EVRENİ YÖNETEN DÖRT YASA

Herkese merhabalarrrr 😊

Bugün üçüncü yazımı paylaşıyorum ve biraz daha detaylı ve bilimsel bir yazı olsun istedim. Bu yazımın konusu ise başlıktan da anladığınız gibi Evreni Yöneten Yasalar.

Evrenimiz dört temel yasa (kuvvet) tarafından yönetilir. Yönetilir diyoruz çünkü ağız alışkanlığı, yönetilmekten ziyade işler demek daha doğru olur bence. Çünkü evrenimiz tıkır tıkır işleyen bir bilgisayar misali bu dört temel yasa ile işliyor. Yönetilir derken işin içine birde evreni yöneten şeyi, kimseyi katmak gerekiyor. Böyle bir şey var mı yok mu henüz bilemiyoruz o yüzden işliyor dersek daha mantıklı ve bilimsel olur. Kelimeler her şeydir 😊

Gelelim şu güzelim yasalara; zayıf kuvvet, güçlü kuvvet, elektromanyetik kuvvet, kütle çekim kuvveti. Bu kuvvetleri güzelce bir açalım ne nedir ne değildir görelim bakalım 😊

GÜÇLÜ (YEĞİN) KUVVET 

Öncelikle şunu söylemeliyim ki bu kuvveti günlük hayatta etrafınıza bakınca göremezsiniz. Makro evrenimize değil mikro evrene hükmeden bir yasadır. Atom ve atom altı parçacıklara…

Özünde kısaca güçlü nükleer kuvvet atom altı dünyasında ki protonları oluşturan kuarkları bir arada tutan kuvvettir. Şunu hepimiz biliriz ki aynı kutuplar iter zıt kutuplar çeker. Atom altı parçacıklardan olan protonlar pozitif yüklü, nötronlar yüksüz, elektronlar ise negatif yüklüdür. Atom çekirdeğinde ki bu elektromanyetik alanlar sonucu oluşan itmelere karşı duran kuvvet güçlü nükleer kuvvettir.  Atomun çekirdeğinde aynı yükte oldukları için birbirlerini itmeleri gereken protonların bağlanıp bir arada -oldukça yakın- bir şekilde durabilmelerini de sağlar. Dört temel yasa içinde adından da anladığımız üzere en güçlü olan kuvvettir ama etki alanı son derece kısıtlıdır. Öyle ki bu alan çekirdeğin çapı kadar olan  (10^-15 m)  ile sınırlıdır. 

Güçlü kuvvetin bir arada tuttuğu  kuarklar biraz tuhaf parçacıklardır. Daha sonra bir yazıda kuarklara detaylıca değineceğim şimdilik kısa kesiyorum J bu değişik parçacıklar birbirlerinden uzaklaşmaya kalktıklarında birbirlerine eskisinden de sıkı bağlanıyorlar. Birbirlerine öyle yoğun bir sevgiyle bağlanan kuarkları henüz tek başlarına görmüş değil bilim insanları. Zaten tek başlarına görmeyi beklemekte biraz tuhaf olur. Güçlü kuvveti yenebilen bir teknolojimiz olursa görürüz ileride.

Sonuç olarak atomun çekirdeğini (proton, nötron)parçalanmadan dağılmadan tutan kuvvetimiz güçlü nükleer kuvvettir.

ZAYIF KUVVET

Yine mikro evrene hükmeden bir diğer yasaya geldik.

Dört temel kuvvetin içinde birleştirmekten çok ayrıştırmaya odaklanmış bir kuvvettir. Diğer kuvvetlerden tek farkı bu değildir. Son derece kısa mesafelerde işler. Bu kuvvetin işlemesi için iki parçacık temas halinde olmalıdır.

Zayıf kuvvet veya zayıf etkileşim kütle çekim kuvvetinden daha güçlüdür ama daha öncede dediğim gibi sadece kısa mesafelerde etkilidir. Zayıf kuvvet atom-altı seviyede işler ve elementlerin oluşması ile yıldızların enerjilerini elde etmesinde önemli rol oynar. Aynı zamanda evrenimizdeki doğal radyasyonun çoğunun oluşmasından da sorumludur.

Zayıf kuvvetin etkisi güçlü kuvvetin milyarda biridir ama güçlü kuvvetin kütleleri yüzünden etki edemediği parçacıklara etki eden kuvvettir. W ve Z bozonları aracılığıyla bir takım değişiklikler, bozunmalar yaratır. Atom çekirdeklerindeki radyoaktif bozunmalardan biri olan beta bozunumu gibi süreçlerde ve nötrino etkileşimlerinde görülen bu kuvvetin etki mesafesi 10^-18 metredir. Yani protonun boyutunun %1’i kadar mesafede etkili. Böylesine kısa mesafelerde etkili olmasının nedeni bu kuvveti taşıyan W ve Z bozonlarının  80-91GeV gibi yüksek kütlelerinin olmasından kaynaklanıyor.

Kuarkların birbirlerine dönüşmesini sağlayan bu kuvvet ( W ve Z bozonları ile) protonu nötrona dönüştürüyor. Atomun çekirdeğinde bulunan proton ve nötronun birbirinden farklı iki parçacık yapan şey kuark sayılarıdır. Atom altında her şey kuaklardan oluşur. Bilim adamları henüz kuarklardan daha küçük parçacık bulamadılar. Protonun 2 yukarı (u) 1 aşağı (d) kuarkı varken nötronun 2 aşağı(d) 1 yukarı (u) kuarkı vardır. Zayıf kuvvet kendi bozonları sayesinde protonun içindeki 1 yukarı kuarkı aşağı kuarka dönüştürmesi, protonun nötrona dönüşmesini sağlıyor.

    Resim 1. Proton Nötron dönüşümü

Ayrıca Zayıf nükleer kuvvet hidrojenin izotopu döteryumun oluşmasını da sağladığı için yıldızların nükleer füzyon yapabilmelerini sağlıyor. Eğer hidrojenler zayıf kuvvet vasıtasıyla döteryumlara dönüştürülemeseydi nükleer füzyon meydana gelemeyecekti yıldızlar ışımayacaktı.

Sonuç olarak atom altı dünyada radyoaktiviteden ve bozunmalardan sorumlu olan kuvvet zayıf nükleer kuvvettir.

ELEKTROMANYETİK KUVVET

                                                       Resim 2. Elektromanyetik kuvvet

Lise eğitiminde dersi dinleyenlerinde dinlemeyenlerinde bildiği bir şey vardır ki oda pozitif ve negatif yükler. Zıt yükler çeker aynı yükler iter. Buna güçlü kuvvette de değinmiştim. Peki bu yüklerin etkileşimi nasıl sağlanır? Cevap kütlesiz bir dalga parçacık olan fotonlardır. ‘İyide bu da güçlü kuvvet gibi ne fark var eksi artı kutuplar’ diyebilirsiniz ama fark devasa büyük. Güçlü kuvvetin son derece kısıtlı bir alana etki ettiğini biliyoruz ama elektromanyetik kuvvet taşıyıcısı foton sayesinde sınırsız bir etki alanına sahiptir. Tüm evrenimizde elektromanyetizma durumları yaşanmaktadır 😇

Elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı kütlesiz dalga parçacık foton olduğu için, etkileşimi sınırsızdır. Peki bu kuvvetin önemi ne derseniz, atomları ve molekülleri bir arada tutar. Daha doğrusu parçacıklar elektrik yükleri nedeniyle birbirlerini bu kuvvet vasıtasıyla iter veya çekerler. Güçlü ve zayıf nükleer kuvvetlerin etki mesafelerinin çok kısa olmaları nedeniyle(atom çekirdeğinin çapı kadar alan) atomların yapılarında, elektronların bağlanmasında ve moleküllerin bağ yapılarında elektromanyetik kuvvet baş roldedir.

Detaylı bir şekilde tarihçesine girmeyeceğim ama bilinmesi gereken bir iki isim var. Michael Faraday’ın elektromanyetizma çalışmaları üzerine çalışıp matematiğe döken James Clerk Maxwell ışığında (foton) bir elektromanyetik dalga olduğunu ve yine bunun sonucu olarak elektromanyetik dalgaların ışık hızında yol aldığını keşfetti.

Henüz atomun kabul edilmediği yıllardan süre gelen araştırmalar ve keşiflerle ortaya çıkan bu yasanın 20. yüzyılda, atomun yapısının anlaşılmaya başlandığı yıllarda, hem atom içinde (çekirdeğin elektronu çekmesi) hem de atomlar arasında (İyonik bağ ve Kovalent bağ) olduğu keşfedildi. Ve tabi ki sonuç olarak bu etkiyi yaratanın foton olduğu anlaşıldı.

Sonuç olarak tüm evrende etki eden sınırsız bir alanı kullanan bu kuvvet özünde aşırı önemli ve günlük hayatta makro evrenimizde her yerde görebileceğimiz bazı etkilere sahip.

KÜTLE ÇEKİM KUVVETİ

                                                           Resim 3. Kütle çekim 

Eminim ki herkes diğer kuvvetlerden ziyade bu kuvvete daha aşinadır. Muhakkak Newton’u Einstein’ı duymuş ya da okumuşsunuzdur. Akıllarınızda aşağı yukarı bu konu için şöyle cümleler vardır; uzay-zaman kütle ile bükülür, iki cisim birbirini çeker, bir şeyi serbest bırakırsan kütle merkezine doğru düşer…

Fazla uzatmadan kütle çekim nedir ne değildir bakalım. MÖ yıllarda bile düşünürlerin bilim adamlarının ilgilendiği bir konu olan kütle çekim klasik fizikte Newton ile başlar. Arşimet’in çalışmalarından ilham alan bu İngiliz fizikçi, 1689 yılında kütle çekimini iki cismin birbirleri ile etkileşmelerini sağlayan bir kuvvet olduğunu düşündü. Ve bu yoldan giderek etkileşimi matematiğe döktü. İki cismin arasındaki etkileşim kuvvetinin kütleleri ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olduğunu buldu.

                                          (F=G*(m1*m2)/r²)

Newton’un denklemleri  200 yıl kadar kullanıldı ve hala bazı yönlerden günümüzde de kullanılmaktadır. Newton da insandı ve hata yapabilirdi ki nitekim yaptı da. Denklemleri Merkür’ün yörüngesini açıklayamıyordu ve ayrıca kütle çekimin nasıl etkileşim kurduğunu da…

Zaman geçti bir şeyler yaşandı bitti derken sahneye o beklenen kişi çıktı. Einstein. 1915 yılında Alman fizikçi Albert Einstein, Genel görelilik adını verdiği teorisinde, kütle çekimini çok farklı bir şekilde yorumladı. Uzayı kütle tarafından eğilen ve zaman ile bağdaşık bir ortama dönüştürdü. Yüksek kütle çekiminin olduğu yerde uzay-zaman fazlaca eğildiği için oradan geçmekte olan başka bir cismin, ışığın yörüngesinin bundan etkileneceğini, farklı bir yol izleyeceğini söylüyordu. Kısaca diyordu ki madde uzaya nasıl şekil alacağını söyler, uzayda maddeye nasıl yol alacağını.

Einstein’ın bu teorisi Merkür’ün yörüngesini açıklıyordu. Yıldızlar ve gezegenler gibi makro cisimlere baktığımızda kütle çekimi son derece büyük bit kuvvet olmasına karşın mikro evrende atom altında pek söz sahibi değil. İşleri başka yasalara bırakmış durumda. Şöyle mukayese edebilirsiniz ; dünyanın yer çekimine biz insanlar her gün fazla yorulmadan karşı koyabiliyoruz. Sabah yatağımızdan çıkabiliyoruz, bacaklarımızı yerden kaldırıp daha ileri atabiliyoruz. Hem de bir kuvvet hissetmeden.

Son olarak kütle çekimin atomik düzeyde teorik olarak var olan ama henüz keşfedilmeyen taşıyıcısı olan gravitonları da unutmamak gerekir.  Bulunursa Her şeyin Teorisi adı verilen ve bu dört yasayı birleştirip tek yasa haline getirmeyi amaçlayan teoriye bir adım daha yaklaşılmış olur. Umarım bu Her şeyin Teorisi bizler ölmeden bulunur.

Biraz uzun olan bu yazımda amacım fazla bilimselleşmeden evrenin özüne bakış atmanızı sağlamaktı. Umarım işe yaramıştır. Hoşçakalın 😍