Yükleniyor...

Dört temel kuvvet, biz farkında olsak da olmasak da, her gün üzerimizde etki eder. Basketbol oynamaktan uzaya roket fırlatmaya , buzdolabınıza bir mıknatıs yapıştırmaya kadar - hepimizin her gün deneyimlediği tüm kuvvetler kritik bir dörtlüye indirgenebilir: Yerçekimi, zayıf kuvvet, elektromanyetizma ve güçlü kuvvet . Bu güçler evrende olan her şeyi yönetir.

Yer çekimi

Yerçekimi , ister bir köprüden bir kayayı düşürürken, ister bir yıldızın yörüngesindeki bir gezegende, isterse okyanusta gelgitlere neden olan ayda görülsün, kütlesi veya enerjisi olan iki nesne arasındaki çekimdir . Yerçekimi muhtemelen temel kuvvetler arasında en sezgisel ve en tanıdık olanıdır, ancak aynı zamanda açıklanması en zor olanlardan biri olmuştur.

Yerçekimi fikrini, sözde bir ağaçtan düşen bir elmadan esinlenerek ortaya atan ilk kişi Isaac Newton'du. Yerçekimini iki nesne arasındaki gerçek bir çekim olarak tanımladı. Yüzyıllar sonra, Albert Einstein , genel görelilik teorisi aracılığıyla, yerçekiminin bir çekim veya kuvvet olmadığını öne sürdü . Bunun yerine, uzay-zamanı büken nesnelerin bir sonucudur. Büyük bir nesne uzay-zaman üzerinde çalışır, tıpkı bir yaprağın ortasına yerleştirilen büyük bir topun o malzemeyi etkilemesi, onu deforme etmesi ve sayfadaki diğer, daha küçük nesnelerin ortaya doğru düşmesine neden olması gibi. 

Yerçekimi gezegenleri, yıldızları, güneş sistemlerini ve hatta galaksileri bir arada tutsa da, özellikle moleküler ve atomik ölçekte temel kuvvetlerin en zayıfı olduğu ortaya çıkıyor. Bunu şu şekilde düşünün: Bir topu yerden kaldırmak ne kadar zor? Yoksa ayağını kaldırmak mı? Yoksa atlamak mı? Tüm bu eylemler, tüm Dünya'nın yerçekimine karşı çıkıyor. Ve moleküler ve atomik seviyelerde, yerçekiminin diğer temel kuvvetlere göre neredeyse hiçbir etkisi yoktur.

Zayıf Kuvvet

Zayıf nükleer etkileşim olarak da adlandırılan zayıf kuvvet, partikül bozunmasından sorumludur. Bu, bir tür atom altı parçacığın diğerine gerçek değişimidir. Bu nedenle, örneğin, bir n eutrino nötrino bir elektron olurken cızırtı bir nötron yakın bir protonun içine nötron açabilirsiniz.

Fizikçiler bu etkileşimi bozon adı verilen kuvvet taşıyan parçacıkların değişimi yoluyla tanımlarlar. Zayıf kuvvet, elektromanyetik kuvvet ve güçlü kuvvetten belirli türlerdeki bozonlar sorumludur. Zayıf kuvvette bozonlar, W ve Z bozonları adı verilen yüklü parçacıklardır. Protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi atom altı parçacıklar, birbirlerinin 10^-18 metre veya bir protonun çapının %0.1'i yakınına geldiklerinde, bu bozonları değiştirebilirler. Sonuç olarak, Georgia Eyalet Üniversitesi'nin HyperPhysics web sitesine göre atom altı parçacıklar bozunarak yeni parçacıklara dönüşüyor . 

Zayıf kuvvet, güneşe güç veren ve dünyadaki çoğu yaşam formu için ihtiyaç duyulan enerjiyi üreten nükleer füzyon reaksiyonları için kritik öneme sahiptir. Ayrıca arkeologların eski kemik, ahşap ve daha önce yaşayan diğer eserleri tarihlendirmek için karbon-14 kullanabilmelerinin nedeni de budur. Karbon-14'ün altı protonu ve sekiz nötronu vardır; bu nötronlardan biri, yedi protonu ve yedi nötronu olan nitrojen-14'ü yapmak için bir protona bozunur. Bu bozulma, tahmin edilebilir bir oranda gerçekleşir ve bilim adamlarının bu tür eserlerin kaç yaşında olduğunu belirlemesine olanak tanır.

Elektromanyetik Güç

Lorentz kuvveti olarak da adlandırılan elektromanyetik kuvvet, negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlar gibi yüklü parçacıklar arasında hareket eder. Zıt yükler birbirini çekerken, benzer yükler birbirini iter. Yük ne kadar büyükse, kuvvet de o kadar büyük olur. Ve yerçekimi gibi, bu kuvvet de sonsuz bir mesafeden hissedilebilir (bu mesafede kuvvet çok, çok küçük olsa da).

Adından da anlaşılacağı gibi, elektromanyetik kuvvet iki kısımdan oluşur: elektrik kuvveti ve manyetik kuvvet . İlk başta, fizikçiler bu kuvvetleri birbirinden ayrı olarak tanımladılar, ancak araştırmacılar daha sonra ikisinin aynı kuvvetin bileşenleri olduğunu fark ettiler. 

Elektrik bileşeni, ister hareketli ister sabit olsun, yüklü parçacıklar arasında hareket ederek, yüklerin birbirini etkileyebileceği bir alan yaratır. Ancak bir kez harekete geçtiklerinde, bu yüklü parçacıklar ikinci bileşeni, manyetik kuvveti göstermeye başlar. Parçacıklar hareket ederken etraflarında bir manyetik alan oluşturur. Böylece elektronlar, örneğin bilgisayarınızı veya telefonunuzu şarj etmek veya TV'nizi açmak için bir kabloyu yakınlaştırdığında, tel manyetik hale gelir.

Elektromanyetik kuvvetler, aynı zamanda ışığın parçacık bileşenleri olan foton adı verilen kütlesiz, kuvvet taşıyan bozonların değişimi yoluyla yüklü parçacıklar arasında aktarılır. Bununla birlikte, yüklü parçacıklar arasında yer değiştiren kuvvet taşıyan fotonlar, fotonların farklı bir tezahürüdür. Tennessee Üniversitesi, Knoxville'e göre, teknik olarak gerçek ve tespit edilebilir versiyonla aynı parçacıklar olsalar da sanal ve tespit edilemezler .

Elektromanyetik kuvvet, en sık karşılaşılan bazı fenomenlerden sorumludur: sürtünme, esneklik, normal kuvvet ve katıları belirli bir şekilde bir arada tutan kuvvet. Kuşların, uçakların ve hatta Süpermen'in uçarken yaşadığı sürtünmeden bile sorumludur. Bu eylemler, birbirleriyle etkileşime giren yüklü (veya nötralize edilmiş) parçacıklar nedeniyle meydana gelebilir. Örneğin bir kitabı masanın üstünde tutan normal kuvvet (kitabı yerçekimi tarafından yere çekmek yerine), örneğin, masanın atomlarındaki elektronların kitabın atomlarındaki elektronları itmesinin bir sonucudur. 

Güçlü Nükleer Kuvvet

Güçlü nükleer etkileşim olarak da adlandırılan güçlü nükleer kuvvet, doğanın dört temel kuvvetinin en güçlüsüdür. HyperPhysics web sitesine göre, yerçekimi kuvvetinden 6 bin trilyon trilyon trilyon (6'dan sonra 39 sıfır!) kat daha güçlü . Ve bunun nedeni, daha büyük parçacıklar oluşturmak için maddenin temel parçacıklarını birbirine bağlamasıdır. Protonları ve nötronları oluşturan kuarkları bir arada tutar ve güçlü kuvvetin bir kısmı da atom çekirdeğinin protonlarını ve nötronlarını bir arada tutar.

Güçlü kuvvet tuhaftır, çünkü diğer temel kuvvetlerin aksine, atom altı parçacıklar birbirine yaklaştıkça zayıflar. Fermilab'a göre, parçacıklar birbirinden en uzak olduğunda aslında maksimum güce ulaşır . Menzil içindeyken, gluon adı verilen kütlesiz yüklü bozonlar, kuarklar arasındaki güçlü kuvveti iletir ve onları "yapıştırılmış" halde tutar. Artık güçlü kuvvet olarak adlandırılan güçlü kuvvetin küçük bir kısmı, protonlar ve nötronlar arasında hareket eder. Çekirdekteki protonlar benzer yükleri nedeniyle birbirlerini iterler, ancak kalan güçlü kuvvet bu itmenin üstesinden gelebilir, böylece parçacıklar bir atomun çekirdeğinde bağlı kalır .

Birleştirici Doğa

Dört temel kuvvetle ilgili öne çıkan soru, bunların aslında evrenin tek bir büyük kuvvetinin tezahürleri olup olmadığıdır. Eğer öyleyse, her biri diğerleriyle birleşebilmelidir ve zaten yapabileceklerine dair kanıtlar var. 

Harvard Üniversitesi'nden fizikçiler Sheldon Glashow ve Steven Weinberg, Imperial College London'dan Abdus Salam ile birlikte 1979'da elektromanyetik kuvveti zayıf kuvvetle birleştirerek elektrozayıf kuvvet kavramını oluşturdukları için Nobel Fizik Ödülü'nü kazandılar . Büyük birleşik teori denilen şeyi bulmaya çalışan fizikçiler, modellerin öngördüğü ancak araştırmacıların henüz gözlemlemediği bir elektronükleer kuvveti tanımlamak için elektrozayıf kuvveti güçlü kuvvetle birleştirmeyi amaçlıyor. Bulmacanın son parçası , tüm evreni açıklayabilecek teorik bir çerçeve olan her şeyin teorisini geliştirmek için yerçekimini elektronükleer kuvvetle birleştirmeyi gerektirecektir .

Ancak fizikçiler, mikroskobik dünyayı makroskopik olanla birleştirmeyi oldukça zor buldular. Büyük ve özellikle astronomik ölçeklerde, yerçekimi baskındır ve en iyi Einstein'ın genel görelilik teorisi tarafından tanımlanır. Ancak moleküler, atomik veya atom altı ölçeklerde, kuantum mekaniği doğal dünyayı en iyi şekilde tanımlar. Ve şimdiye kadar hiç kimse bu iki dünyayı birleştirmenin iyi bir yolunu bulamadı. 

Kuantum yerçekimini inceleyen fizikçiler, kuvveti, birleşmeye yardımcı olabilecek kuantum dünyası cinsinden tanımlamayı amaçlıyor. Bu yaklaşımın temeli, yerçekimi kuvvetinin teorik kuvvet taşıyan bozonu olan gravitonların keşfi olacaktır. Yerçekimi, fizikçilerin şu anda kuvvet taşıyan parçacıklar kullanmadan tanımlayabilecekleri tek temel kuvvettir. Ancak diğer tüm temel kuvvetlerin tanımları kuvvet taşıyan parçacıklar gerektirdiğinden, bilim adamları gravitonların atom altı düzeyde var olmasını bekliyorlar - araştırmacılar bu parçacıkları henüz bulamadılar.

Hikayeyi daha da karmaşık hale getiren şey , evrenin kabaca %95'ini oluşturan görünmez karanlık madde ve karanlık enerjidir . Karanlık madde ve enerjinin tek bir parçacıktan mı yoksa kendi kuvvetlerine ve haberci bozonlarına sahip bir dizi parçacıktan mı oluştuğu belli değil. 

Mevcut ilginin birincil haberci parçacığı, görünür ve görünmez evren arasındaki etkileşimlere aracılık edecek olan teorik karanlık fotondur. Karanlık fotonlar varsa, karanlık maddenin görünmez dünyasını tespit etmenin anahtarı olacaklar ve beşinci bir temel kuvvetin keşfedilmesine yol açabilirler . Şimdiye kadar, karanlık fotonların var olduğuna dair bir kanıt yok ve bazı araştırmalar bu parçacıkların var olmadığına dair güçlü kanıtlar sundu .