24 Ağustos 2016 Çarşamba

EVRİM KURAMI



Bu bloğun “Bilim” sayfalarında Charles Darwin başlığı altına bir şeyler yazmış ve onu daha çok düşünsel yeri ile ele almaya çalışmıştım. Burada ise kuşkusuz Darwin’den söz edecek, ama öncelikle evrim kuramını merkeze almaya özen göstereceğim. 

Önce Darwin’in aşağıda değineceğim ünlü yapıtında kullandığı “evrim” (evolution) sözcüğünün basitçe “değişim, tanımlamış hareketlerle değişim” olduğunu vurgulayarak başlıyayım. Dolayısıyla bütün konu bu hareketlerin tanımlanmasına indirgeniyor, evrim kuramı da aşağıdaki üç noktada yoğunlaşan gözlemlere ve bu konuya odaklanıyor:


  • Yeryüzündeki canlılar çok çeşitli
  • Çeşitli bireylerdeki farklı nitelikler, özellikler kalıtımla sonraki kuşaklara geçiyor
  • Canlılar yaşam için büyük bir rekabet içinde. Doğal seçim sonucunda çevreye uyum sağlayan yaşayıp üreyebiliyor.


Sanıyorum bu kısa girişin ardından bu kuram konusunda (kasıtlı veya kasıtsız olarak) yapılan üç yanlış değerlendirmeyi cevaplamalıyım. Birinci yanlış değerlendirme evrimin bir amaca yönelik bir gelişme olduğu; ikincisi şans etkisinin abartılması; üçüncüsü ise evrimin “sadece bir kuram” olduğunu vurgulayarak yapılan küçümsemeler. Aşağıdaki üç paragrafta bu üç yanlış değerlendirmeye değinmek istiyorum. 

Evrim (mistik ?) bir amaca, daha “karmaşık” biyolojik canlılara yönelik bir “gelişme” değildir. Yalnızca çevreye daha çok uyum sağlayan canlının yaşama ve üreme olanağı bulmasıdır. Bu konuda herhangi bir özellik, nitelik (trait) diğerinden daha gelişmiş veya üstün değildir. Şu anda yeryüzünde yaşayan farklı türler, farklı nitelikler kazanarak -kimi hızlı koşarak, kimi yüksekten uçarak, kimi koruyucu bir zırh geliştirerek- çevrelerine uyum sağlamış ve “başarılı” olmuştur. Homo sapiens de alet kullanmak, konuşmak, düşünmek, yazmak … yolunu izleyerek, -çita, kartal, kaplumbağa, karınca … gibi- “başarılı” olmuştur. Kurama yöneltilen önemli bir eleştiri “Pekiyi, evrim doğruysa neden diğer hayvanlar, özellikle de maymunlar dik yürümeye, konuşmaya, alet kullanmaya başlamadılar?” Yanıt çok açık çünkü onlar başka yöntemlerle çevreye uyum sağlayarak “başardılar”. Yeryüzünde bu kadar çok türün olmasının nedeni de her bir türün farklı yollar izleyebilmesi.  Eğer başarı için az sayıda yol olsaydı türlerin azaldığını ve sonuç olarak tür sayısının bu küçük sayıya indirgendiğini görürdük.

İkinci konu evrimde şansın rolünün abartılı olarak sunulmasıdır. Evrim kuramını eleştirenler “Bir saati oluşturan bütün parçaları bir kutuya koyup sallasak bir saat oluşur mu?” sorusunu sorar ve bir “saatçiye” gereksinim olduğu, yaşamda gözlediğimiz karmaşık organizmalar, “mucize” özellikler için akıllı, bilinçli tasarım gerektiği sonucuna yönelirler. Oysa evrim kuramı hiçbir zaman karmaşık organizmaların şans eseri bir araya gelen “parçalardan” bir anda oluştuğunu söylemez. Söz konusu olan milyarlarca yıl boyunca küçük adımlarla süren ve seçim (selection) içeren bir evrimdir. (Güncel tahminlere göre yeryüzü 4,5 Milyar yaşında, yeryüzündeki ilk yaşam da 3,8 Milyar yıl önce başladı). Kalıtımda yumurtanın döllenip ana ve babadan gelen genlerin yeni bir DNA oluşturmasında kuşkusuz “şansın” rolü var. Ayrıca yeryüzünün bugünkü halini almasında rolü olan jeolojik veya meteorolojik olayların bazılarında da şans etkin. Ama bu gibi şanslar basit birimlerin bir anda karmaşık bir organizma oluşturması gibi değil
.
Yine çok rastladığımız bir tutum evrim kuramının (theory) “yalızca bir kuram” olduğu görüşüdür. Bu görüşün arkasında kuşkusuz bulunabilecek bazı kanıtlarla bu kuramın yanlışlığının gösterilebileceği umudu vardır. Oysa “bilimsel kuram”, bilimsel yöntemlerle elde edilen ve gözlem ve deneylerle defalarca doğrulanan açıklamalardır. Doğrulanacak “hipotez” değildir. Diğer bir anlatımla bilim kuramlardan oluşur. Eğer “bilimsel yasaların” (scientific law) kesin olduğu, kuramların ise değişebileceği söylenmek isteniyorsa bilimsel yasanın, gözlenen bilimsel gerçeklerin (scientific fact) genel ifadesi (statement) olduğu belirtilebilir. Kısacası kuramın açıkladığını, yasanın -neden göstermeden- ifade ettiğini vurgulayayım. (Einstein’in Özel Görecelik Kuramı / Newton’un hareket yasaları gibi). Kesinlik açısından bunların arasında bir fark olmadığını, bilimsel kuşku ve gelişme gereğince yeni gözlemler yapıldıkça her ikisinin de yenilenebileceğini belirtmeliyim. Örneğin –ilgili bölümde ele aldığımız gibi, yüksek hızlarda yapılan gözlemler ve deneyler sonucunda Newton Yasaları Einstein’in Özel Görecelik Kuramı ile geliştirildi. Birkaç gün önce aramızdan ayrılan Tıp ve Felsefe doktoru Prof. Dr. Yaman Örs’ün, “Evrim Kuramının Dayanılmaz Bilimselliği” adlı kitabında evrim kuramı özelinde “kuramın” ne olduğu, ne olmadığını ayrıntıları ile çok güzel anlattığını belirtmeliyim.

 19. Yüzyılda jeoloji ve fosil incelemeleri konusunda yapılan incelemeler yeryüzünde ve canlıların yaşamında önemli bir değişim olduğu, eskiden yaşayan birçok canlı türünün artık yaşamadığı, hatta bazı canlıların bir tür “evrim” geçirdiği gözlenmişti. O günlerde kiliseden biraz da çekinerek kullanılan terim türlerin dönüşümüydü (transmutation of species). Ama çözülemeyen bu değişimin nasılıydı.

Büyük doğa bilimci ve jeolog Charles Darwin’in (1809 – 1882) yaşamı sanırım Beagle gemisiyle yaptığı 5 yıl (1831 – 1836) süren yolculuk öncesi ve sonrası diye ikiye ayrılabilir:

Varlıklı bir aileden gelen genç Charles Darwin bu gemiye binmeden önce de büyük bir doğa tutkunuydu. Diğer yandan da bir rahip adayı ve kendini Hristiyanlığa adamış bir genç adamdı. Hatta bu yolculuğu Kutsal Kitabını kanıtlamak için bir fırsat olarak görüyordu.
Kutsal Kitapta Eski Antlaşmanın (Old Testament) Yaradılış (Genesis) bölümünde yeryüzünün ve canlıların yaradılışı şöyle anlatılıyordu:

(1: 9) Tanrı, "Göğün altındaki sular bir yere toplansın ve kuru toprak görünsün" diye buyurdu ve öyle oldu.
(1: 10) Kuru alana "Kara", toplanan sulara "Deniz" adını verdi. Tanrı bunun iyi olduğunu gördü.
(1: 21) Tanrı büyük deniz canavarlarını, sularda kaynaşan bütün canlıları ve uçan varlıkları türlerine göre yarattı.
(1: 25) Tanrı türlü türlü yabanıl hayvan, evcil hayvan, sürüngen yarattı. Bunun iyi olduğunu gördü.
(1: 26) Tanrı, "İnsanı kendi suretimizde, kendimize benzer yaratalım" dedi, "Denizdeki balıklara, gökteki kuşlara, evcil hayvanlara, sürüngenlere, yeryüzünün tümüne egemen olsun."
(1: 27) Tanrı insanı kendi suretinde yarattı. Böylece insan Tanrı suretinde yaratılmış oldu.
(2: 2) Tanrı yapmakta olduğu işi yedinci gün bitirdi. O gün işi bırakıp dinlendi.

Kuşkusuz Nuh Tufanı bölümü de konuyla ilgilidir:

(6: 12) Tanrı yeryüzüne baktı ve her şeyin ne denli bozulduğunu gördü. Çünkü insanlar yoldan çıkmıştı.
(6: 13) Tanrı Nuh'a, "İnsanlığa son vereceğim" dedi. "Çünkü onların yüzünden yeryüzü zorbalık doldu. Onlarla birlikte yeryüzünü de yok edeceğim”.
(6: 18) Ama seninle antlaşmamı sürdüreceğim. Oğulların, karın, gelinlerinle birlikte gemiye bin.
(6: 19) Sağ kalabilmeleri için, her canlı türünden bir erkek, bir dişi olmak üzere birer çifti gemiye al.

Beagle, 2 direkli, 27 m boyunda, içine 74 kişinin sıkış tepiş sığdığı bir gemiydi. İngiliz donanması bu gemiyi özellikle Güney Amerika sahillerinde harita çalışmaları yapmak için görevlendirmiş, jeoloji ve doğa bilim incelemeleri yapabilecek bir uzmanın –giderlerini kendi karşılaması koşuluyla- gemiye alınmasına izin vermişti. İşte bu uzman olarak görev alan genç Darwin’in kamarası o kadar küçüktü ki yattığında ayaklarını uzatabilmesi için ayakucundaki dolaptan bir çekmece çıkartmak zorunda kaldı.

Yolculuk sırasında canlıların çeşitliği karşısında hayrete düşmesi bu titiz bilim insanının kuramını oluşturması yönünde ilk adım oldu. Avrupalıların bildiğinden çok farklı birçok canlı türü ve fosil vardı. Örneğin Patagonya’da soyu tükenmiş büyük memelilerin fosilleşmiş kemikleri, volkanik kayalıklardan oluşan Galapagos adalarında 90 cm boyunda dev deniz ve kara kertenkeleleri (iguana), 1,5 m boyunda dev kaplumbağalar, tropik ormanlardaki kuşların çeşitliliği, yelkene benzeyen bir ağ örerek onunla uçan bir örümcek Darwin’i çok etkiledi. (Galapagos İspanyolca’da büyük kaplumbağa demektir.)

Brezilya Punta Alta bölgesinde kum ve çakıllardan oluşmuş tabakaların arasındaki bir kil tabakasında fildişine benzeyen kocaman bir diş, çok iri bir çift pençe, hipopotam kafasını andıran bir kafatası, çok büyük pullu bir kaplumbağa kabuğu buldu. Bu kalıntılar yaşayan benzeri hayvanlara göre çok, çok büyüktü. Daha önce de büyük canlılara ait birkaç fosil bulunmuş (Arjantin’de iri bir tembel hayvan ve Ekvator’da mamut) fakat nedense doğa bilimcilerinin pek dikkatini çekmemişti. Jeolojik dönemlerde milyonlarca yıl süren hareketlilikler sırasında bazı türlerin soyunu tükenmesi anlaşılabilirdi. Oysa bu memelilerin fosillerinin modern deniz kabuklularının yanında bulunması büyük jeolojik hareketlerin veya iklim değişikliklerinin olmadığı çok daha yakın bir dönemde yaşadıklarını gösteriyordu. Soylarının tükenmesi için başka nedenler olmalıydı.

Bir başka bilmece de bulduğu bir tür ata ait kemiklerdi. 16. Yüzyılda İspanyol ve Portekizli askerler gelmeden önce Güney Amerika’da at yoktu. Acaba bu canlı türlerinin durmadan değiştiğini, çevreye uyamayanların yok olduğunu mu gösteriyordu?

Güney Amerika’nın en Güney ucunda Tierra Del Fuego’da yerlileri gördüğünde Darwin’in düşündüğü ilk şey onların uygar insanlardan çok vahşi hayvanlara yakın olduklarıydı.
Darwin yolculuğunda canlıların vahşi ortamda amansız rekabetini de izledi. Brezilya ormanlarında pepsis cinsine ait bir eşekarısı ile lycosa’lardan bir örümceğin birbirleriyle tutuştukları ölümüne bir savaşı seyretti. Bir karınca sürüsünden telaş içinde kaçmaya çalışan küçük memelileri gözledi. Hatta Patagonya’da yerlileri (Gaucho) çok sevdi. Ama acımasız İspanyol General Rossas ile karşılaşınca yerlilerin yaşama şansının olmadığını gördü.

Daha yolculuğunun ilk yılında “Gerçeğin bu dünyada yapılacak uygulamalı araştırmalar sonucunda ortaya çıkacağı” düşüncesi Darwin’e egemen oluyordu. Gemi Buenos Aires’e yanaştığında İngiltere’ye dönünce içinde biriken kuşkular nedeniyle rahip olamayacağını anlamıştı. Ama bunu ailesine söylemekten çekindi.

Galapagos adaları Darwin’in kuramını geliştirmesine çok önemli yer tutar. Bu adalar Ekvator açıklarında, deniz ulaşım yollarından uzakta,  birbirinden 70-80 km ile ayrılmış çirkin volkanik kayalıklardan ibarettir. Ama iguanaların, dev kaplumbağaların yanında Darwin ispinoz (finch) kuşlarının gagalarının her adada farklı olduğunu gözledi: “Bir adadaki kuşlar tohum ve fıstık kabuklarını kırmak için güçlü ve kalın gagalar geliştirmişler; başkasında da meyve ve çiçeklerden beslenmeyi kolaylaştıran daha küçük gagalar. Hatta bir kaktüs dikeni kullanarak kurtları yuvalarından çıkartan bir kuş türü bile vardı… Açıkça görülen şuydu: Kuşlar farklı adalarda farklı yiyecekler bulmuş ve buna uyum sağlamıştı.  Bu kuşlar Galapagos adalarında gelen ilk kuşlardı ve rakipleri yoktu. Örneğin ana karadaki ağaçkakan Galapagos adalarına gelebilseydi ağaçkakan ispinozu gelişmeyecekti”:

Sonuç olarak canlılar Kutsal Kitapta yazıldığı gibi bir anda ve “türlerine göre” yaratılmamışlar, sürekli bir değişim içinde kendilerini koşullara uydurmuşlardı.

Biyolojik olaylar ile canlıların yaşamı çok ilişkiliydi. Eski Antlaşmanın Yaradılış Bölümü yeryüzünün bir anda yaratıldığını Nuh Tufanı efsanesi ise denizin yükseldiğini ve karaları kapadığını söylüyordu. Yükseklerde bulunan deniz kabukları konusunda yapılabilecek bir diğer açıklama da karanın yükselmesi olabilirdi. Güney Amerika’nın Doğu Kıyısında yaptığı yolculuk sonucunda Darwin, bu kıyının oldukça yakın sayılabilecek zamanlarda denizden yükseldiğine inanmıştı. Batı kıyısına geçince ise bu konuda yeni kanıtlar topladı. Ant dağlarında 2000 metrenin üzerindeki bir irtifada taşlaşmış ağaç fosilleri gördü.  Kara yükselirken önce ormanlar yükselmiş, soğuğun etkisiyle bitki örtüsü ölmüş, ağaçlar donmuştu. Galapagos adaları da karanın yükselmesi ve volkanların patlaması ile nispeten “yakın” zamanlarda oluşmuştu.

18 Ocak 1835’de Beagle Chiloe Adasının San Carlos limanındayken tayfalar gökyüzünde büyük bir ateş topu gördüler. Kıyıdan 15 km içerideki Osorno yanardağı patlamıştı. Sonradan anlaşıldı ki 770 km Kuzeydeki Aconagua ve 4350 km Kuzeydeki Coseguina yanardağı da aynı anda patlamıştı. Tam 4 hafta sonra Beagle Şili’nin Valdivya Limanına demirledi. 20 Şubat 1835’de büyük bir deprem yaşadılar ve karanın birkaç metre yükseldiğini gördüler. Kara, yalnızca bir depremde birkaç metre yükseliyorsa jeolojik çağlar boyu binlerce metre yükselebilirdi. “Ne kadar korkutucu olursa olsun burada (Şili’de) ince bir yer kabuğu tabakası altında erimiş mineral gölü bulunuyor”. 

Dönüş yolunda Yeni Zelanda ve Avustralya kıyılarında mercan kolonilerinin atolleri oluşturmasını inceledi. Mecran 37 m’den daha fazla derinde yaşayamıyor, deniz tabanı battıkça ölenlerin üzerinde yeni mercanlar oluşuyordu. Kısacası Ant dağları yükselirken Pasifik okyanusunun öbür ucunda okyanus tabanı alçalıyordu.

İngiltere’ye döndükten sonra da bu konudaki çalışmalarını büyük bir yoğunlukta ve titizlikle sürdürdü. 1838’de –kendi ifadesiyle eğlenmek için- okuduğu Thomas Malthus’un (1766 – 1834) “Nüfus İlkesi Hakkında bir Makale - An Essay on the Principle of Population” adlı makalesi bilmecenin eksik parçasını verdi. Aslında bu makale pek de yeni değildi, 1798’de yazılmıştı. Makalede insan nüfusunun her 25 yılda iki katına çıktığı belirtiliyordu. Malthus bu araştırmayı nüfus artışının toplumsal sonuçlarını değerlendirmek için yapmıştı. Ama Darwin olayı başka bir açıdan değerlendirdi: Canlılar çevrenin kendilerine sağladığı olanaktan daha fazla ürüyor, sürekli bir kıtlık tehlikesi altında rekabet içinde yaşıyorlardı.  İsveçli botanikçi A. P. de Candolle (1778 – 1841) doğal yaşamda varlıklarını sürdüren bitkilerin sayısının yaklaşık aynı kaldığını,  uygun değişimlerin (variation)  yaşayıp değişimlerinin gelecek kuşaklara geçirdiğini, uygun olmayan değişimlerin kaybolduğunu söylemişti. Böylece Darwin doğal seçim (natural selection) terimini geliştirdi. Bu terimi yapay seçim (artificial selection) terimine karşıt olarak kullandı. Binlerce yıldır yararlı özellikleri olan bitki ve hayvanları üreterek yapay seçim yapılıyordu.  Sonuç olarak Darwin 1840 dolayında değişimin doğal, kutsal olmayan bir mekanizma ile gerçekleştiğini gözlediğini söyleyebiliriz.

Darwin’in ulaştığı sonuçları kabul etmesinin kendisi için de hiç kolay olmadığını belirtmeliyiz. Kendi sözlerine dönersek: “İnançsızlık bana çok yavaş yaklaştı; ancak sonunda kesinleşti. O kadar yavaş geldi ki hiç üzüntü hissetmedim. O günden bu yana da sonuçlarımın doğru oluğu konusunda bir saniye bile kuşku duymadım.

1844’de Darwin kendi ölçülerine göre kısa sayılabilecek 200 sayfalık makale yazdı. Ama basıma göndermedi. Kendisi beklenmedik bir biçimde ölürse basılması için eşine verdi.

Burada küçük bir parantez açıp Alfred Russel Wallace’den (1823 – 1913) söz etmeliyim. Darwin’in gölgesinde kalmış olmakla birlikte evrim kuramının çatısını -hemen hemen aynı dönemde- oluşturan bir doğa bilimcisi olan Wallace’ın öncelikle Darwin gibi varlıklı olmadığını belirtmeliyiz. Wallace da yaklaşık 4 yıl süren bir gemi yolculuğunda incelemeler yaptı. Darwin’in Beagle gemisi ile yaptığı deniz yolculuğunda, gemi bir limana yanaştığında Darwin dağlarda-ormanlarda incelemeler yapıyordu. Bu amaçla tuttuğu yardımcıların, yük hayvanlarının gideri varlıklı Darwin ailesi tarafından karşılanıyordu. Wallace’ın ise böyle bir olanağı yoktu. Yolculuğunun tüm giderlerini burslar ve yardımlarla karşılamak zorundaydı.  Ek bir zorluk da İngiltere’ye döndüğünde gemide çıkan bir yangında topladığı örneklerin ve tuttuğu notların yanması oldu. Yine de 1855 yılında kısa bir makale ile gözlemlerini yazabildi. 

1858 başında sıtma nöbetinin yüksek ateşi altında Wallace ölümün eşiğinde çevreye uyum için rekabetin önemini adeta yaşadı ve o da “doğal seçim” kavramını geliştirdi. Sıtma nöbetini atlattıktan hemen sonra 20 sayfa uzunluğunda günümüzde bildiğimiz evrim ilkelerini özetleyen “Türlerin Özgün Biçimlerinden Geri Dönülmez Biçimde Farklılaşması Üzerine - On the Tendencies of Varieties to Depart Indefinitely from the Original Type” başlıklı bir makale yazdı ve yine şanssızlığının bir başka örneği olarak görüşünü almak için Darwin’e gönderdi. Makalesini Lyell tarafından basılması için göndermeden önce Darwin’in görüşünü almak istiyordu. Darwin namuslu bir bilim insanından bekleneceği gibi makaleyi övgü dolu bir mektup eşliğinde Lyell’e gönderdi. Diğer yandan Wallace’ın makalesi Darwin’e artık çalışmalarının sonucunu yayınlaması, daha fazla bekletmemesi için son uyarı oldu ve 1559 sonunda “Doğal Seçimle Türlerin Kökeni Üzerine - On the Origin of Species by Means of Natural Selection” adlı 500 sayfalık ünlü kitabını bastı. 

Darwin’in kuramını yazmak için neden 20 yıl beklediği hep sorulur. Bazıları kiliseden çekindiğini söyler bazıları da çok titiz karakteri nedeniyle bir türlü kapsamlı kitabını bitiremediğini öne sürer. Sanırım her ikisi de geçerli. Ortaçağın engizisyonu olmasa da Kraliçe Victoria döneminde Kilisenin toplum yaşamındaki yeri çok önemli.  Üstelik 17.Yüzyılda İrlanda Başpiskoposu James Ussher ve Cambridge Üniversitesinden Dr. John Lightfoot bir dizi çalışma yapmış, Peygamberlerin yaşam sürelerini toplayıp dünyanın İ. Ö. 4004 yılının 23 Ekim Pazar günü sabah saat 9.00’da yaratıldığını hesaplamıştı.  19. Yüzyıl ortalarında bile bu konu bilim çevrelerinde tartışılmakla birlikte İngiltere’de yaygın olan İncil’in King James çevirisinde yer alıyordu. 

“Türlerin Kökeni” basılıp bilim çevrelerinde kapışılarak okunmasının hemen ardından, 1860 Haziran ayında Oxford Üniversitesinde yapılan bir bilimsel toplantıyı Oxford Piskoposu resmi kıyafeti ve kendine eşik eden din adamları ile adeta bastı. Toplantıda Darwin yoktu. Ama Darwin’in yakın çevresinden evrim kuramını savunan T. H. Huxley’e katılımcılar arasındaydı. Piskopos Huxley’e dönüp küstahça “siz büyükanne tarafından mı, yoksa büyükbaba tarafından mı maymunlarla akrabasınız?” diye sordu. Ne var ki Huxley de hiç kolay yenilir bir rakip değildi. O da “Tanrı onu bana havale etti” diye söylenerek ayağa kalktı ve “maymun soyundan gelmeyi, kültürünü ve belagatini önyargının ve yalanın hizmetine peşkeş çeken bir insanın soyundan gelmeye tercih ederim” dedi. (Bereket engizisyon günleri geride kalmış!). Darwin bu konuda tam bir bilim adamı sağduyusu ile adeta bilim metodunu öğretir: “İnsanın kökeninin asla bilinemeyeceğini sık sık, hiç duraksamadan ileri sürülmüştür.  Ama duraksamamak, bilgiden çok bilgisizlikten doğar. Şu ya da bu problemi bilimin asla çözemeyeceğini ileri sürenler çok bilenler değil, az bilenlerdir.”

Okyanusların, karaların hareket ettiği ve canlı türlerinin değiştiği bilim çevrelerinde hiçbir kuşkuya yol açmadan kabul edildi. Ama Darwin/Wallace’ın tanımladığı gibi doğal seçimin evrimin itici gücü olduğu bilim çevrelerinde 1920-30’lara dek ancak kısmen kabul edildi. Doğal seçim mekanizması evrimin nedenlerinden yalızca biri (hatta bazen pek de önemli olmayan bir etken) olarak değerlendirildi Bu konuda 1871’de İnsanın Türeyişi – The Decent of Man kitabında Darwin’in şunları yazdığını görüyoruz: “Kimileri doğal seçimin önemini büyük ölçüde abarttığımı ileri sürmekte. Böyle olup olmadığı gereği gibi ileride ortaya çıkacaktır.

19. Yüzyıl ikinci yarısında büyük biyolog Jean Baptiste Lamarc’ın (1744 – 1829) evrimin itici gücünün yaşam sırasında “kazanılan” (acquired) nitelikler olduğuna ilişkin görüşleri egemendi. Örneğin Lamarc ağaçların yüksek dallarına uzanarak boynu uzayan zürafanın bu niteliklerini gelecek kuşağa geçirdiğini ve bunun evrimi sağladığını düşünüyordu.

Ayrıca kalıtım konusunda genellikle “Karışım” (blending) kavramı benimseniyordu. Örnek olarak boy niteliğini ele alırsak. Uzun bir baba ve kısa bir annenin çocuğunun orta boylu olması öngörülüyordu. Eğer bu doğru olsa niteliğin bir sonraki kuşağa “seyreltilmiş” bir türevinin geçmesi gerekecek ve evrim süreci -en azından- yavaşlayacaktı.

Aslında George Mendel (1822 – 1884) bezelye (pea) bitkileri üzerinde çalışarak kalıtım kurallarını 1860’da yayınlamış, ama görüşleri pek de anlaşılmamıştı. Hatta Mendel  “kalıtım birimi” (unit of inheritance) terimini kullanmıştı. (Günümüzde bu birime gen diyoruz!) Mendel kalıtımda bir “karışım” olmadığını, bunun yerine en azından bazı niteliklerin bu kalıtım birimlerini değişmeden ebeveynden sonraki kuşağa aktarıldığını göstermişti. İkinci olarak, en azından bazı niteliklerde, ana ve babadan birer kalıtım birimi, bir sonraki kuşağa aktarılıyordu. Üçüncü olarak da yine en azından bazı nitelikler için, bir sonraki kuşakta görülmeyen nitelik daha sonraki kuşaklarda görülebiliyordu. Kısacası bireyde görülmese de bir özelliği, birey kendinden sonraki kuşaklara aktarabiliyordu. (Bu kavram sonradan genotip (genotype) ve fenotip (phenotype) terimleriyle anlatılmaya başlandı. Organizmanın ebeveynlerinden aldığı tüm kalıtım birimleri genotip; organizmanın kendisinin gösterdiği nitelikler fenotip olarak tanımlandı.) 

Darwin Evrim Kuramı ile insanlığın serüveninde büyük bir dönüşüm sağlamış, dünya görüşümüzü değiştirmiş oldu. Bu nedenle seri yazıların ana konusu açısından öykünün kalan kısmını hızlı geçebilirim. Mendel’in çalışmaları 1900’de adeta yeniden keşfedildi.  1930’larda kromozomların DNA (DeoxyriboNucleic Acid) içerdiği anlaşıldı, 1940’larda genlerin bir biçimde proteinleri kodladığı gözlendi. Sonuç olarak 1950’lerde kalıtımın genel çerçevesi çizilmişti. Günümüzde uzun bir baba ve kısa bir annenin çocuğunun kısa ya da uzun olabileceğini, ama diğer özelliğin de kalıtımla onların çocuklarına ve torunlarına aktarılacağını; kazanılmış yeteneklerin genlere ve dolayısıyla gelecek kuşaklara geçmediğini; kısacası tıpkı Darwin’in öngördüğü gibi doğal seçimin, evrimin itici gücü olduğunu biliyoruz.

23 Ağustos 2016 Salı

GARİP BİR RESİM: KUANTUM KURAMI VE YORUMLARI



19. Yüzyıl sonunda 20. Yüzyıl başında karşılaştığımız bilmecelerin bir kısmına Özel ve Genel Görecelik Kuramları ile yanıt verildiğini görmüştük. Şimdi de 1920’lerde Kuantum Kuramı ile gelen açıklamaları ve bu kuramın farklı yorumlarını özetleyelim.
Özel Görecelik Kuramının günlük yaşamda karşılaşmadığımız çok yüksek hızlarda gündeme gelmesi gibi Kuantum Kuramı da günlük yaşamda karşılaşmadığımız çok küçük kuantum varlıkları (quantum entity) ile gündeme geliyor. Kuantum varlıkları olarak elektron ve proton benzeri atom altı (sub atomic) parçacıkları, fotonları (ışık birimleri), radyoaktif çözülme (radioactive decay) ile oluşan varlıkları sıralayabiliriz. Bu saydıklarımın kuantum varlığı olduğu konusunda bir görüş ayrılığı olmasa da daha büyük varlıkların da bu tür parçacıklardan oluştuğu düşünüldüğünde sınırın belirlenmesi konusunda nasıl zorlanacağımıza ilerde Schrödinger’in Kedisi ile değinmeye çalışacağım.

PARÇACIK / DALGA

Temel olarak katı cisimler sınırlı bir bölgede yoğunlaşmış nesnelerdir ve birbirleriyle çarpıştıklarında da sekerler, parçalanırlar. Bunlarla -örneğin yüksekten düşen bir taş veya eğik olarak ateşlenen bir top mermisi ile- ilgili hareket kuramını ve matematiğini yüzyıllardır biliyoruz ve okullarımızda öğretiyoruz. Kuantum varlıklarının da eğer parçacık iseler bu kurallara uygun davranmasını bekliyoruz. 

Dalgalar ise çok daha büyük bir bölgeye yayılır ve birbirleriyle girişim dediğimiz biçimde birleşip yeni dalgalar oluşturabilir veya birbirini yutabilirler:

1800’lerin başından beri girişim örüntüleri inceleniyor ve fiziğin optik, elektromanyetik, akustik gibi dallarıyla ilgili matematikte dalgalar da çalışılıyordu. Kuantum varlıkları dalga iseler bu kez dalgalar gibi davranmalarını bekleriz.

20. Yüzyılın başında kuantum varlıklarıyla ilgili ilginç gözlemler yapıldı ve bunların bilinen kuramlarla açıklanamayan hem parçacık hem de dalga özellikleri gösterdikleri gözlendi. Şimdi bu ilginç deneylere bir bakalım.

Deney 1

Elektronların parçacık mı, dalga mı olduğunu sınamak için aşağıda görüldüğü gibi iki yarık içeren bir deney düzeneği düşünülebilir. Eğer elektronlar paracık ise şekilde görüldüğü gibi gözlem düzlemi üzerinde belirgin iki bölgede izlerin yoğunlaşması beklenecektir:

Yukarıda değindiğim gibi dalga özellikleri ve girişimin oluşturduğu çizgiler uzun süredir inceleniyordu:

Deneyimizdeki elektronlar dalga ise bir girişim örüntüsü ile bir dizi çizgi oluşturacaktır:

Böyle bir deney yapıldığında gözlem düzleminde belirgin şekilde bir girişim örüntüsü oluşturur ve elektronların parçacık değil dalga olduğunu gözlemlenir.

Deney 2

Şimdi deney düzeneğini biraz değiştirelim ve yarıkların üzerine birer elektron sezici (elektron detector) ekleyelim:

       Eğer elektronlar parçacık ise bu parçacık ya üstteki yarıktan, ya da alttaki yarıktan geçecek ve sezicilerden yalnızca biri elektronu sezecek, iki sezici aynı anda sezmeyecek;eğer elektronlar dalga ise dalga her iki yarığa da aynı anda ulaştığından her iki sezici de aynı anda sezecektir.

Deney bu biçimde yapıldığında ise iki sezicinin aynı anda sezmediği gözlenir ve elektronun dalga değil parçacık olduğu sonucuna varılır.

Benzer deneyi bir elektron kaynağı yerine ışık kaynağı kullanarak fotonlar için de yapabiliriz. Yine hem şekildeki gözlem düzeyi üzerinde girişim çizgileri oluştuğunu hem de foton sezicileri çalıştığında -iki sezicinin aynı anda sezmediğini- ışığın hem dalga hem de parçacık özelliği gösterdiğini gözlemleriz:

Bu deneylerin sonucu: Eğer deneyde kuantum varlıklarını sezen bir düzenek varsa kuantum varlıkları parçacık; yoksa dalga özellikleri gösterirler! Yani sonuç gözlem yapılıp yapılmadığına bağlıdır! Bir elektron veya foton yakında kendini ölçen bir sezicinin olduğunu nasıl anlıyor? Bu kuantum evreninde “ölçüm sorunu” (measurement problem) olarak bilinen sorundur.

KUANTUM MATEMATİĞİ

Gündelik yaşamımızda karşılaştığımız hareket denklemleri –örneğin yüksekten düşen bir topa ilişkin denklemler- genellikle dalga değil parçacık denklemleridir ve sonuçları da düşen topun şimdiki veya gelecekteki hız, ivme, konum gibi niteliklerini (attribute) kesin olarak verir.
Kuantum matematiği ise elektromanyetik, optik gibi konularda kullandığımız gibi dalga matematiğidir. Ayrıca bu matematiğin sonuçları olasılıksaldır. Kuantum denklemleri örneğin bir elektronun çeşitli konumlarda sezilmesinin olasılıklarını verir. 

Kuantum fiziğinin ve matematiğini “anlamakta” zorlanmamızın temelinde sanırım yüzyıllardır alıştığımız kavramlardan ve matematikten bu iki notada farklı olması yatıyor. Benim amacım kuantum matematiği kapsamı hakkında genel bir kanı oluşturacak bilgiler vermek.

Öncelikle iki kavramı ele almalıyız:

  • Dalgalar belirli dalga aileleri (wave family) içinde oluşurlar. Ses dalgalarından örnek verirsek keman ile viyolonselin çıkarttığı dalgalar birbirinden farklıdır. Ama birçok benzerlikleri de vardır. Çünkü ikisi de yaylı çalgılar dalga ailesinin birer üyesidir. Benzer biçimde vurmalı çalgılar, tahta nefesliler vb. gibi farklı dalga aileleri olduğunu da söyleyebiliriz.
  • Bir dalga ailesinin oluşturduğu bir dalga bir diğer bir dalga ailesinden dalgalar tarafından da oluşturulabilir. Yine ses dalgaları alanından örnek verirsek piyano veya kontrbasın vurmalı çalgılar ailesinden sesler üretebilmesini, büyük bir kilise orgunda üretilen ses dalgalarının bir elektronik klavyede üretilebilmesini örnek verebiliriz.

Bu kavramlara değindikten sonra kuantum kuramını üç adımda özetleyebiliriz:
  1. Bir kuantum sisteminin durumu (state) bir dalga matematiği parçası ile gösterilir ve dalga işlevi (wave function) diye anılır. Örneğin belirli durumdaki bir elektron bir dalga işlevi ile gösterilebilir.
  2. Bir kuantum sistemi üzerinde yapılan her ölçüm bir dalga ailesi ile ilişkilidir. Elektronun konumunu ölçmek istediğimizi düşünelim. Söz konusu olan birçok dalga ailesinden biri bu ölçümle ilgili olacaktır. Elektronun momentumu veya dönüşü (spin) başka dalga aileleri ile ilişkilidir.
  3. Bir kuantum sistemi üzerinde yapılan her ölçümün çıktısı hakkında yapılan her öngörü o ölçümle ilişkili dalga ailesinin ilgili dalgalarıdır. Olayı basitleştirmek için konum ölçümüyle ilgili dalga ailesinden yalnızca iki dalganın konumu oluşturduğunu düşünelim. Bu durumda elektronun belirli olasılıklarla iki konumdan birinde olması beklenir.

KUANTUM KURAMININ YORUMLANMASI

Kuantum Kuramının, denklemlerinin bu konudaki gözlemleri ve deneyleri açıklama yönünden belki de fiziğin en güçlü kuramı olduğunu; diğer yandan bu kuramın günlük yaşamımızda tanık olduğumuz gerçeklik açısından yorumlanmasının çok garip bir resim oluşturduğunu belirtmeliyim.
Bu garip resmi tartışmak için daha önce ele aldıklarımıza benzer, ama çok daha basit bir deney düzeneği düşünelim:

Yarı Geçirgen Yarı Yansıtan Düzlemin geçirdiği fotonları A yolundaki sezici seziyor; yansıttığı fotonları da B yolundaki sezici seziyor. Daha önceki deneylerde gördüğümüz gibi –düzenekte seziciler olduğuna göre- seziciler aynı anda sezmeyeceklerdir. Kaynaktan çıkan fotonların %50 olasılıkla geçtiğini, %50 olasılıkla yansıtıldığını var sayalım.
Yukarıda geliştirdiğimiz terimleri kullanırsak foton kaynağından çıkan fotonların, A yolundan giden fotonların ve B yolundan giden fotonların ayrı durumları olacaktır. Geçirilen fotonlar ile yansıtılan fotonların toplamı foton kaynağından çıkan fotonlar olduğuna göre geçirilen fotonların durumu ile yansıtılan fotonların durumunu üst üste koyduğumuzda (superpose) foton kaynağından çıkan fotonların durumunu elde ederiz.
Şimdi bir fotonun kaynaktan çıktığını ve Yarı Geçirgen Yarı Yansıtan Düzleme yaklaştığını düşünelim. Bunun bir dalga işlevi vardır ve iki tane gelecek durumun (A ve B yolları) üst üste binmesinden oluşur. Bu fotonun Yarı Geçirgen Yarı Yansıtan Düzlemden geçtiğini, A yolunda ilerlediğini ve bu yoldaki sezici tarafından sezildiğini düşünelim. Bu yolla ilgili durum etkindir. Pekiyi, B yolu ile ilgili duruma, ilgili dalga işlevine ne oldu? Ölçüm bu durumu çökertti mi (collapse)? Artık tek durumlu bir sistem mi var? İşte yukarıda değindiğim ölçüm sorunu bu belirsizliğin görünümüdür.  Sorunu olasılık terimleriyle açıklamak çok kolaydır. Fotonun %50 olasılıkla A yolunu seçmesini bekliyorduk. Ama gelecek durumu Yarı Geçirgen Yarı Yansıtan Düzlemden çıkmadan öngöremedik. Bu konudaki belirsizliğin bizi neden rahatsız ettiğini anlamak için alıştığımız gerçeklikte yüksekten top düşmesi örneği ile karşılaştıralım. Daha önce belirttiğim gibi topun nereye, hangi hızla, ne zaman düşeceğini, bütün niteliklerini (attribute) bilmeye alışkınız. Kuantum varlıklarının ise kitleleri gibi kesin nitelikleri var. Ama konumları gibi olasılıksal nitelikleri de var.
Kuşkusuz bu konuda birçok yorum geliştirilmiş. Örneğin Einstein kuantum denklemlerinde bazı eksikler olduğunu düşünmüş. Ama kuantum fizikçileri Einstein sonrası yapılan gözlemlerin bu konuda onu doğrulamadığını söylüyorlar.
Yorumlardan biri gizli değişken (hidden variable). Quantum kuramında henüz bulamadığımız bir değişkenin olduğunu, bu nedenle gündelik yaşamımızda bildiğimiz gerçekliği kapsayamadığını öne sürüyor.
Kopenhag yorumu ölçümle durumlardan birinin çöktüğünü (collapse) ve yeni bir dalga işlevinin geçerli olduğunu, ölçüm öncesinde kuantum varlığının ölçümle ilgili niteliğinin olmadığını belirtiyor.  Kuşkusuz burada ölçümün ne olduğu da tartışmalı. Örneğin bazı ölçüme bağlı gerçeklik taraftarları insan bilincinin belirleyici olduğunu, biz bir olayın farkına varmadan önce kuantum varlığının bu özelliğinin var olmadığını söylüyor.
İlginç bir yorum da birçok dünya (many words) yorumu. Burada üst üste binmiş durumlardan hiçbiri çökmez, -adeta başka bir dünyada- var olmaya devam eder. Deneyi gözleyen bizler durumlardan birinin parçasıyız. Bizim parçası olmadığımız diğer durumdaki gözlemciler yukardaki örnekte fotonun B yolunu seçtiğini gözler.

SCHRÖDINGER’İN KEDİSİ

Kuantum varlığını tanımlarken elektron, foton, atom altı parçacıklar vb. “günlük yaşamımızda yer almayacak kadar küçük” varlıklar olarak düşünmüştük. Ama büyük varlıkların yapı taşlarının da bunlar olduğunu biliyoruz. Pekiyi, sınır nereden geçiyor? Kuantumun gariplikleri gündelik gözlemlerimize yansıyamaz mı? Erwin Schrödinger (1887 – 1961) bunlar üzerine çalışmış ve ünlü düşünsel deneyi ile bizi düşünmeye çağırmış. Deneyin düşünsel olduğunu vurguluyorum. Ne Schrödinger bu deneyi yapmış; ne de bizim yapmamızı öneriyor!
İçini göremediğimiz kapalı bir kutu düşünelim. Kutunun içine bir kedi koyalım. Alıştığımız düzenek ile % 50 olasılıkla geçiren Yarı Geçirgen Yarı Yansıtan Düzlem yerleştirip bir foton ateşlemeğe hazırlanalım. A sezicisi fotonu sezdiğinde çekiç şişeyi kıracak, şişeden çıkan zehirli gaz da kediyi öldürecek. Foton diğer yolu izlerse bu üzücü durum olmayacak ve kedi sağlıklı kalacak:
 Şimdi durumlara (state) bakalım. Bir foton ateşlediğimizde fotonun, dolayısıyla kedinin durumu “yarı ölü”; ardından ya “tam ölüyor” veya “yaşamaya devam” ediyor. Biz de bu soncu ancak kutuyu açtıktan sonra görüyoruz.
Kuşkusuz bu durum günlük hayatta rastlayabileceğimiz bir durum değil ve temelinde yine kuantum varlıkları var! Ama her halde Schrödinger yapmak istediğini yapmış ve kuramın “büyük” nesneler üzerinde de sonuçları olabileceğini göstermiş.
Bir kez daha vurgulayayım: kuantum kuramı, kuantum varlıklarına ilişkin gözlemleri açıklamakta yeterli. Kuantum matematiği doğru ve güvenilir sonuçlar veriyor. Ama her gün yaşadığımız gerçeklikle bunları açıklamamız, özümsememiz zor. Yine nedenin değil, nasılın peşinde olduğumuzu ve kuantum kuramı ile bunu sağladığımızı vurgulayalım. Diğer yandan kuantum alanında gerçekliğin resmi çok garip ve birçok farklı yoruma açık.