Manşet Teknoloji

Evreni yöneten kuvvetler

Günümüzde bilim dünyası, evrenin bundan yaklaşık olarak 13,7 milyar yıl önce büyük patlama olayıyla oluştuğunu düşünüyor ve bu patlamanın gerçekleştiği anda evreni tek bir formül ya da denklemle açıklayabilmek için yüzyılın deneyi olarak da bilinen bir deney üzerinde yoğunlaşmış bulunuyor. Aslında, evrende her şey birbirine belirli kuvvetlerle bağlı durumda. Daha önceki yazılarımda atomun yapısına, hatta çekirdeğin yapısıyla ilgili olgulara değinmiştim ve yaşamımızdaki her şeyin çekirdek ve atom boyutunda belirli frekanslarda hareket eden parçacık ya da dalga formundaki enerjilerden oluştuğunu belirtmiştim. Evet, aslında yaşamımızdaki her şeyin kaynağının belirli frekansta hareket eden bir şeyler (elektron, proton ve nötron gibi) olduğunu ifade edebiliriz. Bu “bir şeyler” de atom boyutunda ya da çekirdek boyutunda birbirleriyle belirli mesafelerde belirli kuvvetlerle etkileşim halinde hareket ediyorlar. Geçen yazımı sonlandırırken, son yazılarımda kararsız çekirdekler ve bu çekirdeklerden çıkan ya da atom içerisinde oluşan iyonlaştırıcı radyasyon ve bundan kaynaklı olgulardan bahsettiğimi belirtmiştim. Bu yazımda da evreni oluşturan temel kuvvetlerin neler olduğuna ve bu kuvvetlerin yaşamımızda ne gibi olgulara neden olduğuna kısaca değinmeye çalışacağım.

Evreni, şu anki bilgimizle dört temel kuvvetle açıklamaya çalışıyoruz. Bu dört temel kuvvet, şiddetine göre sırasıyla; güçlü kuvvet, elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet ve yerçekimi kuvveti (kütleçekimi kuvveti) olarak isimlendirilir. Hatta bilim insanları, bu kuvvetlerden elektromanyetik kuvvet ile zayıf kuvveti birleştirip elektrozayıf kuvvet gibi tek bir isimle açıklamış durumda. Gelin şimdi bu kuvvetlerle ilgili bilgilere aşağıdaki gibi kısaca bir göz atalım.

Güçlü kuvvet

Güçlü kuvvet, dört temel kuvvetin en kuvvetlisidir ve atomun çekirdeği içerisinde etkili olduğu için bu kuvvete çekirdek kuvveti de denir. Bu dört temel kuvvette de kuvvetlerin şiddetlerini belirleyen aslında kuvvetlerin taşıyıcı parçacıklarının taşıdıkları enerji ile o kuvvetten etkilenebilecek parçacıkla kuvvet taşıyıcısının etkileşime girme olasılığıyla doğrudan ilişkilidir ve güçlü kuvvetin taşıyıcı parçacıklarına “gluonlar” denir.

Evrenin çekirdek boyutundaki (10-15 m ) mikro yapısını, kuvvetin menzili (erimi) çok küçük olan fakat şiddeti çok büyük olan güçlü kuvvetin yönettiğini söyleyebiliriz. Bununla birlikte, bu kadar küçük bir ölçekte sırasıyla elektromanyetik ve zayıf kuvvetlerin de etkisinin küçük de olsa var olduğunu fakat yerçekimi kuvvetinin çekirdek içerisinde etkisinin yok denecek kadar az olduğunu söyleyebiliriz. Aslında güçlü kuvvet, çekirdek içerisindeki protonla protonun, nötron ile nötronun ve nötron ile protonun bir arada durmasından sorumlu kuvvettir. Aynı yüklü parçacıkların (artı ile artı yüklü parçacıkların ya da eksi ile eksi yüklü parçacıkların) birbirlerini ittikleri bilgisini göz önüne alırsak, bu kadar küçük ölçekte, elektronun kütlesinden yaklaşık olarak 8 bin kat büyük olan bu parçacıklar (protonlar) nasıl oluyor da bir arada durabilmeyi başarabiliyor?

İki tane mıknatısın aynı kutbunu elimizle birbirine yaklaştırmaya çalıştığımızda, en sonunda aynı kutupların birbirini nasıl ittiğini hissedebilir hatta mıknatısın aynı kutuplu iki yüzeyini uygulayacağımız çok güçlü kuvvetlerle bile bir arada tutamayacağımızı gözlemleyebiliriz. Güçlü kuvvetin şiddeti o kadar güçlüdür ki evrendeki en şiddetli kuvvettir ve atomun çekirdeği boyutunda aynı yüklü parçacıkların (proton ile proton) bir arada durmasını sağlar ve bu dengeyi bozmaya çalıştığımızda atom bombası gibi bir enerjinin ortaya çıktığını gözlemleriz.

Elektromanyetik kuvvet

Elektromanyetik kuvvet evreni yöneten ikinci büyük kuvvet olup bu kuvvetin menzili sonsuzdur. Yani, elektromanyetik kuvvetin taşıyıcı parçacığının taşıdığı enerjinin bu kuvvetten etkilenebilecek parçacıkla etkileşime girme olasılığı sonsuz boyutta olabilir ve bu kuvvetin taşıyıcı parçacıklarına “foton” denir. Bunlara ek olarak, elektromanyetik kuvvet benzer yüklü parçacıkların (elektron ile elektron gibi) birbirini itmesine ve zıt yüklü parçacıkların (elektron ile proton gibi) birbirini çekmesine neden olur ve parçacıklar bu tür etkileşimleri aralarındaki foton alışverişi ile gerçekleştirirler.

Aslında elektronların, atom içerisinde, yapısını proton ve nötronların oluşturduğu çekirdek etrafında belirli yörüngelerde hareket etmelerinden ve birbirleriyle etkileşimlerinden sorumlu kuvvet elektromanyetik kuvvettir. Bunlara ek olarak, elektromanyetik kuvvetin yıldızlar ve galaksiler gibi büyük ölçekli yapılar ile atomun çekirdeği gibi küçük ölçekli yapılar arasında bir bağlantı ya da köprü kurduğunu söyleyebiliriz.

Zayıf kuvvet

Zayıf kuvvet de çekirdek kuvvetidir ve menzili 10-18 m mertebesindedir. Önceki yazılarımda, iyonlaştırıcı radyasyon konusu üzerinde çok durmuştum ve iyonlaştırıcı radyasyonun kararsız çekirdeklerin bozunumu sonucunda meydana geldiğini belirtmiştim. Bir atomun çekirdeğinin kararsızlığından sorumlu kuvvete zayıf kuvvet denir ve zayıf kuvvetin kuvvet taşıyıcılarına “bozonlar” denir. Kararsız bir çekirdek, kararlı bir yapıya dönüşmek için etrafına parçacık ya da dalga formunda enerji salar (radyoaktif bozunum). Aslında bu olay, çekirdek içerisinde bir protonun bir nötrona ya da bir nötronun bir protona dönüşmesi esnasında meydana gelir.

Sonuç olarak, evrendeki kararsız çekirdeklerin (kararsız atomların) kararlı hale gelmesinden sorumlu kuvvete zayıf kuvvet denir.

Kütleçekimi kuvveti

Kütleçekimi ya da yerçekimi kuvveti evreni oluşturan en zayıf dördüncü kuvvet olup bu kuvvetin menzili de elektromanyetik kuvvetin menzili gibi sonsuzdur ve bu kuvvetin kuvvet taşıyıcı parçacılarına “graviton” denir. Standart model dediğimiz model aslında kütleçekimi kuvvetini açıklayamıyor. Dönen bir cismin üzerindeki cisimleri dışarı doğru savurduğunu gözlemleriz, fakat kendi ekseni etrafında dönen bir gezegenin bizi merkezine doğru çektiğini biliyoruz. Bu nedenle, günümüzde CERN araştırma merkezinde gerçekleştirilen deneylerle kütleçekimi kuvvetini açıklayabileceğimiz sonuçlar elde edilmeye çalışılıyor.

Düşünsenize, çok küçük ölçekte aynı yüklü protonlar ile yüksüz nötronların bir arada durmasıyla çekirdek denilen bir yapı oluşuyor ve bu yapıyı güçlü kuvvet yönetiyor ve bu çekirdek etrafında belirli yörüngelerde elektronlar dolanıyor ve bu yapıyı da elektromanyetik kuvvet yönetiyor ve sonuç olarak kararlı bir atom oluşuyor. Bunlara ek olarak, çekirdek kararsız bir yapıya sahipse bu çekirdeğin kararlı bir yapıya dönüşmesinden de zayıf kuvvet sorumlu. Bu atomların birleşmesi sonucunda da canlı ya da cansız yapılar oluşuyor. Bu yapılar ise kütleçekimi kuvveti ile gezegenimiz üzerine bağlantı kuruyor ve bu bağlantılar arasında da çok hassas bir denge oluşuyor. Bu hassas denge ile ilgili bir örnek verecek olursak; bir sandalye üzerine oturan bir kişi düşünelim ve bu kişinin giydiği elbise aslında yukarıda bahsettiğimiz atomların bir araya gelerek oluşturduğu bir yapı ve bu yapının üzerine oturduğu tahta sandalyeyi oluşturan da atomların ta kendisi.

Tüm bu atomlar da merkezinde çekirdek ve çekirdeğin etrafında belirli yörüngelerde dolanan elektronlardan oluşuyor. Aslında oturduğumuz sandalyenin yüzeyinde de ve sandalye üzerine temas eden giysimizin yüzeyinde de elektronlar var ama biz bunları çıplak gözle gözlemleyemiyoruz. Yani bu elektronlar aslında birbirini elektromanyetik kuvvet ile itiyor ve aslında çok küçük ölçeklerde hiçbir zaman birbirine temas etmiyorlar. Eğer ki yerçekimi kuvveti elektromanyetik kuvvetten büyük olsaydı yani bu elektronların birbirine uyguladığı kuvvetin şiddeti kütleçekimi kuvvetinin şiddetine göre düşük olsaydı o sandalyeye oturan kişinin
sandalye ile birlikte yere gömülmesi gerekecekti.

İşte, evreni oluşturan bu dört kuvvet arasında böylesine şaşırtıcı bir denge söz konusu. Gelecekte, dört temel kuvvetten en zayıfı olan ama menzili sonsuz olan kütleçekimi kuvvetini açıklayıp dört temel kuvveti tek bir isim altında açıklayabilecek miyiz? Bunu zaman gösterecek. Peki, bu fizik bilimi gerçekten de yaşamımızdaki birçok olguyu açıklayabiliyor mu? Birbirimizi görmemize neden olan ışık, yaşamımızdaki renkleri nasıl oluşturuyor? Yaşamımızdaki fizik nedir? Gelecek yazımda görüşmek üzere.

Yazı: Kemal Fırat Oğuz, Öğretim Üyesi

Benzer Yazılar

İklim için kırmızı alarm verildi

Ad Hoc

Hipster: Sıradan mı yoksa yenilikçi mi?

Ad Hoc

Onurlu ölüm ve ötenazi hakları

Ad Hoc