Veri Bilimi ve Fizik

Bit’lerden Atomlara: Veri nasıl fiziksel bir varlığa dönüştü?

Günümüzde veriyi düşünürken gözümüzün önüne kablosuz ağlarda süzülen soyut sayılar, dijital bulutlar ya da bilgisayar ekranlarındaki 0 ve 1 dizilimleri gelir. Veriyi, maddeden, kütleden ve enerjiden bağımsız zihinsel bir kavram gibi görmeye meyilliyizdir. Ancak fizik bilimi açısından bakıldığında durum çok başkadır. Veri soyut değildir. Evrenin dokusuna işlenmiş fiziksel bir büyüklüktür.

Isaac Newton’dan Albert Einstein’a, Ludwig Boltzmann’dan Claude Shannon’a uzanan bilimsel yolculuk, verinin aslında kütle ve enerji gibi doğanın temel yapı taşlarından biri olduğunu ortaya koyuyor.

Veri ile fizik arasındaki en derin bağ entropi kavramında gizlidir. 19. Yüzyılda Ludwig Boltzmann, termodinamikteki entropiyi bir sistemdeki atomların düzensizliğinin bir ölçüsü olarak tanımladı. 20. yüzyılın ortalarında ise Claude Shannon, dijital iletişimin temellerini atarken ‘Bilgi Entropisi’ kavramını geliştirdi. Şaşırtıcı olan, Shannon’ın bir mesajdaki belirsizliği ölçmek için kullandığı matematiksel denklem, Boltzmann’ın gaz moleküllerinin düzensizliğini hesapladığı denklemle bire bir aynıydı. Bu benzerlik bir tesadüf değildi. IBM araştırmacısı Rolf Landauer, 1961 yılında ortaya attığı ‘Landauer İlkesi’ ile dijital bilgi ile fiziksel dünya arasındaki köprüyü kurdu. Landauer’e göre, 1 bit’lik veriyi silmek veya değiştirmek mantıksal bir işlem gibi görünse de, sistemde kaçınılmaz olarak belirli bir miktarda ısı açığa çıkar.

E= k.T.ln2

E: Silme işlemi için gereken minimum enerji

k: Boltzmann sabiti

Bilgiyi işlemek termodinamik bir maliyet doğurur. Veri, uzayda yer kaplayan ve enerji tüketen fiziksel bir olgudur. Bu durumun en uç noktası, Astrofizik’te karşımıza çıkar. Stephan Hawking ve Leonard Susskind arasındaki ünlü ‘Kara Delik Savaşları’, kara deliğe düşen maddenin taşıdığı verinin yok olup olmayacağı tartışması üzerine kuruluydu. Fizikçiler en nihayetinde evrenin temel yasasının şu olduğu kararına vardı:

‘Bilgi asla yok edilemez.’

Gözlem ve Ölçüm

Klasik fizikte gözlemci pasiftir. Masanın üzerinde duran bir elmanın kütlesini ölçtüğümüzde elmanın doğası değişmez. Ancak kuantum mekaniği dünyasında işler farklılaşır. Bu dünyada veri toplama eyleminin kendisi, fiziksel sürece doğrudan müdahale eder.

Kuantum dünyasında bir parçacık, gözlemlenene kadar olasılıklardan oluşan bir dalga fonksiyonu halinde bulunur. Ne zaman ki bir ölçüm cihazı parçacıktan veri elde etmeye çalışır, o dalga fonksiyonu çöker ve parçacık belirli bir konum veya hıza kavuşur.

Büyük Veri ve Fizik

Bugün hayatımızın merkezinde yer alan dijital altyapıların çoğu, fizikçilerin devasa veri yığınlarını yönetme ihtiyacından doğmuştur.

World Wide Web (www), 1989 yılında CERN’de çalışan fizikçi Tim Berners-Lee tarafından bulundu. Amacı basitti ama devrimseldi. Dünyanın dört bir yanındaki parçacık fizikçilerinin, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi tesislerden elde edilen peta baytlarca veriyi kolayca paylaşabilmesini sağlamak başlıca amaçtı.

Günümüzde CERN veya James Webb Uzay Teleskobu gibi tesisler devasa bir veri gürültüsü içerisinden ‘Higgs Bozonu’ gibi nadir olayları çekip çıkarmak için veri bilimi, istatistiksel filtreleme ve makine öğrenmesi tekniklerine dayanır.

Fizik, hem büyük verinin doğduğu yerdir, hem de onu en yoğun bir şekilde kullanan disiplindir. Veri biliminin ve yapay zekanın​ bugün kullandığı en gelişmiş algoritmaların birçoğu, kökenini klasik ve istatistiksel fizikten alır.

Boltzmann Makineleri

Yapay sinir ağlarının erken modellerinden biri olan bu yapı, adını istatistiksel fiziğin kurucusu olan Boltzmann’dan alır. Bir gazın termodinamik dengesini modelleyen denklemlerle eğitilir.

Finansal Veri Analizi

Borsa grafiklerindeki rastgele dalgalanmalar, sıvılarda askıda kalan polen taneciklerinin rastgele hareketini açıklayan ‘Brown Hareketi’ denklemleriyle analiz edilir.

Evreni Veri Üzerinden Okuma

Veri ve fizik bilimi arasındaki ilişki, sadece teknik bir iş birliği değildir. Evreni anlama biçimimizdeki köklü bir zihinsel dönüşümdür.

Fizik, tarih boyunca maddeyi atomlarla, kuvvetleri alanlarla açıkladı. Bugün ise modern fizikçiler evreni devasa bir kuantum bilgisayarı, kütle ve enerjiyi ise bu bilgisayarın işlediği veri girdileri olarak görmeye başlıyor.

Veri sadece ekrandaki kodlarda veya sunucu çiftlerindeki manyetik izlerden ibaret değildir. Veri, yıldızların doğuşundan kuantum parçacıklarının dansına kadar evrenin kendi varlığını sürdürürken yazdığı ve okuduğu en temel dildir.