Fizik Bilimine Giriş

 Bilim tarihi incelendiğinde bütün bilimler gibi fizik de felsefenin içinde yer almıştır. Bilimsel bilginin gelişmesiyle felsefeden ayrılan ilk bilim dalı fizik olmuştur. Fizik sözcüğü, Eski Yunancada “doğa” anlamına gelen physis (fiysis) kelimesinden gelmektedir. Uzun süre doğa felsefesi olarakkabul görmesi doğayı anlama, açıklama çabasından kaynaklanır. Doğanın tüm makroskobik ve mikroskobik görünümünü inceleyen ve bu olayların neden ve sonuçlarını araştıran doğa bilimlerinin kaynağı fizik bilimidir. Kimya, biyoloji gibi disiplinlere ait alt dallar ve mühendislik alanları fiziğin ilkelerinin uygulanmasıyla doğmuştur. Fiziğin etkileşimde bulunduğu disiplinlere felsefe, biyoloji, kimya, matematik, teknoloji, mühendislik, sanat ve spor örnek olarak verilebilir. “Bilgiseverlik”, “bilgelik sevgisi” anlamlarını içeren felsefe; insanın varlığını bilme, aklını kullanarak evrendeki yerini açıklama isteğidir. Felsefe ve fizik akıl yürüterek evreni, zamanı ve mekânı anlama yolunda sorular sorup cevaplamaya çalışır. Fizik biliminde var olan gelişmeler felsefeyle etkileşim hâlindedir. Örneğin felsefe tarihi boyunca zaman-mekân kavramlarının ne olduğuna dair düşünceler tartışılmıştır. Newton’ın “Doğa Felsefesinin Matematik İlkeleri” adlı eseri  fizik biliminin temel eseridir. Bu eserinde Newton; mekaniğin temel ilkelerini, gezegenlerin, Güneş’in etrafında nasıl ve neden hareket ettiğini ve evrensel çekim kanunlarını açıklamıştır. Aynı esere felsefi açıdan bakıldığında ise zaman ve mekân açıklamaları dikkat çekicidir. Newton’ın doğada insan bilincinden bağımsız zaman ve mekân olduğunu açıklaması felsefi açıdan önemli olmuştur. 

Newton’ın fiziksel ya da maddi dünyanın gerçeklerine dayanan bu görüşü 20. yüzyılda ortaya atılan Albert Einstein’ın (Albırt Aynştayn) Rölativite Teorisi ile sorgulanmaya başlanmıştır. Uzay ve zamanın mutlak olmadığı görüşü evrene yeni bir bakış açısı getirmiş ve bilimde değişmez, evrensel kabul edilen bilgilerin değişebileceği (rölativizm-görecelik) görüşü felsefeye de yansımıştır. 

Felsefe ve fizik arasında gelişen etkileşimi ünlü fizikçi Einstein’ın “Evren, bir bütündür, tektir. Belki bu yüzden evrende birbiriyle tamamen ilişkisiz iki şey yoktur. İlişkileri görebildiğinizde evren kalbini açar size.” sözü özetlemektedir. 

Fizik, temel bilim dallarından biyoloji ve kimya ile yakın ilişki içe-risindedir. Bu yakınlık yeni alanların oluşmasına sebep olmuştur. Atom kavramının gelişmesi ile fizikokimya, kimyasal reaksiyonların oluşumunda meydana gelen bazı olayları fiziğin alt dallarından yararlanarak açıklar. Biyoloji DNA’nın yapısı için atomik fizik bilgilerini kullanır. Katı hal fiziği ve nanoteknoloji çalışmalarında kimyadan destek alınır. 

Disiplinler arası bir bilim dalı olan biyofizik, fizik biliminin teknik ve prensiplerini biyolojiye uygular. Sinirlerde bilgi iletimi, biyoelektrik ve sinir yapılarının  tanımlanması gibi canlı yapısı ile ilgili konularda çalışmalar yaptığı için tıpta da geniş bir uygulama alanına sahiptir.

     Bilimsel çalışmalarda elde edilen sonuçların bilimle ilgilenen in-sanlar tarafından anlaşılması ve evrensel nitelikte olması önemlidir. Bu nedenle fizik biliminde yapılan çalışmalarda, kullanılan teori ve yasaların ifade edilmesinde, fiziksel ilkelerin matematiksel olarak ispatlanmasında matematik kullanılır. Örneğin bir fizik deneyinin sonucu, formüller ve işlemler kullanılarak herkes tarafından anlaşılır hâle getirilebilir. Hatta bir öğrenci evde kullanılan elektrikli aletlerin gücüne bağlı olarak günlük, haftalık ve aylık elektrik enerjisi tüketimi hesabını yapabilir.

Uygarlıkların gelişmesinde fizik bilimi önemli bir rol oynamıştır. Tekerleğin icadından mancınıklara, cami ve köprülerden dev gökdelenlere, gaz lambasından harekete ve sese duyarlı aydınlatma sistemlerine kadar pek çok yapıda fizik bilgileri kullanılmıştır.

Coğrafyada yer kabuğunun hareketinde et-kili olan kuvvetlerin; gelgit olayının; iklimlerin oluşumunun; yağmur, kar  ve rüzgâr gibi meteorolojik olayların; yerin manyetik alanı ve etkilerinin açıklanmasında fizik kanunları kullanılır. Pusulanın icadı ile gemilerle yapılan coğrafi keşifler de fizik biliminin saye- sinde olmuştur.

Arkeolojide kazılarda bulunan eserlerin tarihî değerinin olup olmadığının ispatlanması ve yaşının hesaplanmasında radyoaktif tarihleme yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler nükleer fizik bilgisi ile geliştirilmiştir.

Arkeolojide kazılarda bulunan eserlerin tarihî değerinin olup olmadığının ispatlanması ve yaşının hesaplanmasında radyoaktif tarihleme yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler nükleer fizik bilgisi ile geliştirilmiştir.

Fizik, mühendislik ve teknoloji birbirinden ayrılması güç kavramlardır. Mühendislik, sorunlara çözüm ararken fizik biliminden ve diğer bilimlerden yararlanır; teknolojiyi kullanır ve hatta teknolojiyi geliştirir. Bu süreçte fizikteki gelişmeler teknolojiyi, teknolojideki gelişmeler de fizikteki çalışmaları hızlandırır.

Makine, inşaat, elektrik-elektronik, bilgi- sayar, yazılım, uzay, uçak, endüstri, genetik, jeoloji, cevher hazırlama ve mekatronik gibi mühendislik dallarında yapılan çalışmalarda  fizik kanunları temel alınır.

Sanat ve bilim birbirinden çok uzak disiplinler gibi düşünülse de ortak noktalarda buluşabilir. Fiziğin müzik, sahne sanatları, sinema, ve görsel sanatlarla yakın ilişkisi vardır 

Görsel sanatların temel unsurlarından biri ışıktır. Işık cisimlerin görülmesini sağlar. Cisim tarafından yansıtılan ışın göz tarafından algılanır. Belli bir ışık kaynağı ile aydınlatılan cisimler için aydınlanma oranı cismin her yerinde aynı değildir. Işığı fazla alan kısımlar aydınlık ve parlak görülürken daha az alan veya gölgede kalan kısımlar daha karanlık görülür.

Bir cismin renginin görülebilmesi için ışığa ihtiyaç vardır. Renkler, ışık renkleri ve boya renkleri  olmak üzere ikiye ayrılır.  Işık renkleri bir prizmaya gelen beyaz ışığın kırıldığı anda görülen renklerdir. Bu durumun gözlendiği yerlerden biri sabun köpüklerinin renkli yüzeyleridir. Resimde renklerin önemi kadar perspektif de önemlidir.

Mekaniğin çalışma alanı içerisine giren ses, madde moleküllerinin titreşimi sonucunda oluşur. Ses oluşumu için ses kaynağına ve titreşimi iletecek maddesel ortama ihtiyaç vardır. Sesin ve müziğin nasıl oluştuğu, ortamın ve kaynağın sese etkisi gibi konular fizik kanunları ile açıklanır.

Vurmalı çalgılarda yüzey gerginliği; üflemeli çalgılarda çalgının boyu, çalgıdaki delik yerleri ve sayıları; telli çalgılarda ise tel uzunluğu, gerginliği ve gövdenin yapısı gibi konular fizikle doğrudan ilgilidir.

Cisimlerin bizden uzaklaştıkça küçülmüş ve renklerinin solmuş gibi görünmesi olayına perspektif adı verilir. Resim sanatında ise üç boyutlu varlıkların iki boyutlu çizimi olarak tanımlanır. Bir manzarayı resmedecek sanatçı; perspektif özelliklerini resmine yansıtabilmek için ışığın geliş doğrultusuna, gölge ve renk gibi optik özelliklerine dikkat etmelidir. Örneğin Hoca Ali Rıza ve Osman Hamdi Bey, resimlerinde optik özellikleri çok iyi kullanmış ve iyi bir perspektif oluştururarak iki boyutlu çizimin üç boyutlu algılanmasını sağlamış ünlü Türk ressamlarıdır. Fiziğin ilişkide bulunduğu bir diğer disiplin de spordur. 

Biyomekanik, mekanik prensiplerin canlılara uygulanması anlamını taşır. Mekanik kavramlarını kullanarak canlı hareketlerini açıklamaktadır. Spor biyomekaniği ise sporcuların biyolojik yapılarına etki eden kuvvetleri ve etkilerini inceleyen bilim dalıdır. Spor dallarına göre özelleşmiş insan hareketlerini mekanik kavramlarını kullanarak açıklar. Belirli spor hareketlerinin biyomekanik incelemesini ve bazı hare- ketlerin niceliksel hesaplamalarını yaparak sporcuların performans gelişimini sağlar. Spor malzemelerinin performansını iyileştirmeye yönelik çalışmalar yapar. Bu çalışmalar sırasında bazı sorulara cevap arar. Örneğin futbolda topu atmada, atış uzaklığı ile atış açısı,

topun atış hızı ve atış yüksekliği arasında nasıl bir ilişki vardır? Basketbolda basket atışında oyuncunun kol eklemlerindeki farklılıkların, topa uyguladıkları kuvvete etkisi nedir? Teniste servis atışında raketin örgü gerginliği veya topun kütlesi ile topun hızı arasında nasıl bir ilişki vardır? Sırıkla atlamada bir kaldıraç olarak kullanılan sırığın esnek yapıda olması sayesinde sporcu yukarı doğru yükselir. Sırıkla atlamada sırığın yapıldığı malzeme ile yükselme miktarı arasındaki ilişki nedir? Basketbol topunun yapı-mında kullanılan malzemenin esnekliği, dayanıklılığı, genleşmesi gibi özelliklerinin atışlara etkisi  nedir?

Fizik ile spor arasındaki ilişki her spor dalının ve sporcunun fiziksel özelliklerine göre değişmektedir. Örneğin hava dalışçılarının kol ve bacaklarını açmalarının sebebi sürüklenmelerini maksimum-seviyeye çıkarmak içindir. Çünkü sporcunun hava ile temas eden yüzeyi arttıkça sporcu daha çok sürüklenecek böylece havada daha uzun süre kalacaktır.

Okçuluk sporunda yayda gerilme sonucunda oluşan enerji ok fılatılınca kinetik enerjiye dönüşür. Gerilme ne kadar büyükse ok o kadar ileri doğru hareket eder.

  1963 yılında kurulan TÜBİTAK, devlet politikalarına bilimsel bakış açısı ve teknik destek ile danışmanlık yapmak için kurulmuştur. Günümüzde kapsamı büyük oranda genişlemiştir. TÜBİTAK danışmanlık rolünün yanı sıra “Fatih Projesi” gibi kamu yararına her türlü projeye destek veren, bilim insanlarına maddi ve alt yapısal imkân sunan, yenilikçi projeleri teşvik eden, bilim kültürü ve merakının gelişimi için her yaş grubuna hitap eden kitap arşivi ile ülkemizde önemli bir yer tutmaktadır. Türkiye’nin Bilim, Teknoloji ve Yenilik (BTY) politikalarının belirlenmesi, akademik çalışmaların desteklenmesi, kamu araştırmaları, bilim insanı yetiştirme programları, bilim ve araştırmaya yönelik kitap, dergi, materyal ve bilim olimpiyatları organizasyonu gibi birçok alanda görev üstlenmiştir 

TÜBİTAK ülkemizdeki işlevini şu şekilde ifade etmektedir:

“Toplumumuzun yaşam kalitesinin artmasına ve ülkemizin sürdürülebilir gelişmesine hizmet eden, bilim ve teknoloji alanlarında yenilikçi, yönlendirici, katılımcı ve paylaşımcı bir kurum olma vizyonunu benimseyen  TÜBİTAK, akademik ve endüstriyel araştırma geliştirme çalışmalarını ve yenilikleri desteklemek, ulusal öncelikler doğrultusunda Araştırma-Teknoloji-Geliştirme çalışması yürüten Ar-Ge enstitülerini işletme işlevlerinin yanı sıra, ülkemizin Bilim ve Teknoloji politikalarını belirlemekte ve toplumun her kesiminde bu farkındalığı artırmak üzere kitaplar ve dergiler yayımlamaktadır. Bilim insanlarının yurt içi ve yurt dışı akademik faaliyetleri burs ve ödüller ile desteklenmekte, özendirilmekte, üniversitelerimizin, kamu kurumlarımızın ve sanayimizin projeleri fonlanarak, ülkemizin rekabet gücünün artırılması hedeflenmektedir .” 

 Türkiye’nin radyasyon ve nükleer enerji politikalarına yön veren bir kurumdur. 1956 yılında Başbakanlığa bağlı olarak Ankara'da “ Atom Enerjisi Komisyonu Genel Sekreterliği” adıyla kurulmuş, 1982 yılında “Türkiye Atom Enerjisi Kurumu” olarak yeniden yapılanmıştır. Ülkemizin bilimsel, teknik ve ekonomik kal-kınmasında atom enerjisinden yararlanılmasını mümkün kılacak her türlü araştırma, geliştirme, inceleme ve çalışmayı yapmak ve yaptırmak, bu alanda yapılacak çalışmaları koordine ve teşvik etmek görevleri arasın-dadır. Ayrıca nükleer alanda görev yapacak personeli yetiştirmek veya gerektiğinde bunların yetiştirilmesine yardım etmek ve bu amaçla çalışan kuruluşlar ve yüksek öğretim kurumları ile iş birliği yapmak, nükleer konulardaki iç kaynaklı bursların dağıtımında önerilerde bulunmak, yabancı kaynaklı bursların dağıtımını yapmak, yurt içinde kurslar açmak ve açılmasına yardımcı olmak, yabancı ülkelere öğrenci ve personel gön-dermek, bunların yapacakları öğrenim ve çalışmaları planlamak ve izlemek görevleri arasındadır  

TSK’nin (Türk Silahlı Kuvvetleri) haberleşme ihtiyacını karşılamak amacıyla 1975 yılında Ankara’da kurulmuştur. ASELSAN, Türk Silahlı Kuvvetlerini Güçlendirme Vakfının bir kuruluşudur. Küresel pazarda ürettiği değerler ile sürdürülebilir büyümesini koruyan, rekabet gücü ile tercih edilen, stratejik bir ortak gibi güven duyulan, çevreye ve insana duyarlı, millî bir teknoloji firmasıdır. ASELSAN, Ar-Ge çalışmaları ile mühendislerin temel bilimleri teknolojiye dönüştürme faaliyetleri yanında doktora burs programlarıyla akademisyenlere bilimsel araştırmalar için imkân sağlamaktadır  .

Bilim araştırma merkezleri içeriğine, kuruluş amacına, aldığı desteğe, hedeflerine göre çeşitlilik göstermek-tedir. Bu merkezler yerel, ulusal ve uluslararası birçok alanda faaliyetlerini sürdürmektedir. Küreselleşen Dünya düzeni içinde bilim çalışmaları merkezîleşmeye doğru gitmektedir. Bu bağlamda tüm bilim insanlarının erişimi ve iş birlikli çalışması amacıyla bilim araştırma merkezlerine ihtiyaç doğmuştur.

Benzer çalışmaları yürüten ve aynı soruları soran pek çok araştırmacının fikirlerini tartışabileceği, ortak çalışmalar yürütebileceği bu alanlardan en önemlileri; Uluslararası Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA-National Aeronautics and Space Administration), Avrupa Uzay Ajansı (ESA-European Space Agency) ve Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi’dir (CERN (Sörn)-Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

 NASA’nın öncü kuruluşu olan Havacılık Alanında Ulusal Danışma Komitesi (National Advisory Committee for Aeronautics-NACA) uçaklar ve uçak kanatlarının hava ile etkileşimi üzerine çalışmaktaydı. 1957’de Sovyet Rusya’nın ilk insan yapımı uydusu olan Sputnik 1’i uzaya göndermesi uzay ve havacılık alanında rekabetin başlangıç noktası olmuştur. ABD bu gelişmenin üzerine 1958 yılında NACA’yı da bünyesine alıp geliştirerek NASA’yı kurmuştur.

NASA’nın kuruluş amaçları; evreni araştırmak, yeni bilimsel çalışmalara öncü olmak, hayatı kolaylaştıracak icat ve keşifler yapmak, dünya dışı yaşam olasılığını araştırmak, Güneş sistemini çözmek ve diğer gezenlere insanlı/insansız yolculuk şeklinde sıralanabilir. NASA günümüzde birçok araştırmacıyı bünyesinde toplamış ve uluslararası bir araştırma merkezi misyonu kazanmıştır. Uluslararası Uzay İstasyonu (UUİ) bunun en bili-nen örneğidir. Beş uzay ajansı (NASA, RKA, ESA, CSA, JAXA) tarafından on beş farklı ülkeyi temsil eden UUİ alçak dünya yörüngesinde birçok modülün birleştirilmesi ile oluşan, üzerinde insan yaşamına olanak sağla-yan yapay bir uydudur. Ayrıca fizik, kimya, biyoloji ve daha birçok alanda deneyler yapmaya imkân veren bir laboratuvardır. Uzay teknolojilerinin en gelişmiş bilim ve mühendislik projelerinden biridir.

NASA çalışmalarını sadece uzay alanı ile sınırlamak yanlış olur. NASA; kanser dedektörü, kablosuz aletler, ormanlık alanların azlığının tespiti, Hubble Uzay Teleskobu için geliştiren algoritmaların mamografi alanında kullanımı, dondurulmuş gıdalar, kulak termometresi, şarjlı el süpürgesi, zenginleştirilmiş bebek maması, acil durum battaniyesi, UV filtreli güneş gözlüğü gibi birçok keşfe imza atmıştır.

22 üye ülkenin katılımıyla Paris merkezli olarak kurulan ESA temel amacı Avrupa uzay programını hazırlamak ve yürütmektir. ESA, Güneş sis-temi ve evren üzerine bilgi toplamak ve uydu tabanlı teknoloji ve hizmetleri geliştirme alanlarında çalışmaktadır. 

Uzay yolculuklarında birçok amaçla kullanılan fırlatma araçlarından ESA’nın ürettiği Ariane 5, en bilinendir . Ülkelerin taleplerine göre yılda beş altı kez uzaya gönderilen Ariane 5, otuz yıldan fazla bir süredir ESA tarafından güncellenerek yürütülen bir projedir. 

 Bilim araştırma merkezlerinden bir diğeri de Fransızca kısaltılmış hâli CERN olan Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezidir . 1954 yılında on iki üye ülke ile kurulan CERN günümüzde yirmi üye ülkeye ulaşmıştır. Türkiye, adaylığı kabul edilmiş gözlemci statüsündedir. Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısına ev sahipliği yapan CERN, maddenin yapısını ve maddeyi bir arada tutan kuvvetleri araştırmaktadır. Parçacık hızlandırıcıları ve dedektör teknolojileri ile çok yüksek enerjilerde çarpışmalar gerçekleştirmek ve bu çarpışmaların sonucunda çok sayıda parçacığa erişmek CERN’ün temel amaçlarındandır. Fiziğin alt alanı yüksek enerji ve plazma fiziğinin laboratuvarı da olan CERN temel bilim araştırmalarının da merkezi hâline gelmiştir. 

 
Yapılan deneyler ve geliştirilen süper iletken teknolojisi ile temiz enerji kaynaklarına erişim, reaktör sistemlerinin gelişimi, bilişim teknolojileri, tıpta tanı ve tedavi uygulamaları, yeni elementlerin bulunuşu gibi birçok yenilik de CERN sayesinde hayatımıza girmektedir. CERN laboratuvarlarında parçacık hızlandırıcıları ve çarpıştırıcıları bulunur. Dünyadaki en büyük çarpıştırıcı olan büyük hadron çarpıştırıcısı (Large Hadron Colli-der-LHC) 26,7 km uzunluğunda bir çemberdir. Bu düzenek sayesinde atomaltı parçacıklarla ilgili henüz bilin-meyen bazı özelliklerin açıklanması amaçlanmaktadır. Bilginin sınırlarını zorlayan, evreni anlamaya çalışan ve yarının bilim insanlarını yetiştirmeyi hedefleyen CERN’de yapılan deneylerde farklı kültür ve milletlerden sayıları 3000’e yaklaşan fizikçi ve mühendis çalışmaktadır.