Fizik Bilimi

İnsanlık tarih boyunca doğada gerçekleşen olayları merak etmiş, bu olayları gözlemleyerek ve deneyler yaparak doğanın işleyişine dair bilgiler edinmeye çalışmıştır. Fen bilimleriyle ilişkilendirilebilecek bu çalışmalar ve araştırmalar sayesinde doğa yasaları tanımlanmış; zamanla artan bilgi birikimi fen bilimlerini disiplinlere, bu disiplinleri de kendi içinde alt dallara ayırmıştır. Fizik, bu disiplinlerden biridir ve fen bilimlerinin diğer kolları olan kimya ve biyoloji ile çoğu zaman iç içe çalışır.

Fen Bilimlerinin Disiplinleri Birbirinden Bağımsız Değildir

Fen bilimleri; fizik, kimya, biyoloji gibi belirli disiplinlerin çalışmalarını kapsar ve bu disiplinler çoğu durumda birbiriyle iç içe geçmiş çalışma alanlarına sahiptir. Günlük hayatta fen bilimlerinin ilişkili olduğu sayısız olay ve olgu bulunur. Örneğin ısı ve madde etkileşimi, hücrenin yapısı ve organellerin görevleri, asit ve bazların özellikleri, elektrik enerjisinin hareket enerjisine dönüşümü, elementlerin periyodik tabloda sınıflandırılması, genetik kod ve kalıtım gibi konuların her biri fizik, kimya ve biyoloji disiplinlerinden biri veya birkaçıyla ilişkilendirilebilir. Bu durum, fen bilimlerini oluşturan disiplinlerin sınırlarının kesin çizgilerle ayrılmadığını, aksine sürekli birbirini beslediğini gösterir.

Doğa olaylarından biri olan fotosentez, fizik, kimya ve biyoloji disiplinlerinin iş birliği ile açıklanabilmektedir. Güneş ışığının bitki tarafından soğurulması ve bu enerjinin dönüşümü fizik disiplini ile açıklanır. Karbondioksidin besine dönüşüm süreçleri kimya ve biyoloji disiplinleri tarafından ele alınır. Bitkilerin büyümesi ve gelişmesi için gereken organik maddelerin üretilmesini, ekosistemlerdeki yaşamın devamlılığı için oksijenin sağlanmasını ve karbondioksit döngüsünün sürdürülebilmesini ise biyoloji disiplini inceler. Benzer şekilde Güneş'in hareketleri fizik disiplininin yanı sıra astronomi, uzay bilimleri ve coğrafya disiplinleri tarafından da incelenir; iklim olayları fizik ve coğrafya, su döngüsü ise fizik, kimya, biyoloji ve coğrafya disiplin alanları tarafından birlikte ele alınır.

Teknolojik Gelişmelerde Fizik Biliminin Rolü

Fen bilimlerinin çalışma alanı yalnızca doğa olaylarıyla sınırlı değildir; teknolojik gelişmeler de bu alanın kapsamına girer. da Vinci Robotik Cerrahi Sistemi, hasta ve cerrah açısından pek çok avantaj sağlayan, geleneksel yöntemlere alternatif olarak yenilikçi bir yaklaşımın uygulanabilmesinin önünü açmış başarılı bir tıp teknolojisidir. Robotik cerrahi ameliyatlarında cerrah, hasta konsolundaki kolları kullanarak ameliyatı gerçekleştirir; ameliyat bölgesi çok net ve üç boyutlu görüntülenebilir. Ameliyatta kullanılan ilaçlar, robotik sistem, görüntüleme teknikleri ve hastaya yapılan işlemler fen bilimlerinin farklı disiplinleriyle ilişkilidir.

Robotik sistemlere verilebilecek bir başka örnek insansız hava araçlarıdır. Bu araçlar, uzaktan kumanda ile yerden yönetilebilmekte veya uçuş programı yüklendiğinde otomatik olarak uçurulabilmektedir. İnsansız hava araçlarının uçmasında etkili olan hava sürtünmesi, havanın kaldırma kuvveti ve enerji dönüşümleri fizik biliminin çalışma alanına girer; savunma sanayisinde geliştirilen millî insansız hava araçları da bu teknolojinin ülkemizdeki somut örneklerindendir.

Uzay ve gökyüzü çok eski çağlardan bu yana merak konusu olmuştur. Evreni anlama çabası, en eski ve köklü bilim disiplinlerinden biri olan astronomi ile fen bilimleri arasında derin bağlar oluşmasını sağlamıştır. Evrenin yapısı, gök cisimlerinin hareketleri, gök cisimleri arasındaki çekim kuvvetleri, diğer gezegenlerde yaşam olasılıkları ve uzay seyahatleri gibi konularda yapılan çalışmalar fizik biliminin yanı sıra astronomi ve uzay bilimleri disiplinlerinin de çalışma alanına girer. Uzayla ilgili çalışmaların önemi, uzay çağı olarak tanımlanan XXI. yüzyılda giderek artmaktadır. Türkiye Uzay Ajansı (TUA) Millî Uzay Programı kapsamında Türkiye'nin insanlı ilk uzay görevi, Alper Gezeravcı tarafından gerçekleştirilmiştir; TUA'da çeşitli disiplinlere mensup bilim insanları birlikte çalışmaktadır.

Fizik Biliminin Günlük Hayattaki ve Tarihteki İzleri

İşitme sistemimiz de fiziğin açıklama alanına girer. Bir enstrümandan gelen müzik sesi, işitme sisteminin başlangıcı olan kulak kepçesinde toplanır; kulak kanalında ilerleyerek kulak zarına çarpar ve kulak zarının titremesine sebep olur. Ses titreşimleri; çekiç, örs ve üzengi kemiklerinden geçerek salyangoza ulaşır. Bu titreşimler, salyangozda bulunan sıvının ve tüylerin hareket etmesini sağlar; duymanın gerçekleşmesi için gerekli uyarılar tüy hücreleri tarafından üretilerek işitme sinirleri aracılığıyla beyne taşınır ve beyin gelen uyarıları yorumlayarak sesi duyarız.

Sesin doğru aktarılması, mimari tasarımlarda da fizik bilgisi gerektirmiştir. Tiyatro, konser salonu, cami gibi çok sayıda insanın bir arada bulunabildiği büyük hacimli mekânlarda sesin tüm insanlara ulaşmasını sağlamak amacıyla akustik düzenlemeler yapılır. Antik Çağ açık hava tiyatrolarında (örneğin Efes Tiyatrosu'nda) sesin kaliteli şekilde aktarıldığı akustik bir ortam oluşturulmuştur: dinleyicilerin oturma alanı tiyatro sahnesinin bulunduğu konuma eğimli olarak yerleştirilmiş, oyuncular yüzlerine taktıkları maskeleri megafon gibi kullanarak akustik kaliteyi artırmaya çalışmıştır.

Elektrik kullanımından önceki dönemlerde camiler kandillerle aydınlatılıyordu; kandillerden çıkan is, caminin içindeki hava kalitesinin düşmesine ve süslemelerin zaman içinde bozulmasına sebep oluyordu. Osmanlı Devleti'nin en büyük mimarlarından biri olan Mimar Sinan, yaptığı Süleymaniye Camisi'nde hava akımını kanallarla bir odaya yönlendirmiş; odada toplanan is, daha sonra mürekkep yapımında kullanılmıştır. Bu örnek, mimari bir sorunun fizik bilgisiyle nasıl çözülebildiğini gösteren tarihî bir uygulamadır.

Fizikle ilgili düşünceler çok eski çağlara dayanır. Eski Çağ'da fizik alanındaki araştırmalar doğa felsefesinin sınırları içinde yürütülmekteydi. Aristo, doğa ve evren hakkındaki temel düşüncelerini "Physica (Fizika)" gibi çeşitli eserlerinde açıklamıştır; bu kitabında hareket, mekân, boşluk, zaman gibi kavramları açıklamaya çalışarak fizikte değişimin genel prensiplerini belirlemiştir. Eski Çağ'dan bugüne gelene kadar bilime konu olan olgular özelleşmiş, bilginin kapsamı genişlemiş ve her bilgi türünün faaliyet alanı farklı amaçlar doğrultusunda değişmiştir.

Fizik Biliminin Tanımı

Fizik biliminin amacı, evreni ve evrende gerçekleşen olayları açıklamaktır. Fizik bilimi, bu olay ve olguları açıklarken deney ve gözlemle elde edilen bilgilerden yararlanır. Ortaya koyduğu bağıntıları ve yasaları ifade ederken genellikle matematik dilini kullanır. Fizik bilimi kapsamında yapılan bilimsel çalışmalar, teknolojinin ve insanlığın gelişmesine katkı sağlar. Bu bilgilerden yola çıkarak fizik bilimi şöyle tanımlanabilir:

Fizik bilimi; evreni kuvvet, madde, enerji, uzay ve zaman ilişkileri çerçevesinde matematiksel hesaplamalar ve gözlem yoluyla inceleyen yasalar ve teoriler bütünüdür.

Fizik bilimi, atom altı parçacıklar kadar küçük ölçekte doğayı incelediği gibi evrendeki galaksiler kadar büyük ölçekte de doğayı inceler. Matematik, kimya ve biyoloji gibi temel bilim dallarının yanı sıra müzik, spor, coğrafya ve görsel sanatlar gibi görünüşte uzak alanlarla dahi ilişkilidir; örneğin bir telli çalgıda tellerin geriliminin akort vidasıyla ayarlanması esneklik konusuyla, bir aracın süratinin analizi hareket konusuyla, resim çiziminde ışık ve renklerin kullanımı optik konusuyla, dev dalgaların (tsunami) oluşumu ise dalgalar konusuyla ilişkilidir.

Doğadaki Sıra Dışı Bir Örnek: Elektrikli Yılan Balığı

Elektrik üretebilen organlara sahip elektrikli yılan balığı, bu özelliğini iletişim kurmak, yön bulmak, kendini korumak ve avlanmak gibi olaylarda kullanır. Elektrikli yılan balıklarının organlarındaki hücrelerde bulunan sodyum ve potasyum iyonlarının hücre zarından geçiş durumuna göre elektrik akımı oluşur. Bu akım, 1-2 milisaniye gibi kısa bir süre etki eder; sürenin kısa olması ve balığın önemli organlarının etrafındaki yağ tabakasının yalıtkan görevi görmesi nedeniyle elektrik akımının balığa zarar vermediği düşünülmektedir. Bilim insanları, bu balıkların elektrik üretimi yönteminden yararlanarak daha ekonomik piller geliştirmek için çalışmalar yapmaktadır. Bu örnek, doğadaki bir olgunun fizik yasalarıyla açıklanmasının yeni teknolojilere nasıl ilham verebileceğini gösterir ve fizik biliminin yalnızca teorik bir alan olmadığını, doğayı anlama çabasıyla teknolojik yeniliği bir araya getiren canlı bir bilim dalı olduğunu ortaya koyar.