Fiziğin Güncel Hayatta Kullanım Alanları

Fiziğin Güncel Hayatta Kullanim Alanlari


FİZİĞİN GÜNCEL HAYATTA KULLANIM ALANLARI

FİZİĞİN GÜNCEL HAYATLA BAĞLANTISININ ÖNEMİ

Lise eğitiminde en zor şeylerden biri öğretilen konularla toplum arasındaki ilgiyi kurmaktır Fizik derslerinde bu ilgiyi kurmak daha kolay olmasına rağmen kurulmaması öğrencileri fizik dersinden soğutmaktadır Öğrenciler fizik dersini anlaşılması zor ders olarak görmektedirler Buna ek olarak üniversite yerleştirme sınavlarında doğru net sayısı en düşük alanlardan bir tanesi fiziktir Bu 2001 yılında ortalama 2,89 nettir (ÖSYM, 2001) Amerika’da fizik dersleri lisede seçmelidir Son yıllarda fizik derslerini tercih eden öğrencilerin sayısında düşüşler olmuştur

Tercih edenlerin önemli bir kısmı da daha sonra dersi bırakmaktadırlar (Hewitt, 1990) Ahlgren ve Walberg (1973) öğrencilerin fizik dersini sıkıcı, zor, anlaşılmaz ve kendileri için gereksiz gördüklerini belirtmiştir Öğrencilerin fiziği daha zevkli öğrenmelerine etki eden faktörler arasında öğretmen, müfredat, fizik kitapları, eğitim teknolojisi, güncel hayat bağlantıları, öğretim metotları ve öğrenci ilgi alanları sayılabilir

Fiziği daha çekici yapmak için fizik öğretmenleri toplumu fiziğin kendilerine hizmet ettiği konusunda inandırmalıdırlar Fizik gerçekte insanların işlerinde, evlerinde ve çocukların ilgi alanlarında karşılaştıkları olaylarla ilgilidir Kaya (1998) öğrencileri motive etmenin ilgi ve bilgilerini artırdığını söylemiştir Fizik öğretmenleri bu ilgiyi kurmak için daha fazla emek sarf etmelidirler

İyi fizik öğretmeni dersini ve öğretmeyi sevmeli ve bunu dışa yansıtmalıdır Güncel deneyimlerle bağını kurmalı ve iyi organize edilmiş olarak dersi anlatmalıdır (Woolnaugh, 1994) Bunlara ek olarak öğretmen sevecen olmalı, ders içinde ve dışında öğrencilerle zaman harcayabilmeli ve öğrencilerle sıcak ilişki kurabilmelidir

Öğretmenlerin farklı ve öğrencileri aktif kılan öğretim metotlarını kullanması da öğrencilerin fizik dersini daha zevkli öğrenmesini sağlayacaktır Munsee (1972) öğrencilerin küçük gruplar halinde proje yapmasının, Bruce ve Weil (1972) sorgulayıcı ve gösterim tekniğinin kullanılmasının, Reiner (1998) laboratuar kullanılmasının öğrencilerin ilgisini artıracağını ve dolayısıyla fiziği daha zevkli öğreneceklerini önermişlerdir

Carter, Westbrook, ve Thompkins (1999) iyi bir fen eğitiminin materyallerin, malzemelerin medya ve teknolojinin organizasyonuna ve bulunabilirliğine bağlı olduğunu açıklamıştır Araştırmacılar uzun yıllar yalnızca kitap ve tahtanın görsel yardım aracı olarak kullanıldığını, oysa artık filmlerin, televizyonun, tepegözün, ses kayıtlarının, bilgisayar ve İnternet’in de yaygın olarak kullanılmasının gerektiğini söylemişlerdir (Baez, 1973)

İyi hazırlanmış, öğrencilere çeşitli deneyimler kazandırmayı amaçlayan müfredat programları öğrencilerin başarısını artırmaktadır (Wissink, 1973) İdeal müfredat programının öğrencilerin hayatta ihtiyaç duyacağı bilgi ve kabiliyetleri tanıtması ve bilim adamlarının kullandığı teknikleri ve tutumları geliştirmesi gerekmektedir (Branson, Champbell, Davies, Herklots, ve Whitaker, 1998) Hükümetlere malzeme sağlamada ve ideal bir fizik müfredatı hazırlamada büyük görevler düşmektedir (Hepburn ve Gaskell, 1998)

Fizik eğitim araştırmalarına dayanmadan hazırlanan fizik kitapları da öğrencileri fizikten soğutabilmektedir Fizik kitapları öğrenim/öğretim materyali formatından uzak, kavram yanılgılarının ayıklanmadığı, konuların gerçek hayatla bağlantısının kurulmadığı ve kavramsal olmayan metotlarla hazırlanmaktadırlar Türkiye’de müfredatın sık sık değiştiği de göz önüne alınarak kitapların gözden geçirilmesi gerekmektedir Jhonson ve Bany (1970) öğrencilerin tutumlarına, ihtiyaçlarına ve ilgilerine göre hazırlanmış bir fizik dersinden öğrencilerin daha fazla zevk alacağını söylemiştir

FİZİK’İN TANIMI VE GÜNCEL HAYATLA BAĞLANTISI

Fizik (Yunanca φυσικός (physikos): doğal, φύσις (doğa): Doğa) enerji ve maddenin etkileşimini inceleyen bilim dalıdır (bkz Kimya, Biyoloji) Enerjinin evreninin tarihindeki birincil rolü, her maddenin, özelliklerini açığa vurmak ve dönüşümlere katılmak için enerjiyle etkileşimde bulunması ve madde en temel bileşenlerine ayrışırken enerjinin en önemli öğe olması nedeniyle fizik, genellikle temel bilimlerin anası olarak bilinir Madde ve madde bileşenlerini inceleyen, aynı zamanda bunların etkileşimlerini açıklamaya çalışan bir bilim dalıdır bkz daha geniş bilgiFizik genellikle cansız varlıklarla uğraşan, fakat çok zaman canlılarla ilgilenen bilimlerede yardımcı olan bir bilim kolu olarakta anılr Fizik kelimesi yunanca Doğa anlamına gelen terimlerden kaynaklanmaktadır Bu nedenle yakın zamana kadar fiziğe Doğa felsefesi gözüyle bakılıştır Astronomi, Kimya, Biyoloji, Jeoloji,vs de birer doğa bilimi olmalarına rağmen, fiziğin en temel doğa bilimi ve aynı zamanda bu doğa bilimlerinin en önemli yardımcıları olduğu gerçektir

Diğer taraftan Tıp, Mühendislikvs gibi uygulamalı bilimlerde çok kullanılan ve bazılarının temelini oluşturan Fizik, ilk bakışta hiç ilgisi olmadığı düşünülen arkeoloji, psikoloji, tarihvs konularında da önemli bir yardımcıdır Ancak konusu bakımından Fiziğe en yakın, hatta Fizikle içiçe olan bilim öncelikle kimyadır O halde Fizik hemen hemen tüm bilimlerin gelişmesine yardımcı olmakta ve bir çok konuda onlarla iş birliği yapmaktadır Bu işbirliğinden şüphesiz Fizikte yararlanmakta ve gelişmektedir Fiziğin en yakın yardımcısı ise Matematiktir Matematik bilimi kısaca Fiziğin dilidir Temel doğa bilimi olan Fizik, evrenin sırlarını, madde yapısını ve bunların arasındaki etkileşimlerini açıklamaya çalışırken Fiziğin başılıca iki metodu vardır; bunlar gözlem ve deneydir Doğa olaylarının çeşitli duyu organlarını etkilemeleri sonucuFizikte çeşitli kolların gelişmesi sağlanmıştır Bu sebeble görme duyusunu uyandıran ışıkla beraber Fiziğin bir kolu olan optik gelişmiştir Aynı şekilde işitme ile akustik, sıcak soğuk duygusu ile termodinamikvs fizik konuları ortaya çıkmıştır

Bunların yanı sıra elektromagnetima gibi doğrudan duyu organlarını etkilemeyen kollarıda gelişmiştir Fiziğin 19 yüzyılın sonuna kadar geçirdiği aşamalarda geçirdiği aşamalarda her nekadar mekanik temel ise de, birbirinden bağımsız olarak incelenen Fizik konuları kalsik fizik altında toplanabilir 20 yüzyılın başından itibaren klasik fizik kurallarından daha değişik, ancak çok daha mantıklı ve mükemmmel sonuçlar elde edilmiştir Bu tür modellerle olayı açıklayan Fizik kolları ise Modern Fizik adı altında toplanmıştır Fizik eğitimi bugünde gerçeğe çok yakın sonuçlar veren Klasik Fizikle başlamaktadır

Fizik değişimin incelenmesi demektir Fiziğin çoğu alanı, durağan (statik) olanla değil, evinenle (dinamik olanla) ilgilenir Fiziğin amacı evrendeki "gözlenebilir" niceliklerin (enerji, momentum, açısal momentum, spin vs) "nasıl" değiştiğini anlamaktır "Niye" değiştiğini sorgulamak çoğunlukla felsefenin ****fizik dalı veya teoloji'nin işidir

Fiziğin evinimi anlatmak için, temel fizik kuramlarının formulasyonunda kullandığı temel araçlar Diferansiyel denklemler ve İntegro-diferansiyal denklemler olarak sıralanabilir Hatta çoğu temel fizik kuramı sadece diferensiyal denklemler kullanarak formule edilmiştir (örn Newton yasaları, Maxwell denklemleri, Einstein denklemleri, Kuantum Fiziği ya da Schrödinger denklemi, Dirac denklemi)


Fiziğin gerçek hayata bir faydası var mı?

o Vaktiyle, elektromanyetizma'nın temeli olan deneylerinden birini görünce "çok ilginç, ama bu ne işe yarar ki?" diye soran bir leydi'ye Faraday'ın "Söyler misiniz leydim, yeni doğmuş bir bebek ne işe yarar?" diye cevap verdiği rivayet edilir

Mühendislik ve tıp, bilimin uygulamalarıdır Bir bilim ilkesinden, doğrudan günlük hayatta fayda üretmek bu uğraş alanlarının işidir, bilimin değil Ama örneğin, günümüz teknolojisinin, MR cihazları, lazerler, nükleer enerji, transistörler, dolayısıyla elektronik cihazlar gibi birçok ürunü, 1900-1930 arası anlaşılan kuantum fiziğine dayanır Bu yazıyı okumak için kullandığınız WWW standardı ve fikri bile bir fizikçi tarafından (fizikçiler arası bilgi paylaşımını kolaylaştırmak için) icat edilmiştir

Gelecekte ise süperiletkenliğin yaygın uygulamaları (tekerleksiz çok hızlı trenler, vs), kuantum bilgi işleme ve iletimi hayatımızı tamamen değiştirmeye aday Ancak asıl ilginç değişiklikler, şu anda öngöremediklerimiz olacaktır

Ve son olarak, bilimin, çoğu zaman göz ardı edilen bir toplumsal fonksiyonu: Bilinmeyenin sınırlarını geri iterek, insanda doğanın anlaşılabilirliği izlenimini pekiştirmek Bir mağara insanının, belki de güneşin yarın doğacağından emin olamayabileceğini; bir ortaçağ gemicisinin, okyanusta fazla uzağa giderse tepsinin kenarından aşağı düşeceğinden, ya da alev püskürten canavarlarla karşılaşacağından korktuğunu düşünün Halbuki günümüzde bir insan diyebilir ki: "Kara deliklerin olay ufkundan içeride ne olduğunu ben bilmiyorum, ama bilenler, araştıranlar ver; ve benim de yeterince vaktim olsa ve bilen biri bana anlatmak için yeterince çaba gösterse, ben de anlayabilirim" Bizce bu da önemli bir katkı

ayıklanmadığı, konuların gerçek hayatla bağlantısının kurulmadığı ve kavramsal olmayan metotlarla hazırlanmaktadırlar Türkiye’de müfredatın sık sık değiştiği de göz önüne alınarak kitapların gözden geçirilmesi gerekmektedir Jhonson ve Bany (1970) öğrencilerin tutumlarına, ihtiyaçlarına ve ilgilerine göre hazırlanmış bir fizik dersinden öğrencilerin daha fazla zevk alacağını söylemiştir

GÜNCEL VE PRATİK HAYATLA İLGİLİ FİZİK UYGULAMALARI

Günümüzde ise fizikçiler öyle teoriler kullanıyorlar ki, bu teorilere göre bir kedi hem ölü hem canlı durumunda bulunabiliyor (Shrödinger)
2 bin yıl önceki bilim adamlarının dünyayı ve evreni tanımlayışları şüphesiz günümüzden çok farklıydı Ancak 2 bin yıl sonra yaşayacak olanlar günümüze baktıklarında ne görecekler acaba? Günümüzün bilimi ile 2 bin yıl sonraki bilimi arasındaki fark, günümüz ile 2 bin yıl öncesi arasındaki farktan daha mı az olacak? Modern bilim (ya da fizik) henüz oldukça genç Modern fiziğin doğuşu 1900 yılına dayanıyor Ondan önceki 300 yılı gelişmelerini bile dahil etsek en fazla 400 yaşında diyebiliriz günümüzün bilimi için

Günümüzün fizik bilimi ile 2000 yıl öncesinin 'bilimi' arasında epistemolojik kopuşlar olmasına rağmen, birçok benzeşimler de kurmak mümkün: Örneğin nasıl eski Yunan'da 'Yeryüzü yasaları' ile 'Gökyüzü Yasaları' birbirlerinden ayrı ise, günümüzdeki birçok fizikçinin kafasında, ya da en azından yaptıkları pratikte, mikro dünya ile makro dünya arasında bir ayrım vardır Bir fizikçi, örneğin bir nesnenin hareketini incelerken, eğer bu nesne ışık hızına yakın yol alıyorsa başka teori kullanır, yavaş gidiyorsa başka teori kullanır, boyutları çok küçük ise çok başka bir teori kullanırAtom boyutlarındaki nesnelerin devinim yasaları ile, normal boyutlardaki nesnelerin devinim yasaları birbirinden çok farklıdır O kadar ki, bunların arasında 'ontolojik' yani varlıkbilimsel bir ayrım sözkonusudur

(fizik teorileri diyagramı)
Sözünü ettiğim mikro dünyanın, yani atomun ve atom altı parçacıkların dünyasını 'Quantum fiziği' ile açıklıyoruz Burada quantum fiziğinin ayrıntılarına girmeyeceğiz Bunun için bir veya daha fazla bir seminer gerekir ( modern fiziğin (quantum fiziğinin) temel ilkeleri'nin resmidir)

Mikrokosmoz düzeyinde, yıllardır birçok deneyle ispatlanmış quantum yasalarını uyguladığımız da sağduyuya aykırı olaylar gözlemliyoruz Örneğin birbirlerinden uzak mesafede bulunan ve birbirlerine sinyal gönderme durumu olmadan birbirlerini etkileyen elektronlar, aynı anda iki yerde birden 'varolan' fotonlar,vb Bütün bunlar sağduyuya ve bilinen kullandığımız mantığa aykırı kaçsa da 'gerçektir' ve doğa böyle davranmaktadır Kolumuzdaki kol saatlerinin iç mekanizması bile bu 'garip' çalışma prensibine uygundur Ancak esas sorun mikrodüzeyde olan bu olayları makro düzeye, yani bizim günlük hayattaki boyutlarımıza taşıdığımızda ortaya çıkmaktadır Bu konuda geliştirilen birçok düşünce deneyinden en ünlüsü Schrödinger'in kedisidir

Bu düşünce deneyinde, bir foton (yani ışık) kaynağı ve üzerine düşen fotonun kuantum halini, bir yansıtılan bir de geçirilen olacak şekilde gerçekleştiren bir yarı geçirgen ayna bulunmaktadır Bu aynanın bir tarafında da, foton kendisine ulaştığında bir silahı ateşleyecek (burada makro düzeye geçiliyor) ve böylelikle de kediyi öldürecek bir mekanizma bulunmaktadır Böylelikle, ışık kaynağından bir foton geldiğinde kedinin içinde bulunduğu durum 'hem ölü hem diri' olmaktadır Mikro düzeyde bu durum hiç de garip kaçmaz Gerçekten kuantum seviyesinde 'kuantum halleri' iki değişik halin üst üste binmesiyle oluşmaktadır Ama bunu makro boyuta taşıdığımızda, yukarıdaki gib bir paradoks ortaya çıkmaktadır

Ancak henüz bu yukarıda bahsettiğim makro düzeye geçiş bilimsel olarak ispatlanamamış, sadece düşünce deneyi düzeyinde kalmıştır Nasıl 2500 yıl önce 'Gökyüzü yasaları' ile 'Yeryüzü yasaları' birbirlerinden farklı zannediliyorduysa, günümüzde de 'mikro boyuttaki' kuantum seviyesindeki nesnelerin ontolojisi ile 'makro boyuttakilern' ontolojisi çok farklıdır

Bu sorunun çözümüne dair kuantum felsefecileri ve fizikçiler çok çeşitli görüşler ortaya atmaktadırlar Burada bütün bu değişik fikirlere yer veremeyeceğiz Ben çözümün 'birleşik alan teorilerinde' yattığını söyleyen fizikçilere katılıyorum
Bunu anlatabilmek için öncelikle günümüzde bütün evreni betimleyen 'Standart Model'in ne olduğuna kısaca bakalım:

Deneylerle desteklenen teoriler sonucu günümüzde şöyle bir evren modeli ortaya
çıkar:

Evrende dört kuvvet bulunmaktadır:
1) Evrensel Çekim kuvveti;
2) atomları birbirine bağlayan elektromanyetik kuvvet;
3) atomun çekirdeğindeki proton ve nötronları birarada tutan güçlü kuvvet;
4) radyoaktiviteden sorumlu zayıf kuvvet
'Zayıf kuvvet' ile 'elektromanyetik kuvvet'i aynı kuvvetin iki ayrı görünümü
olarak ifade eden bir teori bulunmuş ve deneylerle ispatlanmıştır (Elektrozayıf kuvvet) Modern evren kuramına göre, evrenin başlangıcında bütün bu kuvvetler biraradaydı Çok kısa bir zaman dilimi (saniyenin milyarda biri gibi) içinde kuvvetler ayrıştı ve parçacıklar meydana geldiBu parçacıklar da şu anda içinde yaşadığımız evreni ve o evreni sorgulayan biz insanları meydana getirdi
Yüzlerce parçacık, kuarkların ve anti-kuarkların ikili ya da üçlü kombinasyonlarından oluşur Evrenin başlangıcındaki yüksek enerjide bu olanaklıydı, ama şimdi bu çeşitli parçacıkları ancak parçacık
hızlandırıcılarındaki çarpışmalarda ve uzaydan gelen kozmik ışınlarda görebiliyoruz Evrendeki bütün maddeler ise yalnızca proton, nötron ve elektrondan olusur Proton ve nötron ise daha temel parçacıklardan, 'yukarı' ve 'aşağı kuarklar' dan meydana gelmistir Dolayisiyla, evrendeki her şey yukarı, aşağı kuarklardan ve elektrondan oluşur Evrendeki maddelerin içinde neden karşı-parçacıklardan (örnegin anti-proton gibi) meydana gelmis olan maddeler bulunmadığı, yani neden evrende karşı-madde bulunmadığı, varsa bile neden maddeden çok daha az miktarlarda olduğu sorusu ise şimdilik yanıtlanamamaktadır

Çok kısa bir özetini sunduğum bu Standart Model'in bazı açmazları vardır Öreğin kuarkların kütlelerinin kaynağı nedir? Neden kuarkların kütleleri birbirlerinden bu kadar farklıdır Evrendeki 4 ayrı kuvvet nasıl birleşir ve birleştiklerinde ortaya nasıl bir fizik çıkar Bu ve buna benzer soruların çözümü 'Büyük Birleştirme Teorilerinde' yatmaktadır Ya da kuantum mekaniği ile Genel Göreliliğin birleşmesinde
Yukarıdaki sorunların çözümü demek, ortaya yeni bir fiziğin dolayısıyla 'yeni bir fiziki dünyanın' çıkması demektir Bu noktada günümüz fizikçilerini geçmişteki bilim adamlarından ayıran en önemli 'felsefi görüşleri' ortaya çıkmaktadır Bu kendiğinden gelişen felsefi görüşe göre, fizikçiler bir 'fiziki dünya'dan yola çıkıp 'Platoncu dünyayı' kurmak yerine, 'Platoncu dünya'dan yola çıkıp 'fiziki dünyayı' kuruyorlar (R Penrose)


Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan CERN'de yapılan deneylerde tam da bu yukarıda belirttiğim Penrose'un sözlerini ispatlayıcı çalışmalar yapılmaktadır Hızlandırıcıdaki hemen bütün deneylerde (ki bunlara dünyanın her tarafından binlerce fizikçi katılmaktadır) yeni 'teoriler' araştırılmaktadır Bu yeni teoriler 'Standart Model'in açığını kapamaya yönelik değil, onu tamamen değiştirmeye yöneliktir Bu bağlamda henüz keşfedilmemiş, üstelik SM'e göre varolması zorunlu olmayan, ama birçok sorunu çözmek için varlığına inanılan parçacıklar (Higgs, SUSY, vb) araştırılmaktadır Bu nedenle günümüzde parçacık fizikçileri kendilerine 'phenomenolojistler' adını takmıştır