MATEMATİK ve DOĞA
MAKALELERİ

Doğa yalnızca
gördüklerimiz, duyduklarımız, kokladıklarımız değildir.
Gezegenlerin yörüngesi elipsi ve genel olarak eğriyi
fısıldarlar. Sabun köpüğü mükemmel bir küre olmaya çalışır.
Rakamları hangi
sistemde grafiğe
dökerseniz dökün bir şablon çıkar. Bu yüzden doğada her
yerde şablonlar vardır. Kısacası,
1) Matematik
doğanın dilidir.
2) Etrafımızdaki her şey sayılarla tanımlanabilir ve
anlaşılabilir.
İşte doğanın
matematiği.
Doğadaki Matematik-1

Eşkenar üçgen ve kar tanesi
Bir eşkenar üçgenin her kenarının ortasındaki üçte birlik
kısmı alın. Bunlarla şekildeki gibi yeni bir üçgen
oluşturun. Yeni üçgen şekil olarak aynı ve büyüklük olarak
ilkinin üçte biri kadardır. Böylece devam edildiğinde, ideal
bir kar tanesi elde edersiniz.
Bir sığırın canlı ağırlığı
Bir sığırın canlı ağırlığını bulmak için, göğüs çevresinin
karesi ile vücut uzunluğu ve 87,5 kat sayısı çarpılır.
P= c2.h.87,5
(C: Göğüs çevresi, h: vucut uzunluğu, p: sığırın canlı
ağırlığı.)
Çır çır böceği ile hava sıcaklığı arasındaki ilişki
Çır çır böceğinin sesleri ile hava sıcaklığı arasında bir
ilişki vardır. Dolayısıyla hava sıcaklığını aşağıdaki formül
ile fahranayt cinsinden bulabiliriz.
T= 0,3.N+40
(T: hava sıcaklığı, N: çırçır böceğinin bir dakikada
çıkardığı ses sayısı)
Doğadaki her şeyin birbirleriyle ilişkisi
Bir gölün alanını bulma ile bir taşın yukardan düşme hızı
arasında bir ilişki olabileceği çoğumuzun aklına gelmez.
Böyle bir ilişkinin varlığını matematik ile anlayabiliyoruz.
Gölün alanı integralle, taşın düşme hızı türev ile bulunur.
Türev ise integralin tersidir.
Köpeklerin en uygun yolu seçmesi
Matematikçi Tim Pennings 2003 yılında yayımlanan
makalesiyle, köpeği Elvis'in matematiksel analiz yaptığını
dünyaya duyurmuştu. Suya atılan topun peşine düşen Elvis,
çoğu zaman önce kumsal boyunca biraz koşup, daha sonra suya
dalarak en kısa sürede topa ulaşıyordu. Suda farklı, karada
farklı hızla ilerleyebilen köpek, A noktasından B noktasına
en kısa sürede ulaşabilmesi için hangi noktada suya girmesi
gerekiyorsa, o noktada suya atlıyordu.
www.matematikgeometri.com
Doğadaki
Matematik-2:Gezegenler ve matematik
Her gezegen odaklarından birinde güneşin bulunduğu eliptik
yörüngede hareket eder ve gezegeni güneşe birleştiren çizgi
, eşit zamanlarda eşit alanlar tarar. Gezegenlerin
yörüngelerinin ortalama yarıçapları yani herhangi bir
gezegenin güneşe olan uzaklığı R ve yörüngedeki dönme
periyotları T olmak üzere R³/T² oranı bütün gezegenler için
aynıdır. Daha da önemlisi, bu ilişkinin ileride Newton’ un
formüle edeceği yerçekimi yasasına sağladığı ipucudur. Oysa
Kepler bu buluşuna, arayış içinde olduğu “kürelerin müzikal
uyumunun” formülü gözüyle bakıyordu.
Arşimed spirali ve örümcek ağı
Bu spirali Arşimed keşfettiği için Arşimed spirali olarak
bilinir. Örümceğin, merkezden başlayarak eşit uzaklık ve
sürekli bir çizgi ile ördüğü ağ, bu spirale iyi bir
örnektir.
Arılar ve altıgen
Arılar, peteklerini birim alanının tamamen kullanılması ve
en az malzemeyle petek yapılması için altıgen şeklinde
yapmaktadırlar. Ayrıca, dişi bal arılarının yaptıkları petek
gözeneklerinin açısı 70 derece 32 dakikadır.
Karıncalar ve vektörler
Sahra çölü karıncaları yön bulmada yol entegrasyon sistemini
kullanırlar. Bu sistemde karınca, yuvadan çıktıktan sonra
yaptığı yürüyüş ve dönüş hareketlerinin toplamını, yuvaya
olan uzaklığını hesaplamak için kullanır. Karınca, yuvasına
olan mesafeyi küçük segmentlere böler; her bir segment uygun
yön ve uzaklık vektörünü taşır. Bu vektörlerin toplamıyla
yuvanın uzaklık ve yönünü veren 'homing vektörü' elde
edilmiş olur.
www.matematikgeometri.com
Bütün
çember şeklindeki şekillerin çevre uzunluğunu çapına
(kalınlığına) böldüğümüzde pi sayısını elde ederiz. Pi
sayısın basamaklarında hep bir ilişki aranmıştır. Örneğin:
Pi sayısının sonsuza kadar devam eden basamaklarında 360.
sırada 360 sayısı bulunmaktadır.
Pi sayısının ilk 144 basamağının toplamı 666 ya eşittir. 144
ise (6+6)*(6+6) ya eşittir.
Atmosferik basınç ve pi Sayısı
Atmosferik basınç sayısı P= 0,101325 dir. P nin karekökünü
alıp 1’e böldüğümüzde Pi sayısını yaklaşık olarak
bulabiliyoruz.
Filin yüksekliği ve pi sayısı
Bir filin ayağı daire şeklindedir ve ayağının çapını ölçüp 2
ile çarptığınızda filin yüksekliğini tahmin edebiliriz.
www.matematikgeometri.com
Doğadaki Matematik-4 (e sayısı
ve doğa)
1 + (1/1!) + (1/2!) + (1/3!) + ... + (1/n!)
serisinin toplamı "e" sayısını verir. Değeri:
e = 2.71828182... dir. Matematikteki üç ünlü sayıdan
biridir. Diğer ikisi pi ve i sayılarıdır ve kendi aralarında
çok güzel bir harmoni oluştururlar yani
e i.pi =-1
Matematik ve Hayal kitabında bu formül için şöyle yazar:
“Zarif, kısa ve anlam dolu. Uygulamalarının ise sonu
gelmiyor”. Matematikçi B.Peirce ise şöyle demişti: “Ne demek
istiyor bilmiyoruz. Fakat onu kanıtladık”.
Ayrıca, e sayısının ilk altı basamağının, pi sayısının
basamaklarında şu ana kadar sekiz kez tekrar ettiği
bulunmuştur.
Doğada pek çok faaliyet e sayısındaki karekteristiğe
sahiptir. Örneğin, böcek bilimcisi J.H.Fabre Örümceğin
Hayatı kitabında, sisli sabahlarda örümcek ağlarının su
damlacıkları ile yüklenerek yanar döner elmasları andıran
zincir eğrileri çizdiğini anlatır ve şöyle der: “... ve bu
ağların şanını e sayısı oluşturuyordu”.
www.matematikgeometri.com
Doğadaki Matematik-5 (Fibonnaci
Sayısı ve Doğa)
Bu sayı, 1'den başlamak üzere kendisinden önceki iki sayının
toplamına karşılık gelen sayıların dizisidir. Yani 0, 1, 1,
2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233.... şeklinde
ilerlemektedir.
Fibonnaci sayısı pascal üçgeninden de elde edilebilir.
Pascal üçgenin köşegenlerindeki sayıları topladığınızda
Fibonacci serisini görebiliriz.
Papatyalar ve Fibonnaci sayısı
Papatyalar büyürken her dal Fibonacci serisine uyarak
yükselmektedir.
Işığın yansıması ve Fibonnaci sayısı
Birbirine yapışık iki tabaka camda ışığın yansıması için şu
kural vardır:
1.kere yansıması 2 biçimde
2.kere yansıması 3 biçimde
3.kere yansıması 5 biçimde…
Bunlar Fibonnaci sayılarıdır. www.matematikgeometri.com
Doğadaki Matematik-6
(Altın Oran ve Doğa)
Altın Oran, pi sayısı gibi irrasyonel bir sayıdır.
PHI
(Fi) ile gösterilir. Göze en hoş gelen, en estetik oran
olduğundan bu isim verilmiştir. Bu sayı = 1.618033988....
şeklinde sonsuza kadar devam eder. Doğada pek çok yapı
altın oranı içerir.
DNA ve altın oran
DNA molekülü tüm yaşamın programını taşımaktadır. Temelinde
de altın oran bulunmaktadır. Her tam turunda 34 angstrom
uzunluğunda ve 21 angstrom genişliğindeki çift heliks spiral
yapısı ile altın oranı bünyesinde bulundurmaktadır ve 34/21=
1.619 sayısını vermektedir.
Kar kristali ve altın oran
Kar kristalini oluşturan kısalı uzunlu dallanmalarda,
çeşitli uzantıların oranı altın oranı verir. www.matematikgeometri.com
Doğadaki
Matematik-7 (
İnsan Vücudu ve Matematik )
Üst çene ve altın oran
İdeal üst çenedeki ön iki dişin enlerinin toplamının
boylarına oranı altın oranı verir. Bunlar bir dişçinin
dikkate alabileceği en ideal oranlardır.
Kollar ve
altın oran
İnsan vücudunun bir parçası olan kolları dirsek iki bölüme
ayırır (üst bölüm ve alt bölüm olarak). Kolumuzun üst
bölümünün alt bölüme oranı altın oranı vereceği gibi,
kolumuzun tamamının üst bölüme oranı yine altın oranı verir.
İnsan boyu ve
altın oran
insanın boy ölçüsünün göbek boyuna oranı yaklaşık olarak
altın oran çıkmaktadır. Bir insanın boyuna x diyelim. Göbek
deliğinden yere olan yüksekliğe ise y diyelim. x/y=1.618 dir.
Yani altın oran.
Ayak boyu
Bir insanın el bileği ve dirseği arasındaki mesafe, o
kişinin ayak boyuna eşittir.
Kulaç mesafesi boy uzunluğuna eşit
Kollarınızı sağa ve sola açtığınızda iki uç nokta arasındaki
mesafe boyumuzun uzunluğuna eşittir.
Kalp şekli ve koordinatlar
Denklemlerin polar koordinatlarda gösterilmesi sayesinde pek
çok ilginç şekil elde edilebilir. Bu şekilde oluşturulan
şekillerden birisi de 'kalp'tir. Kalp şeklini elde etmek
için kulanılabilecek en basit denklem
r=b+a*cosV
dir. Bu kalp şekli aynı zamanda cardioid olarak da
bilinir. www.matematikgeometri.com
Matematiğin önemli bir kolu olarak geometri,
insanoğlunun doğayı nasıl algıladığı ile yakından
ilişkilidir. Algılama biçimleri geliştikçe, daha ileri
geometrik yaklaşımlar ortaya konmuştur. Bir mağara duvarına
çizilen resimler bile belli bir geometrik yaklaşımı
yansıtmaktadır. Diğer bir deyişle mağara duvarına resim
yapan kişi, örneğin bir boğayı en azından belli bir oranda
küçülterek çizmesi gerektiğini bilmektedir.
Yerleşik hayata geçilmesiyle geometrinin önemi ve
geometriye duyulan gereksinim daha da artmıştır. Tarihte
Mısırlılar ve Babilliler geometriye önemli katkılar
yapmışlardır. Eski Mısır’da Nil Nehri’nde meydana gelen
peryodik taşkınlar tarla sınırlarını ortadan kaldırıyordu.
Durum normale döndükten sonra tarla sınırlarının yeniden
belirlenmesi gerekmekteydi. Mısırlılar bu sorunun üstesinden
geometri bilgisini kullanarak gelmeyi başardı. Diğer
taraftan Mısır matematiğine ilişkin araştırmalar,
Mısırlıların hem küre yüzeyini hem de kesik piramidin
hacmini bildiklerini göstermektedir. Babilliler ise arazi
ölçümü yapabiliyor ve ikinci dereceden denklemleri
çözebiliyordu.
Euclides
geometrisi 2000 yıldan fazla bir zamandır hakimiyetini
sürdürmektedir. Bu klasik geometri anlayışında doğada
karşımıza çıkan şekiller; doğrular ve düzlemler, daireler ve
küreler, üçgenler ve koniklerden ibarettir. Bu şekiller
gerçeğin güçlü bir soyutlamasından ibarettir. Doğada var
olan karmaşık yapıyı anlamak ve modelleyebilmek için
yukarıda bahsedilen soyut şekillerin yeterli olmadığı
artık bilinen bir gerçektir.
Yakından incelendiğinde doğadaki nesnelerin Euclides
geometrisindeki şekillere hiç benzemediği görülecektir. Tam
küre şeklinde olan bir tane bile elma ya da bulut bulunamaz
veya tam koni şeklinde olan bir dağ hiç bir zaman yeryüzünde
olmadı. Benzer şekilde doğada gövdesi silindir şeklinde olan
bir ağaca, bir hat boyunca ilerleyen yıldırıma ya da tepsi
gibi düz bir ovaya rastlanamaz. Özetle doğayı daha iyi
anlayabilmek ve modelleyebilmek için yeni bir geometriye
gereksinim vardır.
Yukarıda sözü edilen yeni geometrinin adı “ fraktal
geometri”dir. Bu isim Fransız bilim adamı Benoit Mandelbrot
tarafından verilmiştir. “Fraktal” kelimesi Latince “fraktus
(kırık taş)” kelimesinden türetilmiştir. Fraktal geometrinin
yarattığı evren, yuvarlak veya düz olmayan; girintili
çıkıntılı, kırık, bükük, birbirine girmiş, düğümlenmiş vb
şekillerden oluşan bir evrendir. Bu evren Euclid
geometrisinin tasvir ettiği türden sıkıcı ve tekdüze bir
evren değildir; tersine gözlemciye her ölçekte ayrı bir
dünyanın kapılarını aralar. Fraktal bir nesneye bakan
gözlemci, matematikdeki “sonsuz” kavramının nasıl somuta
dönüştüğüne tanık olur.
Fraktal bir şeklin neye benzediğini daha iyi anlayabilmek
için Mandelbrot’un İngiltere sahilleri için sorduğu soruyu
biz Türkiye sahilleri için sorarak başlayalım: “Türkiye
sahillerinin toplam uzunluğu nedir?” Mandelbrot’un iddiasına
göre, her sahil bir bakıma sonsuz uzunluktadır, diğer bir
deyişle, sorunun cevabı kullanılan cetvelin uzunluğuna
bağlıdır. Örneğin açıklığı bir metre olan bir pergel ile
Türkiye sahillerinin uzunluğu ölçüldüldüğünde, bulunan değer
yaklaşık bir tahminden ibaret olacaktır. Çünkü pergel bir
metrenin altındaki girinti ve çıkıntıların üzerinden
atlayacaktır. Pergel açıklığı yarım metreye indiğinde, bu
uzunluk ölçeğindeki ayrıntılar da hesaba katılmış olacaktır.
Dolayısı ile daha hassas bir ölçüm için her seferinde
pergel açıklığını biraz daha küçültmemiz gerekecektir.
Sonuçta bulmuş olduğumuz sahil uzunluğu, kullanılan uzunluk
ölçeğine bağlı olacaktır. Örneğin bir uydudan ölçülen
Türkiye sahillerinin uzunluğu, bütün koyları ve burunları
adımlayarak ölçüm yapan bir gözlemcinin bulduğu uzunluktan
daha küçük bir değer olacaktır.
Eğer sahil Euclides geometrisindeki şekillerden birine
örneğin bir daireye benzeseydi, gittikçe küçülen pergel
açıklıklarıyla yapılan ölçümler sonuçta belli bir değere
yakınsardı. Ancak fraktal yaklaşıma göre, ölçek küçüldükçe
bulunan sahil uzunluğu sürekli olarak artacak; körfez ve
yarımadalardan daha küçük körfezcikler ve yarımadacıklar
ortaya çıkacak ve bu işlem ancak atom boyutuna ulaşıldıktan
sonra sona erecektir, çünkü sahillerin yapısında fraktallik
mevcuttur. Bu yapıyı geometrik olarak tam tanımlı Koch
eğrisine benzetebiliriz. Aşağıda nasıl elde edildiği adım
adım anlatılan Koch eğrisi bir sahil için ideal bir model
oluşturmaktadır (Şekil 1).
Şekil 1’de görüldüğü gibi A0 adımında birim uzunlukta bir
doğru parçası ile başlayıp A1 adımında her biri 1/3 birim
uzunluğundaki 4 doğru parçasından yeni bir şekil elde
edilir. Bunu yaparken orta 1/3’lük parça atılıp, onun yerine
aynı uzunlukta iki parça eklenir. Bu şekilde her yeni
adımda, bir önceki adımda elde edilen doğru parçalarına aynı
işlem uygulanınca sonuçta fraktal bir şekil ortaya çıkar.
İşleme bu şekilde devam edilip n. adıma gelinirse
eğrinin toplam uzunluğu (4/3) n olacaktır.
Eğer n yeterince büyük alınırsa eğrinin uzunluğu da
sonsuza gidecektir. Diğer bir deyişle Koch eğrisinde iki
nokta arasındaki uzaklık sonsuzdur. Eğer bu eğri yakından
incelenirse şeklin tamamı ile onu oluşturan alt parçaların
bir birine benzer olduğu görülür. Örneğin şeklin tamamını 3
kat küçültürseniz bir alt parçasını elde edersiniz. Bu
küçültme işlemine sonsuza kadar devam edebilirsiniz.

Şekil 1: Koch eğrisinin oluşturulması
Bu aşamada artık bir fraktal şeklin tanımını yapabiliriz:
Bir fraktal şekil kendi kendine benzer parçalardan oluşmuş
bir şekildir. Fraktal şekillerin diğer önemli bir özelliği
de boyutlarıdır. Bilindiği gibi Euclides geometrisindeki
bütün şekiller tam sayı bir boyuta sahiptir. Örneğin
noktanın boyutu 0, doğrunun boyutu 1, karenin boyutu 2,
kübün boyutu 3’dür. Oysa fraktal şekiller tam sayı bir
boyutla temsil edilemezler (Şekil 2). Koch eğrisi iki nokta
arasında sonsuz uzunlukta olması nedeniyle basit bir
doğrunun ötesine taşmakta, diğer taraftan bir düzlemi de tam
olarak dolduramamaktadır. Öyleyse Koch eğrisinin boyutu 1
ile 2 tam sayıları arasında yani kesirli bir sayı olmalıdır.
Koch eğrisinin boyutu 1.26’dır. Bu örnekte olduğu gibi
kesirli bir boyutlara fraktal boyut denir.

Şekil 2: Euclidyen ve Fraktal boyutların karşılaştırılması.
Çeşitli matematiksel fonksiyonların ardışık olarak çözülmesi
sonucu son derece büyüleyici fraktal şekiller elde
edilebilmektedir (Şekil 3, 4). Daha önce bir sahilin fraktal
yapıya sahip olduğu üzerinde durulmuştu. Yalnızca sahiller
değil, doğanın her hangi bir parçası, adaların dağılımı,
dağlar, bir havzadaki ana akarsu ve kollarının oluşturduğu
şekil, buzullar, belli bir kristal yapının veya tanenin bir
kaya içindeki dağılımı, bitkilerin geometrisi vb fraktal
özelliktedir. Şekil 5 ve 6 yakından incelenirse fraktal
yaklaşımın doğayı son derece gerçekçi bir şekilde yansıttığı
görülecektir.
Şekil 3: Julia kümesi Şekil
4: Mandelbrot kümesi
Şekil 5: Eğrelti otu Şekil 6: Fraktal
manzara
|
|
|
|
|
Prof.
Dr. Ali Nesin
Matematikle doğa arasındaki ilişkiyi kendimce
irdelemek istiyorum bu yazımda.
1-
Matematik Doğada Var mıdır? Matematiksel kavramlar
doğada var mıdır? Olmadığını savunanlar var. Aşağı
yukarı şöyle savunuyorlar: Doğada matematiksel bir
nokta yoktur örneğin. Çünkü matematiksel nokta
boyutsuzdur, ne elle tutulabilir ne de
gözlemlenebilir. Kalemi kâğıda dokundurduğumuzda
elde ettiğimiz “nokta” boyutludur, matematiksel
nokta gibi boyutsuz değildir. Elektronun, üç boyutu
ve az da olsa bir ağırlığı vardır. “İşte nokta” diye
gösterebileceğimiz bir nesne yoktur doğada. Doğada
matematiksel nokta yoktur, olsa olsa çok küçük
benekler vardır. “Nokta” kavramı insanların
uydurması/yaratısıdır.
Doğada matematiksel anlamda bir doğru da yoktur.
Kâğıdın üstüne çizdiğimiz “düz” çizgi hem sonludur,
hem düz değildir, hem de birden fazla boyutu vardır.
Kalemimiz ne denli ince yazarsa yazsın, çizdiğimiz
her “düz” çizginin belli bir genişliği ve kalınlığı
vardır. Oysa matematiksel doğru bir boyutludur,
genişliği ve yüksekliği yoktur.
Doğada “sonsuz” da yoktur. Yaşadığımız evren
sonludur. Evrendeki molekül, atom, elektron, foton
sayıları sonludur. Kimse sonsuza kadar sayamaz,
kimse sonsuzu gösteremez, kimse sonsuza gidemez,
kimse sonsuzda olduğunu düşünemez. Düşlerimiz bile
sonluda yer alır.
sayısı da yoktur. ÇünküpDoğada
sayısı 3,141592653589... diye sonsuza uzayıp giden
(uzayıp gitmesi gereken)p
bir sayıdır. Virgülden sonra gelen sayılar belli bir
düzene göre de de yoktur. Kimsepyinelenmezler. Bu yüzden, yani sonsuz olmadığından
doğada ’yi, bir çemberin (dairenin) çapına
bölündüğünde eldep’yi tam olarak yazamaz.
p
’nin doğada olduğunu göstermeye yeterlipedilen sayı olarak tanımlamak, değildir. Çünkü bir
çemberi ve çapını hesaplayıp bölme işlemini
yaptığımızda, ’ye yaklaşık bir sayıyı buluruz. Kaldı
ki doğada matematikselp’yi
değil,
p
anlamda bir çember yoktur! Doğada “işte çember” diye
gösterebileceğimiz bir nesne yoktur. Çember
matematikçilerin yarattıkları bir kavramdır . Zaten
gibi gerçel sayılara gereksinmeyiz. 3,14159 =puygulamada hiçbir zaman ’nin doğadap314159/10000 gibi kesirli sayılar uygulamada yeterlidir.
Bu da, olmadığı savını desteklemez mi?
olmadığı gibi, 0,9999999... sayısıpDoğada
da yoktur . Çünkü bu sayıyı yazmak için virgülden
sonra sonsuz tane 9 koymalıyız ve ne yazık ki bu iş
için yeterince zamanımız yoktur!
Doğada “bir” yoktur. Doğada olsa olsa “bir elma, bir
armut” vardır. Ama doğada “bir” yoktur. Hatta doğada
“bir elma” bile yoktur. Elmayla elmanın bulunduğu
ortam arasındaki sınır tam belli değildir ki!
Elmayla, elmanın bulunduğu ortam arasında sürekli
molekül alışverişi vardır. Örneğin çürümeye yüz
tutan bir elmanın tam ne zaman elmalıktan çıktığını
söyleyebilir miyiz?
Her şey değiştiğinden, hiçbir şey olduğu gibi
kalmadığından doğada “bir” yoktur. Doğada “bir”
olmadığı gibi başka sayı da yoktur. Sayıları
insanlar yaratmışlardır.
Ya sıfır? Sıfır var mıdır doğada? Sıfır, olmayan
nesne sayısıdır. Olan nesneleri sayamadığımızı
yukarda gördük, olmayan nesneleri saymak daha da zor
olsa gerek !
Matematiğin en temel kavramları doğada yoktur. Daha
soyut kavramları hele hiç yoktur!
Matematiğin doğada olmadığı herhalde üç aşağı beş
yukarı böyle savunulur.
Bu felsefi hatta metafizik düşünceler hafife
alınmamalı. Bir örnek daha vererek bu düşüncelerin
yabana atılmaması gerektiğini göstereyim. Bildiğimiz
uzayda iki nokta ele alalım. Bu iki nokta arasındaki
uzay parçasının bir uzunluğu vardır. Diyelim 1
metre. Bu 1 metreyi ikiye bölebiliriz. Elde
ettiğimiz iki yarım metrenin herbirini de ikiye
bölebiliriz. Elde ettiğimiz çeyrek metreleri de
ikiye bölebiliriz. Kuramsal olarak her sayıyı ikiye
bölebileceğimizden, bölme işlemini sonsuza değin
yapabiliriz. Sonsuza değin olmasa bile dilediğimizce
bölme işlemini sürdürebiliriz. Böle böle, bir
atomun, bir elektronun, adını bilmediğim birçok
parçacığın boyutlarından daha küçük bir sayı elde
ederiz. Oysa fiziksel uzay durmadan ikiye bölünmez.
Uzaklığı dilediğimiz kez ikiye bölebiliriz, ama
fiziksel uzayı dilediğimiz kez ikiye bölemeyiz. Bir
zaman sonra, fizik/doğa, uzayı ikiye bölmemizi
engeller. Demek ki iki nokta arasındaki fiziksel
uzayla bu iki nokta arasındaki matematiksel uzaklık
aynı şey değildir. Uzaklığı bölebiliyoruz ama uzayı
bölemiyoruz. Dolayısıyla matematikle yaşadığımız
fiziksel uzay tam bir uzlaşım içinde değildir .
Matematiğin doğada olup olmadığı sorusu,
matematiksel kavramların yaratı mı, yoksa keşif mi
olduğu sorusuyla içiçedir.
Örneğin Amerika keşfedilmiştir, yaratılmamıştır;
güneşin varlığı insanın varlığından bağımsızdır;
yerçekimi insandan ve hatta yeryüzünden bağımsız
vardır.
İnsan olmasaydı yerçekimi yasası bulunamazdı, ama
bundan yerçekiminin olmadığı sonucu çıkmaz, hatta
yerçekimi yasasının da insansız varolamayacağı
sonucu çıkmaz.
Öklid düzlemi, üçgen ve açı gibi geometrik
kavramlar, grup, halka ve cisim gibi cebirsel
yapılar, iki değerli (doğru ve yanlış değerli)
mantık birer keşif midir, yoksa matematikçilerin
yaratıları mıdır?
Bir başka deyişle matematik, Amerika anakarası gibi,
güneş gibi, yerçekimi gibi, bizim dışımızda var
mıdır? Matematiksel kavramların varlıkları da
insandan bağımsız mıdır?
Tartışma bizi zorunlu olarak bu soruya da
sürükleyecek.
Matematiğin doğada olup olmadığı sorusunu yanıtlamak
için, her şeyden önce doğayı tanımlamalıyız. Doğa ne
demektir? Doğa tanımlanmadıkça, matematiğin doğada
olup olmadığı sorusu tam anlamı olmayan, ancak
sezgiyle kavranabilen bir soru olarak kalacaktır.
Bu yazıda doğayı tanımlamaya kalkışmayacağım. Çünkü
bu yazının amacı doğayı tanımlamak değil, “doğa”
kavramına açıklık getirmek. Bu yazıda, matematiğin
doğada bulunmadığını savunanların doğa kavramını
sorgulayacağım. Bu kavramın daha geniş tutulması
gerektiğini, matematiğin doğada olmadığına
inananların oldukça basitleştirilmiş ve bence eksik
bir doğa kavramına sahip olduklarını ve ne derece
soyut olursa olsun, matematiği matematikçinin
yaratmadığını ama keşfettiğini, yani matematiğin
insandan bağımsız varolduğunu savunacağım.
Her ne denli “doğa” sözcüğünü tanımlamayacaksam da,
sözcüğü çok geniş anlamda kullandığımı
belirtmeliyim. “Doğa” sözcüğü salt yaşadığımız
dünyayı ve yakın çevresini kapsamıyor bu yazıda. Çok
daha geniş anlamda kullanıyorum sözcüğü. Belki de
“doğa” yerine “evren” ya da “dışdünya” demem daha
doğru olurdu.
Matematiğin Kaynağı Doğadır. Matematiğin doğada olup
olmadığı sorusunu bir yana bırakalım önce. Matematik
ve matematiksel kavramlar – doğada veya bir başka
yerde – var mıdır? Bu soruyu ele alalım.
Hiç kuşku yok ki matematiksel kavramlar vardır.
Matematikçilerin uydurması olarak bile olsa, ”pmatematik ve matematiksel kavramlar vardır. “Bir”
kavramı, “çember” kavramı, “ kavramı vardır.
Matematiksel kavramlar – doğada olsunlar veya
olmasınlar, matematikçilerin yaratısı olarak bile
olsa, düşünce olarak bile olsa, soyut düzeyde bile
olsa – vardırlar. Matematikçiler bu kavramları
tanımlamışlardır. Bundan kuşkumuz yok. Zaten bu
kavramlar olmasaydı matematiksel kavramların doğada
olup olmadıkları sorusu sorulmazdı bile. Doğruluğu
apaçık belli olan bu sözlerde derin bir gerçek
aramasın okur, herkesin bildiğini yineliyorum.
Bu varolan kavramlar yoktan mı varolmuştur? Yoktan
hiçbir şeyin varolmayacağını biliyoruz. En soyut
düşünceler bile somuttan kaynaklanır. Matematiksel
kavramlar da yoktan varolmamıştır. “Saf düşünce
ürünü” diye bir şey yoktur, olamaz. Her düşünce
ürünü bizim dışımızdaki gerçeklerden kaynaklanır.
Sanatta olsun, bilimde olsun, felsefede olsun, her
soyut düşüncenin, her kavramın ana kaynağı doğadır,
bizim dışımızdaki dünyadır. Bunun tersini düşünmek
yoktan bir şeyin varolabileceğini düşünmek olur.
Her düşünce ürünü gibi matematiğin de kaynağı dış
dünyamızdır. Yani matematik dış dünyadan tamamıyla
bağımsız değildir. En azından matematiğin ana
kaynağı matematikçinin dışındadır.
3. Matematik ve Teknoloji. Günümüzün ileri
teknolojisine matematik sayesinde eriştiğimiz
gözönüne alınınca, matematiğin büsbütün doğadan
bağımsız olmadığı da belli oluyor zaten. Matematiğin
çok soyut kavramları bile zamanla uygulama alanı
bulabiliyor. Bu da, elbette, matematiğin doğayı üç
aşağı beş yukarı kavrayabildiğini,
betimleyebildiğini, doğanın yasalarını gerçeğe
oldukça sadık kalarak kâğıda dökebildiğini gösterir.
Demek ki matematik, bir ölçüde bile olsa, doğayı
anlamamızı sağlıyor. Doğada “bir” olsun veya
olmasın, matematikteki “bir” kavramıyla tansıklar
yaratılıyor: uzaya gidiliyor, gökdelenler dikiliyor,
uydular aracılığıyla dünyanın bir köşesiyle öbür
köşesi arasında ses ve görüntü bağlantısı
kuruluyor... Matematik doğanın yasalarını ve
mantığını anlamaya çalışan ve bunda da çok başarılı
olan bir bilim dalı ve bir uğraştır.
Bu teknolojik gelişmelerin soyut matematikle değil,
fizikle, kimyayla, mühendislikle ve uygulamalı
matematikle gerçekleştiği ileri sürülebilir. Bu sav
hem doğrudur hem yanlış. Bir yandan kuramsal ve
soyut matematik en beklenmedik anda uygulama alanı
bulabilmektedir, öte yandan gelecekte bile nasıl
uygulanacağı bilinmeyen matematiksel araştırmalar
yapılmaktadır. Aynı ikilem kuramsal fizik için de
geçerlidir. Kaldı ki, teknolojiye uygulanan fizik,
kimya ve mühendislik de ilk önce kâğıt üzerinde
yapılıyor, uygulamaya sonra geçiliyor.
Matematiğin yararlarından bir başka yazımda
sözedeceğimden bu konuyu kısa kesiyorum. Şimdilik
şunu aklımızda tutalım: 1) Uygulanan matematik
vardır, 2) Bugün uygulama alanı bilinmeyen soyut
matematik vardır ve yapılmaktadır, 3) Bugün soyut
sanılan matematik gelecekte doğrudan ya da dolaylı
olarak uygulama alanı bulabilir (bulamayabilir de.)
4. Matematik Doğayı Yorumlar. İkinci bölümde
matematiğin kaynağının bizim dışımızdaki dünya
olduğunu söyledim. Bu savım yanlış anlaşılmasın:
beynimizin dışdünyayı, bizim dışımızdaki gerçeği
yorumlamadığını söylemiyorum. Cézanne’ın elmaları ve
manzaraları, Picasso’nun ölüdoğaları (natürmortları)
ve çıplakları doğanın aynen resmedilişi değildir,
bir yorumdur. Matematik de resim gibi doğayı
yorumlar. Örneğin iki nokta arasındaki uzay parçası
matematikte bir sayıyla (iki nokta arasındaki
uzaklıkla) ifade edilir. Elbette bir sayı ve bir
uzay parçası arasında ayrım vardır. Burda bir yorum
sözkonusudur.
Bir başka örnek vereyim: beş metre ’nin yerini tam
olarak gösteremeyiz. O zamanpuzunluğunda bir cetvel üzerinde sayısının olup
olmadığını nerden biliyoruz?pdoğada fiziksel anlamda
Biraz daha ileri gideyim. Doğada, fiziksel anlamda,
0’dan büyük ama 1/2’den, 1/3’ten, 1/4’ten ve genel
olarak her n > 0 tamsayısı için 1/n’den küçük bir
sayının olmadığını kabul ediyoruz. Yani, sonsuz
küçük sayıların doğada fiziksel anlamda
olmadıklarını kabul ediyoruz. Neden? Doğada fiziksel
anlamda sonsuz küçük sayıların olmadığı nerden
belli? Belki sonsuz küçük sayılar var da biz (sonsuz
küçük olduklarından) gözlemleyemiyoruz. Bu bir
olasılıktır. Hiç kimse bize doğada sonsuz küçük
sayıların olmadığına güvence veremez .
Demek istediğim, doğadaki uzaklıkların bildiğimiz
gerçel sayılarla ölçülebileceği varsayımının doğanın
bir yorumu olduğudur.
Son bir örnek daha vereyim. Matematikte 3 sayısı
{0,1,2} kümesi olarak, 2 sayısı {0,1} kümesi olarak,
1 sayısı {0} kümesi olarak tanımlanır. 0 sayısıysa Ø
olarak, yani boşküme olarak tanımlanır. Görüldüğü
gibi sayıların matematiksel tanımı bir yorumdur.
“Üç”ün bir küme olarak tanımlanması ve hele {0,1,2}
kümesi olarak tanımlanması için görünürde bir neden
yoktur .
Demek ki matematik doğayı yorumlar, tam olarak
betimlemez. Bu yorum kusursuz bir yorum olmayabilir,
ama bir önceki bölümde de savunduğum gibi büsbütün
kusurlu da değildir.
5. Modern Matematik Bir Zorunluluktur. , 1, 2, 3
gibi kavramların doğada bulunduğuna inanan,pNokta, doğru, çember, ancak modern matematiğin doğada
bulunduğuna inanmayanlar olabilir. Bu düşünceyi de
paylaşmıyorum. Bu bölümde modern matematiğin bir
zorunluluk olduğunu savunacağım.
Modern matematik matematik tarihinden soyutlanarak
ele alınırsa, modern matematiğin yapay bir bilim
olduğu kanısına varılabilir. Günümüzün soyut
matematiğinin bir zorunluluk olduğunu anlamak için
matematik tarihini incelemeliyiz. Çünkü matematiğin
her kavramı daha önce tanımlanmış başka kavramlardan
kaynaklanır ve bulunan her yeni kavram başka
kavramların bulunmasına neden olur. Matematiğin her
kavramının bir temeli, bir geçmişi, varoluşunun bir
gerekçesi vardır. Hiçbir matematikçi durup dururken
yeni bir kavram üretmez. Matematikçilerin
tanımladıkları her kavram bir gereksinim sonucudur.
Örneğin, doğru ve çember kavramlarından eğri
kavramı, eğri kavramından süreklilik, limit ve türev
kavramları, bu kavramlardan sonsuz küçük kavramı,
sonsuz küçük kavramından sonsuz büyük kavramı doğar.
Sayılar kavramından polinom ve cisim kavramları, bu
kavramlardan grup kavramı doğar. Uzaklık kavramından
topolojik uzay kavramı, topolojik uzay ve türev
kavramlarından manifold kavramı doğar.
Bir örnek daha vereyim. Diyelim ilkel bir toplum
20’ye değin saymasını biliyor ve 20’den büyük
sayılar için “çok” terimini kullanıyor. Bu ilkel
toplumun 21, 22, 23 sayılarını zamanla
öğreneceğinden kuşkumuz olmamalı. 20’ye dek
sayabilmek belli bir zekânın göstergesidir. 20’ye
değin sayabilen bir toplumun 21’i öğrenemeyeceğini
düşünemeyiz. Bu ilkel toplum gel zaman git zaman
21’i, 22’yi, 23’ü öğrenecek, hatta “artı 1”
kavramına ulaşacaktır. Arkası kendiliğinden gelir.
“Artı 1” kavramına ulaşan bir toplum kolaylıkla
evrendeki “parçacık” sayısından daha büyük sayılara
ulaşır. Oysa evrende böyle bir sayı fiziksel olarak
yoktur, ama “artı 1” soyutlaması bu sayıyı
“yaratır”. Fiziksel olarak evrende bulunmayan bu çok
büyük sayılardan “sonsuz” kavramına varmak zor
değildir.
Ben gerçekten de “sonsuz” ve “artı 1” soyutlamasına
erişmek için 20’ye değin sayabilmenin yeterli
olduğuna inanıyorum. 20’ye değin sayabilen
toplumların, salt bu kavramları değil, ne derece
soyut olursa olsun, her matematiksel kavramı bir
zaman sonra bulacağına inanıyorum.
Yukarda, her kavramın bir başka kavramdan doğduğunu
söyledim. Biraz daha ileri gideyim: Matematikçi
tanımlayacağı kavramları karşısında tanımlanmaya
hazır bulur. Dahaca tanımlanmamış kavramlar
matematikçinin kâğıtları arasından sırıtır. Bu
kavramı görmek matematikçi için bir zaman sorunudur.
Örneğin “asal sayı” kavramı tamsayılarla uğraşan
herkesin karşısına çıkar. Asal sayı kavramı bir
matematikçinin durup dururken birdenbire bulduğu bir
kavram değildir. Sayı kavramı asal sayı kavramını
içinde taşır. Sayıları anlamak isteyen her akıllı
yaratık, asal sayı kavramını bulmak zorundadır.
Her matematiksel kavram daha önce bulunmuş
matematiksel kavramlardan kaçınılmaz olarak doğar.
Ayrıca, matematiksel kavramlar kendilerini salt bir
dalda göstermezler. Aynı kavram, birbiriyle
ilintisiz gibi görünen birçok araştırmada, birçok
matematik dalında ’nin raslanmadığıp
sayısı buna güzel bir örnektir.
portaya
çıkabilir. matematiksel konu yok gibidir.
Sonuç olarak, modern matematiğin doğada gibi,pvarolduğunu kanıtlamak için, nokta gibi, doğru gibi, 1,
2, 3 gibi, 0 ve sonsuzluk gibi temel matematiksel
kavramların doğada varolduklarını kanıtlamam
gerekiyor. Matematiğin bu başat kavramlarının doğada
varolduklarını kanıtlayabilirsem, bu kavramların
zorunlu bir sonucu olan çok soyut matematiksel
kavramların da doğada olduklarını kanıtlamış
olacağım.
6. Matematik Doğada Vardır. Dördüncü bölümde,
matematiğin gözlemlediğimiz doğayı yorumladığını
savundum. Şimdi bu yorumun zorunlu olduğunu, bir
seçeneğimizin olmadığını savunacağım. Doğayı nasıl
yorumlamamız gerektiğini doğa kendisi bize
söylemektedir. Çeşitli yorumlardan birini seçmek
sözkonusu değildir.
Yukardaki, “doğada bir elma yoktur” düşüncesini ele
alalım. “Doğa” sözcüğü çok kısıtlı bir anlamda
anlaşıldığında bu düşünce doğru olabilir. Doğada bir
değil, birçok elmanın olduğu ve hatta her elmanın
her an değiştiği, elmayla ortam arasındaki sınırın
tam olarak bilinemeyeceği savunulabilir.
Dolayısıyla, “bir elma” yoktur denilebilir.
Ancak bu doğa anlayışını kabul ettiğimizde, doğa,
parçalara ayrılamayan, durmadan değişen, bir türlü
gözlemlenemeyen ve kavranamayan, elle tutulmaz,
dille anlatılmaz, yazıyla betimlenemez bir bütün
olur. Hatta böyle bir doğa anlayışından doğada
doğanın kendisinden başka hiçbir şeyin olmadığı
sonucu çıkabilir. Eğer doğa gerçekten anlaşılamayan
bir bütünse, o zaman bir sorun yok. Ama doğanın hiç
de anlaşılamayan bir şey olduğunu sanmıyorum.
Barajlarla selleri, paratonerlerle yıldırımları
önlüyoruz. Yerçekimini yeterince anlamış olmalıyız
ki, uçaklar, jetler, füzeler yapıp yerçekimine karşı
gelebiliyoruz.
Dolayısıyla bu doğa anlayışı pek doğru olmamalı.
Doğayı anlamak demek, doğanın bütün sırlarına
erişmek demek olmamalı. Her ne denli doğa hâlâ daha
gizemliyse de, doğayı biraz olsun kavrayabiliyoruz.
Matematik, doğayı – yaklaşık olarak bile olsa –
anlamamızı sağlıyor. Teknolojik gelişmeler bunun bir
kanıtıdır.
Doğa yalnızca gördüklerimiz, duyduklarımız,
kokladıklarımız, duyumsadıklarımız değildir. Doğanın
bize sezdirdikleri de vardır. Örneğin, matematiksel
doğru doğada fiziksel olarak bulunmayabilir, ama
doğru düşüncesi (kavramı) doğada vardır ve doğa bize
doğru kavramı sezdirtir. Upuzun bir ağaç, denizle
gökyüzünü ayıran çizgi, güneş ışınları doğru
kavramını fısıldarlar. Bal peteğinin hücreleri
matematiksel altıgeni, gece gördüğümüz yıldızlar
matematiksel noktayı, ay, güneş ve gezegenler
matematiksel çemberi ve küreyi fısıldarlar.
Gezegenlerin yörüngesi elipsi ve genel olarak eğriyi
fısıldar. Geçen günler, mevsimler ve yıllar, bir
ormandaki ağaçlar, bir bitkinin yaprakları, 1, 2, 3
gibi sayı kavramlarını fısıldarlar. Bu fısıltı biz
insanlardan bağımsız vardır. Bu fısıltıyı
duyabilecek varlık olmasa da fısıltı vardır.
Doğada “işte!” diye gösterebileceğimiz bir “bir”
olmayabilir. Ama doğa bize “bir” kavramını fısıldar.
Avustralya ve Afrika’nın yerlileri de, Aztekler de,
İnkalar da, Batı kültürüyle tanışmamış olmalarına
karşın, 1’i, 2’yi 3’ü bulmuşlardır. Demek ki doğanın
bu fısıltısını duymak yalnızca bir uygarlığa özgü
değildir, her uygarlık duyabilir.
Arı peteğinin her hücresi kusursuz bir altıgen
olmayabilir. Ama arı, peteğinin hücresini yaparken
hücrenin altıgen olmasına çalışır. Sabun köpüğü
mükemmel bir küre olmayabilir, ama sabun köpüğü
mükemmel bir küre olmaya çalışır. Sonsuz küçük
sayılar fiziksel olarak olsa da olmasa da, bu
sayılar doğada düşünce/fısıltı olarak vardırlar,
örneğin durmadan küçülen ama hiçbir zaman sıfır
olmayan 1/2, 1/3, 1/4, 1/5... dizisi bize sonsuz
küçüğü anlatır.
7. Sonuç. Sonuç olarak, en temel matematiksel
kavramların doğada bulunduğuna inanıyorum. Ve
matematiğin en derin, en soyut kavramlarının doğanın
bize sunduğu en temel kavramlardan bir zorunluluk
sonucu doğduğuna inanıyorum. Ayrıca her kavramın
bağrında başka kavramlar barındırdığına inanıyorum.
Matematik, matematikçilerden ve insanlardan bağımsız
olarak vardır. Pisagor diküçgenleri yaratmamıştır,
keşfetmiştir. Galois, grupları yaratmamıştır,
keşfetmiştir. Noether, halkaları yaratmamıştır,
keşfetmiştir. Hilbert, Hilbert uzaylarını
yaratmamıştır, keşfetmiştir...
Matematiğin evrenselliğine inanıyorum. Kanıma göre
matematik, hem insanlardan hem de belli bir
kültürden ve uygarlıktan bağımsızdır.
Yanlış anlaşılmak istemem: Askeri amaçlarla yapılan
matematiksel araştırmalar matematiğin belli bir
dalının erken gelişmesine neden olabilir; Arşimet
gibi, Gauss gibi, Newton gibi dehalar kişisel
çabalarıyla matematiğin daha çabuk gelişmesini
sağlamış olabilirler; hatta, ataerkil bir toplum
olmasaydık, günümüzün matematiği biraz daha değişik
olabilirdi. Bunları yadsımıyorum. Gene de her
düşünen toplumun bugün bildiğimiz matematiği er ya
da geç bulacağına (keşfedeceğine) inanıyorum.
Kısacası matematiğin doğada bulunduğuna inanıyorum.
8. Hardy’nin Düşünceleri. Böylesine önemli bir
konuda son sözü söylemek bana düşmez. Ünlü
matematikçi G.H. Hardy’nin konumuzla ilgili
yazdıklarını aktararak bitireyim yazımı :
Fiziksel gerçekle maddi dünyayı; gecesi gündüzü
olan, depremleri olan, ay ve güneş tutulmaları olan
dünyayı; fiziksel bilimlerin anlatmaya çalıştığı
dünyayı kastediyorum. [...] Benim için ve sanırım
çoğu matematikçi için “matematiksel gerçek” diye
tanımlayacağım başka bir gerçek vardır. Bu
matematiksel gerçeğin niteliği hakkında gerek
matematikçiler gerek felsefeciler arasında herhangi
bir uzlaşma yoktur. Bazılarına göre “zihinsel”dir ve
onu bir bakıma biz yaratırız; diğerleri ise onun
bizim dışımızda ve bizden bağımsız olduğu
kanısındadır. Matematiksel gerçeğin ne olduğunu,
inandırıcı bir şekilde açıklayabilecek bir kimse
metafiziğin en zor problemlerinin çoğunu çözmüş
olurdu. [...] Benim inancıma göre, matematiksel
gerçeklik bizim dışımızdadır; bizim işlevimiz onu
bulup çıkarmak ya da gözlemektir; ıspatladığımızı
veya tumturaklı sözlerle yarattığımızı söylediğimiz
teoremler; gözlemlerimizden çıkardığımız sonuçlardan
ibarettir. Bu görüş Platon’dan bu yana bir çok ünlü
filozof tarafından da benimsenmiştir.
Hardy, aynı kitabın 24. bölümünde matematiksel
gerçeklikle fiziksel gerçekliği karşılaştırıyor:
[...] matematiksel objeler [nesneler], çok daha
göründükleri gibidirler. Bir iskemle veya bir yıldız
hiç de göründüğü gibi değildir; üzerlerinde ne kadar
çok düşünürsek, görüntüleri de, duyularımızdan
kaynaklanan bir sis içinde, o ölçüde netliğini
kaybeder, bulanıklaşır. Buna karşılık, “2” veya
“317”nin duyularla ilişkisi yoktur; yakından
incelediğimiz ölçüde özellikleri daha da
berraklaşır. [...] pür matematik, tüm idealizmin
çarpıp battığı bir kayadır. 317 bir asaldır; biz
öyle düşünüyoruz diye, veya kafa yapımız şu ya da bu
şekilde olduğu için değil; çünkü öyledir, çünkü
matematiksel gerçeğin yapısı budur.
Prof. Dr. Ali Nesin |
www.matematikgeometri.com |