Gerçekte Yok Denen Sayı Dünyayı Nasıl Çalıştırıyor?

Matematikte bazen kapı açılmaz. Anahtarı çevirirsiniz, denklem direnç gösterir, gerçek sayılarla ilerlersiniz ama bir noktada duvara çarparsınız. Mesela x² + 1 = 0 denklemini ele alalım. Gerçek sayılar evreninde hiçbir sayının karesi -1 değildir. Pozitifin karesi pozitif, negatifin karesi yine pozitiftir. Sıfırın karesi de sıfırdır. O halde bu denklem çözümsüz müdür? Matematikçinin en sevdiği cevap burada sahneye çıkar: Henüz çözümsüz.

İşte i sayısı bu meydan okumadan doğar. Tanımı yalındır: i² = -1. İlk bakışta bu, çocukça bir hile gibi görünebilir. Olmayan bir sayı uydur, sonra da denklemi çözdüğünü söyle. Fakat matematikte büyük devrimlerin çoğu böyle başlar: Önce imkânsız görünen bir fikre isim verilir, sonra o isim bir evren kurar. Sıfır da bir zamanlar tuhaftı. Negatif sayılar borçtan başka bir şey değil sanılıyordu. Kesirler, irrasyoneller, sonsuzluklar… Matematik tarihi, aklın kendi sınırlarını genişletme tarihidir.

Euler Özdeşliği: Evrenin Şifresi Beş Sembolde Saklı Olabilir mi?

Bazı denklemler hesap yapmak için vardır; bazıları ise insanın zihninde küçük bir patlama yaratmak için. Euler Özdeşliği ikinci türdendir: eiπ + 1 = 0. İlk bakışta masum, hatta biraz gösterişsiz görünür. Fakat bu kısacık satırda matematiğin en tuhaf, en güçlü ve en beklenmedik sabitleri aynı masaya oturur: 0, 1, π, e ve i. Sanki sayıların gizli konseyi toplanmış, bize evrenin dilinin aslında ne kadar ekonomik olabileceğini fısıldamıştır.

Bu özdeşliğin büyüsü, yalnızca güzel görünmesinde değil, birbirinden çok farklı matematiksel dünyaları tek bir nefeste birleştirmesindedir. 0 yokluğu, 1 birliği temsil eder. π çemberlerin, dönüşlerin ve geometrinin kadim imzasıdır. e büyümenin, değişimin ve doğal süreçlerin sayısıdır. i ise karesi -1 olan hayali birimdir; gerçek sayı doğrusu yetmediğinde zihnin açtığı yeni bir boyuttur. Euler’in formülü, bu karakterleri tek bir sahnede buluşturur ve beklenmedik bir finalle hepsini sıfıra bağlar.

Maxwell Denklemleri

Modern fiziğin dönüm noktalarından biri olan Maxwell’in dört denklemi, evrensel kütleçekim kuramından sonraki en önemli gelişme kabul edilir. Bu denklemler elektrik ve manyetik alanların aslında bir paranın iki yüzü gibi olduklarını ortaya koyar. Her iki alan da gerçekte aynı olgunun -elektromanyetik dalganın- farklı dışavurumlarıdır.

Ondokuzuncu yüzyılın başlarında deneyciler elektrik ile manyetizmanın birbirine dönüştürülebildiğini görmüşlerdi. Ama bütün elektromanyetizma konusu dört denklemle ifade ederek modern fizikteki en önemli başarılardan birini gerçekleştiren kişi James Clerk Maxwell oldu.

Elektrik ve manyetik kuvvetler, elektrik yüklü parçacıkları ve mıknatıslar etkiler. Değişen elektrik alanı bir manyetik alan, değişen manyetik alan da bir elektrik alanı yaratır. Maxwell her ikisinin de aslında tek bir olgudan, hem elektriksel hem de manyetik özellikleri olan elektromanyetik dalgadan çıktığını açıklamıştır. Maxwell elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızını hesaplamış ve ışığın hızıyla aynı olduğunu göstermiştir. Başka çalışmalarla birleştiğinde bu bulgu, ışığın da aslında ilerleyen bir elektromanyetik çalkalanma olduğunu doğrulamıştır. Elektromanyetik alanların uyguladığı elektromanyetik kuvvet, Evren’deki dört temel kuvvetten biridir.