Evren'deki 4 Temel Kuvvet: Güçlü, Zayıf, Kütleçekim ve Elektromanyetik Kuvvetler

Evrendeki dört temel kuvvet, güçlü, zayıf, kütleçekim ve elektromanyetik kuvvetler.

Evrende dört temel kuvvet vardır.

Modern fizikteki kuvvet algısı, fizikçiler için temel parçacıkların etkileşimi sayesinde olur.

Buna örnek olarak protonun ve nötronun piyon alışverişi sayesinde birbirine bağlanması verilebilir.

Bu sebeple etkileşim kelimesi kuvvet yerine daha doğru bulunmaktadır.

Bu etkileşimleri güç sıralamasına sokarsak, en güçlüden en güçsüze bunlar güçlü iletişim, güçlü etkileşim, elektromanyetik etkileşim, Zayıf etkileşim ve kütle çekim etkileşimidir.

Güçlü etkileşim. Güçlü etkileşim çekirdeği bir bütün halinde tutan etkileşimin veya kuvvetin kendisidir.

Kendisinin çok güçlü olmasına karşın mesafesi oldukça kısadır.

Proton ile proton arasında veya proton ile nötron arasında olmaktadır.

Bu ise mezon olan piyon değişimine dayanmaktadır.

Kuarkların bir arada olmasını ise renkli kuvvet ile açıklarız.

Bu etkileşimler ise glonlar sorumludur.

Glon değişimi protonun ve nötronun içindeki kuarkların renklerini etkiler.

Bu etki piyonların oluşmasına yol açar.

Piyonlar protondaki veya nötrondaki kuarklar ile buluştuğunda içindeki anti kuark bu parçacıktaki kuarkın yok oluşuna sebep olur.

Piyonun kendi içindeki kuark o parçacığı transfer olur ve tekrardan glon alışverişi gerçekleşir.

Bunu daha iyi anlamanız için aşağıdaki gif yardımcı olabilir.

Elektromanyetik etkileşim.

Elektromanyetik etkileşim lise eğitiminde gösterildiği gibi yüklü parçacıklar arasında gerçekleşir.

Bunlar artı ve eksi yüklerdir.

Aynı yükler birbirlerini iterler.

Zıt yükler ise birbirlerini çekerler.

Etkileşim ise foton değişimiyle gerçekleşir.

Güçlü etkileşimin mesafesine karşın elektromanyetik etkileşimin mesafesi foton sebebiyle sınırsızdır.

Michael Ferdin elektromanyetizma çalışmalarının James Clerk Maxwell tarafından matematiğe dökülmesiyle ışığında bir elektromanyetik dalga olduğu ve elektromanyetik dalgaların ışık hızında ilerlediği keşfedilmiştir.

Hendrik Lorenz ise elektromanyetik alan içindeki parçacığa etkiyen kuvveti hesaplamıştır ve bir takım yasalar ortaya koymuştur.

Ancak bu yasalar elektromanyetik kuvvetin nasıl çalıştığını göstermemektedir.

20. yüzyılda atomun yapısının anlaşılmaya başlandığı yıllarda bu kuvvetin hem atom içinde hem de atomlar arasında olduğunu keşfettiler.

Bu etkiyi yaratan şeyin foton olduğunu bu şekilde anladılar.

Ayrıca zamanın göreliliği, birbirinden bağımsız olaylar gözlemciler arasında farklı zamanlarda oluşabilir.

Bu fenomeni mümkün kılan durum ise etkileşimlerinin imkanı olmayan iki durumun birbirlerini etkileyememesidir.

Başka bir deyişle nedensellik bozulmamaktadır.

Ve bu fenomen sadece ışık hıza mesafesini geçen olaylar arasında gerçek olabilmektedir.

Foton etkileşimi veya kütle çekim olması durumunda bu fenomen mümkün olmamaktadır.

Zayıf etkileşim. Radyoaktif bozulmalardan olan beta bozunumu gibi durumlardan sorumludur.

Kısacası birçok parçacığın ve bir takım atom çekirdeğinin kararsızlığından sorumludur.

Etki mesafesi epey kısadır.

Bu etkileşimin prensibi nötronun protonu dönüşümüdür.

Beta emisyonuyla nötronun protonu bozunumu gerçekleşir.

Elektron ve anti elektron nötrinosu meydana gelir.

Proton 2 yukarı ve 1 aşağı quarktan meydana gelmektedir.

Zayıf etkileşim proton 2 1 yukarı quarkı aşağı quarka çevirmektedir.

Bunun gibi quarkların birbirine dönüşümünden sorumlu olan parçacıklar W ve Z bozonlarıdır.

Bu etkileşimin mesafesinin kısa oluşu bu bozonların kütlelerin yaklaşık 80 ile 91 elektron volt gibi yüksek bir değerde olmasıyla açıklanmaktadır.

Bu kuvvet veya etkileşim quarklar haricinde leptonları da kapsamaktadır.

Bu durumu etkileşimlerin oluşumunda açıklayacağız.

Kütleçekim etkileşimi Kütleçekimin etkileşim parçacığı bilinmemektedir.

Gravişin olabileceği tahmin edilmektedir.

Lugo deneyinden sonra bu etkileşimin ışık hızında gittiğini ve etkileşim mesafesinin sınırsız olduğunu öğrendik.

Bizim gezegende durmamızı gezegenlerin yörüngelerde olmasını sağlayan ve sağduyumuzla en rahat algılayabildiğimiz kuvvettir.

Isaac Newton'un ortaya atmasıyla ve Albert Einstein ile Newton'un hatalarına gidirildiği bir fenomendir.

Dediğimiz gibi Einstein'ın genel görevliliğini doğrulayan LIGO deneyi sayesinde bazı özelliklerden eminiz.

Genel görevlilik bu etkileşimin uzay zamanı büktüğünü söylemektedir.

Bunun ispatı da 29 Mayıs 1919 tarihindeki güneş tutulması gözlemi ile yapıldı.

gelen ışınlar Newton fiziğinin aksine 1.62 saniye açıyla dünyaya ulaştı.

Kısacası kütle çekim ışığı saptırıyordu.

Daha sonra Einstein halkalarının keşfi de bu durumu kanıtlamış oldu.

Ancak Einstein'in açıklayamadığı da bir şey vardı.

O da kuantum fiziğine göre bu kuvvetin taşıyıcı bir parçacı olmasıydı.

Aradan geçen uzun yıllara rağmen o parçacı henüz gözlemleyemedik.

Bu sebeple Feynman diagramları geçiminde göstermemiz kesinlik açısından doğru olmaz.

Bu etkileşimlerin oluşumu.

genişlemesi sebebiyle bir başlangıcının da olması gerektiği tezinden yola çıkan fizikçiler tüm bu etkileşimlerin veya kuvvetlerin evrenin ilk ve çok sıcak, yoğun olduğu evrelerde tek biçimde olduğunu tahmin

etmektedirler. Bu sebeple teorik fizikçiler bu etkileşimlerin hepsini birleştirecek kuramlar üzerine çalışmaktadırlar.

Elektromanyetik etkileşim ile zayıf etkileşim yüksek enerjilerde ve sıcaklıkta benzer etkiler göstermektedir.

Hatta bu iki etkileşim bu sıcaklıklarda ayırt edilmemektedir.

Foton W ve Z bozonları ile birlikte yüksek sıcaklıklarda zayıf etkileşim ile elektromanyetik etkileşimi birleştirmektedir.

Bu duruma elektro ve zayıf etkileşim denmektedir.

Bu etkileşimlerin oluşumunun büyük birleşim kuramından geldiği düşünülmektedir.

Güçlü etkileşim ve elektro zayıf etkileşimi birleştiren etkileşim kuramlarıdır.

Bu kuramlar süpersimetreye dayanmaktadır.

Bu etkileşimin olması için gereken sıcaklık 1028 Kelvin'dir.

Bir diğer şart ise leptonları da kapsayan elektro zayıf etkileşim ile güçlü etkileşimi birleştirirken renklere sahip kuarkları leptonlara çevirmemizdir.

Ancak bu şart süpersimetreye dayanan bu kuramları zorda bırakmaktadır.

Bunun sebebi güçlü etkileşimin sadece renkli parçacıklarla birlikte işlenmesidir ve leptonların kuarklar gibi renkleri yoktur.

Ancak kuarkları leptonlarla çevirirken çok önemli bir kanun olan baryon korunumunu ihlal etmiş oluyoruz.

Baryon sayısıyla lepton sayısının farkının korunması kuarkların antileptonlara dönüşmesiyle mümkün.

Tek bir quarkın antileptoma dönüşümü 1015 elektron volt enerjiye tekabül etmektedir.

Fizikçiler bu enerjiyi de kütlesi 1015 elektron volt olan değişim bozonu ile imkanlı olduğunu söylemektedirler.

Teorik olan bu bozona da X bozonu ismi konmuştur.

Söylememiz gerekir ki bu kuram henüz gözlemsel olarak kanıtlanmamıştır.

Ancak her şeyin teorisine giden bir aşama olarak nitelendirilmektedir.

Dikkat etmişsinizdir ki bu genişletilmiş etkileşimde kütle çekim yoktur.

Kütle çekimin yasaları genel görevleri dayanmaktadır.

Genel görevleri kuantum mekaniği şu anki fizik bilgimizle henüz birbirlerini desteklememektedirler.

Bu ikisini birleştirecek teori de her şeyin teorisi olacaktır ki bu da teorik fizik dünyasının peşinden koştuğu şeydir.

Bu iki etkileşimi 1032K sıcaklıkta birleştirdiği tahmin edilmektedir.

Bir podcast

fikriniz var ama nereden başlayacağınızı bilmiyor musunuz?