BİLİM FELSEFESİNİN KUANTUM EVRİMİ

Prof. Dr.Sebahattin Tüzemen, Ph.D.Atatürk Üniversitesi,Fen-Edebiyat FakültesiFizik Bölümü25240 Erzurum

- GİRİŞ -

Bilim ve Teknolojideİlerlemeler

-Eğitim-Araştırma

Eğitim ve araştırmada

yeni düzenlemeler

Bilgi tr

ansferi

Felsefi, epistemolojik ve metodolojik değişimler

Eğitim ve araştırmada daha

pozitif yaklaşımlar

- Fiziğin Rolü -• Modern Fiziğin getirmiş olduğu yeni perspektifler nelerdir?

- Atomik ve- Elektromagnetik tabiat anlayışındaki değişiklikler

-Mikroskopik çevrenin daha iyi anlaşılması sonucunda bir bütün olarak maddenin daha iyi anlaşılması

• Geçmişten aldığımız dersler:-“19. yy’ın sonlarına doğru bazı fizikçiler pozitif bilimlerle ilgili tüm konuların tamamen anlaşıldığını düşünmeye başladılar.”-“Bununla beraber yine o dönemdeki büyük bilim adamlarının kurduğu teoriler ve yaptığı deneyler söylenenlerin son derece yanlış olduğunu gösterdi. Şu anda bizde mi!”

-“Bu öncü fizikçilerin başarısı geçmişte yapılmış olanlar hakkında derin bir bilgiye sahip olmaları ve o anda yapılanlar hakkında, elde edilen veriler beklenen yönde olmasa dahi, en küçük bir ayrıntıyı bile gözden kaçırmadan eleştirel bir bakış açısı ile yaklaşmalarıydı.”

Yeni Perspektiflerve

başarılanlar

Yeni Perspektiflerve

başarılanlar

Bilim felsefesinin dönüşümüBilim felsefesinin dönüşümü

Araştırma ve eğitimdeontoloji, epistemoloji ve metodolojinin

yeniden düzenlenmesi

Araştırma ve eğitimdeontoloji, epistemoloji ve metodolojinin

yeniden düzenlenmesi

- “Modern fiziğin bulgularına göre günümüzde bilim felsefesindeki bu dönüşümün post-pozitivizme doğru olması gerektiği düşünülmektedir.”

- “Burada, fizikteki ilerlemelerin bilim ve öğrenme felsefesindeki dönüşümlere neden ve nasıl götürdüğünütartışacağız. Post-pozitivizmdeki düşünme şeklini kuantum fiziğinin fikirleri ile bütünleştireceğiz. Buna bağlı olarak pozitivizm ve post-pozitivizm arasındaki farklılıkların klasik fizik ve kuantum fiziğinin çelişen görüşlerinin analiz edilmesi ile daha iyi anlaşılacağınıgöreceğiz.”

- KUANTUM TEORİNİN TEMELLERİ -

• Klasik Teori ile Karşılaştırma

Klasik Teori Karşılık gelen Kuantum Teorisi Ref.

Sürekli ve sonsuz elektromagnetikradyasyon

Elektromagnetik radyasyonun kuantumlu davranışı ve ışık parçacığı (kuanta ve foton terimleri)

Planck (1900)

m kütleli ve v hızına sahip parçacıklar (½)x(mxv2) kinetik enerjisine sahip

Işık gibi (ışık kuantası) υfrekansına sahip dalgalar da E=hxυ enerjisine sahip

Planck (1900)

Parçacıklar ve dalgalar tamamen farklı şeyler

Dalga-parçacık ikiliği:- Fotonlar parçacık gibi davranabilirler; foto-elektrik olay

- Elektronların dalga tabiatı; de’Broglie dalga boyu

- Her parçacık aynı zamanda dalga formuna da sahip

Einstein (1905)

de Broglie (1923)

Schrödinger (1925)

Konumların tam tespiti Bir şeyin konumuna ilişkin ihtimaliyet; eşlik eden dalga şekilleri parçacıkların uzayda nerede olabileceklerini belirliyor

Born (1926)

Genel olarak her fiziksel değişkenin gerçek değerlerinin tespiti (konum,momentum, enerji, zaman vs.)

Belirsizlik veya tespitsizlik prensibi

Heizenberg (1925)

Deterministik İhtimaliyetlilik

Tersinden bakalTersinden bakalıım: Belki anlamak im: Belki anlamak iççin biraz in biraz ççıılglgıın biraz da yalancn biraz da yalancııolmak gerekiyor !olmak gerekiyor !

Richard Feynman Richard Feynman ““Whoever claims to understand quantum mechanics who is Whoever claims to understand quantum mechanics who is either crazy or liereither crazy or lier”” ––““Kim Kuantum MekaniKim Kuantum Mekaniğğini anladini anladığıığınnıı iddia ediyorsa ya yalanciddia ediyorsa ya yalancııddıır ya da r ya da ççıılglgıındndıırr””

Kuantum : Bir Kuantum : Bir şşeyin en keyin en küçüüçük k birimi birimi

Manav

Ev Sahibi

1 Kg

1Elma

Madde

Atom

Çekirdek

Elektron

Işık (foton)

Atomlar veya Moleküller

Aylık veya Haftalık Kira

Çekirdek + Elektronlar

Proton + Nötronlar

e=1,6x (en küçük yük birimi)

π2h

=h

υhE = , Planck 1900 (en küçük foton enerjisi

1910−

en küçük açısal momentum

TabiatTabiatıın n İİki Ayrki Ayrıı YYüüzzüüeşya)1) Madde (elektron proton nötron çekirdek atom

2) DalgaIşıkEsnek dalgalar (fonon)ses

Elektromanyetik Dalgalar (foton)

Dalga Parçacık İkilemi1) Elektron Kırınımı (elektron dalga)

2) Fotoelektrik olay (Einstein’ın Nobel Ödülü) (Foton parçacık

BohrBohr YorumuYorumu

Kopenhag Yorumu (N. Bohr): Aslında sistemin her iki özelliği de bulunuyor. Ancak bazı durumlarda dalga, bazıdurumlarda parçacık özelliği baskın olarak gözleniyor

Klasik

Soru Cevap: E veya H

Kuantum

Soru Cevap: E ve H olabilir

Bilgisayar

1

0

QB

Madde DalgasMadde DalgasııKonum ve momentum: Fiziksel sistemlerin vazgeçilmez iki temel parametresidir.

Momentum=p=(kütle)x(hız)=mv

De Broglie Dalga Boyu=h/p

Born genelleştiriyor. Her fiziksel sisteme bir dalga atfediliyor. Dalga genliğin karesi parçacığın bir yerde bulunma ihtimalini veriyor. Bu durumda de Broglie dalga boyu kadar konumda belirsizlik ortaya çıkıyor (3 boyutlu serbestisi bulunan sistem için)

de Brogliedalga boyu

••Heizenberg Belirsizlik Prensibi (HBP)Heizenberg Belirsizlik Prensibi (HBP)delta(p) x delta(x) > (h = Planck sabiti=6,63x10-34 MKS)

• Örneğin x’i tam olarak ölçebiliyorsak, p’deki belirsizlik sonsuz olmalıdır çünkü çarpımlarının h Planck sabiti mertebesinde kalmasıgerekir.

• Bu belirsizlikler fiziksel olarak çok ilginç sonuçlara yol açmaktadır: Mesela kuantum mekaniksel dünyada bir parçacığın nerede olduğunu %100 olarak belirleyemeyiz. Sadece ihtimaliyetlerle konuşabiliriz.

- parçacık bir yerde %95 ihtimalle bulunuyorsa- %5 ihtimalle bir başka yerde olabilir.

• Belirsizlik tabii mi yoksa suni mi?• Tabii veya suni, bu belirsizlik bir gerçek olarak karşımızda

durmaktadır.• Sonuç olarak, bilimsel bir olaya yönelik yaklaşımlarda pozitivist,

determinist bir yaklaşımın tamamen doğru olmadığı görülmektedir. Bu belirsizlik bir yerde insanoğluna sunulan acziyetin bir ölçüsüdür ve bilim felsefesinin deterministik görüşünü yani pozitivizmi tam manasıyla çökertmektedir.

Tespitsizlik veya belirsizlik problemin çözümsüzlüğüveya bir kaos anlamına gelmiyor. Bir ihtimaliyetlerdünyası oluşuyor. İhtimaliyetlerin meydana gelmesi yafarklı olayların çokluğu ya da bir olayın belirsizliğidir. Bu durumda istatistik yapmamız gerekiyor. Klasik fizikte olayların çok olması durumunda istatistik zaten yapıyorduk. Kuantum fiziğinde hem olayların çokluğu hem de belirsizliği var. Yani her halükarda istatistik gerekiyor.

Klasik ve Kuantum MekaniKlasik ve Kuantum Mekaniğğinin inin BuluBuluşşmasmasıı

“Neden günlük hayatta karşılaştığımız makroskopik olaylar süreklilik arz ediyor? Halbuki mikroskopik sistemlerin bileşiminden meydana geliyor.”

“Klasik normal günlük hayatta karşılaştığımız olaylar, kuantum mekaniksel olayların üst-üste gelmiş halidir.”“Şuurumuz olayların bütününü algılamak üzere dizayn edilmiştir.”

Klasik Fizik

Kuantum Fiziği

Fiziksel belirsizlik de Broglie dalga boyu mertebesindedir

Dalga boyu=h/p=0,663mme-

m=1kg/(milyon)5

v=1 m/s

Fiziksel belirsizlik

Dalga boyu=h/p=663m/(milyon)6m=1 kg

v=1 m/skaya

663m/(milyon)6

Fiziksel belirsizlik

0,663mm

Klasik fiziğin daha deterministik olmasıonun daha kapsamlı olduğu anlamına gelmiyor. Aksine kuantum fiziği fiziğin daha kapsamlı halidir ve bazı özel durumlarda kuantum fizik klasik fiziğe indirgenebilir. Örneğin Modern anlamdaki Fermi-Dirac istatistiği ve Bose-Einstein istatistiği klasik Boltzmanistatistiğine indirgenebilir.

Uygunluk (Correspondence) Prensibi: Kuantum teorinin öngörüleri büyük kuantum sayıları limitinde klasik fiziğinkilere ulaşır.

••İİki ki öönemli nokta!nemli nokta!

• Daha deterministik olmakla klasik fizik kuantum fiziğinden daha kapsamlı değildir. Kuantum fiziği deneysel gerçeklerin bir sonucudur ve kainatıanlama konusunda daha açıklayıcı ve uygundur.

• Kuantum fiziği geçmişle tam bir kopukluğa neden olmamıştır. O öğle kapsamlıdır ki onun getirmişolduğu prensipler ve kurallar, klasik fiziğin memnuniyetle uygulanabildiği makroskopik şartlarda, kuantum fiziği kalsik fiziğe indirgenebilir.

Uygulama AlanlarUygulama Alanlarıı-Fizik ve Kimya ve Mühendislik

-Biyoloji

-Bilgisayar

-Tıp

-Ekonomi

-Felsefe ve Teoloji

-Sosyoloji

-Eğitim

-Elektronik ve Teknoloji, nanoteknoloji

-Mikrobiyoloji, Biyoteknoloji, Nanobiyoteknoloji

-Kuantum Computation

-Fizyoloji, nöroloji, akıl, beyin, şuur

-Econphys, Kuantum Finans

-Konstruvtivizm, interdisipliner ve yol gösterici yaklaşım

- FELSEFİ YÖNLER -

- Genel olarak herhangi bir bilimsel araştırma bu üç önemli konuyu içermelidir.

- Herhangi bir konudaki metodolojik yaklaşımlar ontolojik ve epistemolojik sorgulamalara ilişkin görüşlere çok bağlıdır.

Bilim ve eğitim felsefesininana öğeleri

Bilim ve eğitim felsefesininana öğeleri

Ontoloji(bilinmesi gereken gerçeğin

şekli ve tabiatı)

Ontoloji(bilinmesi gereken gerçeğin

şekli ve tabiatı)Epistemoloji

(bilginin felsefesi)Epistemoloji

(bilginin felsefesi)

Metodoloji(bilgiye ulaşmak için gerekli metot ve teknikleri

içeren araçlar takımı)

Metodoloji(bilgiye ulaşmak için gerekli metot ve teknikleri

içeren araçlar takımı)

PozitivizmPozitivizm

Realist ontolojiRealist ontoloji Objectivist epistemolojiObjectivist epistemoloji

Metodoloji : doğrudangözlem ve ölçüm

Metodoloji : doğrudangözlem ve ölçüm

-Klasik fizikçinin zihninde olduğu gibi her şey doğrudan gözlenebilir ve ölçülebilir olsa idi bu bir doğru yaklaşımdır.

-Kuantum fiziği açısından doğru değildir. Klasik fizikçilerin ve pozitivistlerin eleştirmediği ve kendilerine sormadığı şey ne idi? “Ne ve ne dereceye kadar doğrudan gözlenebilir ve ölçülebilir?”

-Gerçekten de, kuantum fiziği bu sorunun cevabının “yüzde yüz hiçbir şey”olduğunu ispat etmiştir (HBP’yi hatırlayalım). Kuantum fiziği ve post-pozitivizmin karşılaştırılması bu noktadan başlamaktadır ve bu noktaya dayandırılmalıdır.

• Araştırma öğeleri özel deneylere bağlı olarak farklı şekillerde karşımıza çıkabilir (rölativist ontoloji, teori yüklü)

• Doğruya yaklaşan direk olmayan gözlemler ve ölçümler (Epistemolojik ve metodolojik yaklaşımda kritik gerçekçilik fakat subjektivist yaklaşım değil!)

• Muhtemel, daha geniş perspektif

• Pratikte şimdilik doğru! Özellikle mikroskopik dünyada

• Araştırma öğeleri özel deneylere bağlı olarak farklı şekillerde karşımıza çıkabilir (rölativist ontoloji, teori yüklü)

• Doğruya yaklaşan direk olmayan gözlemler ve ölçümler (Epistemolojik ve metodolojik yaklaşımda kritik gerçekçilik fakat subjektivist yaklaşım değil!)

• Muhtemel, daha geniş perspektif

• Pratikte şimdilik doğru! Özellikle mikroskopik dünyada

- Kuantum Mekaniğinin bulguları pozitivist görüşten post-pozitivist görüşe dönüşümünü öngörmektedir.

• Araştırma öğeleri gözlendiği gibi ve tamamen bellidir (makroskopik ve realist ontoloji)

• Direk gözlem ve ölçüm doğru ile sonuçlanır* (doğru olduğunu düşünür), (objektivist epistemoloji ve belirleyici metodoloji)

• Dar bir perspektiften, belirleyici

• Pratikte her şey için doğru değil özellikle mikroskopik dünyada

• Araştırma öğeleri gözlendiği gibi ve tamamen bellidir (makroskopik ve realist ontoloji)

• Direk gözlem ve ölçüm doğru ile sonuçlanır* (doğru olduğunu düşünür), (objektivist epistemoloji ve belirleyici metodoloji)

• Dar bir perspektiften, belirleyici

• Pratikte her şey için doğru değil özellikle mikroskopik dünyada

Klasik Yaklaşım Kuantum Fiziği Yaklaşımı

* Einstein’ın belirttiği gibi, “bilimsel doğru terimine tam bir mana yüklemek çok zordur”

Pozi

vitiz

me

yakı

n

Post

-poz

iviti

zme

yakı

n

• Post-pozitivizmde objektivite bir çok bilimsel görüşten yararlanarak, daha kapsamlı bir spektrum içeren geniş bir perspectiften bakıldığında doğru bir yaklaşımdır. Post-pozitivizm kainatın mükemmelliğinin hiç kimse tarafından gözlenemiyeceği gerçeğini ortaya koymaktadır. Kuantum Fiziğinin Felsefesi Heisenberg’in belirsizlik ilkesi üzerine kuruludur ve bu da epistemolojik ve metodolojik yaklaşımlarda bu tip bir objektiviteyi destekler.

• Kuantum fiziğinin bilim felsefesi olarak post pozitivizmi destekleyen görüşlerini tartıştık.

• Bu bölümde “Post pozitivizmin öngördüğü eğitim görüşleri nedir?” sorusu üzerinde duralım.

• Post-pozitivizmde objektivite bir çok bilimsel görüşü içeren daha geniş bir perspektiften doğru bir yaklaşım olduğu için, farklıbilimlerin ayrımını değil bir çok açıdan bütün bilimlere gerekliliği ve bilimlerin birbirine ihtiyacını öngörmektedir.

• Eğitimde bu tip bir global anlayış şunları öngörmektedir:• İnterdisipliner• Hayat boyu öğrenme• Sürekli üzerine ekleyen öğrenme (konstrüktivizm)

-- EEĞİĞİTTİİMSEL YMSEL YÖÖNLER NLER --

Pedagojik açıdan aşağıdakileri önerebiliriz;Herhangi bir konudaki öğrenme asla bitmez fakat tecrübelerimizin katlanarak artmasını sağlar.Bilginin ve doğrunun doğası hakkındaki konstrüktivist görüşlerin kabullenilmesiyle öğretmenlere tamamen farklı bir rol yüklenmektedir: bu da bilgiyi transfer eden yerine, öğrenme sürecinde öğrencilerin aktif olmasını sağlayan, yardım edici, yol gösterici, bilgiye ulaşmanın imkanlarını sunan (Coll ve Taylor, 2001) bir roldür. Öğrenciler aldıkları bilginin değiştirilemeyen veya üzerine eklenemez bilgi yığınları olmadığını fakat modifiye edilebilen, üzerine eklenebilen ve hatta tamamen değiştirilebilen bilgiler olduğunun farkına varacaklar. Sonuç olarak böyle bir yüksek eğitim modern fiziğin önder bilim adamları ve post-pozitivizm tarafından öngörüldüğü gibi eleştirel gerçekçi görüşlere sahip insanlar yetiştirecektir.

20. yüzyılın başlarındaki önder fizikçiler evrene bakış açımızda büyük değişikliklere yol açtılar, ve onların fikirleri ve görüşleri bilim felsefesini ve eğitim metotlarını kati bir şekilde tekrar düşünmeye zorladı. Bugün bu fikirlerin bilime, teknolojiye ve eğitime yansımaları sürekli olarak bilgi düzeyimizi geliştirmektedir.Gözlem ve değerlendirmedeki sınırlılıklar hakkındaki gerçekler objektivitenin, gerçeğin, doğrunun ve mevcut bilgi dağarcığımızın ne anlama geldiğini sorgulamamıza neden oldu ve sonuç olarak ontolojik, epistemolojik ve metodolojik görüşler yeniden düzenlenmek zorunda kaldı. Post-pozitivizm temel konulara doğru göreceli ve eleştirel gerçekçi yaklaşımlar öne sürmesinden dolayı, post-pozitivizmin genel görüşleri bir çok açıdan modern fiziğin gelişmeleri ile iyi bir şekilde uyum gösterir. Modern fizik ve post pozitivizmin her ikisinde de kritik soruların artırılması yeni bir çeşit fizik ve bilim felsefesi ile sonuçlanabilir. Gelecek belki de bu yeni görüşlerle yeniden şekillenecektir. Bu yeni yaklaşım eğitimde de klasik dayatmacı yaklaşım yerine interdisipliner, konstrüktivist ve aktif öğrenmeyi öngörmektedir.

-- SonuSonuççlarlar --

Dirac “shut-up and calculate…..”

“sus ve hesapla…”