damarlarımızdaki kanda demir, yerkabuğunda silisyum mevcuttur. Hidrojenin ve helyumunkinden daha büyük çekirdeğe sahip bu atomlar, kâinatın kendisinden yaratıldığı ilk ateş küresinde hemen hiç bulunmuyorlardı. Güneş gibi küçük kütleli yıldızların bünyesinde ancak karbon ve oksijen üretilmiştir. Güneş ebadındaki yıldızlar, karbon ve oksijeninkinden daha büyük çekirdekli atomların üretimini başlatamazlar, ama güneşten 50-60 kat kadar büyük kütleli yıldızların derinliklerinde, daha ileri seviyede termonükleer reaksiyonların gerçekleşmesine uygun şartlar mevcuttur. Bu büyük kütleli yıldızların hayatlarının ileri safhalarında, dış tabakaların merkeze yaptığı basınç, yıldızın çekirdek kısmındaki sıcaklığın birkaç milyar derece mertebesine ulaşmasını sağlayacak kadar yükselir. Bu "yüksek fırın"larda karbon ve oksijenden daha ağır elementlerin sentezi de yapılabilir. Böyle dev yıldızların hayatları "süpernova patlaması" adı verilen müthiş bir infilâkla son bulur.

Bu safhaya girince, yıldızın sıcaklığı birkaç gün içinde binlerce kat artar ve yıldız parçalanarak dağılır. Böylece, bu büyük uzay fırınında pişirilen ağır elementler, uzayın derinliklerine saçılır. Demirden daha ağır olan elementlerin önemli bir kısmı da, süpernova patlaması esnasında uzaya savrulan materyal içinde sentezlenir. Süpernova patlamaları yıldızlararası ortamı, ağır elementler bakımından zenginleştirir. Bu zengin materyalden oluşan ikinci nesil yıldızların çevresinde, çok nadir olarak olarak, onu kuşatan gaz kitlesinin yoğunlaşması suretiyle teşekkül eden gezegenler, uydular, asteroid veya meteroidler bulunabilir.

Günümüzden beş milyar yıl kadar önce, kendisi henüz bir yıldız taslağı iken güneşimizi çevreleyen ve böyle bir süpernovanın ürünü toz ve gaz kümesi içinde, dünyamız "belirdi"... İlk dönemlerinde ergimiş cevherden bir ateşküre halinde olan yeryüzü, daha sonra hayata-bilhassa insanın yaşamasına-en uygun özellik ve niteliklerle donatıldı. Dünya; güneşe olan uzaklığından, kendi çevresinde dönüş hızına; ekseninin eğrilik derecesinden, uydusu ayın konumuna; ihtiva ettiği elementlerin cins ve miktarından, bunların atmosferdeki ve yer kabuğundaki dağılım ve yerleşim özelliklerine kadar bütün yönleriyle; hayat için, özellikle de canlıların oluşturduğu ekolojik piramidin zirvesinde bulunan insanın yaşaması için gerekli tüm şartlara sahiptir. Aslında Big Bang denilen yaratılış patlamasından, yeryüzünde insanın belirdiği ana kadar birbiri ardınca vuku bulan bütün olayların nicelik ve nitelikleri, sonunda "insan" neticesini verecek şekilde programlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Bu, yaklaşık 15-20 milyar yıllık kâinat tarihini teşkil eden önemli hadiseler ile kâinatın halihazırdaki yapı ve fonksiyon özellikleri göz önünde bulundurulduğunda ortaya çıkan net ve kesin bir sonuçtur. Astrofizikçiler tüm kâinatta gözlenebilen bu özelliğe "antropik kozmoloji prensibi" adını vermişlerdir. Bu konu IV. bölümde tekrar ele alınacaktır.

Kâinatta Düzenlilik

Esas kozmolojik modellerin üçüncü önermelerinde kâinat; düzenli veya tesadüfi oluşu açısından ele alınır. Bu kısımda, ilgili konuda, bilimin hakemliğine müracaat edilecektir.

Belli başlı varlıklar, büyüklüklerine göre atom, hücre insan, gezegen, yıldız ve galaksi şeklinde sıralanabilir. Bunlar, genellikle farklı bilim dallarında ele alındıklarından, aralarında mevcut münasebet ve paralellikler çok defa gözden kaçar. Kâinatın yaratılışını en başarılı şekilde açıklayan astrofizik teorisi olan Big Bang’e göre; bütün varlıkların kaynağı "bir ve tek"dir. Çünkü, yıldızların, güneşin, ayın, denizlerin, dağların, ağaçların, kuşların ve bizlerin yapısını oluşturan atomların hepsi, Big Bang anında, iğne ucundan küçük tek bir noktadan kaynaklanmıştır.

Gelişen bilimler, her geçen gün, çeşitli varlıklar arasında mevcut birçok ilginç özelliğin yeni örneklerini ortaya koymaktadır. Meselâ, astronomi alanına ait bulgular, dünyanın büyüklüğünün, kâinat ve atomun büyüklüklerinin geometrik ortalamasına eşit olduğunu göstermektedir⁵:

(Dünya) ≈ (Kâinat)x(Atom)^1/2

Elektron, atom, insan, dünya ve güneşin kütleleri arasında da enteresan münasebetler vardır:

varlık kütle(gram)

―——— ——————

elektron 10^-27

atom 10^-23

insan 10 ⁵

dünya 10 ²⁸

güneş 10 ³³

K güneş 10 ³³

———— = ——— = 10 ²⁸

K insan 10 ⁵

K insan 10 ⁵

———— = ——— = 10 ²⁸

K atom 10 ^-23

K güneş K insan

———— = ———— = 10 ²⁸

K insan K atom

Bu ilişkilere bakarak, insanın ölçüleri itibarıyla tam olarak makro ve mikro alemler arasındaki bir denge konumunda yaratılmış olduğu söylenebilir.

Bilimlerin gelişmesi, bu türden sayısız korelasyon örneğini gözler önüne sermiştir. Öyle ki, yeni veri ve bulguların ışığında kâinatın tamamının, yapı ve fonksiyon parametreleri bakımından adeta tek bir organizma niteliği gösterdiğinin her geçen gün biraz daha net bir şekilde ortaya çıkması sonucu, bilimde giderek daha genel ve daha geniş kapsamlı teorilerin keşfi beklenir olmuştur. J.A. Coleman, relativite teorisi ile ilgili bir eserinde bu fenomeni şöyle dile getirir: "Bilimde giderek daha genel teorilerin ortaya çıkması, yakın bir gelecekte olmasa bile, bir gün tüm olguları kapsayan tek bir teoriye ulaşılabileceği ihtimalini akla getirmektedir. Nitekim, Einstein'ın hayatının son otuz yılında geliştirmeye çalıştığı "birleşik alan teorisi" bu yolda atılmış önemli bir adım sayılabilir. Einstein'ın gayesi, birkaç temel prensipten, fiziğin tüm kanunlarını çıkarmak ve böylece dağınık, ilişkisiz veya ayrı gibi görülen fiziksel kuvvetleri tek bir teori çerçevesinde ifade etmekti. Böyle bir teori, yalnızca bilinenleri sistematize etmekle kalmayacak, henüz bilinmeyen birtakım yeni olguların ortaya konmasına da imkân sağlayacaktır. Bu teşebbüs, kâinatın temel güçleri sayılan gravitasyon, elektrik ve manyetik çekim kuvvetlerinin matematiksel ifadelerinin özdeş denecek kadar benzer olmasından kaynaklanmıştır."⁶

Bu ifadeler, gravitasyonel çekim kuvveti için:

m ₁ m ₂

F _G = G ——————

R ²

(m₁, m₂ herhangi 2 cismin kütlelerini, R aralarındaki mesafeyi, G evrensel çekim sabitini gösterir.)

Elektrik çekim kuvveti için:

q ₁ q ₂

F_E = C ——————

R²

(q ₁ , q ₂ negatif ve pozitif yükün değerini, C bir sabiti gösterir.)

Ve manyetik çekim için:

M ₁ M ₂

F_m = K —————- şeklindedir.

R²

(M ₁, M ₂ kuzey ve güney kutup kuvvetini, K bir sabiti gösterir.)

Nitekim, astronomi ve parçacık fiziği dalları arasındaki son yıllarda giderek artan işbirliği sayesinde, şu anda ayrı ayrı etkimekte oldukları müşahede edilen bütün temel fiziksel kuvvetlerin (kütleçekimi, elektromanyetik çekim, zayıf etkileşim ve güçlü etkileşim kuvvetleri), kâinatın yaratılışı anında, tek bir kuvvet halinde tecelli etmiş olduğunu gösteren güçlü deliller elde edilmiştir.

Matematiğin Bilime Katkısı

Bütün bu gelişmeler, kâinatın tek bir merci tarafından plânlanıp, yaratıldıktan sonra yine o merci tarafından sevk ve idare olunduğunu göstermektedir. Matematik, bu realitenin özlü bir tarzda ifadesine imkân veren bir disiplindir. Çünkü matematik dili, ciltler dolusu gözlem ve deney verisinin, saflaştırılıp, kristalleştirilerek birkaç sembol denklemi halinde ifadesini mümkün kılar. Ayrıca, veriler arasında mevcut bulunan, ancak gözden kaçmış olabilecek yeni ilişkilerin de farkına varılmasını kolaylaştırır. Zaten, matematiğin teorik ifadelerden test edilebilir yeni sonuçlar çıkarma şeklindeki katkısı olmaksızın, bu soyut ifadelerin açıklama ve yeni tahminlere zemin hazırlama potansiyellerini ölçmek ve doğruluk derecelerini tespit etmek mümkün olamazdı.

Bu hususun bilim tarihinde çok iyi bilinen bir örneğini 17’inci yüzyılda Newton vermiştir. Newton, bugün dinamik kanunları olarak bilinen teorik bağıntıları ortaya attıktan sonra; bunları, mevcut olguları açıklamada ve yenilerini tahminde kullanabilmek için, orijinal bir matematik teknik geliştirmek zorunda kalmıştır. Diferansiyel ve entegral hesapları denilen bu teknik yardımıyla Newton, kurduğu teoriden, daha önce gözlem yoluyla bulunmuş birtakım empirik genellemelerin (meselâ batı bilim dünyasına ilk defa Kepler'in sunduğu gezegenlere ait üç kanun ile Galileo'nun tanıttığı cisimlerin serbest düşme ve pandül kanunlarının) birer mantıksal sonuç olarak çıkarılabileceğini göstermiştir. Diferansiyel denklemlerin uygulanma potansiyeli, matematiğin bilimde oynadığı role gerçekten iyi bir örnektir. Bilhassa klâsik fizikte bu denklemlerin tatbiki suretiyle göz kamaştırıcı sonuçlar elde edilmiştir. Matematiksel analizin esasını oluşturan bu tekniğin uygulama alanı, insanı şaşırtacak kadar geniştir. Diferansiyel denklem aracılığıyla çözüm getirilen problemlerden ilk akla gelenler şöyle sıralanabilir:

1-) Gezegen, uydu, roket ya da mermilerin hareketlerinin incelenmesi,

2-) Bir elektrik devresindeki akım ya da yükün tespiti,

3-) Bir tel veya zardaki titreşimlerin tahlili,

4-) Radyoaktif bir maddenin bozunma hızının hesaplanması,

5-) Belirli bir ülkede veya dünyada nüfus artış hızının bulunması,

6-) Kimyasal reaksiyonların analizi,

7-) Belirli geometrik özellikler taşıyan eğrilerin belirlenmesi.

Bilimin gelişme süreci içinde bu gibi problemlerin matematiksel analizleri, Newton tarafından en yetkin ve kapsamlı örnekleri verilen diferansiyel denklemlere yol açmıştır. Listede yer alan bazı ilişkiler, matematiksel dille ifade edildiğinde, kimi niceliklerin diğer bazı niceliklere göre değişme oranlarına ait “yasa” adı verilen soyut genellemelere ulaşılır. Türev içeren matematiksel bir denklem şeklindeki bir genellemeye “diferansiyel denklem” denir. Şüphesiz, bir ilişkinin matematiksel formülasyonunda, genellikle basite indirgeyici bazı varsayımlara gidiler ve incelenen durum, tabii karmaşıklığıyla değil, yalınlaştırılarak ifade edilir. Bu şekilde elde edilen denklem çoğu kez gerçek durumun bire-bir simgeleştirilmiş bir tasvirini değil, oldukça “idealize edilmiş” bir şeklini yansıtır. Ancak, bu sembolik ifade bu haliyle daha kapsamlı ve zengin bir tahmin ve açıklama potansiyeline sahip olmaktadır. Benzer şekilde Einstein da kurduğu teorilerden, gözlem dünyasına ait mantıksal sonuçlar çıkarmak için özel nitelikte bazı matematiksel yöntemlere başvurmak zorunda kalmıştır.

Matematiğin bilimsel tasvir ve izah süreçlerine katkısı daha basit ve somut olarak şu örnekle gösterilebilir: Bir kapta, oda sıcaklığında ve 4 atmosfer basınç altında hacmi 12 m³ olan bütan gazı olduğunu düşünelim. “Boyle” bağıntısına göre:

hacim x basınç = sabit bir değer

olduğunu biliyoruz. Bu bağıntıyı kullanarak yine oda sıcaklığında tutulan bu gaz kitlesine uygulanacak basıncın 6 atmosfere yükseltilmesi durumunda hacmin ne kadar olacağını bulmak istersek, basit bir matematik işlemle bunu başarabiliriz:

İlk durum 12 x 4 = 48

İkinci durum v₂ x 6 = 48

v₂ = 8 m³

Gerçekten lâboratuarda tertiplenecek bir deneyde, 6 atmosfer basınca maruz bırakıldığında, gazın hacmin ölçülen değeri 8 m³ bulunur. Bu örnekten de görüldüğü gibi matematik, bir dedüksiyon tekniği olarak bilimsel düşünme ve araştırma safhalarında vazgeçilmez bir değer taşımaktadır. Matematik de mantık gibi, varsayımlarımızdan ya da gözlemlerimizden hareketle kurduğumuz hipotezlerimizde çok defa üstü-örtük olan gerçekleri ya da sonuçları açığa çıkarmanın müessir bir aracıdır. Yukarıdaki örnekte v₂ 'nin değeri (hacmi x basınç = sabit bir değer) önermesinde saklıdır. Kullandığımız basit aritmetik işlem de bunu açık hale getirmiştir.

Reichenbach'ın özlü ifadesiyle: "Modern bilim, gözlem ve deney sonuçlarının matematik dille işlenmesi sonucu doğmuştur." Çünkü matematik, kâinatın düzenliliğini ve plânlılığını en özlü tarzda dile getirmeye imkân sağlayan bir lisandır.

Matematiğin empirik bilim dallarına model sağlama fonksiyonuna "Gauss" eğrisi güzel bir örnek teşkil eder. "Normal dağılım eğrisi" olarak bilinen bu eğri, gözlem veya ölçme sonuçlarına dayanan pek çok frekans dağılımının oldukça iyi bir uyum gösterdiği formel bir modeldir. Normal dağılım eğrisinin dayandığı cebirsel denklem:

1

y = ——————— e ^{( 1/2Z) 2} dir.

√2л

( Formülde y yüksekliği, z gözlenen standart puanı temsil eder. “л” ile “e” de bilinen matematiksel sabitlerdir.)

Buradaki en önemli husus, "bu karmaşık cebir denklemin bir matematikçi tarafından bulunuşu" ile "empirik bir bilim dalında çalışan bir bilim adamı tarafından belirli bir olgu grubuna uygulanması" arasındaki ilişkidir. Bu ilişkiyi ele almadan önce, bu modelin pratikteki kullanış alanlarını ana hatlarıyla gözden geçirelim.

Modelin, özellikle davranış bilimleri (psikoloji, sosyoloji, eğitim, ekonomi, vb) alanlarındaki uygulamalarına açıklık getirmek için bazı özelliklerine de değinmek gerekir. Gauss eğrisi, yatay bir doğru parçası üzerinde yer alan “ters U” harfi ya da “çan” biçimli bir eğridir. Şeklin tabanındaki yatay doğru, incelenen değişkene ait ölçeği gösterir. Bu değişken, ele alınan kümeyi oluşturan fertlere ait boy, ağırlık, öğrenme kabiliyeti, belirli bir konudaki başarı düzeyi ve benzeri bir değer olabilir. Yükseklik ise ölçekte yer alan puan ya da değerlerin frekansını gösterir. Çan biçimli ve simetrik formdaki eğrinin en yüksek noktası, dağılımın ortalama değerinin frekansını verir.

Normal dağılım eğrisi kullanılırken, bir grup bireyin herhangi bir değişkenle ilgili ölçümlerinin yaklaşık olarak normal bir dağılım göstereceği varsayılır. Bu demektir ki, herhangi bir değişken, normal veya normale yakın bir dağılım gösteriyorsa, ölçülen gruba ait standart kayma ile ortalama değerleri bilmek şartıyla, bazı belirlemelerde bulunabiliriz. Meselâ, Z puanını bildiğimiz bir ferdin grup içindeki pozisyonunu hemen tespit edebiliriz. Normal dağılımın özelliklerine dayanarak hazırlanmış bir tabloya bakarak bu ferdin, grubun yüzde kaçının üstünde veya altında yer aldığını bulabiliriz.

İstatistiksel araştırmalarda, normal dağılım eğrisinin kullanıldığı daha pek çok yer vardır. Özellikle örneklemeye dayanan çalışmalarda, “araştırma evreni”ne ait parametreleri hesaplamada normal dağılım eğrisi daima başvurulan bir modeldir.

Normal dağılımın bir model olarak kullanılması, incelenen değişken veya değişkenlere ait gözlem ve ölçme sonuçlarının Gauss eğrisine yaklaşık olarak uyan bir dağılım gösterdiği varsayımına dayanır. Bu varsayımın geçerli olmadığı durumlarda, normal dağılım eğrisi faydalı sonuçlar veremez. Bir modelin kullanışlılığı, şüphesiz, açıklanmak istenen olay veya olay kümesi ile formel bir benzerlik göstermesine bağlıdır. Başka bir ifade ile, model ile temsil ettiği nesne veya olay arasında bire-bir karşılaşım olmalıdır.

“Soyut grup teorisi” de matematik bir model örneğidir. Modern fizikte çekirdek parçacıklarının dağılım ve etkileşiminde tezahür eden simetrilerin karmaşık dağılımını, grup teorisinin beklenmedik bir mükemmellikte temsil ettiği görülmüştür. Bu teori de, büyük bir veri yığını düzene sokmak, yeni parçacıkların keşfine yol açmak gibi fonksiyonları ile soyut bir sistemin olgular dünyasını tasvir ve izahta ne kadar önemli ve faydalı olabileceğine bir diğer çarpıcı örneği teşkil etmektedir.

Matematiksel bir modelin başka bir fonksiyonu da, temsil ettiği nesne veya olgu kümesine ait ilişkileri denklemler şeklinde temsil etmek ve böylece açıklayıcı çıkarımlara imkân sağlamaktır. Bu manâda, herhangi bir matematiksel denklem, uygun düştüğü bir ilişki için model sayılabilir. Bir ispat veya fonksiyon için de aynı şey söylenebilir. Modelin uyuştuğu “ilişki türü” matematik alanına ait olabileceği gibi; fizik, biyoloji, sosyoloji veya psikoloji gibi empirik bir alana da ait olabilir.

Model fonksiyonundaki bir teoriyi, bilim felsefecisi T. Kuhn'un da belirttiği gibi, "doğru" veya "yanlış" olarak değil; "uygun" veya "aykırı"; "faydalı" veya "faydasız" şeklinde nitelemek daha yerinde olur. Bir model, kullanılış gayesine ne derece hizmet ediyorsa, o kadar geçerli veya uygundur.

Bu konuda fizikçi W. Heitler de şunları söyler: "Fizik ilerledikçe daha soyut bir karakter kazanmakta ve giderek daha ileri düzeyde matematiğe ihtiyaç göstermektedir. Atom fiziğinde ulaşılan soyutluk seviyesinde atomun, uzayda somut olarak tasvir edilemeyen, ancak matematik dille tanımlanabilen soyut bir varoluşundan söz edilebilmektedir. Matematik bir tabiat bilimi değildir. Tabiatta rastlanmayan matematiksel ilişkileri, fiziksel süreçlerle bir tutamayız. İlk bakışta matematik, soyut sanat eserleri gibi insan zihninin-dış dünyadan bağımsız-icadı gibi görünür. Matematiğin birçok dalı, fizikte kendilerine henüz hiç ihtiyaç duyulmadığı zamanlarda, tabiatı incelemeyi akıllarından bile geçirmeyen, sadece soyut düzeyde kalan matematikçiler tarafından kurulmuştur. Aklımızın bir ürünü olan matematiğin kâinatla ve onda mevcut kanunlarla nasıl ilişkisi olabilmektedir? Böyle bakıldığında, bizden bağımsız olan dış dünyanın, tamamen soyut zihinsel icadımız olan matematik denklemlere uygunluğu, ancak akıl almaz bir mucize sayılabilir."⁷

Diğer bir ünlü fizikçi, Einstein ise, bu muhteşem uyum karşısındaki hayretini şöyle dile getirir. “Gözlem ve deneyden tamamen bağımsız, bütünüyle düşüncelerimizin ürünü olan matematiğin, kâinatla bu kadar büyük bir ahenk içinde olması, acaba nasıl mümkün olabilmektedir?"

T. Dantzig de, matematikçileri, biçip-diktikleri hazır elbiseleri kimin giyeceğinden habersiz terzilere benzeterek; önce hiçbir maddi gözlem ve deney verisine dayanmaksızın, tamamen sezgi, içe doğuş veya ilham yoluyla soyut teoremlerin bulunmasını ve bu teoremlerin eşya ve hadiselerin sonradan gözlenen bazı özelliklerine tam bir uyum göstermesini şöyle dile getirir: "Bir matematikçi, koni kesitlerini bulur. Sonra bu, gezegenlerin güneş çevresinde çizdikleri yörüngelere model olur. Cardan ile Bombelli'nin buldukları sanal sayıların, beklenmedik bir şekilde alternatif akımların özelliklerini tasvir ettiği görülür. Riemann'ın bir fantazi olarak ortaya attığı mutlak diferansiyel tekniği, relativite teorisi için mükemmel bir anlatım aracı olarak kullanılır. Cayley ile Sylvester'in yaşadığı dönemde tamamen gerçek dışı görülen matrislerin, çok zaman sonra kuantum teorisiyle ilgili şaşırtıcı olaylara özel biçilmiş bir kaftan gibi uyduğu görülür..."⁸

Bir başka büyük fizikçi E. P. Wigner de, "Matematiğin Tabiat Bilimlerindeki Şaşırtıcı Etkililiği" adlı çalışmasında bu durum karşısında duyduğu hayreti: "Fizik kanunlarını formüle etmede matematik dilin sağladığı esrarengiz imkân, ne anladığımızı, ne de hak ettiğimizi söyleyebileceğimiz şaşırtıcı bir armağandır bize" diyerek anlatır.

Günümüz fizikçilerinden R. B. Lindsay, bu uyumun iki cepheli olduğunu, bazen de kâinatta müşahede edilen düzene ait empirik ilişkilerin matematiksel ilerlemeye ilham kaynağı teşkil ettiğini belirtir: "Bugün kullandığımız matematiksel yöntemlerin önemli bir bölümünü, öncelikle deney ve gözlem verilerini bilimsel yolla tasvir ve izah yönünde önemli adımlar atmış olan Newton gibi bilim adamlarına borçluyuz. Öte yandan yine, modern matematiğin önemli bir kısmı, başlangıçta bilim adamlarının kendi amaçları için oluşturdukları bazı metot ve kuramların daha sonra teorik matematikçilerin elinde işlenerek mantıksal olgunluğa ulaşmasıyla ortaya çıkmıştır."

Büyük matematikçi Euler, bu iki yönlü uyumun kaynağının, kâinatı matematiksel bir plân çerçevesinde yaratmış olan Allah olduğunu söyler. Euler'e göre matematiksel etkinliklerin esası, kâinatın “kader”i düzenliliğinin ilham veya sezgi yoluyla keşfinden ibaret olduğu gibi, matematiğin kesin ve zorunlu doğruları da Yüce Yaratıcı'nın önde gelen varlık delillerindendir. Tabiatın, Allah'ın yüce bir sanat eseri olduğunu belirten Leibniz de, matematikle tabiat arasındaki uyumun, kaderle yaratılış arasındaki uyumun bir yansıması olduğunu söyler. Bütün şüpheciliğine rağmen, Allah'ın varlığını; kendisinden şüphe edilemeyecek yegâne güvenilir bilgi olarak gören Descartes ise, matematiksel doğruluğu, Yaratıcı'nın doğuştan zihnimize yerleştirdiği düşünme kalıplarına uygunluk ile açıklıyordu.

Galileo, kâinatın matematik lisanla ifadeye elverişli müthiş bir düzenlilik arz ettiğine, 17. yüzyılda şu cümlelerle dikkat çekmişti: "Hikmet, kâinat denilen ve sürekli olarak tetkiklerimize açık duran bu yüce kitapta yazılıdır. Bu kitap, matematik dili ile yazılmış olup; harfleri üçgen, çember ve diğer matematik nesnelerdir. Matematik dilini bilmeyenler için kâinat, içinden çıkılmaz bir labirent gibidir. Matematik olmaksızın kâinat gereğince anlaşılamaz."

Aynı bakış açısına sahip çağımız bilim adamlarının bu konudaki görüşlerini de ünlü astrofizikçi J. Jeans şöyle dile getirir: "Kâinat, kusursuz bir mimari yapı durumundadır. Kâinatın Yüce Mimarı Allah, en büyük Matematikçidir."

Milyarlarca yıldan beri, mikro birimlerinden makro sistemlerine kadar bütün üniteleriyle hiç şaşmayan dakik bir saat gibi fevkâlade bir ahenk ve ritimle işleye gelen kâinat adlı bu müthiş sanat ve teknoloji harikasının özündeki eşsiz düzenlilik, "değişik nesne ve olaylar arasında mevcut değişmez özellik ve ilişkilerin ortaya konması" faaliyeti olan bilimin de en güçlü dayanak noktasıdır. Bu düzenlilik, kâinatın varediliş gayesinin gerçekleşmesi için canlı ve cansız tüm varlık aleminde tatbike konmuş olan kanunlar vasıtasıyla sağlanır.

Bilimlerin gelişmesiyle, yakın çevremizde müşahede ettiğimiz bu kanunların, dünyamızdan trilyonlarca kilometre uzaklıktaki bir galaksiyi teşkil eden yıldız ve gezegenlerde de aynen uygulanmakta olduğunu ortaya çıkarıldı. Yine bilimlerin ilerlemesiyle; taşlardan bitkilere, hayvanlardan insana, gezegenlerden galaksilere kadar her şeyin fiziksel yapı unsurlarının, Big Bang adlı büyük yaratılış hadisesi esnasında, "tek bir nokta" halinde tüm varoluşu bünyesinde barındıran bir kudret ya da enerji çekirdeğinden varedildiği anlaşıldı.

Ülkemizden bir bilim adamı, Prof. A. Songar da bu birlik ve düzenlilik olgusunu şöyle dile getirmiştir: "Etrafınıza gözlerinizi çevirip bakın, sonra insaf nazarlarınızı kendi içinize döndürün: Atom çekirdeğinden hücreye, hücreden o mükemmel insan beynine, tohumdan ağaca, su buharından bulutlara, avucunuza aldığınız kum zerrelerinden kâinatın en uzak köşelerindeki galaksilere kadar nasıl aynı kanun, aynı nizam hiç şaşmadan hüküm sürmekte! Bütün bunları görür de, tek ve emsalsiz olan Yaratıcı'yı nasıl göremezsiniz?"

Fraktal Geometri

Bazı matematikçiler ve bilim adamları geçtiğimiz yüzyıldan itibaren şimdi “fraktal geometri”ye ait olduğunu bildiğimiz bazı bağıntıları ve özellikleri fark etmeye başlamışlardı. Ancak analizleri, bugün bizim bilgisayarlarımızla kolayca yaptığımız çok karmaşık birtakım işlemleri onlar aynı şekilde gerçekleştirme imkânına sahip olmadıklarından, konuyu her yönüyle ve tam olarak kavrayamamışlardı.

Modern bilgisayar donanım ve yazılımları olmaksızın, fraktal geometrinin ne genel çerçevesinin, ne de temel özelliklerinin belirlenmesi ve irdelenmesi mümkün değildir. Karmaşık algoritmalar ve bilgisayarlar vasıtasıyla art arda milyonlarca, bazen milyarlarca defa gerçekleştirilen işlemler aracılığıyla, fraktal fonksiyonlar artık günümüzde kolayca görüntülenebilmektedir. Bilgisayarlar sayılamayacak kadar fazla soyut formu çeşitli şekillerde kolayca yorumlayıp, işleyerek kâinatın geneline ve insan hayatının pek çok cephesine yayılmış olan fraktal bağıntıları ortaya koyabilmektedirler.

H. ve O. Peitgen ile D. Sauper’in editörlüğünü yaptıkları “Fraktal Görüntüler” adlı kitapta geometri; “biçim veya formların tanımı, ilişkilendirilmesi ve manipülasyonu amacıyla kullanılan matematiksel dil” olarak tanımlandıktan sonra, klâsik Euclides geometrisi ile fraktal geometri arasındaki başlıca temel farklılıklar şöyle özetlenir⁹ :

Klâsik Euclides Geometrisi	Fraktal Geometri
1-)Gelenekseldir. (2000 yılı aşan bir geçmişi vardır.)	1-)Çağdaş matematikçiler tarafından geliştirilmiştir. (Başlangıcı sadece 20-25 yıl önceye uzanır.)
2-)Ebat, boyut ve ölçü esaslıdır.	2-)Spesifik ölçüler ve boyutlar kapsamaz.
3-)İnsan yapısı objeler için uygundur.	3-)Tabii varlık ve cisimler için uygundur.
4-)Sembol denklemleriyle ifade edilebilir.	4-)İç tekrarlara dayandığından algoritmalarla ifade edilebilir.

Bugünkü biçimiyle fraktal geometrinin geçmişi 25 yıl kadar öncesine uzanır. Bu yeni matematiksel tekniği bilim dünyasına tanıtma onuru B. Mandelbrot’a aittir. Kâinatın bu yeni geometrik vizyonuyla ilgili ilk düşünceler Mandelbrot’un zihninde 40 yıl kadar önce doğmaya başlamıştı. Ancak o sıralarda bulmacanın pek çok parçası henüz eksikti.

Delikli kart sisteminin yeni uygulanmaya başladığı o yıllarda bilgisayarlar çok ilkeldi. Buna rağmen bilim adamları bu cihazların kendilerine özellikle bilgi toplama, düzenleme ve işleme hususlarında büyük imkânlar sağlayabileceğini yavaş yavaş kavramaktaydılar. Ancak pratikte hâlâ birçok zorluk mevcuttu. Kapasiteleri düşük olan mevcut bilgi işlem sistemleri, ayrıca çok yavaştı ve bunların kullanımı da çok zordu.

Mandelbrot buna rağmen elindeki böyle bir bilgisayarla bir asırlık bir süreyi kapsayan konuyla ilgili “data”yı tamamladı, düzenledi ve yorumladı. Onun yaklaşımı, dönemin matematikçi ve istatistikçilerininkinden çok farklıydı. Meselâ o, grafik ve şemaların klâsik bakış açısından çok önemli görülen ölçek ve benzeri özelliklerini göz ardı edip, bu şekillerin arkasında yatan ve Euclidyen geometriden tamamen farklı boyut ve özelliklere sahip olan fonksiyonel ilişkiler araştırıyordu. Ancak hâlâ zihninde nihai model ya da kalıp şekillenmiş değildi. Kesin olduğunu düşündüğü tek şey, işin püf noktasının bir tür “simetri durumu” olduğu yönündeki güçlü sezgisiydi. Ancak bu, sağ ile sol, ya da üst ile alt arasındaki klâsik türden bir simetri olamazdı. Bu ancak, ardışık ölçekler arasında, yani “daha büyükler” ile “daha küçükler” silsileleri arasındakine benzeyen çok farklı bir boyut ve nitelikte bir simetri olmalıydı.

Matematiğin birçok farklı alanına ilgi duyan Mandelbrot, IBM’in araştırma merkezinde çalışmaya başlamıştı. IBM, bilgisayar teknolojisinde birtakım yeni gelişmeler sağlayınca, Mandelbrot bundan yararlanmayı bildi. Mandelbrot yeni bilgisayarında, çan eğrisi biçimli normal dağılım fonksiyonundan belirli parametrelerle sistematik bir şekilde sapan bazı verilerin “boyutsuzluk” perspektifinde bir tür simetri gösterdiğini ortaya çıkardı.

O yıllarda toplumun düşük ve yüksek gelir düzeyleri arasındaki ilişki ve bağıntıların ele alındığı bir araştırmaya ait verileri, bilgisayarları aracılığıyla analiz etmekte olan Mandelbrot, Harvard ekonomi profesörlerinde Hauthaker tarafından üniversitede bir konferans vermesi için davet edilir. Daveti kabul eden Mandelbrot, konferans öncesi odasında ziyaret ettiği profesörün yazı tahtasındaki grafiği görünce o kadar büyük bir hayrete kapılır ki, ağzından “-Ama bu benim keşfim!.” sözlerinin çıkmasına engel olamaz. Kendisini biraz toparlayınca da hemen şu soruyu sorar: ”-Ben daha konferansımı vermeden, bu grafik size nasıl ulaştı, öğrenebilir miyim?” Bu defa şaşırma sırası Hauthaker’e gelmiştir: “-Pamuk fiyatlarında son sekiz yıl içinde meydana gelmiş olan dalgalanmaları gösteren bu grafiğin sizin konferansınızla ne alâkası olabilir ki?”

Farklı yıllara ait pamuk fiyatları tek tek ele alındığında, sanki önceden tahmini imkânsız bir şekilde, rastgele değişiyor gibi görünür. Ancak olaya fraktal geometrinin sağladığı bu yeni perspektiften bakıldığında her şeyin belirli bir ilkeye ya da formüle göre değiştiği net bir şekilde ortaya çıkar. Mandelbrot, 60 yıllık bir dönem boyunca bu “fraktal formülün“ hiç değişmeden hep aynı kaldığını ilk defa gördüğünde, gözlerine inanamamıştı. Üstelik bu zaman diliminde büyük bir dünya savaşı ve birçok önemli ekonomik kriz de yaşanmıştı. Ancak her şeye rağmen, eldeki verilerin varyasyon derecesi ve şekli sabit kalmıştı.

Fraktal geometrinin kapsamı ekonomiyle sınırlı değildir. Astronomiden botaniğe, jeolojiden sosyolojiye kadar uzanan geniş bir alana ait birçok olgu, bu yeni matematik yaklaşım aracılığıyla anlaşılabilir hale gelmiştir.

Daha önce de belirttiğimiz gibi istatistik alanında çalışanların en çok kullandıkları bağıntı, grafiksel olarak “çan eğrisi” şeklinde gösterilen fonksiyondur. Bu bağıntı, sanki rastgele veya tesadüfen oluyor gibi görünen birçok olayın bağlı oldukları kuralları gösterir. Ancak ekonomi gibi bazı alanlarda normal dağılım eğrisiyle açıklanamayan olgulara da sık rastlanır. Meselâ, Prof. Hauthaker, tüm çabalarına rağmen pamuk fiyatlarındaki değişimi çan eğrisi üzerine oturtamamıştı. Bu fiyat değişimin matematiksel ifadesi sonucu ortaya çok daha farklı bir model veya fonksiyon çıkmaktaydı.

Mandelbrot ise o güne dek, bu yeni modeli akla hayale gelmeyecek kadar geniş ve çeşitli pek çok alana ait verilerde defalarca müşahede etmişti. Konferanstan sonra Mandelbrot, Hauthaker’in veri arşivini bir bilgisayar kayıt kartına yükleyerek beraberinde götürdü. Sonra, Washington’daki tarım bakanlığından 1900’lerin başına kadar uzanan döneme ait bilgileri de temin ederek hepsini birleştirdi. Sonuçlar göz kamaştırıcıydı.

Artık Mandelbrot, bu yeni yaklaşım sayesinde en düzensiz ve karmaşık görünüşlü verilerde bile, çok hassas ve mükemmel düzenlilikler bulunduğunu rahatça ortaya koyabiliyordu. Meselâ dilbilim alanına el atarak, kelimelerin dağılım özelliklerine dair ilginç bir formül keşfetti. Bu yeni teknik, matematiğin en kompleks ve soyut alanlarında bile büyük kolaylıklar sağlamaktaydı. Meselâ “oyun teorisi” adı verilen istatistiksel olgu, Mandelbrot’un bu yaklaşımıyla iyice açıklığa kavuştu. Bu yaklaşım, enformasyon teknolojisine de mükemmel bir şekilde uygulanabiliyordu. Meselâ, IBM mühendislerinin, bir bilgisayardan diğer bir bilgisayara enformasyon aktaran telefon hatlarıyla ilgili olarak karşılaştıkları ve klâsik metotlarla üstesinden gelemedikleri bir problem, bu yeni yöntemle rahatça analiz edilip, çözülebildi.

Hatta bu esnada ilginç bir olay da yaşandı. Mandelbrot bir gün mühendislerin kendisine iletmiş olduğu datayı analiz ederken birden dehşete kapıldı. O güne kadar sayısız kapıyı açmış olan bu sırlı anahtar, bu yeni kilitte sanki tutukluk yapmıştı. Tam ümitsizliğe kapılacakken, bir mühendis, klâsik anlayışları nedeniyle bazı ölçüm sonuçlarına ait verileri, olayla ilgileri olmadığını düşünerek kayıt listesine dahil etmediklerini açıkladı.

Mesele böylece aydınlandı. Gerçek şuydu ki, IBM mühendislerinin teorik bilgi çerçeveleri Mandelbrot’un tasvir ve izahlarını kavrayacak genişlikte olmadığı için, gerçekte çok büyük bir öneme sahip bazı verileri lüzumsuz sanarak, ayıklamışlar ve ona iletmemişlerdi. Tamamlanan datayı Mandelbrot kolayca analiz edip, çözüm alternatiflerini ortaya koyacaktır.

Mandelbrot aynı tekniği birçok faklı olgu grubuna başarıyla uygulamıştır. Meselâ Mısırlıların, Nil nehrinin su seviyesinin yüksekliğiyle ilgili kayıtları, bu yeni yöntemi test etmek için çok uygun bir kaynak ve örnek teşkil etmekteydi. Mısırlılar, binlerce yıldan beri Nil’in su düzeyini ölçmekte ve buldukları değerleri kaydetmekteydiler. Nil nehri, bazen kabına sığmayıp çevreye taşmakta, bazen de daralıp, sığlaşmaktadır. Mandelbrot ekonomiden bilgisayar teknolojisine, dilbilimden istatistiğe kadar uzanan birçok değişik alana uyguladığı teknikle, bu defa da Nil nehrinin yükseklik kayıtlarını analiz etti.

Mandelbrot o güne yapmış olduğu analizlerin genel bir değerlendirmesini yaptığında tüm farklı alanlarda ve disiplinlerde tespit etmiş olduğu değişikliklerin yalnızca iki tür etken tarafından oluşturuldukları gerçeğiyle yüz yüze geldi. Ve bunları “Nuh etkisi” ve “Yusuf etkisi” olarak adlandırdı. Ona göre; Nuh etkisi süreksizliği temsil ederken, Yusuf etkisi ise kalıcılığı veya istikrarı ifade etmektedir. Mandelbrot bu iki faktör arasındaki ilişkiyi kutsal kitaplardan yaptığı şu alıntıyla örneklendirdi: “-Ve Mısır ülkesinde hüküm süren 7 yıllık bolluk biter ve Yusuf’un haber vermiş olduğu 7 yıllık kuraklık başlar.” Ancak Yusuf peygamberin yaptığı uyarı sayesinde gerekli tedbirleri almış olan Mısır halkının istikrar ve düzeni devam eder. Mandelbrot bu kıssadan şöyle bir hisse çıkarır: Aslında, değişimler bile kendine has kurallar çerçevesinde bir istikrara ve düzene yöneliktir. Çünkü bu olay, Mısır’a son derece başarılı bir yönetici de kazandırmıştır.

Nil’e ait ölçümlerin kayıtları eğer, yeterince uzun bir süreyi kapsayacak şekilde değerlendirilirse, bunlarda da istikrarın hakim faktör olduğu görülecektedir. Nuh ve Yusuf etkenleri iki zıt istikamete yönelik oldukları halde, bileşke etkileri, “istikrara yönelik bir değişim süreci çerçevesinde dinamik bir düzen”in tesisi yönünde olmaktadır. Mandelbrot bu yeni matematiksel yaklaşımıyla varlık ve olaylarda mükemmel bir ahengin ve uyumun bulunduğu hususunun ortaya çıkarılmasını da sağlamıştır.

B. Mandelbrot’un temel ilkelerini keşfettiği bu orijinal matematiksel yaklaşım “fraktal geometri” olarak adlandırılmıştır. Fraktal terimi Latince “kırılmış, kırıklı veya parçalı” anlamlarına gelen “fraktus” kelimesinden türetilmiştir. 1983 de yayımladığı “Tabiatın Yeni Geometrisi” adlı kitabıyla bu yeni kavramı bilim dünyasına tanıtan Mandelbrot’un görüşleri kısa zamanda yaygın bir şekilde kabul gördü.

Çizgi, doğru veya çember gibi basit ve düzgün temel formlardan oluşan Euclides veya düzlem geometrisinin aksine, fraktal geometri, doğrudan gözlenemeyen bazı temel matematiksel fonksiyon ve algoritmalardan oluşur. Çizimleri çok karmaşık, teferruatlı ve uzun matematiksel işlemler gerektirdiği için bu yeni geometriye has formlar ve figürler, ancak gelişmiş bilgisayarlarla görünür hale getirilebilirler. Euclides geometrisiyle tasvir edilemeyen ve matematiksel olarak modellenemeyen girdap akımları, bulut, dağ ve ağaç şekilleri, uzun ve karmaşık fraktal işlemler sonunda oldukça basit matematiksel formüllerle modellendirilebilirler. Bu tür basit bir formülden karmaşık bir dağ silsilesinin veya sahil şeridinin çizimi, yine uzun ve kompleks işlemler gerektirir.

Bu nedenlerden dolayı fraktal geometriyle ilgili işlemleri ve çizimleri; kağıt, kalem, pergel veya cetvelle yapmak mümkün değildir. Bunlar en iyi şekilde ancak, çok hızlı ve bilgi işlem kapasitesi çok yüksek bilgisayarlar aracılığıyla gerçekleştirilebilirler. Hatta günümüzün en gelişmiş bilgisayarlarıyla bile henüz gerçekleştirilemeyen birçok fraktal geometrik fonksiyon ve proses mevcuttur.

Bilim adamları uzun yıllar dağların, girdap akımlarının, sahil şeritlerinin ve bazı bitki formlarının matematiksel modellenmesini başaramadıkları için, bu gibi varlıklara kozmosun genel düzenliliği içindeki istisnai düzensiz yapılar gibi baktılar. Çünkü, klâsik Euclides geometrisi, bu karmaşık unsurların matematiksel tasvir ve formülasyonlarına imkân vermiyordu.

Bir ağacın dış hatları uzaktan kabaca Euclidyen geometrinin temel elemanlarından biri olan silindiri andırır. Fakat yakın plândan bakıldığında, doğrusal hatlar ve düzgün yüzeyler kaybolarak yerlerini çok kısa ve parçalı eğrilere bırakırlar. Mandelbrot bu hususta şunları söyler: Gerçekte ne ağaçlar doğrusal çizgilere sahiptir, ne dağlar konik formlardadır ve ne de sahil şeritleri düz hatlardan oluşur. Bana Britanya kıyılarının uzunluğu sorulduğunda şöyle cevap veriyorum: “Bu, duruma göre değişir!”

Bir adanın kıyılarının sabit bir uzunlukta olması gerektiğini düşünen herkes, Mandelbrot’un bu cevabını tuhaf bulacaktır. Ancak bir sahil şeridinin uydudan çekilmiş bir fotoğrafını, aynı sahilin bir helikopterden ya da yüksek bir tepeden görünüşüyle kıyasladıktan sonra, bir de bu kıyılarda yürüyerek dolaşırsak, Mandelbrot’un ne demek istediğini anlamaya başlarız. Hele sahili oluşturan kayalık kısımlardan alınan bir örnek bir mikroskop altında incelendiğinde, ne kadar fazla miktarda girinti ve çıkıntı içerdiği açıkça müşahede edilir. Bu dört ayrı durumda, aynı sahil şeridi, gözlemciye dört farklı uzunlukta görünecektir.

İlk olarak 1904 de H. von Koch şöyle bir işlem tanımlamıştır: Bir doğru parçası önce üçe bölündükten sonra, ortadaki parçanın yerine, bir eşkenar üçgenin iki kenarına karşılık gelecek şekilde iki eşit uzunlukta doğru parçası konur. İkinci basamakta mevcut dört segmentin her birine aynı işlem tekrar uygulanır.¹⁰ Bu işlem art arda yeterli sayıda tekrarlandıktan sonra üçgen sayısı sonsuza yaklaşırken, nihayet ortaya, kar kristallerinin mikroskopla çekilen fotoğraflarındaki geometrik şekillere benzeyen Koch eğrisi çıkar. Koch eğrisi tarihte ilk olarak tanımlanan fraktal yapılardan biridir.

Bu yapı, kenar uzunlukları giderek kısalan benzer üçgenlerden oluşur. “Kendine benzerlik”, bütün fraktal yapıların en genel ortak özelliğidir. Bir dağ dizisinin fotoğrafından kestiğimiz bir bölümü bir çerçeve içine aldıktan sonra bu kısmı birkaç defa büyütecek olursak, karşımıza başlangıçtakine çok benzeyen bir görüntü çıkar.

Bir karnabahardan koparılan bir parça, karnabaharın bütününe benzer bir görünüştedir. Bu “parçanın parçaları” da birbirine ve sebzenin bütününe benzer. Soluk borumuz, göğüs boşluğumuzun içinde önce ikiye ayrılır. Sonra her bir bronş benzer iki bronşa bölünür. Bu böylece sürüp gider ve akciğerlerimizin bronş ağacı ortaya çıkar. Damarlarımız ve sinirlerimiz de aynı temel yapı plânına sahiptir. Böbreklerimizin süzme görevi yapan bölümlerinde de benzer dizayna rastlanır. Kâinat, bu özelliğe sahip varlık ve yapılarla doludur. Meselâ, bir kar kristalinin herhangi bir parçasının detayı, ait olduğu bütüne benzer. Ayni şekilde bir bulut kümesi, bir nebula, bir galaksi veyahut da bir mercan resifi, benzer birimlerin bileşiminden oluşur.

Fraktal yapıların bir diğer farklı özelliği de “boyut”larıdır. Sezgilerimizle kolayca kavrayabildiğimiz Euclidyen geometrinin apaçık mefhumları ve cisimleri; bir, iki ya da üç boyutta tanımlanır. Fraktal geometride ise, sıfır boyutlu noktalar, bir boyutlu çizgiler ve üç boyutlu hacimler arasında yer alan ve boyutları kesirli olan yapılar mevcuttur. Meselâ kan damarlarımıza tekabül eden fraktal eğrinin boyutu 2.7 olarak hesaplanmıştır.

J. C. Pecker adlı Fransız astrofizikçi, tüm kâinatın yapısal organizasyonunun, fraktal bir matematiksel sisteme göre dizayn edilmiş olduğunu göstermiştir. Pecker, evrenin fraktal plânı hakkında şunları söyler. “Bütün kâinatın, Hint okyanusunun üzerindeki dev bulut kümelerini andıran bir fraktal organizasyona sahip olduğu gerçeği, son derece şaşırtıcıdır. Bu gelişme, şaşırtıcı olduğu kadar, bugüne dek aydınlatılamayan pek çok meseleye çözüm de vaat eden yeni ve güçlü bir paradigmanın müjdecisidir.”

Varlık Alemi

Cansız Varlıklar Aleminde Düzenlilik

İnsanlar, çevrelerinde bulunan tüm varlıkları, binlerce yıldan beri; “cansız maddeler, bitkiler, hayvanlar ve insan” olarak dört ayrı ontolojik tabakada sınıflandıra gelmişlerdir. Bu sıralama içindeki varlıkların, tabandan zirveye doğru uzanan “ontolojik bir piramit” teşkil ettikleri söylenir. Ontolojik piramidin tabanını oluşturan cansız nesneler ve bunlarla ilgili olaylar, günümüzde fizik ve kimya ana bilim dallarının çatısı altında toplanan değişik disiplin ve branşlarda çalışan bilim adamları tarafından ele alınıp, incelenirler.

Cansız maddeden yapılı nesneler, büyüklük bakımından ister molekül, mineral, kristal dokusu, toprak parçası, kaya veya dağ; isterse gezegen, yıldız, veya galaksi mertebesinde olsunlar; aynı ontolojik tabakada yer alıp, aynı bilimsel kanunlara tâbi olduklarından, benzer düzenlilik unsurları içerirler. Şimdi bu olguyu “mikro” ve “makro” alemlerden birer örnekle gözden geçireceğiz. Bu örneklerimiz “atom” ve “güneş sistemi” olacaktır.

Atomlar ve Düzenlilik

Kâinat materyalinin tamamı 100 kadar atomdan ve bunların değişik tarzlarda kombinasyonuyla kurulmuş kimyasal bileşiklerden meydana gelmiştir. Atomların kütlesini esas itibarıyla çekirdekleri teşkil eder. Elektronlar da bir kovan etrafındaki arılar gibi çekirdeğin çevresinde "bulunurlar". Bir atomun bütün kimyasal özellikleri, çekirdek çevresinde yer alan elektronların en dış tabakası vasıtasıyla belirlenir. Bileşikler, en dış yörüngelerde yer alan bu elektronlar arasında gerçekleşen reaksiyonlarla sentezlenir veya parçalanırlar. Bu sebeple varlıkların maddi bünyelerinin kuruluşunda elektronların özel bir önemi vardır.

Kimyasal reaksiyonlarda da kâinatın genelinde hüküm süren düzenlilik ve plânlılık aynen geçerlidir. Kimyasal bileşikler, hangi yolla meydana gelirlerse gelsinler daima sabit bir terkip halindedirler. Bu bölümde, hayat için özel öneminden dolayı, örnek olarak daha çok su molekülü ele alınacaktır. Meselâ; 2,106 gram hidrojenin 16,00 gram oksijenle birleşmesiyle 18,106 gram su bileşiği elde edilir. Su, hidrojenin oksijen içinde yanmasıyla, nitrik asit gazının parçalanmasıyla, baryum klorür kristallerinin ısıtılmasıyla veya bir başka yolla meydana gelebilir. Hangi yolla oluşursa oluşsun, bu bileşiğin ağırlık oranı daima sabittir.

Birçok hallerde, iki element, değişik şartlarda, birden fazla bileşik meydana getirmek üzere birleşebilirler. Meselâ, hidrojen ve oksijen, sudan başka, hidrojen peroksit denilen bir bileşik daha oluşturabilir. Bu bileşikte hidrojenin ağırlığı, oksijeninkinin 1/16'sı kadardır. Suda ise bu oran tam 2 katı, yani 1/8 dir.

Birçok elementin meydana getirdikleri birden fazla sayıdaki bileşiğin ağırlıkları arasında daima böyle sabit bir oran vardır. Birbirleriyle reaksiyon veren gazların hacimleri arasında sabit orantılar bulunduğu gibi, reaksiyona giren gazlardan her birinin hacmi ile reaksiyon ürünü olan gazın hacmi arasında da sabit orantılar mevcuttur. Meselâ, hepsi aynı sıcaklık ve basınçta olmak üzere, tam iki hacim hidrojenin tam bir hacim oksijen ile reaksiyona girmesiyle daima tam iki hacim su buharı meydana gelir.

Bütün kimyasal düzenlilikler, elektronların atomun çekirdeği çevresine belirli bir plâna göre yerleştirilmesiyle sağlanmıştır. Elektronların çekirdek çevresinde bulunabilecekleri bölgeler "s, p, d ve f “ yörüngeleridir. Her bir yörüngede mevcut elektron sayısı, küçük üstlü rakamlar gibi gösterilir. Meselâ bir helyum atomunun "s" yörüngesindeki 2 elektronu "s² " şeklinde ifade edilir. Bu yörüngeler çekirdek çevresinde 7 ana bölgede ayrı ayrı bulunabilirler. Buna göre elektronların çekirdek çevresindeki yerleşim plânı şöyledir:

1s ² 2 s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6p ⁶ 7s ² 5f ¹⁴ 6d ¹⁰ 7d ¹⁰ 7f ¹⁴

Elementler, bu elektron dağılım durumlarına göre bir tablo halinde dizildiklerinde, kimyasal özellikleri de periyodik olarak değişir. Atomların bu özelliği, "periyotlar kanunu" olarak adlandırılır. İlk periyodik tablolar, iki bilim adamı tarafından birbirlerinden habersiz olarak 1868 ve 1869 yıllarında bilim dünyasına sunuldu. Bunlarda 17 grup (sütun) ile 7 periyot mevcuttu. İlk tablolardaki 7 periyottan; potasyumdan broma ve rubidyumdan iyoda kadar olan elementlerin sıralandığı ikisi, tamamen doluydu. Bunun üzerinde, her birinde 7 element bulunan (lityumdan, flora ve sodyumdan, klora) iki kısmen dolu periyot ile altında tamamen boş üç periyot bulunuyordu. Bilim dünyasına tanıtıldığı yıllarda zamanın kimyacıları arasında pek kabul görmeyen bu çalışma, tamamen atomların yapısındaki plânlılık ve düzenliliğe dayanıyordu ve bu tablonun kâşifleri, elementlerdeki bu nizama dayanarak günün birinde bu boşlukların mutlaka doldurulacağını belirtmişlerdi. Hakikaten de 20 yıl içinde bu tahmin, aynen gerçekleşti. İlk bulunan element, galyum oldu. Niyobyum, vanadyum, helyum, neon, argon, kripton, ksenon, skandiyum ve germanyum da onu izledi.

Gökcisimleri ve Düzenlilik

Aynı ontolojik tabakada yer alan varlıkların ister atomlar gibi mikro aleme, isterse güneş sistemi gibi makro aleme dahil olsunlar, aynı bilimsel kanunlara tâbi olduklarından, benzer düzenlilik unsurları içerdiklerini söylemiştik. Bundan dolayı, tıpkı atomların yapısındaki genel plân ve intizama dayanarak bazı kısımları eksik olan ilk “periyodik tablo”daki boşlukların zaman içinde oldurulmalarına benzer şekilde, gezegenlerin genel plân ve intizamına dayanarak da, astronomi alanında önemli tahminlerin, çıkarımların ve buluşların gerçekleştirilmesi mümkün olmuştur.

1700 yıllarının sonlarına doğru, Alman astronom J. E. Bode’nin düzenlediği gezegenlerin güneşten uzaklıkları ile ilgili tablo, astronomi alanında, periyodik tablonun kimyada yaptığına benzer bir fonksiyon görmüştür. Tablo şu matematiksel ilkelere dayanılarak tasarlanmıştı¹¹:

1-) 0 ve 3 ile başlayan ve 3’ten sonraki her elemanı, bir öncekinin iki katına eşit olan bir dizi düşünün: { 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96,.......}

2-) Dizinin her elemanına “4” ekleyin.

3-) Bulunan sayıları “10”a bölün.

TİTİUS’UN ÖNERDİĞİ DEĞERLER GEZEGEN GERÇEK UZAKLIK DEĞERLERİ

(Astronomik birim olarak) (Astronomik birim olarak)

(0+4)/10 = 0.4 Merkür 0.39

(3+4)/10 = 0.7 Venüs 0.72

(6+4)/10 =1.0 Dünya 1.00

(12+4)/10 = 1.6 Mars 1.52

(24+4)/10 = 2.8 ? (2.77)

(48+4)/10 = 5.2 Jüpiter 5.20

(96+4)/10 =10.0 Satürn 9.54

(192+4)/10 =19.6 ? (19.18)

(384+4)/10 =38.8 ? (30.06)

Tabloda görüldüğü gibi, Bode bağıntısı astronomik uzaklık birimi cinsinden, gezegenlerin güneşe olan uzaklıklarını-Mars ile Jüpiter arasında bulunması gereken bir gezegen hariç-gerçekten de günümüzde tespit edilmiş değerlere oldukça yakın bir şekilde vermektedir. Ancak Bode’nin elinde, o yıllarda gezegen uzaklık ölçümlerine dair yeterli veri bulunmadığı halde bu tabloyu nasıl hazırladığı hâlâ aydınlatılamamış olan bir husustur. 1776 yılında bir Alman fizikçisi ve matematikçisi olan J. Titius tarafından yayımlanarak bilim dünyasına tanıtılmış olan ve bu nedenle Titius-Bode adıyla da bilinen bu bağıntı, biraz da kaynağı anlaşılamadığından, 1781 yılında W. Herschel tarafından Uranüs gezegeni bulunana kadar, dönemin bilim adamları tarafından sadece o yıllarda bilinen 6 gezegenin güneşe uzaklıklarının hesabında ve kolayca hatırlanmasında yararlanılabilecek “sırlı bir formül” olarak görüldü. Ancak yeni keşfedilen Uranüs’ün de bu formüle uyması, astronomlar arasında bir heyecan dalgası doğurdu: Acaba Bode bağıntısı, bilinen ve bilinmeyen üyeleriyle bütün güneş sisteminin genel bir plânını mı kapsamaktaydı? Eğer öyleyse, acaba Mars ile Jüpiter arasında, güneşe olan uzaklığı 38.8 AB kadar olan, henüz gözlenmemiş yeni bir gezegen bulunmakta mıydı?

Astronomlar derhal ciddi bir şekilde bu soruların cevaplarını araştırmaya başladılar. 1801 yılında Sicilyalı astronom G. Piazzi’nin Mars ve Jüpiter gezegenleri arasında bir gökcismi keşfetmesiyle bu araştırmalar ilk ürününü verdi. Ceres adı verilen bu küçük gezegenin 2.77 AB uzaklıktaki bir yörünge üzerinde, güneşin çevresinde her 46 yılda bir tur dönmekte olduğu tespit edildi. Astronomlar arasında Bode bağıntısının işaret ettiği gezegenin bulunmuş olduğu görüşü yaygınlaşırken, 1802 yılında Alman astronom H. Olbers’in uzayın aynı kesiminde, yörünge yarıçapı yine 2.77 AB olan bir başka küçük gezegen keşfetmesiyle bu konudaki kanaatler değişti. Olbers’in Pallas ismini verdiği bu gezegen Ceres’ten daha küçük olduğu için o günkü gözlem araçlarıyla ondan daha bulanık olarak görülmekteydi. Kayıp gezgenin bulunması gereken mesafede Juno ve Vesta olarak adlandırılan iki küçük gök cismi daha keşfedildi. Günümüzde uzayın bu kesiminde, dünyadan optik teleskoplarla fotoğrafları çekilebilecek parlaklık ve büyüklükte 100.000 kadar küçük gök cismi bulunduğu bilinmektedir. Astreoid adı verilen bu küçük gökcisimlerinin, güneş sisteminin yaratılmış olduğu hammaddenin, Jüpiter’in büyük kütle çekiminin etkisiyle, Mars ve Jüpiter arasında bir gezegen teşkil edecek şekilde kaynaşamayıp dağılması nedeniyle oluştuklarına inanılmaktadır.

Bu gelişmelerin üzerinden yaklaşık 40 yıl kadar bir süre geçtikten sonra, 1846 da J. Galle, Titius-Bode tablosunda işaret edilen diğer “bilinmeyen gezegeni” de keşfetti. Neptün adı verilen bu gezegenin bulunmasıyla, Titius-Bode bağıntısının gerçekten de güneş sisteminin matematiksel plânını temsil etmekte olduğu ortaya çıkmış oldu.

Su

Şimdi, astronomiden tekrar kimyaya dönelim. Kimyasal reaksiyonların, "yaratılış gayesinin tahakkuku” yönünde gerçekleşmesi için atomlar dünyasında uygulamaya konmuş olan "sabit ağırlık oranları", "katlı ağırlık oranları" ve "sabit hacim oranları" gibi kanunları incelerken, örnek olarak su molekülünün senteziyle ilgili reaksiyonları ele almıştık. Bunun sebebi, suyun gerçekten çok enteresan bir kimyasal bileşik oluşudur. Ve onun bu ilginç özellikleri; varlıklara, kâinatın genel plânlılık ve düzenliliği çerçevesinde, muhtemel sınırsız ve sayısız farklı yapı alternatifleri arasından nasıl, yaratılış amaçlarının tahakkuku yönünde fonksiyonlarını en mükemmel tarzda ifa edebilecekleri “biçim”in takdir edilmiş olduğu hususunda da en güzel ve en düşündürücü örneklerden birini teşkil etmektedir.

Su, insanoğluna bahşedilen en büyük nimetlerden biridir. Yeryüzünde onsuz bir hayatı tahayyül etmek bile zordur. Bizi uzayın derinliklerinde taşıyan sevimli gezegenimiz üzerinde su ve hayat ayrılmaz bir tarzda iç içe girip, kenetlenmiş gibidir. Daha başlangıçta, ergimiş metal cevherlerinden oluşan bir ateştopu halindeki dünyanın, hayata ve bilhassa insanın yaşamasına uygun cennet gibi bir bahçe haline getirilmesi için, trilyonlarca ton su molekülüne "yağmur-akarsu -gölcük-buharlaşma-bulut" çarkı içinde, yüz milyonlarca yıl süren bir devr-i daim hareketi yaptırılmıştır.

Bu esnada çelik sertliğindeki magmatik kayalar ve hatta dağlar aşındırılıp, yontularak toprağın inorganik bölümü meydana getirilmiştir. Sonunda okyanuslarda biriken su, kıtaların şekillenmesini sağlamış ve yeryüzünde sıcaklığı hayata uygun sınırlar içinde sabit tutan dev bir termostat sisteminin temel unsuru olarak "yağmur-akarsu-okyanus-bulut" çevrimi içindeki dolaşımını sürdüre gelmiştir.

Dünyayı süsleyen bitki ve hayvanlar ile bizlerin ağırlıklarımızın % 60 kadarını su teşkil eder. Bedenimizin hayat suyu olan kanın %80'i de bu bileşikten meydana gelir. Gıda maddelerinin çözelti şekline dönüştürülerek kullanılması ve artıkların atılması da suya bağlıdır. Hücrelerin en önemli ihtiyaç maddesi olan oksijenin dokulara götürülüp, yan ürün olarak oluşan zararlı gazların tasfiyesi de yine su vasıtasıyla mümkün olur. Adeta bir amortisör gibi de fonksiyon görebilen su, dokularımızı dış etkilerden korur ve kaslarımızla eklemlerimize esneklik kazandırır. Vücut ısımızın regülasyonuyla ilgili her türlü fonksiyonda da suyun, öncelikli bir rolü vardır.

Su, yalnız insanın maddi ihtiyaçlarının temininde değil, dünyanın tezyin ve dekorasyonunda da yaygın bir şekilde kullanılır. Gökyüzünün gündüzleri, atılı pamuk gibi görünen zarif bir tülle örtülüp; şafak ve grup vakitlerin de ufuklarından itibaren muhteşem bir tablo gibi süslenip, boyanması; yağmurların ardından zaman zaman gökkubbeye renklerden birer köprü gibi gökkuşakları çatılması; dağlardan parlak ışık demetleri halinde köpük köpük şelâleler indirilmesi, yaz ve bahar mevsimlerinde yeryüzünün, özellikle de çayırların minik inciler gibi ışıl ışıl çiğ damlacıklarıyla bezenmesi, kışları ise hiçbiri birbirine benzemeyen nadide kar elmasçıklarından müteşekkil tertemiz ve bembeyaz yorganlarla örtülmesi; kıtaların aralarına mavi atlasdan okyanuslar döşenmesi, su vasıtasıyla gerçekleştirilen estetik icraatlardan ilk akla gelenlerdir.

Su, bütün bu fonksiyonları, sahip olduğu bazı fizikokimyasal özellikler aracılığıyla yerine getirmektedir. Bunların en önemlileri su molekülünün lineer değil, açılı bir yapıda olması ve çapları oldukça küçük olan hidrojen atomlarında mevcut birer elektronun, oksijen atomu ile ortaklaşa kullanılması sebebiyle, bu molekülün elektriksel olarak kutuplanmış bir durumda bulunmasıdır. Molekülün hidrojen uçları daha pozitif, oksijen ucu ise daha negatiftir.

Hidrojen atomlarının elektronları, kendi çekirdekleriyle birlikte, oksijen atomunun en dış yörüngesinde de "bulunabildikleri" için, molekül adeta büyük bir kürenin içine gömülmüş iki küçük kürecik biçimindedir. Molekülün polar niteliği sebebiyle hidrojen atomları çevredeki diğer moleküllerin elektron yoğunluğu yüksek bölgeleri tarafından çekilir ve bu bölgelerle aralarında hidrojen bağları adı verilen özel bağlar oluşabilir. Neticede bu çekim kuvvetleri sayesinde su molekülleri oldukça sıkı ve yoğun bir şekilde bir arada tutulur. Bu yaklaştırıcı kuvvet, oda sıcaklığında dahi moleküllerin birbirinden tamamen ayrılmalarını önleyecek kadar güçlü olduğundan, suyun kaynama noktası, amonyak ve hidrojen sülfür gibi nispeten benzer yapılı bileşiklerinkinden oldukça yüksektir. Yine moleküllerin diziliş özelliği sebebiyle suyun vizkositesi ve yüzey gerilimi de beklenenden yüksektir. Su molekülünün polar yapıda oluşu, onun kimyasal çözücülüğünde de önemli bir rol oynar. Bilinen milyonlarca kimyasal bileşiğin en az yarısı, az ya da çok, suda çözünür. Suyun birçok fizyolojik fonksiyonu bu özelliği vasıtasıyla gerçekleşir. Bu özelliklerine mekanik tesirleri eklenince, su yerkabuğunun şekillendirilmesinde rol oynayan başlıca etkenlerden biri olarak da fonksiyon görür.

Hemen bütün katı cisimler, ısındıklarında hacmen genişlerler. Oysa suyun sıcaklığı 0^˚C'den 4^˚C'ye çıktığında, hacminde bir azalma görülür. Yine çok enteresan bir istisna olarak buzun hacmi, eridiğinde azalır. Sıvı halden, donarak katı hale geçtiğinde ise diğer sıvılar gibi yoğunluğu artacağına, azalır. Böylelikle buzun su üzerinde yüzmesi mümkün olur. Eğer su molekülü bu özellikte yaratılmamış olsaydı; akarsu, göl ve geçmişteki buzul dönemlerinde denizler ve hatta okyanuslarda donan su, dibe çöker ve neticede sularda hayat son bulurdu. Ekosistemlerin iç-içe geçmeli karakterinden dolayı, kara hayatı da bu durumdan çok büyük ölçüde etkilenirdi. Oysa, +4˚C sıcaklıktaki su en yoğun ve ağır formu teşkil ettiğinden daima dipte bulunur ve en soğuk zamanlarda dahi suların zemini, canlılar için yaşanabilir bir barınak olma özelliğini muhafaza eder.

Yeryüzünde hayatın devamı için böylesine önemli olan donma hadisesinin insana hayranlık veren estetik ve geometrik boyutları da vardır. Suyun sıcaklığı 0 dereceye yaklaştıkça, hidrojen bağlarının tesiri giderek güçlenir. Hareketleri iyice yavaşlayan moleküller, sonunda bu bağlar vasıtasıyla 8 farklı kristal yapıdan birini teşkil etmek üzere sıkıca birbirine bağlanırlar. Donma hadisesinin süresi ile ortamın sıcaklığı ve basıncı, oluşacak kristal yapıyı tayin edecek başlıca parametrelerdir.

Kar taneleri ise, genel olarak altıgen bir plâna göre kristalleşirler. Kristalin değişik parçalarının uzunlukları arasında 1,618 oranı gözetilmiştir. “Altın oran” olarak adlandırılan bu değere, mimaride, resim ve heykel sanatları ile tabiat bilimlerinde sıkça rastlanır. Bir AB doğru parçası alınır ve üzerinde AB/AC=AC/AB ve CB=1 olacak şekilde bir C noktası seçilirse, C’ye AB’nin “altın bölümü”, elde edilen değere de “altın kesir” adı verilir:

A________X_________׀__________1___________B

C

AB/AC=AC/CB bağıntısı, X+1/X= X/1 şeklinde yazılabilir. Buradan X+1=X² ve X²-X-1=0 şeklindeki ikinci derece denklem elde edilir. Bu denklemin kökleri X₁=1.618 ve X₂=-0.618 elde edilir. Altın oranın ilginç matematiksel özellikleri vardır. Eserlerinde bu orana çok geniş ölçüde yer vermiş olan eski Yunanlı sanatçı Phidias (фidias)ın adının ilk harfi olan ф ile gösterilen altın oranın iki kökünün toplamı 1’e eşittir: 1.618+(-0.618)=1. Bu iki kök değerinin çarpımı da takribi olarak –1 değerini verir: (1.618)(-0.618) ≈ -1. ф’ye 1 eklendiğinde ise, yaklaşık olarak karesi elde edilir: 1.618+1=2.618 ≈ (1.618) (1.618).

Mineraller ve Kristal Yapılar

Moleküler düzenlilik, sadece suya has bir özellik değildir. Düzenlilik; kâinatın, dolayısıyla bilimin temelidir. Bu olgunun objektif bilimsel kriterlerle değerlendirilmesi sonucu ortaya çıkacak olan hüküm şudur ki; bütün kâinatı kuşatan böylesine harikulâde bir ahenk ve düzen, ancak bilgisi ve gücü sınırsız bir “Düzenleyici”nin eseri olabilir.

Şimdi de yerkabuğu dokusunun birim hücreleri olan minerallere bir göz atalım: Mineral, tabiatta homojen halde bulunan, belirli bir kimyasal bileşime ve özel bir kristal yapısına sahip olan maddelerin genel adıdır. Günümüzde, birkaç bin mineral çeşidi bilinmektedir. Bunlar yerkabuğu ile yer mantosunu oluşturan kayaç bloklarının temel bileşenidir. Mineraller kayaları, kayalar dağları, dağlar da kıtaları teşkil ederler.

Mineraller, mikro ve makro seviyede son derece düzenli yapılara sahiptirler. Kristal adı verilen birim elemanlardan teşekkül eden minerallerin temel yapı ve bileşim özelliklerine sahip en küçük ünitesi, "birim hücre" olarak adlandırılır. Özdeş birim hücrelerin belirli geometrik simetriler çerçevesinde organizasyonuyla oluşan düzenli makro çatıya da kristal doku ya da kafes adı verilir. Kristal dokularında; yüzey, köşe ve kenar sayıları arasında daima şöyle bir bağıntı vardır:

(Yüzey sayısı+Köşe Sayısı)-(Kenar Sayısı)=2

Aslında bu denklem, İsviçreli matematikçi Euler 18’inci yüzyılda "düzgün çokyüzlüler" adı verilen geometrik cisimlerle ilgili çalışmaları esnasında keşfetmiştir. Batı kaynaklı literatürde düzgün çokyüzlüler "Platon cisimleri" ismiyle de anılır. Platon'dan başka, Pythagoras'ın ve Euclides'in de üzerinde durmuş olduğu bu beş adet düzgün geometrik cisim, binlerce yıldır bilim ve sanat alanında insanların dikkatini çeke gelmiştir.

Düzgün Platon cisimlerinin en başta gelen özelliği, tam 5 adet olmalarıdır. Bir düzlem üzerinde sınırsız sayıda çokgen çizilebilmesine karşılık, üç boyutlu uzayda en fazla 5 tane düzgün çok yüzlü çizmek mümkündür. Düzgün geometrik cisimlerin yüzeyi, simetrik çokgenlerden oluşur. Böyle bir yüzeyi üretebilen en basit çokgenler; kare, eşkenar dörtgen, üçgen ve beşgendir. Düzgün çokyüzlülerin çizimlerindeki bu kısıtlılık, Euler'in bulduğu dışbükey çokyüzlere ait formülün de kaynağını teşkil eder. S, çokyüzlünün satıh sayısı; Kö, köşe sayısı; KE, de kenar sayısı olmak üzere (S+Kö)-KE, daima 2’ye eşittir.

Düzgün çokyüzlülerle ilgili bağıntılar, mineral kristalleri için de geçerlidir. Ayrıca, kimyasal bileşimleri aynı olan kristallerin büyüklük ve görünüşleri farklı bile olsa, yüzeyleri arasındaki açı sabittir. Meselâ kuvars kristallerinde bu açılardan iki tanesi daima 46⁰ 16' ve 38⁰ 13' değerindedir.

Kristal haldeki katıların atomları, simetrik ve periyodik bir biçimde dizilmişlerdir. Metaller, alaşımlar, mineraller ve seramikler gibi bütün katılar bu özelliğe sahiptir. Simetri, kristallerin temel bir özelliğidir ve bütün kristaller, ana simetri elemanlarına göre altı esas sisteme ayrılabilirler. Bazı maddeler birden fazla sisteme göre kristal oluşturabilir. Bu hadiseye kristal polimorfizmi denir. Demir, karbon, fosfor ve kükürt kristal polimorfizmi gösteren elementlerin başında gelir.

Minerallerin fiziksel ve kimyasal tesirlerle kırılıp, ufalanmaları suretiyle toprağın temel yapı unsurlarından bazıları teşekkül eder. Toprağın en önemli inorganik bileşenlerinden birisi 0,005 milimetre büyüklüğündeki mineral partiküllerinden oluşan kildir. Kil, silikat gibi minerallerin ufalanması veya alkali maddelerle yıkanması sonucu meydana gelir. Kil moleküllerini teşkil eden atomlar da belirli kristal dokular çerçevesinde organize olmuşlardır. Kil minerallerinde başlıca iki ana yapı plânı görülür. Bunlardan ilki, bir silikon-oksijen dörtyüzlüleri katmanından oluşur. Her dörtyüzlü, öteki dörtyüzlülerle üç oksijen atomunu paylaşırken, oksijen atomlarının tamamı hemen hemen aynı düzlem üzerinde yer alır.

İkinci yapı plânı ise, oksijen veya hidroksil iyonları içeren ikişer tabakadan oluşan sekizyüzlüler tarzındadır. Oksijen veya hidroksil iyonları, bir sekizyüzlünün köşelerini teşkil ederken, bu yapının bazı noktalarına alüminyum, magnezyum ve demir gibi metal atomları yerleşmiştir. Dörtyüzlü ve sekizyüzlü birimler, çeşitli tarzlarda birbirleriyle birleşebilirler. Bu temel modeller dışındaki kil mineral modeli nadirdir.

Toprağın Ekolojik Düzenliliği

İlk bakışta sanki şekilsiz, amorf bir madde yığınıymış gibi görülen toprak, biraz daha dikkatle incelendiğinde ortaya çıkan bu gizli “yapısal” düzenliliğini çok aşan “fonksiyonel” bir düzenliliğe de sahiptir. Toprak, ufalanmış kayalar ile bazı organik maddelerin, belirli oranda hava ve su ihtiva eden bir karışımıdır. Toprağın inorganik bileşenleri; silikatlar, kireç taşları, granit, kum taşları ve şistler gibi kayaçların ayrıştırıcı ve ufalayıcı etkenlerin tesirine maruz kalmasıyla oluşur ve bu partiküllerin içindeki boşluklarda, biraz hava ile yağışlar vasıtasıyla buraya ulaşan bir miktar da su bulunur. Toprak suyunun bir kısmı, yer çekiminin tesiriyle derinlere doğru inerken, bir kısmı da toprak kolloidleri vasıtasıyla üst tabakalarda tutulur. Toprak havası, atmosfere göre oksijen ve azot bakımından 2/10 ilâ 3/10 oranında fakirken, karbondioksit bakımından da yaklaşık 2/10 oranında zengindir.

Toprağın organik bileşenleri, onun verimlilik derecesinin tayininde birinci derecede rol oynar. Toprağı meydana getiren katı maddelerin ortalama olarak %5 kadarı organik kökenlidir. Toprağa karışan bitki, bazen de hayvan kalıntı ve parçalarının ayrıştırılarak toprağın organik unsurları haline dönüştürülmeleri, ortam şartlarına bağlı olarak değişebilen bir süre gerektirir. Dönüştürücü organizmaların üzerinde yeni faaliyete başladıkları ve henüz tam olarak ayrıştırılmamış durumdaki siyah renkli iri parçalardan müteşekkil organik artıklara humus adı verilir. Kompleks ve heterojen bileşimli, dış tesirlere dayanıklı bitki ve hayvan artıklarıyla, toprak organizmalarının hücre ve salgılarından oluşan bir karışım olan humus, sürekli değişen ve yenilenen dinamik bir yapı özelliği taşır.

Ekolojik ve ontolojik piramitlerin tabanında yer alan toprak, bir üst tabakayı teşkil eden bitkiler alemine çok sıkı bağlarla bağlanmıştır. Ekolojik piramidin "üretici" ünitesi olarak hayvanların ve insanın temel ihtiyacı olan gıda ve oksijenin temininde yegâne vasıta olan bitkilerin bu fonksiyonlarını yerine getirebilmeleri, önemli ölçüde toprağa bağlıdır. Sessiz, uysal ve çalışkan üreticiler olan bitkiler, Yaratıcılarının kendilerine verdiği bu görevi, milyarlarca yıldan beri mükemmel bir şekilde yerine getirmektedirler.

Bitkilerin bu önemli fonksiyonu devirler boyu aksatmadan sürdürebilmeleri iki bakımdan toprağa bağlı olmuştur. İlkin, toprak, bitkilerin muhtaç oldukları mineral ve organik maddelerle suyun yegâne kaynağını teşkil eder. İkinci olarak da toprak, her yıl sentezlenen yüz milyarlarca ton selülozun tonlarca, artığını bünyesinde barındırdığı ayrıştırıcı ve dönüştürücü unsurlar vasıtasıyla, tekrar kullanılabilir küçük moleküller haline getiren bir lâboratuar ve fabrika gibi de fonksiyon görür. Kırılan dallar, çürüyerek devrilen ağaç gövdeleri ve her yıl sonbaharda dökülen yapraklar ile kuruyan otlar, toprak tarafından, bu şekilde yeniden sentez reaksiyonlarına girmeye elverişli küçük bileşenlere dönüştürülmeseydi, zaman içinde bu kalıntılar giderek birikir ve yerkabuğunun, bitkilerin yaşamasına imkân vermeyen kalın bir tabaka ile örtülmesine yol açardı.

Eğer bünyesinde bu dönüşüm gerçekleşmemekte olsaydı, içindeki mineral ve organik maddelerin giderek harcanıp, tükenmesi nedeniyle toprak da sonunda tamamen verimsiz bir hale gelirdi. Yapılan hesaplar, mikroorganizmaların yılda takriben üç milyar ton karbonu ayrıştırarak bitkilerin tekrar kullanmasına hazır hale getirdiklerini ve herhangi bir nedenle bu faaliyetin kesintiye uğraması durumunda yaklaşık olarak, 62 yıl içinde kara bitkilerinin tamamının yok olacağını göstermektedir.

Toprağın mikro ve makro faunasını teşkil eden canlılar, ekolojik sistemin saprofitler adı verilen ilk tabakasını teşkil ederler. Avucumuzun içine sığabilecek 30 gram toprakta, 30 milyon kadar mantar ve 1,5 milyar kadar bakteri bulunabilir. Mantarlar, dönüştürme işleminde öncü rolü oynarlar. Devrilmiş bir ağaç gövdesinde vuku bulacak saprofitik faaliyetleri safha safha gözden geçirmek suretiyle, dönüştürme ve ayrıştırma işleminin nasıl gerçekleştirildiği tetkik edilebilir.

Devrilen bir ağacın gövdesine önce küçük yeşil yosunlar yerleşerek ağacın dış çeperini çürütürler. Kabuğun ortadan kalkmasından sonra devreye giren mantarlar, salgıladıkları diyastaz enzimiyle odunu; su, amonyak ve karbonik asite dönüştürürken; bu safhada faaliyete iştirak eden bakteriler de henüz mantarlarca işlem görmemiş selülozu şekerlere, proteinleri de küçük moleküllü azot bileşiklerine ayrıştırırlar.

Daha ileri safhalarda, mantarlar ağaç gövdesinin derinliklerine ipliksi hücre şeritleri halinde uzanarak, dönüştürme işlemlerini daha derin dokularda da başlatırlar. Nihayet bir süre sonra, ölü ağacın organik yapısı hemen tamamen, yaşayan bitkilerin kökleri vasıtasıyla emilebilir nitelikteki inorganik bileşenlere ayrıştırılmış olunur. Böylece daha önce bir ağacın yapısını teşkil etmiş olan atomlar ve küçük bileşik molekülleri, şimdi artık yeni canlıların yapıtaşları olarak kullanıma hazırlanmış olurlar.

Bazı toprak mantarları ise canlı bitkilerin kökleriyle bir çeşit işbirliği tesis ederler. Emdikleri su ve mineralleri kendilerine aktarmak suretiyle mantarlar bu bitkilere daha geniş bir absorbsiyon sathı sağlarken, karşılığında da bu köklerin salgıladığı şekerleri, aminoasitleri ve vitaminleri alırlar.

Bazı toprak bakterileri de azot ve kükürt bağlama fonksiyonlarıyla bitki beslenmesine önemli ölçüde katkıda bulunurlar. Bunlardan bir kısmı, bitkilerin köklerinde bulunan nodül isimli yapılardaki hücrelerin içine yerleşerek, bitkiyle fizyolojik bir ortaklık tesis ederler. Bitkiler, atmosferdeki serbest azotu sentez reaksiyonlarında kullanamaz. Azot bakterileri, havadaki azotu nitrat (NO₃ ^- ) haline dönüştürerek bitkilerin kullanımına hazırlarlar.

Kimi bakteriler ve mantarlar, ekolojik düzenliliğin sigorta sistemleri olarak da fonksiyon görürler. İnsanoğlunun teknolojik atılımları, ne yazık ki 20 inci yüzyılda çok büyük boyutlara ulaşan bir çevre kirliliğine, hatta tahribine yolaçtı. Bazı araştırıcılar yine teknolojiden istifade etmek suretiyle bu probleme çözüm ararken, diğer bazıları, tabiatın sinesine, lâboratuarlarda keşfedilen pahalı, riskli ve pratik olmayan teknik çözümlerden çok daha müessir temizleyici ve tamir edici güvenlik sistemlerinin yerleştirilmiş olduğunu keşfettiler. Hatta yakın zamanlarda, ekolojik dengenin en çok zarar gördüğü bölgelerde, tıpkı insanın bağışıklık sisteminde görevli hücreler gibi birtakım mikroorganizmaların otomatik olarak ortaya çıkarak, yoğunlaştıkları ve düzeltici faaliyetlere koyuldukları fark edildi.

Doç. Dr. B. G. Akınoğlu, Bilim ve Teknik dergisinin Haziran-1991 sayısında yayımlanan "Doğanın Antikorları" başlıklı makalesinde bu konudaki son buluşları şöyle anlatır: "Doğanın antikorları adı verilen bu mikroorganizmalar, dünyanın her yerinde bulunurlar. Bu konuda yapılan son araştırmalar ortaya enteresan bir sonuç çıkarmıştır. Bu canlılar, tabiata en fazla zarar veren maddeleri hızlı bir şekilde yok ederler. Daha az zararlı atık ve artıkların imhası ise daha uzun sürer. Kirliliğin bulunduğu mahalde çok hızlı bir şekilde çoğalarak, gruplaşmaları, bu mikroorganizmaların bir başka ilginç özellikleridir. Bu çoğalma ve gruplaşmanın hangi mekanizmalarla gerçekleştiği henüz anlaşılamamış olup, bu konu üzerindeki çalışmalar halen devam etmektedir. Bu canlıların birçoğunun yaşaması ve üremesi için hava ile direkt temasları gerekirken; diğer bir kısmı ise toprağın çok derinlerinde yaşamaktadır. Bu mikroorganizmaları bakteriler, maya mantarları ve küf mantarları olarak üç gruba ayırabiliriz. Bu grupların içinde her biri, yüzlerce zararlı, hattâ zehirli maddeyi "yiyen" organizma mevcuttur. Bunların artıkları ve metabolizma ürünleri ise tamamen zararsız maddelerdir. Bu mikroorganizmalar, kirliliğin boyutlarına göre birkaç hafta ilâ birkaç yıl içinde bir bölgeyi tamamen temizleyebilirler. Ancak kirletici madde yayılımının sürekli, miktarının da çok fazla olduğu durumlarda bu mikroorganizmaların iyileştirici faaliyetlerinin bariz bir tesiri görülmeyebilir. Ayrıca bir temizleme ve tedavi işlemi gerçekleşmeden önce o mahallin yerleşik canlıları, kirlilikten doğrudan veya dolaylı bir şekilde etkilenmiş olabilirler. Temizleme prosesinden sonra ortam yeniden hayatiyet kazanmakla birlikte ekolojik dengenin bütünüyle yeniden tesisi, uzun yıllar gerektirebilir."¹²

Maalesef, çevreye sürekli yayılmakta ve miktarları giderek artmakta olan endüstriyel atıklar toprağı, suyu ve havayı gün geçtikçe daha fazla kirletmektedir. Hattâ, toprağı daha verimli kılmaya yönelik iyi plânlanmamış teknolojik müdahaleler de maksadın tersiyle neticelenerek toprağın verimliliğini yıldan yıla düşürebilmektedir. Kısa zamanda büyük ve kolay kazançlar elde etme tutkusuyla, topraktan alınabilecek şeyin adeta son damlasına kadar zorla çıkarılması temayülünün, sabırlı ve müşfik bir çabayla, toprağın tabii dengesini onun bünyesindeki ekolojik süreçlerle “dost” olan yöntemlerle muhafaza etmeye yönelik yaklaşımın yerini almasından sonra, birbiri ardınca şaşırtıcı ve üzücü olaylar patlak vermeye başlamıştır.

Meselâ ABD'nin Illinois eyaletinde vuku bulan hadiseler, buna enteresan bir örnek sayılabilir. Decatur ziraat bölgesinde, çok sıcak ve bunaltıcı geçen bir yaz mevsimi sonunda neredeyse iki adam boyuna yaklaşmış olan mısırlardan, dönüm başına 6-7 ton ürün alınması bekleniyordu. Son yirmi yıl içinde bölgedeki çiftçiler azotlu gübre kullanarak toprağın verimliliğini giderek arttırmışlardı.

Ancak, yüz yüze oldukları tehlikenin büyüklüğü konusunda hiçbir fikirleri yoktu. O yazın son günlerinde bir Decatur'lu, çeşmeden bardağına doldurarak içtiği suyun tadını tuhaf bularak, bir şişe suyu sağlık müdürlüğü lâboratuarına götürdü. Analiz sonucu, suyun öldürücü dozda nitrat ihtiva ettiği anlaşıldı. Decatur gazetelerinden birisi, kirlilik kaynağının mısır tarlaların yıllardır boca edilen suni gübreler olabileceğini yazınca, "mısır kuşağında" yaşayan halk heyecana kapıldı. Bu bölgedeki çiftçiler, ucuz olması ve oldukça fazla verim artışı sağlaması sebebiyle yıllardır hep azotlu gübreleri tercih etmişlerdi.

Amerikan Bilim Geliştirme Derneği’nin 1970 yılı toplantısında, Washington Üniversitesi Tabii Sistemler bölüm başkanı B. Commoner, içme ve yeraltı sularında yükselen nitrat miktarıyla, giderek artan azotlu gübre tüketimi arasındaki münasebeti sergileyen bir bildiri sununca, gübre sanayinin lobiciliğini yapmak üzere kurulmuş olan Milli Bitki Besinleri Derneği, Commoner'ın bu raporunun kopyalarını hemen çürütüp, yalanlamaları için dokuz büyük üniversitenin tarım uzmanlarına gönderdi. Bu uzmanlar, mesleki kariyerlerini zaten çiftçilere daima bol suni gübre kullanmalarını tavsiye etmelerine borçlu olduklarından, Commoner'ı destekleyen tek bir kişi çıktı. D. H. Kohl adlı bu bilim adamı, problemin gezegenimiz üzerindeki hayatı topyekûn tehdit edecek boyutta olduğunu savunarak, İllinois tarlalarına atılan fazla azotun nerelere kadar yayıldığını tespit için radyoizotop analizleri yapmaya teşebbüs etti. Ancak milyarlarca dolar yıllık cirosu olan suni gübre sanayii lobisi ağır basınca, bu iki bilim adamı, meslektaşlarının acımasız saldırılarına maruz kaldılar ve "Üniversitelerin temel ilkelerine muhalefet" gibi tuhaf bir suçlamayla mutlak bir yalnızlığa mahkûm edildiler.

Aslında, aşırı suni gübre kullanımının zararı sadece su kirliliğine yol açmakla sınırlı değildi. Bu bölgedeki çiftliklerde yapılan bir araştırmada, mısır bitkisinin sentetik azotla aşırı şekilde gübrelenmesi sonucu, bünyesinde karotenin A vitaminine dönüşme işleminin bloke olduğu ve bu mısırlarla yapılan yemle beslenen sığırlarda A vitamini yetersizliğine bağlı bazı bozuklukların geliştiği ortaya çıkarıldı. Bu şekilde yetiştirilen mısırlarda D ve E gibi yağda eriyen diğer vitaminlerin de olması gerekenden çok düşük düzeylerde bulunmuştur.

Ayrıca fazla azotlu gübre kullanılarak yetiştirilmiş mısırların depo edildiği silolardan sızan sıvılar, çevrede yaşayan sığır, ördek ve tavuklarda zehirlenmeye bağlı toplu ölümlere de yol açmaktaydı. Nihayet, nitrat muhtevası çok yüksek mısır türlerinin depolandığı bazı siloların birer cephanelik gibi infilâk ederek havaya uçmaları sonucu, durumun vahâmeti herkesçe anlaşılmış oldu. Patlamayan bazı silolardan da çevreye, uzun süre teneffüs edeni öldürecek miktarda diazot monoksit gazının yayıldığı tespit edildi.

Ayrıntılı çalışmalar, aşırı miktarlarda kullanılan suni azot gübrelerinin, topraktaki simbiyotik azot bağlayıcı bakterilerin faaliyetini de aksattığını gösterdi. Yani bu şekilde fasit bir daire oluşmakta, toprağa fazla miktarda azotlu gübre atılması, onun azot ihtiyacını daha da artırmaktaydı.

Şüphesiz çiftçiler, bilim ve teknolojiden, ürünlerini ve gelirlerini artırmak amacıyla faydalanmalıdırlar. Bu, kaçınılmaz bir zorunluluktur. Ancak bu yapılırken Yüce Yaratıcı'nın tabiatın bünyesine koyduğu kurallara uymak da zorunludur. Aksi takdirde, yaşamakta olan neslin böylesine riskli bir tarzda elde edilen ürün artışı aslında, gelecek nesillerin hakları gasp edilerek sağlanmış olur.

New Scientist dergisinden çevrilerek Bilim ve Teknik dergisinin Eylül-1989 sayısında yayımlanan J. Reganold'un bir makalesinde bu gerçek, şu şekilde dile getiriliştir: "Washington eyaletinin doğusunda, Palouse bölgesinin dağ sıraları arasında, birbirine komşu iki çiftlik yer almaktadır. Bu iki çiftlik, birçok benzer özellik taşır: Her ikisi de aynı arazi yapısına sahiptir, İkisi de 1900'lü yıllardan itibaren işletmeye açılmıştır, vb... Ancak aralarında çok önemli bir fark da vardır: Bunlardan birisi bir "tabiat çiftliğidir" ve verimliliğin korunması için topraklarının ilk defa sürülmeye başlandığı yıllardan beri bu çiftlikte yeşil gübrelerden, ürün rotasyonundan ve benzeri tabii tekniklerden faydalanıla gelinmiştir. Bitişikteki diğer çiftlikte ise suni gübreler ve birçok haşarat ilaçları kullanılmaktadır. Yan yana bulunan bu iki çiftlik, bize iki ayrı tekniğin avantaj ve dezavantajları hakkında değerli bilgiler sağlayarak, bu konuda yıllardır süren tartışmaların bir karara bağlanması hususuna yardımcı olabilir. Yakın zamanlara kadar tabiat çiftçiliği metodu yeterince verim sağlayamayan bir teknik olarak görülmekteydi. Buna rağmen günümüzde bu çiftçilik sistemine duyulan ilgi giderek artmaktadır. Bunun başta gelen sebebi, son zamanlarda fiyatlarının yükselmesi sebebiyle birçok çiftçinin suni gübre ve haşarat ilacı kullanımını azaltma imkânları araştırılmaya başlanmıştır. Tabii tarım usulleri, rakip modelin toprağa, çevreye ve insan ve hayvan sağlığına verdiği zararı ortadan kaldıracak ya da hiç olmazsa azaltacak güce sahip görüldüklerinden, artık geniş bir kitlenin ilgisini çekmeye başlamıştır.

İkinci dünya savaşından sonra ucuz suni gübrelerin ve 1950'lerin başında da haşarat ilaçlarının piyasaya sürülmesiyle, gelişmiş ülkelerde kısa sürede geleneksel ve tabiata dayalı çiftçilik usulleri terk edilerek, tarım, kimyasal gübrelere ve haşarat ilaçlarına bağımlı bir hale getirilmiştir. Gerçekte çiftçilerin klâsik tabii tarım usullerini terk etmelerinin sebebi, bunların işe yaramayışı değil, rakip teknolojiyle rekabet edemeyişleri olmuştur. İdeal yeni tabiat çiftçiliği kavramı da teknolojiye sırt çevirişi değil, bilimsel buluşların geleneksel usullerle kaynaştırılmasını temsil etmektedir. Tabiat çiftçilerinin önemli bir kısmında, modern tarım makineleri, sertifikalı tohumluklar, gelişmiş sulama teknikleri ve ileri modern ürün artığı değerlendirme metotları kullanılmaktadır.

1985'te Washington Eyalet Üniversitesindeki çalışma arkadaşım L. Elliot bana biri tabiat çiftliği olan iki komşu çiftlikten söz ederek bunların toprak yapılarını ve erozyon oranlarını karşılaştırmamızı teklif etti. Burada sistematik bir araştırma yaptık. Tabiat çiftliğinde 80 yıl boyunca sadece organik gübreler kullanılmış ve kış buğdayı, ilkbahar bezelyesi ile baklagiller münavebeli olarak ekilmişti. Araştırmayı yaptığımız bölge, kabaca 100 metre uzunluğunda ve 50 metre genişliğinde bir alan idi ve iki çiftliğin birleşim yerinde 4 derecelik bir eğim mevcuttu. Araştırmamızda çevre şartları ile toprak özelliklerinin 1948'e kadar birbirine benzer olduğunu, sonradan meydana gelen değişikliklerinse çiftliklerin işletme tarzlarındaki farklılıklardan ileri geldiğini varsaydık.

Topraktaki mikroorganizmaların yeni nesillerinin meydana gelip, eskilerinin ölmesi, arazinin verimliliğini sürekli olarak olumlu yönde etkiler. Bu canlılar ayrıca bitki artıklarının tabii bir gübre olarak yeni yetişen bitkiler tarafından kullanılabilir bileşikler haline getirilmesini sağlar. Mikroorganizmalar ayrıca, toprakta tohumun tutunup, gelişmesini kolaylaştırmak, hava azotunu bitkiler tarafından kullanılabilir nitrat bileşikleri haline dönüştürmek ve bazı zehirli maddeleri zararsız moleküllere çevirmek gibi fonksiyonlar da görürler.

Bolton 1983'de yapmış olduğu bir araştırmada tabiat çiftliklerinin topraklarında, diğerlerine oranla çok daha fazla sayıda mikroorganizma bulunduğu ortaya koymuştu. Biz de tabiat çiftliklerinin toprak satıhlarında diğerlerinden %60 daha fazla organik madde bulunduğunu tespit ettik. Organik madde miktarıyla mikroorganizma sayısı arasında pozitif bir korelasyon vardır. Organik maddeler, başka mekanizmalarla da toprağın kalitesini yükseltirler. Bir kere, mineral parçalarını, tohumun tutunup, gelişmesine en uygun kıvamda biraraya getirirler. Ayrıca, toprağın su tutma kapasitesini yükseltirler. Kısacası organik maddeler toprağı daha besleyici, verimli ve üretken kılarlar. Toprağı organik maddeler bakımından zenginleştirmenin en pratik yolu, tabiat çiftliklerinde yapıldığı gibi, yeşil gübre kullanmaktır. Tabiat çiftliği toprağının “yarılma indisi”ni, diğerine göre önemli ölçüde düşük bulduk. Yarılma indisi, toprağın sertliğiyle ilişkilidir. Genel olarak yarılma indisi ne kadar düşük olursa, tohumların toprağı delip, kök salmaları da o kadar kolay olur. Bütün bu faktörler birleşerek, tabiat çiftliği toprağının daha iyi ve kolay işlenmesini mümkün kılmaktadır. Tabiat çiftliği toprağının besleyici tabakasının kalınlığının 16 santimetre daha kalın olduğunu gördük.

Bunun sebebi, diğer çiftlikteki hızlı erozyondu. Bol mikroorganizma ihtiva eden tabiat çiftliği toprağı, bu mikroorganizmaların sentezlediği polisakkaritler sayesinde aşırı yağışların olumsuz etkilerine direnebilmektedir. Erozyon tabii olmayan yollarla işlenen çiftlikte toprağın besleyici tabakalarını aşındırarak alttaki verimsiz kil kitlelerinin satha çıkmasına yol açmıştır. Hızla akan sular, bir sezonda bu çiftlikten, diğerine göre hektar başına 24 ton kadar daha fazla toprağı alıp, götürmektedir. Araştırmalarımızın neticelerini şöylece toparlamak mümkündür: Bundan 40 yıl kadar önce biri birinin tıpatıp aynı olan iki tarladan birisi, her yıl giderek niteliklerini kaybetmektedir. Eğer erozyon bu hızla devam ederse, tabii sistemin kurallarına riayet edilmeyen çiftlikte tarıma elverişli toprağın tamamı 50 ilâ 100 yıl içinde elden çıkacaktır.

Tabiat çiftliğinde ise toprak verimliliğinin devamı mümkün görünmektedir. Her ne kadar yeni suni gübreler ve haşarat ilaçları, erozyonun sebep olduğu verim düşüklüğünü maskelemekteyseler de, gelecek on yılda, rakip çiftliklerde üretim önemli ölçüde düşebilir. Toprak bu tarzda işlenmeye devam edilirse, sonunda suni gübreler de tamamen etkisiz kalacaktır. Tabiat çiftçisinin toplam üretimi diğerinden düşük gibi görünse de, bu görünüş aldatıcıdır. Gerçekte tabiat çiftçisi sadece toprağını ve verimliliğini korumakla kalmayıp, düşük işletme maliyetleri sebebiyle hektar başına, diğer çiftlik sahibininkine yakın miktarda gelir de elde etmektedir. Bir tabiat çiftliğinde, aynı miktarda ürünü elde etmek için sarf edilen yakıt tutarı, diğer türdeki çiftliktekinin %40'ı kadardır. Suni gübre ve haşarat ilacı harcamalarını düşüp, toprak kalitesinin korunmasını da hesaba eklersek, tabiat çiftçisinin daha kazançlı olduğunu bile söyleyebiliriz. Evet, ne yazık ki toprağın kıymetini bilmiyoruz. Aslında en azından; azami gelir sağlamak kadar, hatta ondan da fazla önem verilmesi gereken şey, toprağın verimliliğini muhafaza etmek olmalıdır. Halbuki bilinçsiz teknolojik müdahalelerle bunun tersi yapılmaktadır. Maalesef bunun korkunç zararları esas olarak gelecekte görülecektir. Doğru tekniği uygulamazsak, bugünün kârında küçük bir artış için, geleceğin ürününe çok büyük bir zarar vermiş olacağız.”

Görüldüğü gibi ontolojik ve ekolojik piramidin tabanı olan toprak, insanoğlunun asırlarca süren bir dönemden sonra bilim vasıtasıyla ancak ulaşabildiği bilgi ve anlayış seviyesini fazlasıyla aşan eşsiz bir yapısal ve fonksiyonel düzenlilik özellikleriyle donatılmıştır. Bu eşsiz sistemin kurucusu, bilgisi ve gücü sonsuz olan Allah olsa gerektir.