Üretken yapay zekâ Einstein gibi gözlem de yapabilecek mi?

Oppenheimer filminde Einstein’ın Oppenheimer’a “İkimiz de matematik bilmiyoruz” dediği bir sahne bana geçmişte Ray Kurzweil’in okuduğum bir kitabını hatırlattı.

Bir dönem Google’un baş bilim adamlığını da yapan Ray Kruzweil’in “How to Create a Mind: The Secret of Human Thought Revealed” adlı kitabı insan düşüncesinin nasıl oluşturulabileceğini ve anlaşılabileceğini incelemektedir. İnsan beyninin yapısını anlamak ve bu bilgiyi yapay zekâ geliştirmek için kullanmanın potansiyel sonuçlarını tartışmaktadır.  

Kitap, Kurzweil’ın neokorteksin hiyerarşik yapısı hakkındaki teorisini sunar. Neokorteks, insan zekasının temelini oluşturan bir beyin bölgesidir. Kurzweil, bu yapının anlaşılması ve taklit edilmesiyle insan benzeri bilişsel yeteneklere sahip yapay zekâ sistemleri geliştirilebileceğini kitapta öne sürer. Neokorteks, beyinin en dış tabakasını oluşturan ve insana özgü zekâsal işlevlerin, düşünce süreçlerinin, dilin ve duygusal tepkilerin yönetilmesinde önemli bir rol oynayan bir bölgedir. Bilimsel olarak neokorteks, beynin büyük bir bölümünü kaplayan, serebral korteksin en dış tabakasını ifade eder.

Kitapta Einstein’ın teoremlerini bulurken yaptığı sofistike matematik gerektirmeyen neredeyse dört işlem ile ilerlediği zihin deneylerini anlatır.

Işığın dalgalardan oluştuğunun kanıtlanması

Einstein, İngiliz matematikçi Thomas Young’ın (1773–1829) 1803 yılında ışığın dalgalarla oluştuğunu kanıtlayan deneyinden haberdardı. O dönemdeki sonuç, ışık dalgalarının bir tür ortam içinden geçtiği idi. Çünkü okyanus dalgaları su içinde, ses dalgaları ise hava ve diğer malzemeler içinde seyahat ederdi. Bilim insanları ışık dalgalarının seyahat ettiği ortama “eter” adını verdiler.

Hızın göreliliği

Einstein aynı zamanda Amerikalı bilim insanları Albert Michelson (1852–1931) ve Edward Morley (1838–1923) tarafından gerçekleştirilen 1887 deneyini de biliyordu. Bu deney, bir nehrin yukarı ve aşağı akıntısında bir sandalda seyahat etme benzetmesine dayanıyordu. Sabit bir hızda kürek çekiyorsanız, akıntı yönünde kürek çekiyorsanız karaya göre hızınız akıntının tersine gitmeye göre daha hızlı olacaktır. 

Michelson ve Morley, ışığın eter içinden geçtiğini varsaydılar. Güneş ışığının hızı, Dünya’nın yörüngesinde güneşe doğru hareket ettiği zaman (Dünya üzerindeki görüş açımızdan ölçüldüğünde) ve Dünya güneşe doğru hareket etmediği zaman farklı olmalıydı (Dünya’nın hızının iki katı kadar farkla). Bu kanıtlanırsa, ‘eter’in varlığı onaylanmış olurdu. Ancak, buldukları şey, Dünya’nın yörüngesinde nerede olursa olsun, Dünya’yı geçen güneş ışığının hızında bir fark olmadığıydı. 

Bulgu, “eter” fikrini çürüttü, ama gerçekte neler oluyordu? Bu neredeyse 20 yıl boyunca bir gizem olarak kaldı.  

Bir ışık dalgasının yanında seyahat etsek

Einstein daha lise çağlarındayken, bir ışık dalgasının yanında seyahat etmeyi hayal ederken, ışık dalgalarını donmuş olarak görmesi gerektiğini düşündü. Tıpkı trenin yanında aynı hızda seyahat ederseniz tren hareket etmiyor görüneceği gibi. Ancak bu imkansızdı, çünkü ışık hızı kendi hareketinizden bağımsız olarak sabit olmalıydı. 

Bu nedenle, ışık ışını yanında, ancak biraz daha yavaş bir hızda seyahat etmeyi hayal etti. Ya ışık hızının yüzde 90’ı hızında seyahat ederse ne olurdu? Işık ışınları trenlere benziyorsa, ışık ışınının onun önünde yüzde 10 hızında seyahat ettiğini görmesi gerektiğini düşündü, gözlemcilerin Dünya üzerinde gördüğü şey de buydu. 

Ancak ışık hızının sabit olduğu da biliniyordu, Michelson-Morley deneyi bunu göstermişti. Dolayısıyla, ışık hızında seyahat eden birinin bakış açısından, ışık ışını onun önünde tam hızında seyahat ediyor olmalıydı. Bu çelişki gibi görünüyordu – nasıl mümkün olabilirdi?  

Zamanın yavaşlaması

Cevap, yirmi altı yaşına geldiğinde Einstein için açık hale geldi. Einstein’a göre zaman kendisi için yavaşlamış olmalıydı. 1905 yılında yayımlanan bir makalede bu düşüncesini açıkladı. Eğer Dünya’daki gözlemciler uzayda ışık hızının yüzde 90’ı hızda yolculuk yapan genç adamın saatine bakarsa, saatlerinin on kat daha yavaş çalıştığını göreceklerdi. Gerçekten, Dünya’ya geri döndüğünde, saati sadece geçen zamanın yüzde 10’unu gösterecekti (hızlanma ve yavaşlama anları hariç). 

Ancak onun bakış açısından, saati normal hızda tik tak ediyordu ve yanındaki ışık ışını ışık hızında seyahat ediyordu. Zamanın hızındaki on kat yavaşlama (Dünya saatlerine göre) perspektif farklılıklarını tamamen açıklayacaktı. Dünyaya geri döndüğünde birisi geleceğe gitmiş olacaktı. Aşırı durumda, zamanın geçişi sıfıra ulaşır ve seyahat hızı ışık hızına ulaşır; bu nedenle ışık ışını ile yan yana gitmek imkansızdı. Işık hızında seyahat etmek imkânsız olsa da, ışık ışınının hızının üzerinde hareket etmek teorik olarak imkansız değildi. Bu durumda zaman geriye doğru akacaktı. Birçok filme de konu oldu. Bu gözlem rölativite teorisinin temelini oluşturdu.

Bu sonuç, pek çok erken eleştirmen için saçma görünüyordu. Nasıl olur da sadece birisinin hareket hızına dayalı olarak zamanın kendisi yavaşlar? Aslında, on sekiz yıl boyunca (Michelson-Morley deneyinden bu yana) diğer düşünürler, Einstein’ın çok açık gördüğü bir sonuca ulaşamamışlardı. On dokuzuncu yüzyılın sonlarına kadar bu problemi düşünen diğer birçok insan, gerçekliğin nasıl çalışması gerektiği konusundaki önceden kabul edilmiş görüşlerine bağlı kalmaktan başka bir şey yapamamışlardı.  

Boyumuz da kısalır

Einstein’ın ikinci zihin deneyi uzayda ilerlerken kendisini ve kardeşini düşünmesiydi. Aralarında 300 bin km mesafe (ışığın saniyede alacağı mesafe) vardı. Einstein daha hızlı hareket etmek istiyor, ancak aralarındaki mesafeyi aynı tutmak istiyordu. Bu nedenle kardeşine her hızlandığında bir el feneri ile sinyal gönderiyordu. Kardeşinin sinyali alması için bir saniye geçeceğini biliyordu, bu yüzden kendi hızlandırmasını başlatmak için sinyali gönderdikten sonra bir saniye bekliyordu. Kardeş her sinyali aldığında hemen hızlanıyordu. Bu şekilde, iki kardeş tamamen aynı anda hızlanıyor ve dolayısıyla sabit bir mesafede kalıyorlardı.  Ancak şimdi Dünya üzerinde duruyormuş gibi görüneni düşünelim. Kardeşler bizden uzaklaşıyor olsalardı (Einstein önde ise), ışığın kardeşe ulaşması bir saniyeden az sürecekti, çünkü o ışığa doğru ilerliyordu. Aynı zamanda Einstein’ın kardeşinin saati yavaşlıyormuş gibi görünecekti (çünkü bizden daha yakın olduğu için hızı artıyordu). Bu iki nedenle, iki kardeşi birbirine yaklaşırken ve sonunda çarpışırken görecektik. Ancak iki kardeşin bakış açısından, aralarındaki mesafe sabit olarak 300000 km olarak kalıyordu.  Bunu nasıl olabilir? Cevap – Einstein’a göre açıktı – mesafelerin harekete paralel olarak sıkışması gerekiyordu (doğrultuya dik olmayan). Bu nedenle, iki kardeş (başları önde ise) daha hızlı hareket ederken boylarının kısalmaları gerekiyordu!  

İki zihin deneyi ile hızlandıkça zamanı yavaşlatmış, kütlenin hacmini de küçültmüştü.

Kütle ile enerjinin aynı şey olması

Aynı yıl içinde, Einstein başka bir zihin deneyi ile madde ve enerji arasındaki ilişkiyi düşündü. İskoç fizikçi James Clerk Maxwell 1850’lerde ışık parçacıklarının foton adını taşıdığını ve hiçbir kütleye sahip olmasına rağmen momentum taşıdığını gösterdi. 

Einstein’ın zorlandığı sorun, momentumun kütle fonksiyonu olmasıydı: Momentum, temel fizikte kütle ile hızın çarpımına eşittir. Bu nedenle, 30 mil hızla hareket eden bir lokomotif, aynı hızda hareket eden bir böceğin hızından daha fazla momentum taşır. Peki, o zaman nasıl olur da kütlesi sıfır olan bir parçacık için pozitif bir momentum olabilir?  Einstein’ın zihin deneyi, uzayda yüzen bir kutuyu içeriyordu. Kutunun sol tarafından sağ tarafına doğru bir foton yayılıyor. Sistemin toplam momentumu korunması gerekiyordu, bu nedenle foton yayımlandığında kutu sola doğru geri çekilmeliydi. Belirli bir süre sonra foton, kutunun sağ tarafına çarpışacak ve momentumunu geri kutuya aktaracaktı. Sistemin toplam momentumu yine korunacaktı, bu nedenle kutu hareket etmeyi durduracaktı.  Einstein’ın bakış açısından bakarsak, kutuya dışarıdan herhangi bir etki göremiyoruz: Hedeflenen veya kütlesiz hiçbir parçacık ona çarpmaz ve ondan çıkmaz. Ancak yukarıdaki senaryoya göre, Einstein, kutunun geçici olarak sola doğru hareket ettiğini ve sonra durduğunu görür. Analize göre, her foton kutuyu kalıcı olarak sola doğru hareket ettirmelidir. Kutunun üzerine dışardan herhangi bir etki olmamış olmasına rağmen veya kutudan hiçbir etki gelmemiş olmasına rağmen, kutunun ağırlık merkezi aynı yerde kalmalıdır. Ancak içindeki foton, soldan sağa doğru hareket ettiği için ağırlık merkezini değiştiremez, çünkü kütlesi yoktur.  Peki ya var mıdır? Einstein’ın sonucu, fotonun açıkça enerjisi olduğu ve momentum taşıdığı için, aynı zamanda eşdeğer bir kütlesi olması gerektiği yönündeydi. Hareket eden fotonun enerjisi tamamen hareketli bir kütle ile eşdeğerdir. Bu denklemi ne kadar büyük olduğunu, sistemin ağırlık merkezinin fotonun hareketi sırasında sabit kalmak zorunda olduğunu kabul ederek hesaplayabildi. Matematiği çözerek, Einstein kütlenin ve enerjinin eşdeğer olduğunu ve basit bir sabit ile ilişkili olduğunu gösterdi. Ancak bir sıkıntı vardı: Sabit basit olabilirdi, ancak sonuçta çok büyük çıktı; ışık hızının karesi (yaklaşık 1.7 × 10^17 metrekare/saniye^2 – yani 17 takip eden 16 sıfır).  İşte buradan Einstein’ın ünlü E=mc² formülünü elde etti. Böylece, bir ons (28 gram) kütle, 600,000 ton TNT’ye eşdeğerdir. 

Einstein’ın 2 Ağustos 1939 tarihli mektubu, bu formülü temel alan bir atom bombasının potansiyelini Başkan Roosevelt’e bildiren, atom çağını başlatan bir mektuptu.  Belki de, radyoaktif maddelerin kütlesinin zamanla radyasyon sonucu azaldığını fark eden deneycilerin bu durumu daha önce gözlemlemesi gerekiyordu. Ancak, radyoaktif maddelerin özel bir yüksek enerjili yakıt içerdiği varsayıldı, bu yakıtın tükenmekte olduğu düşünüldü. Bu varsayım tamamen yanlış değildi; sadece “tükenmekte olan” yakıt basitçe kütle idi.  Üçüncü zihin deneyinde ise hızlanan cisimlerin duranlara göre enerjisinin arttığını çıkardı.  

Beynin olağanüstü gücü

Kitaba göre Einstein’ın zihin deneyleri insan beyninin olağanüstü gücünü gösterir. Kitaba göre Einstein’ın bu basit zihin deneylerinde basit denklemleri yazmak için kalem ve kâğıt dışında hiçbir ekipmana ihtiyacı yoktu. Teorilerinin temelini oluşturan matematik sonuçta çok karmaşık değildi. Düşünce deneyleri de oldukça basitti.  Fiziğin anlayışını köklü bir şekilde değiştirmek için yüzyıllar öncesine dayanan, tarihi derinlemesine etkileyen (II. Dünya Savaşı dahil) ve nükleer çağı başlatan etkisi ortadaydı. Kurzweil bu bilgilerin neokorteksin işleyişinin insandan insana nasıl farklılık gösterdiğinin teorisini kurgulamak için kitapta kullandığını da belirtiyor.  Ray Kurzweil ile Techonomy 2012 konferansında tanışmıştım, “The Age of Spiritual Machines” (Ruhani Makineler Çağı), “The Singularity Is Near” (Teknolojik Tekillik Yakındır) gibi kitaplarıyla bilinen önemli bir fütüristtir.

Einstein gibi düşünmeyi teşvik etmek için veya içimizdeki Einstein’ları keşfetmek için eğitim sisteminde şunları yapabiliriz: Merakı destekleyerek öğrencilerin soru sorma ve keşfetme isteğini artırabiliriz. Eleştirel düşünceyi öğretip farklı bakış açılarına açık olmalarını sağlayabiliriz. Pratik deneylerle soyut kavramları somut örneklerle gösterip problem çözme yeteneklerini geliştirebiliriz. Ayrıca farklı alanları birleştirme, açık iletişim ve yaratıcılığı teşvik edebiliriz.