Bir Yay Ne Kadar Sır Saklar? Hooke Yasasının Görünmez Düzeni

Bir yayı çekip bıraktığınızda küçük bir metal parçasının size karşı koyduğunu hissedersiniz. Az çekerseniz nazikçe, çok çekerseniz daha sert karşılık verir. Sanki aranızda sessiz bir pazarlık vardır: “Beni ne kadar uzatırsan, seni o kadar geri çekerim.” Hooke yasası, bu gündelik deneyimin matematiksel tercümesidir. Üstelik yalnızca yayları değil, köprülerden hassas terazilere kadar pek çok sistemi anlamamızın da başlangıç noktasıdır.

Doğanın kısa ve etkili cümlesi

İdeal bir yay için Hooke yasası şöyle yazılır: F = −kx. Burada F, yayın uyguladığı geri çağırıcı kuvvet; x, yayın doğal uzunluğuna göre uzama veya sıkışması; k ise yay sabitidir. Eksi işareti süs değildir: Kuvvetin, şekil değiştirmenin ters yönünde olduğunu söyler. Yayı sağa uzatırsanız yay sola çeker. Sıkıştırırsanız bu kez açılmaya çalışır.

Evrenin Görünmez Trafik Kuralları: Newton Bize Hareket Hakkında Ne Anlattı?

Bir otobüs aniden fren yaptığında neden öne savruluruz? Ağır bir alışveriş arabasını hızlandırmak neden boş olanı hızlandırmaktan daha zordur? Duvarı ittiğimizde, görünürde hiçbir şey yapmayan duvar bizi nasıl geri iter? Bu soruların ortak yanıtı, Isaac Newton’ın yaklaşık üç buçuk yüzyıl önce sistemleştirdiği hareket yasalarında saklıdır. Newton, hareketi yalnızca gözlemlemekle kalmadı; onu hesaplanabilir, öngörülebilir ve problemlere uygulanabilir bir dile çevirdi.

Birinci Yasa: Cisimler Değişimi Pek Sevmez

Newton’ın birinci hareket yasasına göre, üzerine net bir kuvvet etki etmeyen cisim duruyorsa durmayı, hareket ediyorsa sabit hızla ve doğrusal biçimde ilerlemeyi sürdürür. Bu özelliğe eylemsizlik denir. Başka bir ifadeyle doğa, hareket durumundaki değişiklikler için bir neden ister. Duran bir top kendiliğinden yuvarlanmaz; hareket hâlindeki bir uzay aracı da onu yavaşlatacak bir etki yoksa yoluna devam eder.

Zaman ve Felsefe

atina-okuluAntik Yunanlılar, zaman, uzay ve hareketin anlamını modern çağdaki insanlardan çok daha derin bir şekilde kavramışlardı. Yalnızca Antik çağın en büyük diyalektikçisi olan Herakleitos değil, aynı zamanda Elea okuluna bağlı filozoflar da (Parmenides, Zenon) bu olgunun oldukça bilimsel bir kavranılışına ulaşmışlardı. Uzay ve madde, “dolu” ve “boş” düşüncesince ifade edildiği biçimiyle genellikle karşıt şeyler olarak görülür. Ne var ki, pratikte, biri, diğeri olmaksızın varolamaz. Birbirlerini ön varsayar, belirler, sınırlar ve tanımlarlar. Uzay ve maddenin birliği, karşıtların en temel birliğidir. Bu gerçek, Yunan atomcuları tarafından daha o zamanlar kavranmıştı, onlar evreni yalnızca iki şeyden oluşmuş bir şey olarak canlandırıyorlardı; “atomlar” ve “boşluk”. Esasında, bu evren görüşü doğrudur.

Mekanizm

GodfreyKneller-IsaacNewton-1689
Isaac Newton

Doğadan tüm tesadüfleri ayıklama çabası kaçınılmaz olarak mekanik bir bakış açısına yol açar. Bilim alanında Newton tarafından temsil edilen 18. yüzyılın mekanik felsefesinde, zorunluluk yalın düşüncesi mutlak bir ilke düzeyine yükseltilmişti. Bu felsefe, mükemmel ölçüde basit, tüm çelişkilerden muaf ve düzensizlikler ya da aykırı eğilimlerden uzak görülüyordu.

Doğanın evrensel yasallığı düşüncesi son derece doğrudur, ama yasallığın yalın bir ifadesi yeterli değildir. Gerekli olan şey doğa yasalarının gerçekte nasıl işlediğinin somut bir kavranışıdır. Mekanik bakış, ait olduğu zamanın gerçek bilimsel gelişim düzeyini yansıtarak, zorunlu olarak doğal olguların tek yanlı bir görüş tarzını geliştirdi. Bu bakış tarzının en büyük başarısı klasik mekanik idi. Bu mekanik, göreli olarak daha basit süreçlerle ve katı bir cismin diğerleri üzerindeki basit dışsal etkisi olarak, kaldıraç, denge, kütle, eylemsizlik, itme, basınç uygulama vb. olarak anlaşılan neden ve sonuçla ilgilenir. Bu keşifler önemli oldukları kadar, doğanın karmaşık işleyişi hakkında kesin bir fikre ulaşmak için açıkça yetersizlerdi. Daha sonraları, bilhassa Darvinci devrimden sonraki biyolojik keşifler, bilimsel olgulara organik maddenin çok daha esnek ve karmaşık süreçleriyle uyuşan farklı bir yaklaşımı mümkün kıldı.
Devamını oku “Mekanizm” →

Olasılıklar Evreni

deney_tupuTermodinamiğin kanunlarını bilirsiniz. Bu kanunların sonucuna göre şöyle bir cümle kurabiliriz.

“Düzensizlik ya değişmez ya da artar.”

Her ne kadar bir kesinliği içerse de gerçekte durum tam olarak bu değildir. Basit bir örnek üstünden gitmeye çalışalım.

Odanın bir köşesine konmuş içinde Klor gazının bulunduğu ucu açık bir tüp düşünelim. Tüpün içinde bulunan klor gazının odaya dağılıp dağılmaması durumunu bu kanunlar ışığında gözlemleyelim. Termodinamiğe göre entropi artışı olacak ve klor gazı mutlaka odaya yayılacaktır.

Aslında işin özünde farklı bir matematiksel süreç yatar. Klor gazının odaya yayılması sadece bir olasılıktır. Fakat tüp içinde kalma olasılığı yayılma olasılık dağılımına göre çok çok daha düşük olduğu için (trilyonda birden daha da küçük) gerçekleşmesi ihtimali zordur. Ama imkansız değildir.