Evrendeki Temel Kuvvetler

Doğanın dört temel kuvveti vardır ve bu kuvvetler bir galaksinin doğumundan bir bebeğin doğumuna kadar bilinen tüm olaylardan sorumludur. Her ne kadar bu kuvvetlerin içinde en zayıfı kütle çekim kuvveti ise de bu kuvvet Dünya’nın Güneş çevresindeki hareketini ve havaya fırlatılan bir futbol topunun hareketini kontrol etmektedir. Daha güçlü olan elektromanyetik kuvvet, kütle çekim kuvvetinden 10 sayısının 40. Kuvveti kadar daha güçlüdür. Aralarında r kadar uzaklık olan iki elektron düşünelim . Bunların aralarındaki elektriksel itme kuvveti e^2/r^2 biçiminde yazılabilir. Burada e elektronun sahip olduğu elektrik yükünü temsil etmektedir. Bu iki elektron arasındaki kütle çekim kuvveti ise G(mc)^2/r^2 biçimindedir. Burada mc elektronun kütlesini göstermektedir.
Dolayısıyla kütle çekim kuvvetinin elektriksel itme kuvvetine oranı, Gmc^2 / e^2 ya da yaklaşık olarak 10^-42 olur.
Kütle çekim kuvveti tamamıyla önemsizmiş gibi görünüyor. Bununla birlikte, elektrik yüklü parçacıklar genellikle elektron ve proton gibi çiftler halinde ortaya çıkarlar. Pozitif ve negatif yükler birbirini sadeleştireceğinden büyük ölçeklerde net elektrik yükü bulunmaz. Kütle çekim kuvvetinde ise birbirinin etkisini sadeleştirecek çiftler yoktur. Bunun da ötesinde, diğer iki temel kuvvet yalnızca yakın mesafelerde etkilidir. Bu nedenle büyük ölçeklerde kütle çekimi kaçınılmaz olarak en büyük rolü oynar. Yıldızlar, kütle çekiminin çekici kuvvetiyle buna karşı gelen ve elektromanyetik kuvvetin bir sonucu olan, yıldızın sıcak iç katmanlarının uyguladığı basınç arasındaki duyarlı bir dengede yaşarlar. Galaksileri de kapsayan çok daha büyük ölçeklerde ise kütle çekimi üstün gelir.
Elektromanyetik kuvvetler atomla ilgili tüm özelliklerden sorumludur. Bu kuvvetler kimya yasalarını ve kişinin genetik özelliklerini biçimlendiren DNA moleküllerinin yapısını yöneten kuvvetlerdir. Dinamitin patlayıcı kuvvetinden kas gücüne, kelebeğin kanat çırpmasından aslanın saldırmasına kadar birçok doğal olay elektromanyetik kuvvetler ile ilgilidir. Elektromanyetik etkileşmeler, elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan foton tarafından kontrol edilir.
Geriye kalan iki temel kuvvet, atom çekirdeklerini bir arada tutan nükleer (çekirdeksel) kuvvetlerdir. Bunlar temel kuvvetlerin en güçlü olanlarıdır. Zayıf nükleer kuvvet kendisini ağır, kararsız çekirdeklerin radyoaktif bozulmasında gösterir. Kütlesiz parçacıklar olan nötrinoların yayınlanmasından, atom çekirdeği dışın da kararsız olan nötronların oluşu ve bozunmalarından da zayıf nükleer kuvvet sorumludur. Zayıf etkileşme de zayıf kuvveti taşıyan, fotona benzer bir iş yapan bir parçacık tarafından kontrol edilir.
1985 yılında keşfedilen ve W bozonu adı verilen bu parçacığın kütlesi, protonun kütlesinin 80 katı kadardır. Aslın da biri pozitif, diğeri negatif yük taşıyan iki W bozonu ve bunlarla ilişkili yüksüz bir parçacık olan Z bozonu vardır. Bu parçacıklar düşük enerjilerde elektromanyetik kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet arasındaki büyük farktan sorumludurlar.
Güçlü nükleer kuvvet ise bir atom çekirdeğin deki protonların bir arada bulunmalarını kontrol eder. Mezon adı verilen kısa ömürlü parçacıkların ortaya çıkışları ve yok oluşların dan sorumludur. Mezonlar olmasaydı, atom çekirdeklerinin, içlerinde bulunan protonların karşılıklı elektromanyetik itme kuvvetleri nedeniyle dağılmaları gerekirdi. Bu mezonlar ilk kez, atmosfer içinde çok yükseklere çıkan balon deneyleri sırasında kozmik ışınlarda keşfedildiler ve daha sonra parçacık hızlandırıcılarında üretildiler.
Protonun kendisi temel bir parçacık değildir. Protonun, kuark adı verilen temel parçacıklardan oluştuğu bulunmuştur. Kuarkın elektrik yükü kesirli olup protonun içinde yükleri 2/3, 2/3 ve – 1 /3 olan üç kuark bulunur. Kuarkları protonun içinde bir arada tutan parçacıklar gluon adı verilen ve güçlü nükleer kuvveti taşıyan kütlesiz parçacıklardır. Bu parçacıklar, fotonların elektromanyetik kuvvet, W ve Z bozonlarının zayıf nükleer kuvvet için oynadığı rolü oynarlar. Gluonların fotonlardan bir farkı, bu parçacıkların elektrik yüküne benzetilebilecek, renk adı verilen bir kuantum özelliği taşımalarıdır. Renk kuvveti, güçlü nükleer etkileşmeyi tanımlamanın bir başka yoludur (kuantum renginin ışık rengiyle uzaktan yakından ilişkisi yoktur) .
Temel kuvvetlerin üçü, yani elektromanyetik kuvvet ve nükleer kuvvetler kuantum teorisiyle, dördüncü kuvvet olan kütle çekim kuvveti ise genel görelilik (relativite) teorisiyle tanımlanır. Tüm bu kuvvetleri tek bir tanım altında birleştirebilecek olan teori ise şu anda eksik olan kütle çekiminin kuantum teorisidir. Eğer evrenin başlangıcındaki fiziği anlamak istiyorsak, böyle bir teori gereklidir.

Kaynakça:
www.space.com

Yazar: Taner Tunç

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This div height required for enabling the sticky sidebar
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :