Bir kimyagerin işi çok da eğlenceli değildir. Kimya felsefesine geçiş yapmadan önce saatlerimi laboratuvarda çözeltiler karıştırıp reaksiyonlar bekleyerek geçiriyordum. Kimyagerlerin sıklıkla ellerinin kirlendiğini (tam anlamıyla) görüyordum. Yeni şeyler deniyorlardı, materyalleri birbirine karıştırıp tahmin edilemez reaksiyonlar bekliyorlardı ve bazen kendi sağlıklarını bile riske atıyorlardı. Elbette bu zor iş hayatımızı pek çok yönden geliştirdi. Yediğimiz yemekten tutun da hayat kurtarıcı ilaçlara kadar. Lakin Evrenin başlangıcı, maddenin nihai bileşenleri ya da hayatın evrimi gibi sorulara geldiğinde kimse bir cevap için kimyagerlere başvurmuyor. Biyoloji varoluşla ilgili önemli soruların bazılarını cevapladığını iddia edebilir lakin hepsini kapsayan alan fiziktir. Filozofların dediği gibi doğanın temel yasalarını keşfeden alan fiziktir.
Ancak kimyayı doğa bilimlerinin çirkin ördek yavrusu olarak adlandırmak yanlıştır. Kimyada üretilen bilgi, doğanın, onun nasıl işlediğinin ve bizim onun içindeki yerimizin tam ve doğru bir resmini oluşturmak için gereklidir. Daha net bir şekilde ifade etmek istersek, kimya kanunlarının da olduğunu söyleyebiliriz. Bu kanunlar, periyodik tablolarda ya da kimyasal reaksiyonların davranışında saklı bir şekilde bulunabilir. Bunlar hareket kanunları, termodinamik ya da genel izafiyet gibi kanunlar olarak tanınmayabilir ancak dünyayı kavrayışımızın temelini oluştururlar. Küçükten büyüğe giderek altın bir alyansın neden paslanmadığından tutun, Dünya’da yaşamın ortaya çıkışına kadar her şeyi açıklamaya yardımcı olabilirler.
“Doğa Kanunları” fikrinin uzun ve ilgi çekici bir tarihi vardır. Bazı bilginler, modern bağlamda doğa kanunlarının varlığını Rene Descartes’ın ortaya attığına inanırlar. Diğer bilginler ise bu fikrin temellerini Johannes Kepler’in gökbilim yazılarına götürür. Ayrıca Seneca, Ovidius ve William Shakespeare’in yazıları da anılır. Örneğin Shakespeare’in Cymbeline (The Tragedy of Cymbeline) oyununda bir fetüsün anne karnında dokuz ay kaldığını belirtilir. Bu bir doğa kanunudur ve üstü kapalı bir şekilde biyolojik bir kanunu ifade eder. Kanun kavramının kökenleri hakkındaki fikir ayrılığı, bilimsel araştırma dışında kullanılmasında yatmaktadır. Hukuk alanıyla ilişkisinin yanı sıra, kanunlar bir (bazı) tanrının ilahi yönetimiyle güçlü bir şekilde ilişkilidir. Örnek olarak On Buyruğu gösterebiliriz. Bu hukuki ve teolojik tanımlamalar filozofların ve bilim adamlarının( en az 17.yüzyıla kadar, hatta daha bile uzun süre) terimi mecazi olarak doğa tarafından belirlenen talimatlar veya emirler olarak anlamalarına yol açmıştır. Örneğin Kepler’in gökbilim kanunlarına karşı tutumu böyleydi.
Bugün filozoflar kanunların bilimde özel bir işlevi olduğuna hem fikirler. Belirli koşullar altında her zaman belirli bir şekilde gerçekleşen olguları veya olayları tanımlarlar. Düzenli olarak tekrarlanırlar. Bu nedenle bazen ‘düzenlilikler’ olarak adlandırılırlar. Elbette düzenli bir şekilde gerçekleşen pek çok şey vardır. Örneğin her sabah uyanırsınız ama bunun özel bir ehemmiyet taşıdığını düşünmezsiniz. Lakin eğer çalar saatinizi odanın diğer tarafına fırlatırsanız, yere düşerken bir kanunu takip eder. Bu kanun yerçekimi kanunudur. Teknik dilde ifade edecek olursak, bu, kütleye sahip cisimlerin birbirini çekmesiyle ilgili bir ifadedir. Bu çekim kuvveti, kütlelerinin çarpımı ile doğru ama aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Daha geniş anlamda bakacak olursak, bu düzenlilik, kazara olmaz ve bilim kanunlar çerçevesinde bu düzenlilikleri anlamak için vardır. Yerçekimi kanunu sadece çalar saatlerin düşüşünü açıklamaz. Aynı zamanda gezegenlerin yörüngelerini, 2000 yıl önce gerçekleşen güneş/ay tutulmalarını ve denizlerdeki gelgit kuvvetlerini de açıklar. Tüm bu olaylar için bir açıklamadan daha fazlasını sunar. Onları birleştirir.
İşte doğa kanunlarını bu kadar önemli yapan şey budur. Bilim insanları, bu doğa kanunlarını ortaya çıkararak uzay ve zamandaki görünüşte ilgisiz şeylerin nasıl davrandığını ve etkileşime girdiğini anlamamızı sağlayan sistematik ve öngörülebilir bir çerçeve oluştururlar.
“Fizikçiler, kimyanın sadece uygulamalı fizik olduğunu söyler; Kimyacılar ise biyolojinin sadece uygulamalı kimya olduğunu söyler.”
Bu cümle ışığında şunu çok rahatlıkla söyleyebiliriz. Fizik, doğa kanunlarını ortaya çıkaran bilim olarak görülür. Hareketin üç kanunu, kütlenin korumunu kanunları, Coulomb kanunu ve termodinamiğin kanunları karakteristik örneklerden bazılarıdır. Ancak diğer bilimlerde de kanunlardan bahsedildiğine rastlanır. Biyolojide “Mendel’in başatlık kanunu”, iktisatta arz talep kanunu, kimyada ise “belirli oranlar yasası” vardır. Bu terim 18.yy’da ortaya atılmıştır ve bir kimyasal bileşiğin her zaman aynı elementleri, kütlece tam olarak aynı oranlarda içerdiğini belirtir. Göreceğimiz gibi, bunun kimyadaki tek kanun olmadığına inanıyorum.
Ancak bu ifadelerden herhangi birinin fiziksel kanunlar gibi gerçek kanunlar olarak kabul edilip edilmediği tartışmalıdır. Bu durum genellikle bilim insanlarının çalışma alanlarına yönelik tutumlarıyla ortaya çıkmaktadır. Şahsen ben fizik, matematik, kimya ve biyoloji uzmanlarıyla iletişim kurmamı sağlayan kimya mühendisliği eğitimim sırasında bu durumla karşılaştım. Alanlarının diğer alanlara göre nasıl bir konumda olduğuna dair farklı görüşleri vardı. Fizikçiler, kimyacılara karşı biraz ukalaca yaklaşıyordu. Kimyacılar ise biyologlara karşı böyle yaklaşıyordu. Herkes bir çeşit üstünlük iddiası içerisindeydi. Fizikçiler, kimyanın sadece uygulamalı fizik olduğunu söyler; Kimyacılar ise biyolojinin sadece uygulamalı kimya olduğunu söyler. Biyologlar, yaşamın karmaşıklığını sadece atomları ve molekülleri analiz ederek anlayamayacağımızı iddia eder. Bu bilim alanlarının arasındaki rekabeti yansıtan bir karikatür bile yayınlandı. Şaşırtıcı bir şekilde karikatürde, oyunu kazanan kişi matematikçidir. Matematikçi, bilimsel soruşturmanın en saf halini gerçekleştirmektedir.
Eskiden bu konuları pek düşünmezdim ama son yıllarda bilim üzerine felsefe yapmak bu gerginlik üzerinde tamamıyla farklı bir bakış açısı kazanmamı sağladı. Fizikçiler kabul etmese de diğer bilimlere karşı olan üstünlük duygusunun fiziğin tek başına gerçek kanunların keşfine katkıda bulunduğu inancından kaynaklandığını fark ettim. Filozoflar bu durumu genellikle fiziksel kanunların tabansallığı açısından açıklarlar. Walter Ott’un The Metaphysics of Laws of Nature (Doğa Kanunlarının Metafiziği) (2022) adlı kitabında belirttiği gibi: Kanunlar bilim için “temel” olmalıdır. Tipik olarak diğer önermelerin alt sonuçları olarak ortaya çıkmamalıdırlar.
Bu durum, fiziğin dışında herhangi bir gerçek kanunun olduğu fikrini zayıflatmaktadır. Kimya özelinde kuantum mekaniğini neden olarak gösterebiliriz. Kuantum mekaniğine göre tüm elementleri ve bileşikleri, kendilerini oluşturan parçacıkların davranışları ve etkileşimleri açısından tanımlayabilirsiniz. Kimyada başka bir yasaya başvurmaya gerek yoktur. Jaegwon Kim, 2010 yılında yayınlanan “Why There Are No Laws in the Special Sciences”[1] (Özel Bilimlerde Neden Kanun Yoktur?) adlı makalesinde şöyle aktarır:
“Eğer özel bilimler tarafından araştırılan olgular her şeyi kapsayan fiziksel alanın bir parçasıysa, fiziksel kanunlar ve açıklamalara ek olarak özel bilim kanunları ve açıklamaları nasıl mümkün olabilir? Hatta özel bilimler nasıl mümkün olabilir? Ve mümkün olsalar bile onlara ihtiyacımız var mı? Gelişmiş fizik neden tüm ihtiyaçlarımız karşılamasın?”
Bu alıntıya göre, fizikçilerin ukalalığını anlamak son derece kolaydır. Eğer fizik evren’in temel kanunlarını gün yüzüne çıkarıyorsa, kimyada oluşturduğumuz diğer bütün önermelerin (diğer bilimler için de bahsedebiliriz) fizikten yola çıkması gerekmektedir.
Lakin bu bakış açısı, doğanın farklı ölçeklerde işlediğini göz ardı etmektedir. Tekil atomlardan daha büyük sistemleri incelediğimiz zaman, karmaşıklıkları onları elektronlar, protonlar ve nötronlar üzerinden tanımlamayı zorlaştırır. Dahası kimyasal mercek de dahil olmak üzere yalnızca farklı bir mercekle ortaya çıkarılabilecek örüntüler sergilerler. Bu durumun kimyadaki en karakteristik örnekleri, şaşırtıcı bir şekilde ihmal edilen iki örnekle gösterilir: Periyodik tablo ve kimyasal reaksiyonlar.
İlk olarak periyodik tabloyu ele alalım. Periyodik tablonun bilimdeki en popüler temsillerden biri olduğunu söylemek abartı olmayacaktır. Herkes periyodik tablonun bir posterine denk gelmiştir ya da elementleri akılda tutmak için sınıfta şarkılar dinlemiştir. Tablo, bilinen bütün kimyasal elementleri kapsar (şu ana kadar 118 element vardır) ve şu anda bu tablo netleşmiş olsa da önceleri durum böyle değildi. 19.yy’da kimyagerler hangi sınıflandırmanın daha iyi olacağına dair tartışmalara girmişti. Bu tartışmalar öncelik ve doğrulama üzerinden ilerlemiştir. Bu tartışmaların ana karakterleri Dmitri Mendeleev, John Newlands ve Lothar Meyer olmuştur. Günün sonunda Mendeleev’in sunduğu tablo galip gelmiştir. Her bir yarışmacı, önerdikleri sınıflandırmayla belirli bir faydayı yerine getirdiklerini iddia etmişlerdir. Newland’ın tablosu basitlik sağlamıştır. Elementlerin sıralanmasının altında yatan ilişki, elementlerin atom ağırlıkları arasındaki basit bir matematiksel ilişkidir. Meyer’in tablosu ulaşılabilir ampirik verilerin kalitesine dikkat çekmiştir. Bu tabloda verilerinin hala güvenilmez olduğu düşünülen elementleri hariç tutmaktadır. Mendeleev ise bütünlük sağlamıştır. Yaptığı tablo, zamanının bilinen bütün elementleri kapsamaktaydı. Mendeleev’in tablosu kabul edildi çünkü diğerlerinin yapamadığı bir sınıflandırma sunmuştu. Bilim insanlarının henüz keşfedemediği elementlerin varlığını öngörmek.
Mendeleev’in orijinal tablosunda elementler, atomik kütlelerine göre yerleştirilmişti. Bugün ise proton sayılara göre yerleştirilmektedir. Görünen o ki elementleri atom çekirdeğindeki proton sayısına göre tanımlamak çok daha tutarlıdır. Bu tablo sol üstte hidrojenle başlar (atom çekirdeğinde bir proton vardır) ve elementler soldan sağa ve yukardan aşağı şekilde ardışık şekilde yerleştirilir. Ancak bununla da sınırlı değildir. Öyle ki elementler bu sırayla yerleştirildiklerinde özelliklerinde belirli örüntüler sergilerler. Aynı sütunda ve aynı sırada bulunan elementlerin ortak belirli fiziksel ve kimyasal özellikleri vardır. Örneğin, alkali metalden(Hidrojen hariç ilk kolondaki bütün elementler) yapılan materyaller yumuşak ve dövülgen olurlar. Dördüncü sıradaki elementler ise oldukça sabittirler. Kolayca reaksiyon vermezler. Böyle bilgiler son derece kullanışlıdır çünkü bu bilgiler kimyagerlerin olguları açıklamasına ve materyallerin birbiri arasında nasıl etkileşime gireceklerine dair tahmin yürütmelerini sağlar.
Erken dönem kimyagerleri de periyodik tablonun değerini göz ardı etmemiştir. En başından beri başardıkları şeyin sadece kullanışlı bir sınıflandırmanın formüle edilmiş hali değil aksine bir kanun keşfi olduğuna inandılar. Bu kanuna “periyodik kanun” dediler. “Periyodik Kanun” (1871) adlı makalesinde Mendeleev periyodiklik kanunu hakkında konuşmuştu. Mendeleev “Periyodiklik kanunu, bütün elementlerin atomik ağırlığı ve özellikleri arasındaki ilişkiyi çalışmak için uygundur.” demişti. Newland’da öncelik iddiasında bulunurken “periyodik yasayı tanımlayan ve bu şekilde düzenlediklerinde aralarında basit bir ilişki olduğunu gösteren ilk kişi” olduğunu söylemiştir. Günümüzde periyodik kanun, elementler artan atom numarasına göre konumlandırıldığında fiziksel ve kimyasal özelliklerinde yaklaşık bir tekrar olduğu gerçeğini ifade eder.
‘Altın, kimyasal reaksiyon geçirmeyen bir elementtir’ ifadesi belirli bir altın parçasını ilgilendirmeyen evrensel bir ifadedir
Ancak tabloyu bu kadar önemli kılan şey periyodik kanun değildir. Periyodik tablo aracılığıyla kimyagerler, farklı kimyasal elementlerin (ve bunların kümelerinin) nasıl davrandığına ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair düzenlilikleri ortaya çıkarırlar. ‘Alkali metaller yumuşak ve dövülgendir’ , ‘altın parlaktır’ ya da ‘halojenler çok reaktiftir’ gibi ifadelerin tümü, periyodik tablonun analiz edilmesiyle temsil edilen ve türetilebilen tesadüfi olmayan düzenliliklerin ifadeleridir. Dolayısıyla fiziksel kanunlar gibi bu ifadelere de kanun statüsü tanınması gerektiğine inanıyorum.
Sizi buna ikna edebilmek için, filozofların bilimdeki kanunlar fikrini nasıl açtıklarını görmemiz gerekmektedir. Herkes, bilimdeki tüm kanun ifadelerinin sergilediği belirli özellikler olduğu konusunda aşağı yukarı hemfikirdir. Örneğin bir kanun ifadesi (yerçekimi kanunu gibi) uzay ve zamandaki belirli bir olaya ya da kütlesi olan belirli bir nesneye veya parçacığa değil, belirli özelliklere (bu durumda kütle) sahip tüm nesnelere atıfta bulunur. Aynı zamanda evrenseldirler (ya da en azından istatistiksel genellemelerdir) yani ilgili özelliklere sahip herhangi bir nesne için, herhangi bir yerde ve herhangi bir zamanda geçerlidirler. Ayrıca yasalar tahminlerde bulunmak için de kullanılabilir. Örneğin yerçekimi kanununa başvurarak fırlattığım çalar saatimin yere düşeceğini tahmin edebilirim. Bu aynı zamanda nedenini açıklamama da yardımcı olur. Son olarak yasalar ‘eğer- o zaman’ gibi karşıolgusal iddialarda bulunmamızı sağlar. Örnek olarak yerçekimi kanunu varsayımsal durumların mümkün olup olmadığını incelememi sağlar. Mesela balkondan bir fil fırlatsam düşer mi?
Bu kriterler, kimyagerlerin periyodik tablodaki elementler hakkında söyledikleri ifadelerle karşılanmaktadır. ‘Altın, kimyasal tepkime geçirmeyen bir elementtir.’ önermesini ele alalım. Bu ifade belirli bir altın parçasını ilgilendirmeyen evrensel bir ifadedir ve herhangi bir yerde ve zamanda bulunan herhangi bir altın parçası hakkında çıkarım yapmamızı sağlar. Ayrıca, Antik Mısır’da yapılmış altın kolyelerin hepsinin binlerce yıl sonrasında bile bozulmamış olmasını açıklar. Ek olarak astronotların dünyaya benzeyen başka bir gezegende bulacağı herhangi bir altın parçasının da parlak ve tepkisiz olacağını tahmin etmemizi sağlar. Son olarak ‘ Eğer kolyem altından yapılmış olsaydı, o zaman paslanmazdı’ gibi karşıolgusal iddialar ortaya atmamızı sağlar.
Lakin doğa kanunlarını gün yüzüne çıkaran sadece periyodik tablo değildir. Sonuçta ‘halojenler çok reaktiftir’ şeklindeki ifadeler kanunları temsil ediyorsa, ‘asitler bazlarla reaksiyona girerek tuz ve su oluşturur’ şeklindeki ifadeler de kanunları temsil eder. Yani ister atomlar arasındaki ister moleküller arasındaki dönüşümlerle ilgili olsun, kimyasal tepkimelerle ilgili tüm ifadeleri kanun olarak kabul etmeliyiz. Kimyasal tepkimeler kimyada büyük rol oynarlar. Kimyasal tepkimelerin anlaşılması disiplini tanımlar. Bağırsaklarımızın besinleri nasıl işlediğinden tutun da çiçeklerin güneş ışığını emmesine kadar yaşamımız hem anlık hem de insan müdahelesiyle gerçekleşen kimyasal tepkimelere bağlıdır. Bu dönüşümleri manipüle etme becerisi, ilgili kimyasal kanunların sağlam bir şekilde anlaşılmasına bağlıdır. Sonuçta kimyasal tepkimelere ilişkin açıklamalar yalnızca tesadüfi düzenliliklere atıfta bulunsaydı, kimyanın muazzam başarısı(hem teorik hem de pratik) imkansıza yakın olurdu.
Peki bütün bu bahsedilenler kimya kanunlarının fizik kanunlarıyla aynı noktada olduğuna bizi ikna etmek için yeterli midir? ‘Altın kimyasal reaksiyon geçirmeyen bir elementtir.’ önermesini tekrar düşünün. Bu durumda Schrödinger’in kuantum denkleminin, altının kimyasal reaksiyon geçirmeyen bir elementtir ifadesiyle söylemek istediğimiz her şeyi kapsayıp kapsamadığını sorabiliriz. Ben kapsadığına inanmıyorum. Şöyle açıklayayım. Kimyanın olmadığını ve kimyasal olguların sadece protonlar, nötronlar ve elektronların nasıl etkileşime girdiği açısından tanımladığımızı hayal edin. İşlerin nasıl yürüdüğüne dair resmin bir kısmını gözden kaçırmış olur muyuz? Her şey atom altı parçacıklar arasındaki etkileşimlerin bir sonucu olsa bile (ki ben buna itiraz etmiyorum) sanırım yine gözden kaçırırdık.
Kimya kanunları, cansız maddenin dönüşümlerinde ve yaşamın ortaya çıkışında var olan zenginliği tam olarak anlamak için gereklidir. Bu nedenle yerçekimi kanunu, görelilik kanunu ya da termodinamik kanunlarından daha az önemli değildirler. Paradigmatik fizik kanunları ile aynı öngörü ve açıklama gücüne sahiptirler. Yaşam ve evren hakkındaki büyük soruları ele alırken anlattığımız hikayenin bir parçası olarak kabul edilmelidirler.
[1] “Special Sciences” kavramı, bilim felsefesinde temel fizik harici bütün bilimleri kapsar. Örnek olarak kimya, biyoloji ve nörobilim verilebilir.
Vanessa A Seifert – “Chemical laws“, (Erişim Tarihi: 08.07.2025)
Çevirmen: Hüseyin Özer
Çeviri Editörü: Efe Aytekin
