KUTS4L KUVVETLER

KUTS4L KUVVETLER

KUTS4L KUVVETLER

I- KÜTLEÇEKİMİ

Aldığımız nefesten içtiğimiz suya kadar evrendeki her maddenin kendi içerisinde varlığını sürdürebilmesinin ve birbiri ile etkileşimlerinin temelinde kuvvet var.

Eğer bu kuvvetler olmasaydı en küçük yapıtaşı olan atomun oluşturulmasından ve sonrasında da yaşamın varlığından söz edebilmek maalesef mümkün olmayacaktı.

 

Günümüz fiziğinde temel amaca dönük 4 kuvvet mevcut. Kuvvetlerin bu dört kategorisinin üçünü birleştirme yönünde (grand unified theories) başarılı girişimler olmuş olsa da geriye kalan kategori olan kütleçekim ilginçtir ki etkisini ilk hissetiğimiz kuvvet olmasına rağmen bu 4 temel kuvvet arasında en az anlayabildiğimiz olmuştur.

İlk kategorimiz kütleçekim kuvveti. Bu bir evrensel kuvvettir yani diğer bir deyişle her parçacığın kütlesi veya enerjisi ölçüsünde diğer parçacığın kütleçekim kuvvetini hissettiği kuvvettir. Uzak mesafeler aşarak etkileyebilir ve her zaman çekicidir.

 

Romalı’lar Sicilya’yı kuşattıklarında şehri bir türlü ele geçiremiyorlardı çünkü Arşimet fırlatılan cisimlerin kütlelerinin etkisi altında nasıl davranacağını çok iyi bilen bir mühendisti. Gözle görülmez zerrecikler ve bağlı oldukları yasaları anlayabilmek için, küçük dünyanın kapısını açtı. (hidrostatik ve mekanik)

Yüzyıllar sonra ikinci adım Newton’dan geldi ve farklı kütlelerin etkileşimlerinin çarpımları ile doğru, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olduğunu buldu (F=G*(m1*m2)/r²). Philosophiae Naturalis Principia Mathematica adlı çalışmasında klasik mekaniğin temelini oluşturmuş, fiziksel nesnelerin hareketleri ile ilgili birçok olayın açıklamasında kullanmıştır.

 

 

“Bu temel mekanik ile insanoğlu aya yolculuk gerçekleştirdi.”

Yalnız tek bir konu var ki bu denkleme oturmadı. Yüksek kütle ve özellikle de yüksek hızlarda bu denklem yeterlilik sağlamıyor, bazı gökcisimlerinin yörüngelerindeki salınımlar temel Newton prensiblerine uymuyordu.

Madde yerçekimi sayesinde uzayda birikip yıldızları ve gezegenleri ve kara delikleri oluşturur. Bu dünya ve güneş gibi iki büyük cismin tek tek parçacıkları arasındaki çok zayıf kütleçekim kuvvetlerinin hepsinin birleşerek önemli bir kuvvet üretebildiği anlamına geliyor.

 

1915 yılında Einstein Genel görelilik teorisinde kütleçekimin olduğu yerde uzay-zaman fazlaca eğildiği için oradan geçmekte olan başka bir cismin yörüngesinin bundan etkileneceğini, farklı bir yol izleyeceğini söyledi. Genel görelilik teorisi bir çok şeyi açıklayan kütleçekim için iyi cevaplar veren bir model olarak kabul görmekte. Nihayetinde uzay-zamanı büken bir güç.

Bugün, bilim dünyası kütleçekim alanına kuantum mekaniği yönünden yaklaşımda iki parçacık arasındaki kuvveti graviton adı verilen 2 spinli bir quark türü (atom altı parçacık) olarak tanımlamakta. Fakat bu parçalar oldukça zayıf ve tespit edilmeleri o kadar zordur ki henüz gözlenememişlerdir. Bu sene şubat ayında ilk defa yakalanabilen kütleçekim dalgalarının sesi bu 100 yıllık teorideki gravitonların varlığına tek somut gözlem diyebiliriz.

 

Graviton’un kendisine ait bir kütlesi yok, dolayısıyla taşıdığı kuvvet uzun erimli.

Diğer üç kuvvet ise ya kısa erimli ya da bazen çekici bazen itici durumdalar. Dolayısıyla birbirlerini götürme eğilimindedirler.

 

 

Güneş ile dünya arasındaki kütleçekim kuvvetinin varlığı, bu iki cismi oluşturan parçacıklar arasındaki gravitonların değişimine atfedilir. Değiştirilen parçacıklar sanal olsa da ölçülebilir bir etki doğurdukları kesindir, dünyanın güneş etrafında dönmesini sağlamaktadırlar.

 

II- ELEKTROMANYETİZMA

Sıradaki kategorimiz elektromanyetik kuvvet ise elektronlar ve quarklar gibi elektrik yüklü parçacıklarla etkileşime giren, ancak gravit onlar gibi yüksüz parçacıklarla etkileşime girmeyen bir kuvvet. Kütleçekime göre daha yeğin.

İki elektron arasındaki elektromanyetik kuvvet kütleçekim kuvvetinden yaklaşık bir milyon milyon milyon milyon milyon milyon milyon (1’in ardından kırk iki sıfır) kat büyük hesaplanmakta.

 

1839’da ingiliz fizikçi Faraday elektromayetizma ile uğraşıyor ve manyetizmayı kullanarak elektrik üretilebileceğini söylüyor. Bunu iki çeşit elektrik yükü ile temellendiriyor; artı ve eksi.

İki artı yük arasındaki kuvvet, tıpkı iki eksi yük kuvvet gibi iticiyken, bir artı yük ile bir eksi yük arasındaki kuvvet çekicidir. Dünya veya güneş gibi büyük bir cisim birbirine yakin sayıda artı ve eksi yük içerir Bu yüzden tek tek parçacıklar arasındaki itici ve çekici kuvvetler birbirlerini hemen hemen tümüyle yok eder ve sonuçta geriye çok az miktarda bir elektromanyetik kuvvet kalmaktadır.

 

Öte yandan elektromanyetik kuvvetler atomların ve moleküllerin küçük ölçeğinde baskın durumdalar. Tıpkı kütleçekim kuvvetinin dünyanın güneşin yörüngesinde dönmesini sağlaması gibi, çekirdekteki eksi yüklü elektronlar ile artı yüklü protonlar arasındaki elektromanyetik çekim, elektronların atomun çekirdeği etrafında dönmesine neden olmakta. Elektron alışverişi sayesinde nötr atomlar oluşuyor ve atomlar birleşip molekülleri meydana getiriyor.

 

Işığın oluşumu: Negatif elektron pozitif protona çarpınca elektromanyetik kuvvet elektronun foton yayarak enerji kaybetmesine yol açıyor. Evreni aydınlatan ışık böyle ortaya çıkmakta. Güneş panelleri de gün ışığında bu prensip ile elektrik üretiyor; Fotoelektrik etki.

 

Fotoğraf ve kamera teknolojisi

Foton adı verilen 1 spinli çok sayıdaki sanal kütlesiz parçacığın değişimi elektromanyetik çekimin nedeni olarak görülür. Burada değiştirilen fotonlar da yine sanal parçacıklardır. Ancak bir elektron konumunu izinli bir yörüngeden çekirdeğe daha yakın başka bir yörüngeyle değiştirdiğinde enerii açığa çıkar ve gerçek bir foton yayılır. Bu foton uygun bir dalga boyuna sahipse ışık formunda insan gözü tarafından veya fotoğraf filmi gibi bir foton algılayıcısı tarafından gözlemlenebilmekte.

Benzer biçimde gerçek bir foton bir atomla çarpıştırılırsa bir elektronu çekirdeğe yakın yörüngeden daha uzak bir yörüngeye hareket ettirebilir. Böylece fotonun enerjisi kullanılmış olur, dolayısıyla foton soğurulur. Işığın bu baskı etkisi günümüzdeki uzaya çıkan tüm araçların yörüngeleri hesaplanırken dikkate alınmakta.

 

III- ZAYIF NÜKLEER KUVVET

Üçüncü kategoride ışınım etkinliğine sebep olan ve 1/2 spinli tüm parçacıklarına etkiyen, ancak fotonlar veya gravitonlar gibi 0,1 veya 2 spinli parçacıklara etkimeyen zayıf nükleer kuvvet yer alıyor.

Ağır atomlarda çok sayıda proton ve nötron bir arada bulunuyor. Zayıf nükleer radyoaktif bozunma ile atomları hemen veya milyarlarca yıl içinde istikrarlı hafif atomlara dönüştürüyor.

(Fisyon)

Maxwell’in elektrik ve manyetizmayı birleştirmesinden yüz yıl sonra ve fotona ek olarak, zayıf kuvvet taşıyan ve hepsi toplu olarak kütleli vektör bozonları olarak adlandırılan üç adet spinli quark daha olduğu keşfedildi.

Zayıf nükleer kuvvetin W+ W− ve Z0 bozonları vasıtasıyla quarkların birbirlerine dönüşmesinden de sorumlu olduğu bulunuyor. Bu da bir protonun nötrona nasıl dönüşebileceğini açıklıyor.

 

IV- GÜÇLÜ NÜKLEER KUVVET

1935 yılında Japon teorik fizikçi Hideki Yukawa protonların ve nötronların birbirleriyle etkileşimlerini açıklamak için bir parçacığın proton ve nötronlar arasındaki güçlü nükleer kuvvet ile güç iletimi görevi gördüğünü ve atomun çekirdeğinde aynı yükte oldukları için birbirlerini itmeleri gereken protonların tam tersi bağlanıp bir arada, oldukça yakın bir şekilde durabilmelerini açıklıyor.

 

Dördüncü kategorideki güçlü nükleer kuvvet, proton ve nötronun içerisindeki quarkları ve atom çekirdeğindeki quarkları gluon adı verilen ve sadece kendisiyle ve quarklarla etkileşen başka bir 1 spinli parçacık tarafından taşındığını tanımlıyor.

Güçlü nükleer kuvvetin quark hapsi adı verilen garip bir özelliği bulunuyor.

Birbirine bağladığı parçacıkları her zaman renksiz bileşimlerde birleştiriyor.

 

Bir Quark kendi başına değil kırmızı yeşil ve mavi en az 3 quarkın gluon denilen yapıştırıcı bağları ile bir araya gelmesiyle oluşuyor. Böylece toplamda beyaz eden bir gluon derlemesi ortaya çıkıyor ve çekirdekteki protonlar büyük bir kararlılıkla birbirlerine bitişik bir biçimde duruyor. Bu kuvvet evrende bilinen en güçlü kuvvet olma özelliğini hala korumakta.

 

Bilim Meraklılarına Not;

Yeni bir çalışma doğada 5. bir kuvvetin daha olabileceğini öngörüyor.

 

Macarlı bilimadamları, daha önce buldukları bilinmeyen parçacığın elektrondan 30 kat daha ağır olduğunu belirlediler ve bunu bu yılın ilk yarısında yayınladılar.

Fakat , bunun sadece kuvveti taşıyan bir parçacık mı yoksa yeni bir parçacık mı olup olmadığı net değil. Ne ışığı emen, ne de yayan bir madde bu yüzden de karanlık maddenin direk algılanmaması sadece normal bir madde üzerindeki yerçekimsel etkilerinden ve yalnız elektron&nötron ile kısa mesafelerdeki etkilerinden ortaya çıkıyor.

 

Kaynaklar;

Parçacık Kinematiği I / Yrd. Doç. Dr. Nilgün DEMİR, Uludağ Üni

Atom Molekül ve Çekirdek / Dr. Cemil Şenvar, Hacettepe üniversitesi

Zamanın Kısa Tarihi / Stephen Hawking

http://www.universetoday.com/130333/physicists-maybe-just-maybe-confirm-possible-discovery-5th-force-nature/

18.4.2018 13:53:25
913