Tek bilim, sekiz çalışma alanı
Fizik bilimi, çalışma alanları düşünüldüğünde sekiz alt dala ayrılmıştır: mekanik, elektromanyetizma, termodinamik, optik, katı hâl fiziği, atom fiziği, nükleer fizik, yüksek enerji ve plazma fiziği. Bu sayfa her birinin ne incelediğini, hangi uygulamalarda karşına çıktığını ve — asıl zor kısım — birbirine benzeyen dalların nerede ayrıldığını gösteriyor.
Farabi, İslâm felsefesinin yöntem ve temel problemler bakımından sistemleştirilmesine önemli katkılarda bulunmuş ünlü Türk bilginidir. Felsefenin yanı sıra fizik, mantık, müzik, siyaset bilimi, tıp gibi alanlarda çok sayıda eser kaleme almıştır.
Onun bilim tarihine önemli katkılarından biri de bilimlerin tasnifi (sınıflandırılması) konusunda gerçekleştirdiği çalışmalardır. Farabi; bilimleri dil, mantık, matematik, tabiat bilimi, metafizik ve siyaset bilimi olmak üzere beş ana başlık altında sınıflandırmıştır.
Saydığın zaman altı isim çıkıyor ama ders kitabı “beş ana başlık” diyor. Sayının kendisi ezberlenecek bir bilgi değil; ezberlenecek olan şu: bilimi sınıflandırma fikri yeni değil, en az bin yıllık.
Bilimin sınıflandırılması ve disiplinlere ayrılması sürecinde olduğu gibi disiplinlerin de alt dallarına ayrılması zaman içinde ihtiyaç hâline gelmiştir.
Üç neden:
1. Bilgi birikiminin artması — bir insanın hepsini takip
edebileceğinden çok daha fazla bilgi üretildi.
2. Çalışılan konuların geniş çaplı olması — “kuvvet” ile “atom çekirdeği” aynı
laboratuvarda, aynı aletle çalışılmıyor.
3. Karmaşıklığın giderilmesine ihtiyaç duyulması — sınırları belli bir alanda
derinleşmek, her şeye yüzeysel bakmaktan verimli.
Fizik bilimi de bu gibi nedenlerle zaman içinde alt dallara ayrılmıştır.
Alt dallar birbirinden duvarla ayrılmış odalar değil. Optik için “astronomi ve uzay bilimleri, tıp gibi pek çok alanla ortak çalışmalar yürütür” diyor. Bir olay aynı anda iki alt dalın konusu olabilir: kutup ışıkları hem yüklü parçacıkların hareketiyle (elektromanyetizma) hem ışık oluşumuyla (optik) ilgilidir — ama o elektromanyetizma altında verilir, çünkü olayı başlatan şey yüklü parçacıkların manyetik alanla etkileşimidir.
Aşağıdaki merkezde fizik var; sekiz kolun her biri bir alt dal. Bir kola tıkla: sağdaki panelde o dalın inceleme konusu, uygulama alanları ve onu ötekilerden ayıran ipucu çıkar.
Mekanik; kuvvet, hareket ve enerji arasındaki ilişkiler ile cisimlerin hareket ve denge şartlarını inceler. Mekanikte kullanılan ilkeler aracılığı ile yıldız ve gezegenlerin hareketi, sesin oluşumu, yanardağ patlamaları gibi olaylar açıklanabilir. Bisiklet, kaykay, rüzgârgülü, insansız hava araçları, robot ve çeşitli makineler mekanik alt dalından yararlanılarak üretilir.
Elektromanyetizma, elektrik ve manyetizma ile ilgili konularla ilgilenir. Yüklü parçacıkların etkileşimi, hareketleri, maddelerin manyetik özellikleri, mıknatıslar ve çevresinde oluşan manyetik alanlar elektromanyetizmanın çalışma alanında yer alır. Pusula ile yön bulunması, metal atıkların bir mıknatıs aracılığı ile ayrıştırılması elektromanyetizma ile ilişkilidir.
Termodinamik, ısı ve sıcaklık konuları ile ilgilenir. Maddelerin sıcaklıkları ve sıcaklıklarındaki değişimler, ısı alışverişi, bina ısı yalıtımı, ısıtma ve soğutma sistemleri, enerji üretim sistemleri gibi birçok çalışma ve uygulama alanına sahiptir.
Kontrol noktasındaki daha uzun hâli: ısı, sıcaklık, genleşme, hâl değişimi, ısıl denge, ısı aktarım yolları.
Optik, ışık ve ışık olaylarını ele alır. Optik; yansıma, kırılma, gölge ve renk oluşumu gibi ışıkla ilgili konuları inceler. Dürbün, gözlük ve fiber optik kablolar optiğin uygulama alanında yer alır. Optik; astronomi ve uzay bilimleri, tıp gibi pek çok alanla ortak çalışmalar yürütür.
Kristal yapıya sahip katıların oluşumu ve atom dizilişleri ile ilgilenir. Bu yapıların manyetik, elektriksel, esneklik, optik ve termal özelliklerini inceler. Maddelerin mekanik etkilere dayanıklılığı, nanoteknoloji, süper iletkenlik, hafızalı metaller, şarjlı piller, LCD [liquid crystal display (likuit kıristıl dispiley) sıvı kristal ekran] televizyonlar, manyetik kaldırma destekli tren gibi pek çok uygulama alanında çalışmalar yapar.
Kontrol noktası ayrıca yarı iletken maddeleri ve iletkenlik özelliğini de sayar.
Atomun yapısı ve enerji düzeyleri, atomların ve moleküllerin etkileşimleri, atomik boyutta gerçekleşen olaylar gibi konuları inceler. Elektron mikroskobu, lazer, nanoteknoloji, kuantum bilgisayarları, yapay zekâ, 3D yazıcı gibi pek çok alanda çalışmalar yürütür.
Kontrol noktası kısa hâli: atomun yapısı, elektron dizilimi ve enerji seviyeleri.
Atom çekirdeğini ve özelliklerini, temel taneciklerin etkileşimini, çekirdek tepkimelerini inceler. Nükleer fizik, çekirdek fiziği olarak da adlandırılır. Çekirdeklerde bulunan nötron ve protonları bir arada tutan kuvvetler, çekirdek ışımaları ve bunların etkileri nükleer fiziğin inceleme konuları arasındadır.
Nükleer enerji üretimi, nükleer silah teknolojisi, nükleer tıp, BT [bilgisayarlı tomografi] cihazı, karbon-14 tarihleme yöntemi ile yaş tayini, gıdaların raf ömürlerinin uzatılması gibi alanlarda nükleer fizikten yararlanılır.
Maddeyi ve radyasyon oluşturan parçacıkların doğasını, atom altı parçacıkları ve bu parçacıklar arasındaki ilişkileri inceler. Maddenin temel yapısını anlamayı ve temel yapı taşlarının birbiriyle etkileşimlerini teorik ve deneysel olarak ortaya koymayı amaçlar. Maddenin dördüncü hâli olan plazma hâlini inceler.
Floresan lambalar, neon ve xenon (zenon) lambalar, sodyum lambalar, uzay ve roket teknolojileri, nükleer ve tıbbi atıkların arıtılması gibi pek çok alanda bu dalın yasa ve ilkelerinden yararlanılır.
“Maddenin dördüncü hâli olan plazma” deniyor ama plazmanın ne olduğunu bu ünitede açmıyor. Kısa karşılığı şu: plazma, atomlarının bir kısmı elektronunu kaybetmiş, yani yüklü parçacıklardan oluşan bir gazdır. Yüklü olduğu için elektrik ve manyetik alanlardan etkilenir — floresan ve neon lambaların içinde ışığı üreten şey de budur. Katı, sıvı ve gazdan sonra “dördüncü hâl” denmesinin sebebi bu farktır.
Sekiz tanımı okumak kolay. Zor olan, çok benzeyen üç dalı ayırt etmek: atom fiziği, nükleer fizik ve yüksek enerji ve plazma fiziği. Üçü de “küçük” şeylerle ilgilenir; farkları nereye baktıklarıdır.
| Soru şöyle sorulursa… | Cevap | Neden |
|---|---|---|
| Yıldırımın oluşması | Elektromanyetizma | Bulut ile yer arasında biriken yükler boşalıyor; olay yüklü parçacıkların hareketidir. |
| Yıldırımın özellikleri (sıcaklığı, parçacık yapısı) | Yüksek enerji ve plazma fiziği | Yıldırım kanalındaki gaz iyonlaşır, yani plazma hâline geçer. |
| Lazer oluşumu | Atom fiziği | Işık, atomların enerji düzeyleri arasındaki geçişlerden üretilir. |
| Lazerin bir mercekten geçmesi | Optik | Artık atomun içi değil, ışığın kırılması konuşuluyor. |
| Fosillerin yaş tayini | Nükleer fizik | Karbon-14 tarihleme, çekirdeğin kendiliğinden bozunmasına dayanır. |
| Dokunmatik ekranların geliştirilmesi | Katı hâl fiziği | Ekran, kristal yapılı ve yarı iletken katmanlardan oluşur. |
| Kutup ışıklarının oluşması | Elektromanyetizma | Bu terim elektromanyetizma ile eşlenir: yüklü parçacıklar manyetik alanla etkileşir. |
| Yemek pişirilmesi | Termodinamik | Isı alışverişi ve sıcaklık değişimi var, başka bir şey yok. |
Kural olarak şunu sor: olayın merkezinde ne var? Çekirdek mi (nükleer), elektron-enerji düzeyi mi (atom), yüklü parçacık akışı mı (elektromanyetizma), ışık mı (optik), ısı mı (termodinamik), kristal yapı mı (katı hâl), hareket-kuvvet mi (mekanik), plazma ve atom altı parçacık mı (yüksek enerji ve plazma)?
Dalları terimlerle eşleştiren bir çalışma veriyor. Aşağıda o terimlerin her birine tıklayabilirsin; ok, terimin ait olduğu alt dala uzanır.
Soru: Yağmur yağdığında havada kalan su damlacıklarının içinden geçen güneş ışınlarının kırılması sonucunda beyaz ışık, renklerine ayrılarak gökkuşağını oluşturur. Gökkuşağının oluşumu fizik biliminin hangi alt dalı ile ilişkilidir?
Çözüm: Gökkuşağının oluşumu optik bilimi ile ilişkilidir. Optik; ışığın özelliklerini, davranışını ve etkileşimlerini inceler. Gökkuşağı; güneş ışınlarının yağmur damlalarına girip kırılması, yansıması ve tekrar kırılması sonucunda oluşur.
Çözümdeki üç aşamaya dikkat: kırılma → yansıma → tekrar kırılma. Üçü de optiğin tanımında geçen olaylar.
Alıştırmadaki on iki olay. Arama kutusuna bir dal adı yaz (“nükleer”, “optik”…) ya da bir olay ara.
“Yıldırımın oluşması” ve “yıldırımın özellikleri” alıştırmada arka arkaya veriliyor. Aynı olay iki kez sorulmuyor — oluşum yüklerin boşalmasıdır (elektromanyetizma), özellikler ise yıldırım kanalındaki maddenin hâlidir (yüksek enerji ve plazma fiziği). Bu ikili, alt dalların birbirinden nasıl ayrıldığını gösteren en iyi örnektir.
Sabah kalktığın andan yattığın ana kadar sekiz alt dalın hepsine değiyorsun. Aşağıdaki dokuz sahne, ünitenin bütün dallarını bir günün içine yerleştiriyor.
Alarmı kapatmak için ekrana dokunuyorsun. Alıştırmadaki “dokunmatik ekranların geliştirilmesi” maddesi katı hâl fiziğinin işidir: ekran, kristal yapılı ve yarı iletken katmanlardan oluşur. Aynı dal, telefonun şarjlı pilinden de sorumlu.
Tost makinesinin teli ısınıyor, ısı ekmeğe geçiyor, sıcaklık artıyor. Termodinamik: “maddelerin sıcaklıkları ve sıcaklıklarındaki değişimler, ısı alışverişi”. Alıştırmadaki “yemek pişirilmesi” maddesinin ta kendisi.
Pedala bastığında zincir çarkı, çark tekerleği döndürüyor. Bisiklet doğrudan mekanik alt dalının ürünü olarak sayar: kuvvet, hareket ve enerji arasındaki ilişkiler. Kaykay ve rüzgârgülü de aynı listede.
Tahtayı net görmen, camın ışığı kırmasıyla oluyor. Optik: ders kitabı gözlük, dürbün ve fiber optik kabloları optiğin uygulama alanı diye sayar. Yansıma, kırılma, gölge ve renk oluşumu bu dalın konularıdır.
Pusulanın iğnesi kuzeyi gösteriyor. Örnek: “pusula ile yön bulunması” elektromanyetizma ile ilişkilidir. İğnenin kendisi bir mıknatıs, onu çeviren şey Dünya’nın manyetik alanı.
Üstündeki uzun beyaz lamba, içindeki gaz plazma hâline geçtiği için ışık veriyor. Floresan lambaları, neon ve xenon lambaları, sodyum lambaları yüksek enerji ve plazma fiziğinin uygulama alanında sayar.
Kolun kırıldığında çekilen film ya da BT (bilgisayarlı tomografi) cihazı nükleer fizikle ilişkilidir; nükleer tıp ve BT cihazı bu dalın uygulama alanında verir. Aynı dal gıdaların raf ömrünü uzatmakta da kullanılıyor.
Katman katman parça basan yazıcı, atom fiziği uygulamaları arasında: elektron mikroskobu, lazer, nanoteknoloji, kuantum bilgisayarları, yapay zekâ, 3D yazıcı. Ortak nokta, olayların atomik boyutta ele alınması.
Kışın odan çabuk soğumuyorsa çatıdaki ısı yalıtımı iş görüyor demektir. Ders kitabı bina ısı yalıtımını ve ısıtma-soğutma sistemlerini termodinamiğin uygulama alanı olarak verir. Faturanın küçülmesi de aynı dalın sonucu.
Rastgele bir olay, cihaz ya da terim gelir; hangi alt dala ait olduğunu seçersin. Yanlış seçersen doğru cevabın gerekçesini de okursun.
Sekiz alt dalın tanımı, uygulama alanları ve birbirine karışan dalların ayırt edilmesi üzerine test
Farabi bilimleri dil, mantık, matematik, tabiat bilimi, metafizik ve siyaset
bilimi olmak üzere beş ana başlık altında sınıflandırmıştır.
Alt dallara ayrılmanın nedenleri: bilgi birikiminin artması, çalışılan
konuların geniş çaplı olması, karmaşıklığın giderilmesine ihtiyaç
duyulması.
Fizik bilimi de bu nedenlerle sekiz alt dala ayrılmıştır.
Mekanik: kuvvet, hareket ve enerji arasındaki ilişkiler + cisimlerin hareket ve
denge şartları. Açıkladığı olaylar: yıldız ve gezegen hareketi, sesin oluşumu, yanardağ
patlamaları. Ürünleri: bisiklet, kaykay, rüzgârgülü, insansız hava araçları, robot,
makineler.
Elektromanyetizma: elektrik + manyetizma. Yüklü parçacıkların etkileşimi ve
hareketleri, maddelerin manyetik özellikleri, mıknatıslar ve manyetik alanlar.
Örnekleri: pusula ile yön bulma, metal atıkların mıknatısla ayrıştırılması.
Termodinamik: ısı ve sıcaklık. Sıcaklıklar ve değişimleri, ısı alışverişi,
genleşme, hâl değişimi, ısıl denge, ısı aktarım yolları. Uygulama: bina ısı yalıtımı,
ısıtma-soğutma sistemleri, enerji üretim sistemleri.
Optik: ışık ve ışık olayları — yansıma, kırılma, gölge, renk oluşumu. Uygulama:
dürbün, gözlük, fiber optik kablo. Astronomi ve uzay bilimleri ile tıp gibi alanlarla
ortak çalışmalar yürütür.
Katı hâl fiziği: kristal yapılı katıların oluşumu ve atom dizilişleri; bu
yapıların manyetik, elektriksel, esneklik, optik ve termal özellikleri; yarı iletkenler.
Uygulama: dayanıklılık, nanoteknoloji, süper iletkenlik, hafızalı metaller, şarjlı pil,
LCD televizyon, manyetik kaldırma destekli tren.
Atom fiziği: atomun yapısı ve enerji düzeyleri, elektron dizilimi, atom ve
moleküllerin etkileşimleri, atomik boyuttaki olaylar. Uygulama: elektron mikroskobu,
lazer, nanoteknoloji, kuantum bilgisayarları, yapay zekâ, 3D yazıcı.
Nükleer fizik (çekirdek fiziği): atom çekirdeği ve özellikleri, temel
taneciklerin etkileşimi, çekirdek tepkimeleri, nötron ve protonu bir arada tutan
kuvvetler, çekirdek ışımaları. Uygulama: nükleer enerji üretimi, nükleer silah
teknolojisi, nükleer tıp, BT cihazı, karbon-14 ile yaş tayini, gıdaların raf ömrü.
Yüksek enerji ve plazma fiziği: madde ve radyasyon oluşturan parçacıkların
doğası, atom altı parçacıklar ve aralarındaki ilişkiler, maddenin dördüncü hâli
plazma. Uygulama: floresan, neon, xenon ve sodyum lambalar, uzay ve roket
teknolojileri, nükleer ve tıbbi atıkların arıtılması.
Çekirdek → nükleer fizik · elektron ve enerji düzeyi → atom fiziği ·
atom altı parçacık, plazma → yüksek enerji ve plazma fiziği ·
kristal yapı, yarı iletken → katı hâl fiziği · ışık → optik ·
ısı ve sıcaklık → termodinamik · yük ve mıknatıs → elektromanyetizma ·
kuvvet, hareket, denge → mekanik.
Çözümlü örnek: gökkuşağı = optik (kırılma → yansıma → tekrar kırılma).