Termodinamiğe Felsefe ve Fiziğin Penceresinden Bakışlar: Kanunlar, Anlamlar ve Sorgular

Ünal Çamdalı –

Mühendislik bilimi diğer pek çok bilimden farklı özellikler taşımaktadır. Çünkü mühendisler sadece kütüphanelerde yazılan kitaplara ihtiyaç duymazlar. Kütüphanede olmayan kitaplara ve bilgilere de ihtiyaç duyarlar. Bu bakımdan mühendisliğin bilgi teorisi farklıdır. Ancak mühendisliğin bilgi teorisi ile ilgilenen çok az mühendis mevcuttur. İlgili alanda daha çok felsefeciler ve sosyal bilimciler vardır. Bu da mühendisliğin bilgi teorisi alanının gelişiminin, daha ileri noktalara taşınmasında, bazı sıkıntıların yaşanmasına neden olmaktadır. Zira diğer alanlardaki bilimcilerin katkıları doğal olarak sınırlı kalmaktadır.

Mühendisliğin doğasında bilginin üretilmesinden ziyade kullanılması vardır. Bilgi kullanılınca teknolojiye, üretime ve ekonomiye dönüşümü söz konusudur. Fakat bilgi üretilmeden de daha iyi (verimli) makinalar ve üretim yapmak mümkün değildir. O halde mühendislerin uygulamaya değer vermesi kadar bilgi üretimine de değer vermesi önem ifade etmektedir. Mühendislik alanına teorik noktada da olsa temel bilimcilerin (fizikçilerin, matematikçilerin ve kimyacıların) de önemli katkılarının olduğu yadsınamaz bir gerçektir. Özellikle termodinamik bilimi açısından bunu söylemek gerekir.

Bu yazıda mühendislik anlayışına dayalı olarak ortaya konan Termodinamiğin Kanunlarının (yasalarının), fizik ve felsefe biliminin bakış açılarından (paradigmalarından) yararlanılarak anlamlarına dayalı sorgulanması yapılacaktır. En azından gayret edilecektir.

Kanun (Yasa) Nedir?

Literatürde kanunlar, pozitif manada etkin bir otorite tarafından tespit edilmiş emredici kurallar olarak tanımlanmaktadır. Tanım, gerek doğa gerekse sosyal alanlardaki örfî ve hukuki kurallar için de manalıdır. Ancak doğa yasalarında nesne eşyadır. Eşyanın davranışı sonucu gelişen sebep ile sonuç arasındaki bağın (ilişkinin) ortaya çıkartılmasıdır. Ayrıca ortaya çıkartılan bağın genel olması gerekmektedir. Kanıtlanması da önem ifade etmektedir. Zira söz konusu yasalar, normatif değildir. Yasalar, ayrıca matematiksel denklemlerle ifade edilir. Kimilerine göre bu denklemler, evrensel ve ebedî gerçeklerin ifadesidir.

Doğa yasalarının ortaya konmasında sadece doğa bilimcilerinin katkısı olmamıştır. Filozoflar da yasaların özellikleri ve onların anlaşılması konusunda çok fazla kafa yormuşlardır. İki farklı alandaki insanların ortaya koyduğu düşünce ve çalışmalar, yasaların daha net olarak belirlenmesine ve bu konudaki gelişime katkı sağlamıştır.

Kanunların Evrimi

Antik Yunan’da kanunların, daha çok tanrılarla ilgili açıklamalar ile akıl üzerine ortaya konulan düşünceler şeklinde kabul edildiği ifade edilmektedir. Bu dönemde Demokritos’un atom düşüncesi de etkilidir. Ayrıca Aristo’nun tümevarım yolu ile mutlak kanunlara erişilebilir olması yönünde ortaya koyduğu prensip de ilginçtir.

Orta Çağ’da kanun anlayışı, Yüce Yaratıcı bir iradenin emredici kuralları olarak kabul edilmiştir. İslam dünyasında da kelamcılar ve tabiatçılar Yunan düşünce sisteminden etkilenmiştir. Sadece etkilenmekle kalmamışlar, onu geliştirmişlerdir. Aynı dönemde, Türk filozof Farabi’nin determinizme yol açan fikirler ortaya koyduğu bilinmektedir.

Rönesans sonrası dönemde kanunların, insani ve ideal düzene ait olan şeyler olmayıp eşyanın düzenine ait olan ve matematiksel denklemle ifade edilen prensipler olduğu düşüncesi hâkim olmuştur. Bu bağlamda günümüzde korunum yasaları şeklinde ifade edilen ilkeler, Descartes (Dekart) gibi filozoflarca doğa yasaları şeklinde tanımlanmıştır. Tanıma göre doğa ve âlem, mekanik yapıdadır. Hayvan bile makinadır…

Modern anlamda kanun anlayışının Galileo ile başladığı kabul edilmektedir. Galileo, Bacon ve Dekart’ın ortaya koyduğu tümevarım-tümdengelim yaklaşımlarını toparlayarak hipotetik-tümdengelim yönteminin gelişimine öncülük etmiştir. Galileo’ya göre kanun, doğa olaylarında ortaya çıkan olguların ölçülebilir olanlarını ölçmek, ölçülemeyenleri ise indirgemek prensibine dayanmaktadır. Dolayısıyla doğa bilimleri deneyseldir.

Yeni Çağ’da doğa anlayışı, Newton ile biraz daha farklı bir yapıya bürünmüştür. Kanun, diferansiyel denklemlerle tanımlanan ve kanıtlanan, yukarıda da ifade edildiği gibi evrensel ve ebedi gerçeklerdir. Onun doğa anlayışı tıpkı saatin çalışması gibidir. Mucize ve tesadüfe yer olmayan, determinist anlayıştır. Daha sonraki gelişmeler, mekanik anlayışa dayalı ortaya çıkan determinist ilkenin biyoloji, psikoloji, sosyoloji vd. doğa ve insani bilimlerde de geçerli olduğunu ortaya koymuştur. Ancak bu anlayışın açıklayamadığı olgular da olmuştur. Nihayetinde doğa yasaları gelişmiş ve geliştikçe de eskiler, yenilerin özel koşulları pozisyonuna düşmüştür.

Newton’un geliştirdiği determinist kanun anlayışına son noktayı Laplace koymuştur. Onun kanun anlayışı, koşullara bağlı olarak sonsuz çözüm anlayışına dayanmaktadır. Dolayısıyla yasalar evrenseldir. Bu düşüncenin temelleri modernizm anlayışını ortaya çıkarmıştır. Modernizm, gerçekliği bilimin konusu olarak ele alır ve onu keşfedilmesi gereken nesnel gerçeklik olarak kabul eder.

Günümüzde etkisini daha çok hissettiren postmodernizm anlayışı ise bireyden, kültürden ve dilden bağımsız bir gerçekliğin kabul edilemeyeceğini ortaya koymaktadır. Ona göre gerçeklik, aynı sosyal ortam içerisinde bulunan bireylerin, kendi dünya algılarını tanımlamak için oluşturduğu zihinsel anlamlardan ibarettir. Dolayısıyla bilim ve yasaların, nesnel doğrulara değil bilimsel topluluğun kendi doğrularına ulaşmalarına olanak sağladığı görüşü hâkimdir.

Kanunların Değişimi

Kanunların değişimi ile ilgili hususlar üç alt başlıkta incelenecektir. Bunlar sırasıyla Simetri, Ölçek ve Kuantum yasalarıdır. Bunlarla ilgili açıklamalar aşağıda verilmiştir.

Simetri Yasası

Simetri Yasası korunum yasalarının anlaşılmasında önemli bir bakış açısı sağlamaktadır. Aynı zamanda onların doğruluğunun kanıtlanması için de farklı bir temel oluşturmaktadır. Bir matematikçi tarafından ortaya konulan yasaya göre evrenin yasaları zaman içinde değişmiyorsa, yani aynı kalıyorsa evrenin enerjisi değişmiyor demektir. Momentumun (kütle çarpı hız) korunumu da buna dâhildir. Bu yasa gerçekten ilginç ve şaşırtıcıdır. Korunum yasasının geçmişte de aynı olduğunun geçerliliği, fizikçiler tarafından milyarlarca ışık yılı uzaklığında bulunan galaksilerden gelen ışığın görüngesinin (spektrumun) aynı olmasının ortaya konmasıyla ifade edilmiştir. Ancak yasa, korunumun ilanihaye (sonsuza kadar) devam edeceği garantisini vermemektedir.

Ölçek Yasası

Ölçek Yasası, doğa yasalarının ölçek etkisi altında olduğunun ifadesi açısından önem arz etmektedir. Yasanın sosyal dünyada da etkisi söz konusudur. Yasaya göre örneğin bir insanın boyutları 10 kat artırılırsa ağırlığı 10x10x10=1.000 kat, kemiklerinin ve kaslarının kesitleri de 10×10=100 kat artacaktır. Dolayısıyla yeni boyutlardaki insan eskisine nazaran 100 kat daha güçlü olacak; fakat 1.000 kat daha ağır olacaktır. Bu durumda ayağa kalktığında bacakları kırılacak, hareket bile edemeyecektir. Ayrıca boyutların 10 kat artmasıyla ısı kaybı da 100 kat artacaktır. Vücut iç ısısı ise 10x10x10=1.000 kat artacağından, vücut ısısını daha yavaş kaybedecektir. Ufak tefek insanların iriyarı olanlara kıyasla daha çabuk üşümesinin nedeni budur.

Makro dünyamızdaki yarım küre şeklindeki su yığını kararsızdır ve kendi ağırlığı ile çöker. Mikro dünyada ise yüzey gerilimi izafi olarak daha büyük olduğundan, su yığını daha kararlı yapı sergileyerek yarım küre şeklini koruyacaktır. Dolayısıyla ölçek yasası makro ve mikro evrendeki fizik yasalarının aynı olmadığını, yani değişebildiğini ortaya koymaktadır.

Ölçek yasası, sosyal dünyada da oldukça etkilidir. Aile, şirket ve devlet en nihayetinde topluluktur. Hatta kozmostur (düzendir). Ancak bire bir yönetilmesi ile ilgili olarak devletin kanunları şirkette, şirketin kanunları da ailede geçerli değildir. Üçü de insan kaynaklı sistemler olmasına karşın ölçekleri farklıdır. Ölçek farklılıkları, sistemlerin yönetilmesi ile ilgili kanunlarının da farklı olduğu anlamındadır.

Kuantum Yasaları (Alanı)

Evrende bulunan galaksilerin atomun yapısına benzedikleri bilinmektedir. Galaksiler, yıldızlardan (merkezde) ve etrafında belli uzaklıkta, belli yörüngede bulunan gezegenlerden oluşmaktadır. Atom da tıpkı yıldız ve gezegenleri gibi çekirdek ve etrafında belli yörüngelerde bulunan elektronlardan oluşmaktadır. Ancak burada önemli farklılıklar vardır. Atomda bulunan elektronlar, gezegenlerin aksine herhangi bir uzaklıkta değil değişik yörüngelerde bulunabilmektedir. Ayrıca her gezegen birbirinden farklı olmasına rağmen atomlardaki tüm elektronlar birbirinin aynıdır. İşin tuhaf tarafı, gezegenlerin aksine elektronlar dalga özelliği göstererek aynı anda iki yerde olabilmektedir.

Kuantum evreninde madde ve enerji korunum kanunları tek tek değil birlikte çalışmaktadır. Oradaki varlıklar bazen madde bazen de dalga şeklinde davranmaktadır. Tekillik yok, ikilik vardır. Kuantum âleminin izlenebilirliğini varsayarak benzetme yaparsak orada örneğin bir futbolcu kaleye penaltı attığında, atış sonrası kaleci topu yakaladığını, penaltı atan oyuncu da golü attığını iddia edebilir…

Termodinamiğin Yasaları

Mühendislik Termodinamiği daha çok makro fiziğe dayalıdır. Yasaları dört temel esasa dayanmaktadır. Bunlar sıfırıncı, birinci, ikinci ve üçüncü yasalardır. Sıfırıncı yasa sıcaklığın ölçümünün dayanağını, yani su ile ölçeklendirilen termometrenin, farklı maddelerin veya sistemlerin sıcaklığının ölçümü için de kullanılacağını teyit etmektedir. Birinci yasa, enerjinin korunumunu; ikinci yasa entropinin yoktan var olarak artışını (ya da enerjinin kalitesi olan ekserjinin yok oluşunu); üçüncü yasa da mutlak 0 K (sıfır Kelvin) sıcaklığına erişilemeyeceğini ortaya koymaktadır. Bunlar evrenin en temel yasalarındandır. Genellikle değişmediği, özellikle mühendisler tarafından hep vurgulanmaktadır.

Yasalara (birinci ve ikinci yasaya) felsefi perspektiften bakıldığında ise farklı bakış açıları ortaya çıkmaktadır. Buna göre tüm kapalı sistemlerde, bazı şeyler (enerji gibi) ister istemez zaten korunacaktır. Varlıklardaki ve yaşamdaki değişim ise bazı şeylerin yok olmasını (ekserji), bazı şeylerin de var olmasını (entropi) gerektirecektir. Farabi’nin ifadesiyle de varlıklar kendiliğinden yok olmayacaktır. Öyle olsaydı, var olamayacaklardı.

Termodinamik Yasalarının Değişimi

Termodinamik yasaların mekanik dünyada değişimi pek olanaklı görünmemektedir. Bugüne kadar da yasalara aykırı bir gözlem söz konusu dünyada tespit edilememiştir. Makro dünyanın yasaları, büyük olasılıkla sabittir. Ancak bazı farklı durumları da gözden uzak tutmak, mümkün değildir. Bunların ortaya konması da gerekmektedir. Örneğin bir kitabın düzenli olan sayfalarını havaya fırlattığımızda, sayfaların sıralarının bozulduğu görülecektir. Entropi yasasına göre her olayda sistem ve çevresinin toplam entropisi artacak ve karmaşa meydana gelecektir. Sırası bozulmuş olan sayfaları, çok uzun bir süre havaya atmaya devam edersek onların eski düzenli sırasında tekrar gelmesi, matematiksel olarak mümkündür. Düzenin tekrar oluşması için oldukça fazla zaman beklesek de böyle bir olasılık vardır. Bunun anlamı kaostan düzen çıkabilir demektir. Ayrıca entropi yasası ihlal edilmiş demektir. Demek ki makro dünyada bile yasaya aykırı durum oluşabilir. Çok küçük ihtimal de olsa…

Örnekler çoğaltılabilir. Yukarıda ifade edildiği üzere, doğa yasaları, yani kanunlar simetriktir. Tüm zamanlarda eşit olarak etkilidir. Hâlbuki (toplam) entropi zamanla hep artmaktadır. Şimdi bulunduğumuz noktadan geleceğe gitmek istediğimiz zaman entropinin gelecekte artacağını doğal olarak beklemekteyiz. Bunda sorun bulunmamaktadır. Ancak geçmişe gittiğimizde ise entropi artacak mı azalacak mı? Bunun açıklığa kavuşturulması lazımdır. Yasalar simetrik olduğuna göre entropinin geçmişte de artmasını beklemek yanlış olamayacaktır. Hâlbuki geçmiş bilgilerimiz ve hafızamız bize bunun böyle olmadığını söylüyor (geçmişi hatırlıyoruz da nedense geleceği hatırlamıyoruz!). O zaman burada çelişki mi doğuyor? Yoksa simetri yasası ve/veya entropi yasası doğru değil mi? Biliyoruz ki her ikisi de doğru. O halde bu duruma açıklama getirmemiz gerekmektedir. Burada olasılıkçı bakış açısı devreye girmektedir. Yani geçmişe gittiğimizde, her iki durumla da karşılaşma olasılığı mümkün demektir. Ancak entropinin artışının olasılığı, her zaman azalışından daha yüksektir denilebilir. Her iki durum da mümkün olmasına rağmen birinci olasılık ikinciye göre daha yüksektir. Hâlbuki biz geçmişi biliyoruz… Yoksa! Bu durumda geçmişe gitmek, termodinamik açısından mümkün değil mi? Bunu net bilmiyoruz (!)…

Kaldı ki enerjinin korunum yasası tek başına kuantum dünyasında geçerli değildir. Entropi yasası için de benzer bir çıkarım söylenebilir. Kuantum evreninde moleküler boyutta entropi de azalabilir. Bunlar zaten bilinen gerçeklerdir…

Sonuç

Pratik yaşamdan da biliyoruz ki her şey değişir. Bilim tarihinde doğa yasalarının (kanunların) değiştiği görülmektedir. İlk Çağ’da tanrılarla ilişkilere dayalı kurallara ve mantık esaslarına, kanun (doğa yasası) denirken; Orta Çağ’da kanun daha çok dini hükümler olmuştur. Aydınlanma ve Yeni Çağ’da ise doğada gözlenen ve eşyanın davranışını temel alan, sonrasında da diğer alanlarda (biyoloji ve sosyal bilimlerde) kendini hissettiren kurallara kanun denmiştir. Günümüzde etkisini sürdüren postmodern anlayış ise bilim ve yasaları, nesnel doğrular olarak görmemektedir. Onları (bilimsel) bir topluluğun kendi doğrularına ulaşmalarına olanak sağlayan uğraşı olarak görmektedir.

Buradan insanlığın tüm yaşamı süresince, kanunların da evrime uğradığı yani değiştiği görülmektedir. Dolayısıyla kanunlar da değişebilir. Ancak değişimin hangi koşullarda gerçekleştiğinin bilinmesi de önemlidir.

Özellikle Aydınlanma döneminde, bilimdeki ilerlemeler (klasik fizik) sonucunda gelişen kanun anlayışının değişimi ve ortaya çıkan teknoloji ile yeni bir medeniyet kurulmuştur. Bunun adı modernizmdir. Modernizm geleneksel yaşam anlayışını yıkmıştır. Sonrasında, fizik bilimindeki gelişmeler (Görelilik Kuramları ve Kuantum Yasaları), kimya ve diğer alanlardaki yeni bilimsel bilgilerin keşfi, teknolojideki son gelişim (internet, iletişim ve bilişim teknolojileri, yapay zekâ, nano teknoloji vd.) ile ortaya çıkan, kendi doğasını oluşturmaya çalışan postmodern anlayış, yaşamda etkin olmuştur. Postmodernizm de modernizmi ve belki istemeden de olsa değerleri yıkmıştır. Şimdilerde küresel ölçekte ortaya çıkan ve tüm dünyayı etkileyen Kovid-19 salgını ise hepsini yıkmıştır…

Değişim doğanın belki de tek değişmez yasasıdır. Her şey değişir, sular akar mecrasını bulur. Kanunlar değişmese bile en azından anlayışlar değişir. Her gün, yeni bir gün olarak ortaya çıkar. Yeni gün, yeni umutları da beraberinde getirir. Son tahlilde değişimin doğasını anlamak, değişime katkı yapmak, onu hep batıdan gelecek akım gibi görmemek ve evrensel kültüre değer katma noktasında bizlerin de sorumluğunun vurgulanması önemlidir. Tarihte değişime öncülük etmiş, pek çok bilim, felsefe ve sanat insanlarımız mevcuttur. Tarihte ortaya çıkan olguların tekrar oluşması ise mümkündür. Tarih bu hususta çizgisel değil döngüseldir. En azından zamanın bizim açımızdan belki de tekrar dönüp başlangıç noktasına ulaşacağı ümit edilmektedir…