Bilim adamları neden deney yaparlar? Doğayı anlamak için.

Ama doğaya soracağımız en önemli sorularımızı nasıl formüle ediyoruz ve doğru görünen kanıtları nasıl kavrıyoruz?

Düşünceler dünyası olgular dünyasıyla büyük oranda iç içedir. Bulunacak sonucun ne olabileceğine ilişkin önsel bir düşüncemiz olmaksızın ne deneylerimizin sonuçlarında neyi arayacağımızı biliriz, ne de onu bulduğumuzda tanıyabiliriz. Bu durumun can alıcı örneği, rastlantılar ve tesadüflerin buluşlara yol açmasıdır.

Ancak rastlantısal olarak meydana gelen şeyi tanımaya hazırlanmış bir zeka, o rastlantıdan bir buluş çıkarabilir. Dahi deneyciler, örneğin Faraday, deneylerinden ne beklemeleri gerektiğini genellikle tam olarak bilirlerdi; kuramları öylesine güçlüydü. Bunlar, deneyleri ”iş görene” dek, kusur arayıp duran deneycilerdir.

Pasteur’ün yapay aşıyı bulması, rastlantıyla karşılaştığı bir olayın onun için belki de  yalnız onun için bir anlam taşımasındandı. Yıllardır hastalığın seyrini, insanlar ile hayvanların nasıl bağışıklık kazandıklarını anlamayı sağlayacak doğru düşünceleri  formüle etmeyi çabalıyordu. Kuramlar ile deneyler, düşünceler ile olgular, hepsi karşılıklı olarak birbirine dayanır.

 Muhtemelen doğa bilimlerinde deneyin rolüne ilişkin çok sayıda farklı kuramın bulunmasının nedeni de budur. Bunlardan en önemli üçünü betimleyip, hepsinin kapsayıcı bir açıklamada nasıl birleştirilebileceğini göstermeye çalışacağım.

 Tümevarımcılık: Gözlem ve deney aracılığıyla öğrenmek, bilimsel yaklaşımın karşımıza çıkardığı doğayı, büyü ve dinle yaratılan dünyadan farklı kılar. Bundan etkilenen bazı bilim felsefecileri kuram ve yasaların, deneycilerin bulduğu olgular ile başlayan bir zihinsel süreç içinde bilim adamlarının aklında üretildiğini düşünüyorlar. Bir varsayımı bilim adamları topluluğu için inanılır kılan şey, olguların hep aynı kalmasıdır. Buluş sürecinin, deneylerde ortaya çıkarıldığı kadarıyla, olayların doğal dünyasından soyutlanıp, insanların inanç ve kuram dünyasına geçtiği düşünülür. Olgulardan yola çıkarak kuram ve yasalara ulaşılan bu hayali geçidin teknik adı “tümevarım”dır. Bilim adamlarının, deney sonuçlarından tüme vararak kuram ve yasalara ulaştıkları ve onları yine deneylerle sınadıkları söylenir. Gözlem ve deney sonuçları, bilimsel düşüncenin kırılgan binasının mantıklı ve sağlam bir temel üzerinde yükseltilmesine olanak veren “veriler”dir.

Deneylerin rolüne ilişkin tümevarımcı kuram 18. ve 19.yüzyıllar da zamanla gelişti. Newton’un şu çözümlemesinde bir tür kurama benzer şeyler vardır: “Deney, gözlemlerden tümevarım yoluyla genel bir vargı çıkarmaktır”. Ama biraz ilerde,”… ve bu yargılara yönelik olarak, yapılan deneylerden ya da salt gerçeklikten alınmış olanlar dışında hiçbir karşı çıkış kabul edilmemelidir”, diyordu Newton. Bacon’un yapıtları muhtemelen bu tür bir bilimsel yöntemin kaynağını sağlamaktadır. Çünkü deneylerin, nesnelerin doğasına ilişkin tanımlar önermek ve uygulanmazlıkları gerekçesiyle işe yaramaz olanları elemek gibi tamamlayıcı işlevlere sahip olmaları gerektiğini açıkça ilk gören kişi Bacon’du. Yirminci yüzyılın başında bilim felsefecileri Bacon’un önerdiği özgün tümevarıma pek benzemeyen  bir tümevarımcı bilim kuramı oluşturdular. Tümevarımcı bilim felsefecileri, doğa yasalarını olguların genellemesi, olguların birikmesini de yasaların desteklenmesi olarak kabul ediyorlardı.

 Konu ayrıntılarıyla düşünüldüğünde, tümevarımcı görüşün yanıldığı görülebilir. Bu görüşü reddetmek için iki ana gerekçe var. Biri büyük ölçüde açık, diğeri ise daha örtüktür. Öncelikle yasalar ve kuramlar, değişik tarzlarda deney sonuçlarının ötesine geçerler. Deneyler şimdi ve burada, ancak birkaç örnekle yapılırlar. Yasalarınsa, her yerde, her zaman ve her türlü örnek için geçerli olduğu varsayılır. Deneysel temel böylesine geniş bir alanı desteklemeye yetecek kadar sağlam değildir. Nasıl olur da, deneylerimizin geçmiş ya da gelecek zamanlarda ve çok uzak yerlerde farklı çıkıp çıkmayacaklarından emin olabiliriz? Hem ayrıca deneylerimiz farklı çıksalardı, onlara dayanan doğa yasaları da öyle olamayacak mıydı? Yasaların yanı sıra kuramlar da deneyi aşarlar. Bir kuramı açıklarken bilim adamları, gözlenebilir etkiler üreten gizli süreçlerden söz ederler. Bir mıknatısın çevresinde oluşan demir talaşının şekli görülebilir. Ama kuramın, talaşın bu karakteristik davranışına dair gösterdiği neden, yani manyetik alan, gözle görülmez. Işığın etkileri ile ilgili bilgimiz artarak ve üst üste yığılarak gelişmiş olsa da, bu etkilerin nasıl üretildiği konusunda kuramcıların görüşlerinde kökten değişimler olmaktadır. Önce parçacık akımları  yeğleniyordu; sonra yayılan dalgalar..ğimdi de bu klasik kuramların bileşimi var. İnsan yapısı maddi sistemlerin gözlemlenebilir özellikleri üzerine yapılan deneyler, nasıl olur da insanlar tarafından asla gözlemlenemeyecek olan nesnelerin ve süreçlerin davranışlarını yönlendiren yasalara temel sağlayabilirler?

Ama deneylerin, yasa ve kuramları oluşturan verileri sağladığını düşünmenin yanlış olduğunu gösteren daha örtük bir neden var. Bir deneycinin veri yığını topladığını düşünelim. İlke olarak bu verileri açıklayan yalnızca bir kuram değil, verilerin doğru bir betimlemesini yapabilecek sayısız kuram vardır. Dört deneyin sonuçlarını ğekil 1’deki çizelgede sunduğumuzu varsayalım. ğimdi de bir gazın sıcaklığı ile hacmi arasındaki ilişkiyi inceliyoruz. Çarpı işaretleri “20 santigrat derecedeki bir gazın hacmi 30 mililitredir” gibi olguları temsil ediyor. Bu, b’de çarpıyla temsil edilen olgudur. Ortadaki grafikte,. bir yasaya varmak üzere girişilen birçok çaba temsil ediliyor. Hata payı bırakmak koşuluyla, 1, 2 ve 3 numaralı her çizgi, a, b, c ve d noktalarınca temsil edilen verilerle uyumlu olan olanaklı birer yasayı temsil ediyor. Daha çok deney yaparak daha çok veri toplayabilir ve bazı olasılıkları eleyebiliriz. Yine de, yeni verilerle uyumlu olan sayısız veri eklenebilir. Bu, en alttaki diyagramda görülebilir. Eğer “e”yi eklersek 1. yasayı eleyebiliriz. Bu yasa şimdiye kadar elimizde  bulunan tüm verilerle uyumludur ve buna benzer sayısız yasa vardır.

 Ancak ‘bilimde kuramın rolünü göz ardı etmedik mi?’ diye bir karşı çıkış gelebilir. Bu kuram bu yasalardan birinde kesin anlamda kılmamıza yardım edebilir. Basit bir örnek, benzer bir sorunun kuramları bozduğunu gösterir. Varsayalım ki, iki yasadan oluşan basit bir kuram üzerine düşünüyoruz. Gerçek kuramlar çok daha karmaşıktır; ama bu işimizi görmeye yetecek. Bu iki yasa bir kuramdır. Çünkü birlikte alındıklarında deneysel olarak gözlenmiş bir bulguyu, daha temel gözlenemeyecek bir sürece, gözlediğimiz olguları ürettiğini varsaydığımız bir sürece gönderme yaparak açıklıyor. Kuram şöyle ifade edilebilir:  

        Güçlü radyo dalgaları yayan tüm yıldızların güçlü manyetik alanları vardır.

        Güçlü manyetik alanı olan tüm yıldızlar X ışını yayarlar.   

Bundan şu sonuca varıyoruz:   Güçlü radyo dalgası yayan tüm yıldızlar X ışını yayarlar.

  Şimdi varsayalım ki, astronomların bugüne kadar araştırdığı güçlü radyo dalgaları ayan tüm yıldızlar. X ışını yayarken gözlendi. Ama aynı vargıya başka bir kuramla da ulaşabiliriz.

                Güçlü radyo dalgası yayan tüm yıldızların yüksek yoğunluklu çekirdekleri vardır.  Yüksek yoğunluklu çekirdeği olan tüm yıldızlar X ışını  yayarlar.

       Mantıksal bir bakış açısından, kuramların doğru ya da yanlış olması önemli değildir. Her biri verileri açıklar. Rakip kuramlar arasında karar kılmayı sağlayacak bağımsız bir yol olmasaydı (örneğin X ışını yaymaktan başka, gözlemlenebilir sonucu olan yüksek yoğunluklu çekirdeğe sahip olmayı bulmak gibi), iki kuram olgularla eşit ölçüde –en azından şimdiye kadar bilindiği kadarıyla- desteklenmiş gibi kalırdı. Hepsinin de verilerle uyumlu, benzer kuramlar çokluğu olduğunu görmek kolaydır. Bilimin böyle saf bir tümevarımsal yorumuna karşı çıkış yeni değildir; 16. yüzyılda bolca ileri sürülen bir alay karşıt güneş sistemi kuramları üzerine yapılan tartışmalara kadar gider bu. Deminden üzerinde durduğum sorunu bilimsel yöntem tartışmaları içine ilk kez Christopher Clavius sokmuştu. Bir çokları, Clavius’u Brecht’in Galileo’sundaki önemsiz bir karakter olarak bilir. Ama o, çağının etkili bir düşünürüydü. 1600’de yayımladığı astronomi ders kitabının amaçlarından biri, bilimin herhangi bir dalında aynı verilerle desteklenen karşıt kuramlar arasında nasıl karar vermek gerektiği sorununu çözmekti.

          Bulduğu çözüm, tümevarımsal olmayan bir ölçüt ortaya koymaktı. Kuramlar yalnızca gözlem ya da deney yoluyla kesinleşmiş olgular arasında uyum sağlamayı değil, aynı zamanda gözlemlenen olgulara neden olan gerçek, ama gözlemlenemez süreçleri açıklamaktaki akla yatkınlarıyla da yargılanmalıdır, diye düşünüyordu Clavius. Onun ortaya koyduğu sorunlar bu gün bir kez daha bilim felsefesinin odağındaki tartışma konularını oluşturuyor. Atomaltı fizikte öyle deney sonuçlarıyla karşılaşıldı ki, bunlara açıklama getiren bir kuram henüz ortaya çıkmadı.

Yanlışlanabilircilik: Bir kuramı desteklemekte başarısız kalan deney, varsayımı doğrulayan bir deneyden daha öğretici olabilir derler. En azından kesin olarak bilinen bir şey vardır; o da, yanlış olduğu ortaya çıkan varsayımı reddetmemiz gerektiğidir. Modern çağda deneylere ilişkin bu görüş K.R. Popper adıyla bütünleşti. Ampirik araştırmaların kaçınılmaz olarak yasa ve kuramlara yol açan veriler sağladığını sanmayalım. Bunun yerine, deney sonuçlarını ve gözlemleri, ancak birer düşünce eseri olan yasa ve kuramların sınayıcısı olarak görmeliyiz. Yanlışlanabilirci bilim kuramına göre, kuramcılar yasaları ve kuramları kurgularlar ve buradan mantıksal sonuçlar çıkarırlar. Bunlar da verili koşullarda, olacakları öngörme değerini taşımaktadır. Clavius’un savından biliyoruz ki, bir öngörü doğrulanmış olsa bile, o öngörünün türetildiği kuram yanlış olabilir; dolayısıyla kuramın doğru olduğunu kesin olarak söyleyemeyiz.

    Ama eğer öngörü yanılmışsa, eğer o öngörünün türetildiği yasa yada kuramların uygulandığı koşulları biliyorsak, bu yasa yada kuram kesinlikle yanlıştır. Yanlış kuramlar, söylemek bile gereksiz, reddedilmelidirler.

    Ancak, deneylerin rolü böyle yansıtıldığında, tümevarımsal açıklamanın başka çetrefil sorunlarıyla karşılaşırlar. Bilim adamı neden deneysel testleri sonucunda, yanlışlığını gösterdiği varsayımı reddetmelidir? Mutlaka her yerde ve her zaman yanlış olacağını umduğu için. Ama bugün için yanlış olan bir kuramın başka yer ve zamanlarda yanlış olacağını nasıl bilebilir ki? Dünya öyle değişebilir ki, dün yanlış olan kuramlar yarın doğru olabilir. Bu olasılığı deney yapma yoluyla dışarı atamayız. Deney sonuçlarını olumlu biçimde yasarlı kanıtlamak için kullanmak, dünyanın gelecekte ve uzak yerlerde bütün önemli açılardan hep aynı olacağını ve öyle kalacağını söyleyen, kanıtlanması olanaksız bir varsayıma dayanır. Aynı biçimde, deney sonuçlarını olumsuz biçimde varsayımları çürütmek için kullanmak da, dünyanın gelecekte ve uzak yerlerde önemli açılardan farklı olmayacağını söyleyen, kanıtlanması olanaksız varsayımlara dayanır.

    Ama yanlışlanabilirciliğin bütünsel bir bilim felsefesi olarak başka ve daha ince bir sorunun daha var. Yasalar kendi başlarına deney yoluyla sınanabilir sonuçlara sahip değildir. Bir yasa temelinde öngörüde bulunmak, araçların tasarımı da dahil her tür yardımcı varsayımı greksinir. Pasteur, antraks basili sporlarını toprak yüzeyine kurtçukların taşıdığı varsayımı sınarken, optik yasalarını önceden kabul etmiş olmalıydı. Çünkü mikroskoba güvenmek zorundaydı. Kurtçukların sindirim bölgesinde spor bulunmasaydı, bunun nedeni bilinmeyen bir optik etkiye yorabilirdi. Ama aradığını bulmuştu. Demek ki, mikroskopla gördüğü nesnenin, gerçekten var olan, kimi çok küçük şeylerin büyütülmüş görüntüsü olduğu varsayımı doğruydu. Testler olumsuz  sonuç verdiklerinde, olumlu iken olduklarından daha kesin değildirler; çünkü deneyi başarısızlığa uğratan nedenler daha ileri varsayımlara dayanabilirler. İşte bu durumda hata, henüz bilinmeyen ileri aşamalardan kaynaklanıyor olabilir.

  Uzlaşımcılık: Hem tümevarımcılık hem de yanlışlanabilircilik, doğa yasalarını ampirik bilgiler, yani duruma göre yanlış yada doğru değer alan olan bildiriler şeklinde görürler. Ama bir de doğa yasalarını doğru ya da yanlış önermeler olarak değil, yalnızca sözcüklerin kullanımına ilişkin bir uylaşım olarak düşünelim. Bu durumda, dünya hakkında konuştuğumuz zaman, farklı yasa gruplarının tanımladığı farklı biçimlerde konuşuyor olacağız. Öyleyse anahtar soru, yasaların doğru mu , yanlış mı olduğu değil hangi koşullar altında gerçeğin en tutumlu en verimli ve en aydınlatıcı betimlemesini sağladıkları sorusus olacaktır. Bu görüşe göre deneyler, ne yasalara ulaştıracak verilerin ne de varsayımların doğru mu, yanlış mı oldukları konusunda yargı bildirecek testler sağlayabilir. Deneyin işlevi örneklemektir; bilim adamına kuramının gücünü göstersin diye yardım eder. Ama doğrular yığını olarak değil, düşünceler topluluğu olarak kuramının gücünü göstersin diye… bir deneyin başarılı olması, belirli bir dünya tasvirinin işe yarar olduğunun kanıtlanması anlamına gelir. Deneyin başarısız olmasıysa, yetersiz yada bulanık kavramların kullanıldığını gösterir. Herhangi bir kişi, yeni bir deneyin sonuçlarını, yanlışlığı gösterilmiş eski bir kuramın terimleriyle açıklamaya çalıştığında, bir açıklama girişimini ifade eden bu anlatım yanlış değil, ama çelişkilidir.

   Kimya tarihinden bir örnek, deneyler hakkında söylediğimiz bu sözlerin anlamını pekiştirecektir. İlk biyokimyacılardan William Prout, her atomun ağırlığını, hidrojenin atom ağırlığının katlarıyla açıklayan bir atomsal bileşim kuramı üzerinde çalışmıştı. Prout, bütün atomların hidrojen atomlarından oluşan topluluklar olduğunu  ima ediyordu. Berzelius ise, oksijen ağırlığını ölçüt alarak, elementlerin atom ağırlıklarının, hidrojen atomu ağırlığının katları olmadığını deney yoluyla buldu. Berzelius’un bulduğu sonuçları nasıl değerlendirmeliyiz?

    Berzelius, Prout’un varsayımının yanlış olduğunu kanıtladı denebilir mi? Prout’un kuramı “element” sözcüğünün nasıl kullanılacağına ilişkin bir yönerge olarak alınırsa, Berzelius’un göstermiş olduğu tek şey, yaygın olarak element diye adlandırılan maddelerin aslında göründükleri gibi olmadıkları olurdu. Belki de bunlar daha basit “Proutçu” elementlerin karışımıydılar. Kimya dünyası, Berzelius’un bulduğu sonuçlara uygun bir “element” sözcüğü kullanmayı seçti. Yani, kimyasal çözümlemede ortaya çıkan en basit parçalara “element” denecekti. Böyle düşünüldüğünde sorun, bir doğa yasasının doğruluğu ya da yanlışlığından çok, bir terimin en uygun kullanım biçimiyle ilgilidir. Ancak, terimleri bağlamından koparamayız. Eşgüdümlü dilbilimsel yönergelerimiz olmalıdır. Kuram dediğimiz işte budur.

    Bunu bir toplumsal kurumun kendi personeline öngördüğü bir terimler yönergesiyle karşılaştırabiliriz. “Başkan”kavramı daire içindeki görev ve sahip olunması gereken niteliklerle saptanmıştır. “Başkan mevkiinden dolayı tüm alt kurulların üyesidir” cümlesini sorgulamak, olgusal olarak bunun doğru olup olmadığını araştırmak değil, bir memurun böyle tanımlanıp tanımlanmayacağını araştırmaktır. Değişik yönergeler değişik kurumları ya da kuruluşları tanımlarlar. Bir doğa yasası da buna benzer şekilde düşünülebilir. Olası bir dünyaya uygun kavramlara ilişkin bir yönerge olarak doğa yasaları, zorunlu olarak doğru olduklarından, uzlaşımlar kavramların eşgüdümlü bir kümesinin kullanımını belirler. Deneyler yasaların doğru olup olmadıklarını göstermezler; anlaşmalar ve yönergeler olarak bu tür bir yargı bildiremezler. ampirik testler bu uzlaşmaların bu dünyada uygulanabilecek en uygun uzlaşmalar olup olmadığını gösterir.

    Modern çağa kadar bilimsel yöntem üzerine yazan tek bir kişi, yukarıda ana hatları verilen üç görüşün hepsini bir araya getirebilirdi. bilimsel bilginin olanaklı olduğunu ileri süren ve bilimsel yaklaşımın ana çizgilerini çok iyi yakalayan bu düşünür, Francis Bacon’dı. Bacon’ a göre deneysel bilimin amacı, duyulur dünyada bulduğumuz maddelerin, niteliklerin ve süreçlerin doğasına ya da özüne ilişkin düşüncelerimizi arındırmaktı. tipik bilimsel sorular şöyle olacaktı:” renk nedir?”, “sıvılaşma nedir?” ya da “sıcaklık nedir?”

   Bu gibi sorulara yanıt vermek için şeylerin, süreçlerin,  özelliklerin, niteliklerin tanımlarını biçimlendirmemiz gerekecek. bilimsel yöntem bu tür sorulara yanıt bulmanın disiplinli ve düzenli bir biçimidir. bir araştırmanın ilk aşamasında, araştırılan konu ya da etkilerin birbirinden çok farklı birçok konu ve etkiler ile ilişkisini kurmak amacıyla, olumlu görülen deneyler ve gözlemler toplanır. Mayalanma sırasında, sürtünmede, hareket eden cisimlerde, ışık yayan bir varlıkta sıcaklık vardır. her eş-ilişki, ısının doğası hakkında ileri sürülebilecek varsayımlara açıktır: Bir kimyasal etki midir? Işıma olgusu mudur? bir tür hareket midir? Bu sorulardan kalkarak üretilen her varsayım ısının doğası hakkında olası bir yanıt oluşturabilir.

    Bir sonraki aşamada bilim adamı, Bacon’ın “yakınlık derecesi” dediği durumları saptayarak(sözgelimi, ısı açığa çıkarmayan mayalanma, ışık,vs.) karşıt varsayımları olabildiğince yanlışlamaya koyulur. Her olumsuz sonuç bir varsayımın elenmesi demektir. ideal olarak, geriye, incelenen konunun doğasını en iyi ifade edebilecek tek bir varsayımın kalması gerekir. Isı konusunda Bacon, bunun hareket olduğunu düşündü ve ısının doğasını”cisimlerin bir hareketi” olarak tanımladı.

   Varsayımların düşünülüş biçimi ve sınanma yöntemleri Bacon’ın temel ilkel denebilecek güvenilir bilgi toplama yönteminden çok daha karmaşık bir duruma geldi elbet. Bacon’ın zamanından beri işleyegelen söz konusu yöntemin artık tıkanmasının nedeni, onun tanımlarında kullandığı terimlerin, yani doğal süreçlerin, yapıların, özelliklerin ve maddelerin büyük bir çoğunluğunun insan duyularına doğrudan sunulmuş olmadığının ortaya çıkmasıdır. Gizli süreçlerle ilgili düşüncelerimiz, Bacon’ın hayal edemeyeceği kadar, doğanın derinliklerine doğru yapılan düşsel tasarımların sonucunda elde edilmişlerdir. Buna karşın “proton, sanal gluonları alıp veren üç kuarktan oluşmuştur” gibi cümleleri nasıl ele almamız gerektiğine ilişkin temel mantık, Bacon’ın ısı ve renk gibi yüzeysel özelliklerin doğasını düşündüğü zaman ortaya koyduğu mantıksal çizgi doğrultusundadır. Bu “proton” sözcüğünün kullanımına ilişkin bir uzlaşmadır; deneyimlerimizi anlaşılır kılabilme gücü ölçüsünde kafamızda oluşan kavramlar ağının içine hapsolmuş bir uzlaşma… Nesneleri bilmemizi olanaklı kılan kavramlar . onların iç dünyasını ne denli doğru anlatırsa, biz de dünyayı o kadar kavrayabiliriz.  Tanımlamalarımızın ya da bilgilerimizin sıradan deneyimden uzaklaşması bizi gerçeklikten uzaklaştırmayacak, tersine ona yakınlaştıracaktır.