4 Temel Kuvvet ; Varoluşun Yapı Taşları

Gözlerinizi kapatın ve hayal edin ; bir saniyede neler değişebilir ? Ya da çok daha kısa sürede , örneğin  bir göz kırpma sürecinde ? Gündelik hayatlarımız için sanki bir saniyenin hiçbir önemi yokmuş gibi gözükür. Ancak bu pek gerçekçi değildir.  Örnek vermek gerekirse , bir saniye içerisinde yüzlerce hayat son bulurken , yüzlerce yeni hayat başlar. Kimilerimiz bir saniyelik bir gecikme sonucu hayatımızı şekillendirebilecek  önemli bir sınavı veya toplantıyı kaçırabiliriz. Ya da bir saniyelik fark ile dünya şampiyonluğu unvanını ya da olimpiyat madalyasını elde  edebiliriz.  Bu konuda gündelik hayata dair örnekleri arttırmak mümkündür .  Ancak bilimsel bir gerçek var ki , o da ” büyük patlaması sonrası ilk saniyede ” var oluşun temellerinin atılmış olmasıdır.

Radikal Değişim

Yaklaşık yüz yıl öncesine kadar  fizik dünyasında ” evrenin statik olarak sonsuz ve durağan ” olduğu görüşü kabul görüyordu.  Ancak 1929 yılında uzak galaksileri gözlemleyen Edwin Hubble bu durumun böyle olmadığını gösterdi. Edwin Hubble’ın gözlemlerine göre : Diğer tüm bulutsular bizden hızla uzaklaşıyordu.  Yani evren ” durağan ” değil, genişliyordu. Daha sonrasında fizikçilerin ” evrenimizin bir başlangıcı ” olduğunu anlamaları çok sürmedi . Sonuçta gözlenen her galaksi bizden hızla uzaklaşıyorsa ve biz bu filmi geri sararsak , her galaksi daha öncesinde tek bir noktada bulunmuş olmalıydı. Daha sonrasında , evrenin temellerinin başlangıç anından hemen sonra atıldığını düşünen fizikçiler , odaklarını gökyüzüne yani geçmişe çevirdi.

Bir Saniye 13,7 Milyar Yılı Belirleyebilir !

Büyük patlamadan çok kısa süre , evrenin şuan ki “konumunda” olmasını sağlayan  ve var oluşumuza giden yolda ki kelebek etkisinin ilk kanat çırpışı sonucu  doğanın 4 temel kuvveti oluştu  ; Kütle çekim  , Elektromanyetik Kuvvet  , Zayıf ve Yeğin nükleer kuvvetler .  Güneşimiz gibi yıldızların , Dünyamız gibi gezegenlerin oluşmasını sağlayan temel kuvvet kütle çekim , Şehirlerimizin aydınlatılması  , telefonlarımızın ve bilgisayarlarımızın çalışmasını sağlayan Elektromanyetik kuvvet  , bedenimizi oluşturan parçacıkları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet ve füzyon tepkimelerini oluşturmaya olanak sağlayan zayıf nükleer kuvvet. Aynı zaman da temel kuvvetleri taşıyan bazı temel parçacıklar vardır. Bunları “bozon” olarak adlandırıyoruz ;

  • Kütle çekim ->  Graviton
  •  Elektromanyetik kuvvet ->  Foton
  • Güçlü nükleer kuvvet  ->  Gluon
  • Zayıf nükleer kuvvet  ->  Z , W+ ve W

Şimdi  bu kuvvetleri biraz daha detaylı şekilde anlatalım.

 KÜTLE ÇEKİM

17. yüzyılın sonlarına doğru  Newton , matematiksel olarak kütle çekimin nasıl işlediğini  göstererek büyük bir başarı elde etti.  Hatta bu öyle bir başarıydı ki Newton’ ın kütle çekim teorisi insanlığı Ay’a çıkardı ve bu teori hala kullanılmaktadır. Ancak Newton’ın teorisi bazı şeyleri açıklayamıyordu ; Merkür’ün yörüngesi gibi ya da uzaktan kütle çekimin nasıl etki ettiğini . Daha sonra 1915 yılında Genel Görelilik Kuramı ile sahneye Albert Einstein çıktı ve ” Newton’ın “ Her bir noktasal kütle diğer noktasal kütleyi, ikisini birleştiren bir çizgi doğrultusundaki bir kuvvet ile çeker “ diyerek tanımladığı kütle çekim tanımını : Kütle çekim bir kuvvet değil, kütlenin yani enerjinin düzensiz dağılımının yol açtığı “ uzay-zaman eğriliğidir”. Diyerek değiştirdi.

Kütlesi olan her şey uzay-zaman dokusunu büker. Yıldızların ve gezegenlerin kütlesini düşününce en güçlü temel kuvvetin kütle çekim olması gerektiğini düşünebilirsiniz. Ancak bu durum gözüktüğü gibi değildir. Olayı mikro seviyede incelersek , yani atom altı parçacıkları hesaba katarsak , bu tarz parçacıkların kütleleri çok çok küçük olduğu için kütle çekim kuvveti “ihmal edilebilecek” seviyede güçsüzleşir. Dolayısıyla henüz bir “graviton” gözlenebilmiş değil , ancak fizikçiler kuantum mekaniğine sırtlarını yaslayarak bu parçacığın “görülmemiş” olmasını şimdilik pek umursamıyorlar.

 

ELEKTROMANYETİK KUVVET

Tarih boyunca bilim insanları , bazen cevaplayamadıkları sorular için birleşik kuramlar öne sürmüşlerdir. Örnek vermek gerekirse ; kimyacılar ısının tıpkı madde gibi bir şey olduğunu öne sürmüşler . Hatta buna ” flojiston ” adını vermişler. Tabii ki bu yaklaşım yanlıştır. Fizik tarihinde de bu tarz birleştirme çabaları olmuştur ; ışığın , ses gibi madde içindeki titreşim olduğunu öne sürmüşler ( eter teorisi ). Bu durumun da ilk olarak ünlü Michelson-Morley deneyi ve Einstein’ın bilime sunduğu katkılar doğrultusunda yanlış olduğunu biliyoruz. Ancak her birleşik kuram yanlış olacak diye bir zorunluluk yoktur.

James Clerk Maxwell 1860 ‘lı yıllarda , Coulomb , Hans Oersted ve Mıchael Faraday  gibi fizikçilerin zamanında elektrik alan ve manyetik alan üzerine yaptığı çalışmalarda onların fark edemediği bir şey fark etti ; Elektrik ve manyetik alan birbirlerine dönüşebilen ve ayrı olarak düşünülemeyecek iki farklı olguydu. Bu durumu matematiğe döken Maxwell , böylelikle fizik tarihindeki ilk birleşik kuramı keşfetmiş oldu. Ancak Maxwell bu kuramın ne gibi getirileri olabileceğini göremeden öldü. 1892 yılında Hendrik Lorentz , Maxwell’in çalışmaları doğrultusunda elektromanyetik alan içerisindeki yüklü bir parçacığa etki eden kuvveti hesaplamayı başardı. Ancak elektromanyetik kuvvetin etkileri , 20. yy’da Max Planck’in “kara cisim ışıması” ve Einstein’ın ” fotoelektrik etki ”  makaleleri doğrultusunda temelleri atılan kuantum fiziğiyle birlikte daha da net anlaşılacaktı. Hatta elektromanyetik kuvvetin etkilerini mikro seviyede inceleyen kısıma şuan ” kuantum elektrodinamiği (QED)  ” diyoruz.  Elektromanyetik kuvvet , elektronları atom çekirdeğinin yörüngesinde tutar ve atomların birbirleriyle bağ ( kovalent , iyonik bağ ) yapmasını sağlar.

 

 

GÜÇLÜ NÜKLEER KUVVET

Şuan biliyoruz ki , hadronlar temel parçacık değildir , kuarklardan oluşurlar. Örneğin proton iki yukarı kuark (+ 2/3 yüke sahip ) ve bir aşağı kuarktan ( -1/3 yüke sahip) oluşurken , nötron ise iki aşağı kuark ve bir yukarı kuarktan oluşmaktadır. Güçlü nükleer kuvvet , protonlarla nötronların içindeki kuarkları bir arada tutar. Bu kuvvetin taşıyıcısı olan bozona “gluon” diyoruz. 1973′ te David Gross , David Polizer ve Frank Wilczek yeğin kuvvetin şaşırtıcı bir özelliğinin bulunduğunu gösterdiler : İki kuark arasındaki çekim kuarklar birbirlerinden uzaklaştıkça artıyordu.  Bu durum da tahmin edebileceğiniz üzere , iki kuarkı birbirlerinden uzaklaştırmak giderek daha fazla enerji gerektirir , öyle ki , sonunda başka kuarklar elde edersiniz. Bunu ufak bir düşünce deneyi ile anlatalım : Elinizde bir lastik olduğunu düşünün ve bu lastiğin iki ucu ( A ve B dersek bu uçlara ) birer kuarkı temsil etsin . Siz lastiği yeterince güçlü bir şekilde çekerseniz , lastik kopacaktır ve elinizde iki lastik kalacaktır( Uçları A – A’ ve B-B’ olan ). Ancak hiçbir zaman tek başına A veya B ucuna  sahip olamazsanız . Bu durumu , S ve N kutuplarına sahip olan bir mıknatısı ikiye bölme şeklinde de hayal ederek mantığınıza oturtabilirsiniz.  Buradan çıkarılacak sonuç şudur : Hiçbir zaman boşlukta tek başına bir kuark göremezsiniz ; Kuarklar  ve gluonlar daha ağır parçacıkların ( proton , nötron .. ) içinde kalırlar.

 

 

ZAYIF NÜKLEER KUVVET

Yeryüzünde dolaylı yoldan pek bir rolü olmasa da zayıf kuvvet yine de yaşamın varlığı için önemlidir : Güneşin parlamasını sağlar. Güneş enerjisi protonların helyuma dönüşmesinden kaynaklanır ki bu da bu protonlardan bazılarının nötronlara dönüşmesini gerektirir ve bu da zayıf nükleer kuvvet sayesinde olur. Yani füzyon tepkimeleri için zayıf kuvvet hayati önem taşır. İsminden de anlaşılacağı üzere aşırı zayıf olan bu kuvvet , 10^-18 metre çok kısa mesafelerde etkisini gösterir. Bu kuvvetin taşıyıcıları ; Z , W+ ve W- bozonlarıdır.  Ayrıca zayıf kuvvet diğer üç kuvvete göre biraz gariptir. Diğer kuvvetlerin hiçbiri etkileşime girdikleri parçacıkların kimliğini değiştirmez. Ancak zayıf kuvvet için bu geçerli değildir. Örneğin ; Bir fermiyon “W” bozonu yayarak başka bir femiyona dönüşebilir.

 

Kaynaklar :

Lawrence M. Krauss – Hiç Yoktan Bir Evren

Sean Carroll – Higgs ( Evrenin Sonundaki Parçacık )

Steven Weinberg – İlk Üç Dakika

Kaynak*

 

2. Bölüm: Burayı Tıklayınız*

3. Bölüm: Burayı Tıklayınız**

 

 

 

 

 

Popüler Yazılar

Gökbilimciler Dünyanın Kesin Ölüm Tarihini Hesaplamayı Başardılar

Gökbilimciler Dünyanın Kesin Ölüm Tarihini Hesaplamayı Başardılar Bilim insanları çalışmalarında, gezegenlerin yapısı dışında, yaşanabilir bölgede geçirdikleri zaman ve oradan tekrar ayrıldıkları zamanla da ilgilenirler....

Güneşin 2,5 milyon katı parlaklığındaki Yıldız Kayboldu

Güneşin 2,5 milyon katı parlaklığındaki Yıldız Kayboldu Bilim insanları 2019 yılında Güneşin 2,5 milyon katı parlaklığındaki büyük kütleli bir yıldızın ortadan kaybolduğuna tanık olmuşlardı. Astrofizikçilerden oluşturulan...

NASA’dan Çılgın Kampanya

NASA’dan Çılgın Kampanya Bir değil, iki değil, üç değil, dört değil tam yedi yeni gezegen bir arada. NASA tek bir yıldız etrafında dönen yedi dünya benzeri...

Her Şeyi Değiştiren Teori – Genel Görelilik Teorisi

Her Şeyi Değiştiren Teori - Genel Görelilik Teorisi Merhabalar bugün tam 104 yıl önce 1916 yılında bir deha tarafından ortaya atılan bir teori hakkında konuşacağız. Genel...

İlgili Yazılar

2 Comments

Leave a reply

Please enter your comment!
Please enter your name here

%d blogcu bunu beğendi: