•  

    Evreni Yöneten Dört Temel Kuvvet

    Evrenin en temel dinamiği olan değişim, bu hareketin aktörü olan madde ve onu harekete geçiren kuvvetler ile var olur. Bu nedenle doğa olaylarını anlayabilmek için bu olaylara dahil olan aktörleri ve bu aktörler arasındaki münasebeti sağlayan kuvvetleri anlamak zorundayız. Doğa olaylarını madde ve maddeler arasındaki kuvvetlere indirgemekle bir basitleştirme yapmış oluruz. Bu sayede çok sayıda ve karmaşık doğa olayını ortak ve temel doğa yasaları ile izah edebiliriz. Bununla beraber farklı ölçeklerde farklı kuvvetlerin hüküm sürdüğünü görürüz. Örneğin günlük hayatta gözlediğimiz olayların çoğunu kimyasal etkileşimler şeklinde açıklayabiliriz. Burada hakim olan kuvvet elektromanyetik kuvvettir. Galaksiler ve yıldızlar ölçeğine çıktığımızda ise kütle çekim kuvvetinin hakim rol üstlendiğini görürüz. Çok küçüklerin dünyasına, atom altı seviyelere indiğimizde ise iki farklı nükleer kuvvet ile karşılaşırız. Yağmurun yağmasından, rüzgarın esmesine, yaşamın varoluşundan, yıldızların parlamasına kadar doğada gözlediğimiz nice çeşitlilikte fiziksel olay bu dört temel kuvvet ve onlarla etkileşen parçacıkların hareketi şeklinde izah edilebilir. Bu kuvvetlerin her biri maddenin değişik özelliklerine etkir. Temel kuvvetlerin dört farklı türde olmasının nedeni budur. Örneğin elektromanyetik kuvvet maddenin elektrik yükü özelliğine etkirken, kütle çekimi kuvveti ise, adı üzerinde, maddenin kütle özelliğine etkir. Söz konusu bu özellikler, maddenin herhangi bir kuvvetten etkilenip etkilenmeyeceğini, etkilenecekse ne şekilde ve ne ölçüde etkileneceğini belirler. Maddenin bütün özelliklerini ve bu özelliklere etkiyen bütün kuvvetleri bilmekle maddenin neler yapabileceğini ve nasıl bir oluş ve hareket sergileyebileceğini hesaplayabiliriz. O halde günümüzde varlığı bilinen bu 4 temel kuvvete daha yakından göz atalım.

     

     

    Elektromanyetik kuvvet, elektrik yüküne sahip olan parçacıklar arasında etkin olan kuvvettir. Negatif yüklü elektronlar ile çekirdekte bulunan pozitif yüklü protonlar arasında etkiyerek atomların bir arada durmasını sağlar. Aynı çekim kuvveti bir atomdan diğerine de etkimek suretiyle moleküler bağların oluşmasını ve böylece kimyanın ve yaşamın var olmasını mümkün kılar. Modern elektronik teknolojisi bu kuvvetin doğası üzerine kurulmuştur. Şu anda bu yazıyı okumakta olduğunuz ekrandan çıkıp gözünüze yansıyan ışık yine aynı kuvvet etkileşimi sayesinde var olur. Etki menzili, engelleyici bir kalkan olmadığı sürece sonsuzdur. Ancak mesafe arttıkça elektromanyetik kuvvetin etkisi mesafenin karesi ile orantılı olarak azalır. Maddenin sahip olduğu elektrik yükü özelliği, pozitif ve negatif olmak üzere iki farklı türde var olabildiğinden dolayı elektromanyetik kuvvet kendini hem çekici hem de itici bir etki halinde gösterir. Atomların ölçeğinden uzaklaşıp daha genel ölçekte Dünya’ya ve evrene baktığımızda, söz konusu çekme ve itme etkileri büyük oranda birbirini nötrleştirdiğinden dolayı elektromanyetik kuvvet yerine bu defa kütle çekim kuvvetinin baskın hale geldiğini görürüz.

    Varlığını ilk fark ettiğimiz ve en çok aşina olduğumuz kuvvet şüphesiz kütle çekimidir. Sizi oturduğunuz sandalyenin üzerinde tutan bu kuvvetin etkisini ağırlık olarak hissederiz. Sadece elektrik yükü taşıyan parçacıklar arasında etkiyen elektromanyetik kuvvetten farklı olarak kütle çekimi, kütle ve enerji taşıyan her şeye etkir. Yine elektromanyetik kuvvetten farklı olarak kütle çekiminin kaynağı maddenin kütle özelliği olduğu için ve kütlenin (elektrik yükünden farklı olarak) pozitif ve negatif olmak üzere iki farklı formu olmadığı için, kütle çekim etkisi her zaman çekme yönelimlidir. Kütle çekimi, elektromanyetik kuvvete kıyasla çok daha zayıftır. Örneğin negatif elektrik yüklü iki elektronun birbirine uyguladığı elektromanyetik kuvvet, aralarındaki kütle çekim kuvvetine kıyasla 10 üzeri 42 kat daha güçlüdür. Çünkü elektronların kütlesi çok küçüktür ancak elektrik yüklerinden kaynaklanan elektromanyetik etki buna kıyasla çok büyüktür. Bu nedenle yerde duran bir toplu iğneyi mıknatıs ile çekerek yer çekimine karşı koyabilir ve yerinden kaldırabiliriz. Havaya zıpladığınızda hızla yere düşüyor olmanız sizi yanıltmasın. Bu olayda güçlü gibi görünen çekim etkisinin ortaya çıkmasında etkin olan şey Dünya’nın devasa kütlesidir. Dünya’yı kaldırıp yerine sizin gibi başka bir insan koysak, aranızdaki kütle çekimi yok denecek kadar az olurdu. Kıyas noktasında kütle çekimi elektromanyetik kuvvetten çok daha zayıftır fakat elektromanyetik itme-çekmelerin toplamda birbirini nötrleştirmesi gibi bir duruma maruz kalmadığından dolayı kütle çekimi her yerdedir. Bu nedenle kozmik ölçeklerde hakim olan kuvvet kütle çekimidir. Etki menzili sonsuzdur. Kainat boşluğunda galaksiler arası mesafelere erişir, evreni bir arada tutar ve ona şekil verir.

    Elektromanyetik kuvvet, atomların doğasını tek başına izah etmeye yetmez. Örneğin atom çekirdeğini meydana getiren protonlar aynı elektrik yüküne sahip olduğu ve benzer elektrik yükleri birbirini ittiği halde atom çekirdeğinde nasıl bir arada durmayı başarır? diye sorabiliriz. Bunun olabilmesi için atom altı mesafelerde etkisini gösteren ve elektromanyetik itmeye karşı koyabilecek daha güçlü yeni bir kuvvetin varlığı gereklidir. Çekirdeği meydana getiren parçacıkları bir arada tutan ve “güçlü nükleer kuvvet” olarak isimlendirilen bu etkileşimin menzili, elektromanyetik kuvvet ve kütle çekim kuvvetinden farklı olarak sadece atom altı mesafeler ölçeğindedir. Dolayısıyla güçlü nükleer kuvvetin devreye girmesi için parçacıkların birbirine çok yakın hale gelmesi gerekir. Bu nedenle atom çekirdeği atomun genel yapısı içinde son derece küçük bir hacim kaplar. Güçlü nükleer kuvvetin etkidiği madde özelliğine ise renk yükü adı verilir. Örneğin nötronları protonları meydana getiren kuraklar renk yüküne sahiptir. Elektrik yüküne sahip parçacıklar elektromanyetik kuvvet ile etkileşirken renk yüküne sahip parçacıklar da güçlü nükleer kuvvet ile etkileşir.

    Güçlü nükleer kuvvete ek olarak, radyoaktif maddelerde örneğini gördüğümüz üzere, parçacıkların bozunmasını ve çekirdeğin bu defa kırılmasını sağlayan bir etkileşimin daha var olması gerekir. Bu olayın sorumlusu, elektromanyetik kuvvetten daha zayıf olduğu için “zayıf nükleer kuvvet” olarak isimlendirilen dördüncü bir kuvvettir. Radyoaktif bozunmalar bu kuvvet sayesinde meydana gelir. Bu nedenle Dünya’ya ısı ve ışık ve dolayısıyla hayat veren Güneş’teki nükleer reaksiyonların varlığını zayıf nükleer kuvvete borçluyuz. Bu kuvvet olmasaydı yıldızların parıltısı mümkün olmazdı ve bizler de bugün burada olmazdık.

    Bahsini ettiğimiz kuvvetler günümüzde her ne kadar birbirinden farklı karakteristik özellikler sergiliyor olsa da, çok uzak geçmişte, evrenin ilk anlarında bunun böyle olmadığı kabul edilmektedir. Günümüzdeki koşullara kıyasla sıcaklığın çok yüksek değerlerde olduğu evrenin bu erken evresinde, elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet tek bir birleşik kuvvet halindeydi. Evrenin genişlemesi ve sıcaklığın düşmesiyle beraber kuvvetler ayrışmaya başlamıştır. Bu süreç içinde önce güçlü nükleer kuvvet ayrışarak bağımsız bir kuvvet haline gelmiş ve sıcaklığın daha da düşmesini müteakip zayıf nükleer kuvvet ile elektromanyetik kuvvet de birbirinden ayrılmıştır. Bu senaryoya kütle çekiminin de dahil olup olmadığı, eğer öyle ise nasıl dahil edilmesi gerektiği sorusu günümüzde halen cevabı araştırılan bir meseledir. Ortak beklenti, evrenin ilk anlarına en çok yaklaşabileceğimiz ve sıcaklığın mümkün olabilen en yüksek değerlerde bulunduğu koşullar altında kütle çekiminin de bu ittifaka katılacağı ve ortaya dört kuvvetin birleşiminden doğan bir süper kuvvetin çıkacağıdır. Söz konusu süper kuvvet, evrenin ilk anında etkin olan kuvvet olmalıdır. Bu nedenle evrenin ilk anlarını anlayabilmek için onlara şekil vermiş olan bu süper kuvvetin teorisini keşfetmek zorundayız. Her şeyin teorisi diye sıkça adını duyduğumuz model bu hedefe erişmek amacındadır.

    Daha fazlasını okumak istiyorum                              [Diğer blog yazıları]

     

Yorumlar

  • (no comment)