Simetri ve korunum kanunları

İnsanlar, çok çok eski zamanlardan beri, gökyüzüyle ilgili bazı sonuçlara gözlemleri sonucu ulaşmışlardır. Örneğin, güneş ve ayın ikisi de doğudan doğar, batıdan batar. Çıplak gözle gözlemlenebilen bir başka durum ise, güneş ve ayın belirgin boyutlarının zaman içinde gözle görülür şekilde değişmemesidir (Ufuk yakınındayken ayın daha büyük görünmesini sağlayan bir optik illüzyon vardır elbette). Bu gözlemin sonucunda, ‘güneş ve ayın bize olan uzaklıkları değişseydi, daha büyük ya da daha küçük gözlemlenebilirlerdi ancak boyutlarında değişme fark edemediğimiz için en azından yaklaşık olarak bizden her zaman aynı mesafede kaldıkları söylenebilir’ gibi bir sonuca ulaşılabilmektedir. Bunun gibi gözlemlerden, eski çağlarda yaşayanlar güneşin ve ayın dünyayının etrafında çembersel bir yörüngede dolaştığını söyleyen bilimsel bir model inşa etmişlerdir. Tabii ki, artık dünyanın evrenin merkezi olmadığını biliyoruz, ancak bu durum bu modelin faydalı olmadığı anlamına gelmiyor. Bilim her zaman böyle çalışır ve nihai gerçeği ortaya çıkarmayı amaçlamaz. Bilim, yalnızca yordayıcı (öngörücü/tahmin edici) güce sahip olan gerçeklik modelleri oluşturmaya çalışır.

Fiziği anlama konusundaki modern yaklaşımımız, simetri ve koruma kanunları kavramlarından beslenmektedir. Yukarıda bahsettiğimiz örnekte de bu iki kavramı görmekteyiz. Güneş ve ayın mükemmel çembersel yörüngelerle dünya etrafında döndüğüne inanılıyordu ve bir çember çok simetrik bir şekildir. Eskiler, evrenin bu tür bir simetriye sahip olmasını çok güzel buldular ve bu nedenle de bu fikre çok bağlı oldular.

Bir korunum kanunu, bazı sayıların zamanın geçişi ile aynı kaldığını gösteren bir ifadedir. Örneğimizde, güneş ile dünya arasındaki mesafe korunur ve ay ile dünya arasındaki mesafe de korunur. Burada simetri ve koruma kanunları bize aynı bilgiyi sunuyor. Her iki ifade de yalnızca dairesel bir yörünge ile karşılanabilir. Bunun bir tesadüf olmadığını gösteren kişi ise fizik alanında çalışan bir ilim insanı olan Emmy Noether’dir. Emmy Noether her simetrinin bir koruma yasasına yol açtığını gösterdi. Bir fiziksel sistemin eyleminin her türlü farklılaştırılabilir simetrisinin buna karşılık gelen bir koruma yasasına sahip olduğunu belirten ve Noether teoremi olarak adlandırılan bu teorem, Emmy Noether tarafından 1915’te kanıtlandı ve 1918’de yayınlandı.

Mükemmel çembersel yörüngeler fikri çok güzel ve dikkat çekici görünüyordu. Bu nedenle, gökbilimci Johannes Kepler ay gibi yörüngelerin aslında çember değil elipsler olduğunu keşfettiğinde, büyük bir hayal kırıklığı oluşmuş oldu. Bu ise, biyolog Huxley’in “Bilimin en büyük trajedisi, çirkin bir gerçek tarafından güzel bir teoriyi öldürmektir” demesine neden olan bir şeylerden biridir. Simetriler önemli ve güzeldir ancak hangi simetrilerin geçerli olduğuna öngörü veya estetiğe dayanarak karar veremeyiz; bunların geçerlilikleri gözlem ve deneylere dayanarak belirlenmelidir.