|
KUVVET NEDİR?
Kuvvet nedir? Nasıl tarif edilir? Bertnard Russel’e göre kuvveti tarif etmenin en uygun yolu, “Onu; güneşin doğuşuna benzetmektir.Nasıl gerçek anlamda güneş yükselmiyorsa,bir kuvvet de aslında birşeyin oluşmasına etki etmiyor.O nesnelerin davranış içinde bulunduğu bir ortamdır.
Kuvantum fiziği aleminde kuvveti günlük konuşma dilimizdeki kelimelerle ifadede aciz kalırız.Çünkü kuvantum fiziğinde sebep sonuç sıralaması yoktur.Dolayısıyla kuvvet kavramı bu alemde çok farklı bir anlam kazanır.Atom dünyasında kuvvet:“birbiriyle etkileşmeye çok yakın bir şey”diye tarif edilir.
Kuvantum fiziğinden önce klasik fizikte kuvvet;alanlar yoluyla açıklanıyordu.Alan tıpkı örümceğin ağı gibi parçacığı saran boşlukta bir takım gerilimdir.Alana giren bir başka parçacık parçacığın etkisi altında kalır.Kuvantum mekaniğinde ise;“kuvvet alanları” da dahil,alanlar ve bunların enerjisi dahil herşey kuantize-paketçik olmuş enerji miktarı taşıyan ve ışık hızı ile bir yerden başka bir yere hareket eden,bir elektromanyetik alanın çok küçük parçacıklar topluluğudur.
Hareketin maddenin ayrılmaz bir parçası olması hasebiyle,hareket görünüşte “sebep olan” kuvvet klasik fizikteki gibi maddenin dışında değildir.Newton fiziğindeki güç-kuvvet,maddeyle birleşmiştir.Parçacık fiziğinde kuvvet,etkileştiği nesneler arasında bir enerji alışverişi mekanizmasıdır.Daha küçük ara parçacıkların yayılması ve emilmesinden ibarettir.Örneğin;yüklü bir parçacık foton neşrederse,enerjisinin bir kısmını bu fotona verir ve dolayısıyla hareket durumu değişir.İşte biz burada iki parçacık arasındaki karşılıklı hareket değiştirmeyi kuvvet olarak görüyoruz.İşin aslı ise,kuvvet;foton alışverişlerinin toplam etkisinin makroskobik görüntüsünden başka bir şey değildir.
Maddi parçacıklara fermion,dört temel kuvvetin etkileşmesini sağlayan taşıyıcılara ise;bozon dendiğini biliyoruz.Bozonlar (foton,bozon,graviton, gluon) zımmi,sezilgen,görülmeyen ama sadece etkisi ile tanınan parçacıklardır (fotonların bir kısmı ısı ve ışık şeklinde görülebilirler).
Fermionlar,Pauli Dışlama İlkesine uyarlar.Yani birden fazla tanecik boşlukta aynı yeri işgal edemezler,aynı momentuma sahip olamazlar. Bozonlar-Kuvvet taşıyan tanecikler ise,Pauli Dışlama ilkesine uyarlar.Bu ise şu demektir:değiş-tokuş edilen kuvvet parçacıkları aynı yerde çok yoğun biçimde bulunabilirler.Mesela;bir foton yumağı olan ışık kümesinin içine fermion-madde olan ayağınızı sokabilirsiniz ve yine bozonların bir yerde çok yoğun olarak bulunabilmeleri,onların çok büyük kuvvetler doğurabilecekleri anlamına gelir.
Kuvvet taşıyan parçacıkların kütlelerinin büyük olması halinde,onları yayınlamak,uzun mesafeler boyunca değiş-tokuş etmek zorlaşır.Protonun içinde kuarkları bir arada tutan gluonlar kısa menzillidir.
0,1 ve 2 spinli kuvvet taşıyan bu parçacıkların bazısı özel şartlar altında fermionlar gibi var olup,doğrudan algılanabilirler.Örneğin iki elektron arasındaki elektriksel itme hiçbir zaman algılanamayan,sezilgen fotonlardan dolayıdır.Ama elektronlardan biri diğerinin yakınlarından geçecek olursa;ışık dalgası biçiminde seyredebileceğimiz gerçek fotonlar olarak gözlemlenebilir.
Kuvvet taşıyan parçacıkların yapay olarak dörde bölünmesi,kuvvetleri daha iyi anlamamıza yardım edebilir. Bununla birlikte;bunun sun-i bir ayrım olduğunu düşünmek ve bununla bir tek kuvvetin dört ayrı görünümü olduğunu kabullenmek de anlamlıdır. Çoğu fizikçiler,eninde sonunda bu dört kuvveti tek bir kuvvet olarak açıklayabileceğimizi umuyorlar.
Büyük birleşik alan teorisine (süper GUT) açılan kapıyı ilk aralayan Abdüsselam ve Stewen Weinberg oldu. Birbirinden habersiz Londra İmperial Kolejden Abdüsselam ve Harvard Un.den S.Weinberg de zayıf nükleer kuvvet ile elektromanyetik kuvveti birleştirdiler.Bugün buna “Elektro-zayıf Kuvvet” denmektedir. Elektromanyetik kuvvet fotonlar sayesinde etkileşiyordu.nükleer zayıf kuvvet ise ne ile etkileşiyordu?İşte Abdüsselam ve Weiberg fotona ilave olarak zayıf kuvvetin de;”kütleli vektör bozonları” ile etkileştiğini hesapladılar.Bugün bütün kuvvet taşıyan bozonlara “vektör bozonları”denmektedir.
Weinberg ve Abdüsselam birbirlerinden habersiz yaptıkları çalışmalarla elektromanyetik bozonuna ilave olarak; zayıf nükleer kuvvetin de üç değişik tür,”kütleli bozonuyla taşındığını teorik olarak ispatladılar.Bu üç tür bozonun spinleri foton gibi “1” olup,yalnız kütleleri yaklaşık 90 proton kütlesine eşdeğerdir.Teori üç tür bozon öngörmektedir.W+,W-,Z^.Foton kütlesiz bozondur.Bozon da kütleli fotondur.
Radyoaktif bozunumdan sorumlu olan bu “kuvvet taşıyan üç parçacıktır”.Weinberg-Abdüsselam düşük ısılarda tamamen birbirinden farklı duran foton ve bozonların yüksek enerji düzeylerinde birbirlerinin benzeri özellikler göstereceklerini,fotonun yüksek enerji düzeyinde bozon olacağını,kütlesinin artacağını öngördüler.
Avrupa nükleer araştırma merkezi-CERN’deki 120 kişilik ekibin yaptığı çalışmalar neticesinde deneysel olarak teori ispatlanmıştır.
CERN’deki deneyler,neticede hem vektör bozonlarının ispatı,hem de birleşik alan terorisinin ilk deneysel ispatıdı.100 GeV’luk enerji düzeyine çıkınca fotonlarla bozonlar arasında hiçbir fark kalmadığını,artık elektromanyetik kuvvet ile zayıf kuvvetin tek bir “elektro-zayıf kuvvet” olduğunu göstermiş oldu.
Sözkonusu deney;zayıf nükleer kuvvet ile elektromanyetik kuvveti nasıl birleştirdiyse,zayıf nükleer kuvvet ile güçlü nükleer kuvveti niye birleştirmesindi?Niye elektro-zayıf kuvvet ile güçlü nükleer kuvvet birleşmesindi? İşte bu deney,fizikçileri daha ilerideki çalışmalar için ümitlendiren bir doping etkisi yaptı.
Çekim kuvveti hariç diğer üç kuvveti birleştirmeye BBK(Büyük Birleşik Kuram) yada GUT denmektedir.GUT diye bilinen çalışmalar esas itibariyle az önce değindiğimiz zayıf kuvvet ile elektromanyetik kuvvetin birleştirilmesinden sonra başladı.
Sonuçta;ne çekim kuvvetini hesaba katmadıkları için bütün kuvvetler tamamen birleşikti,ne de;ortaya çıkan teori o kadar büyüktür.
KUVVET
Kuvvet fiziğin temel kavramlarından birisi olup , genel olarak bir cismin hareketine sebep olan, yani duran bir cismi hareket ettiren, hareket eden bir cismi durduran, doğrultu ve yönünü değiştiren, ona şekil değişikliği veren etkidir. Mekanikte kuvvet doğrusal hareketin sebebi olarak görülürken dönüş hareketinin sebebine tork denir.
Kuvvet kavramı ilk olarak klasik mekaniğin ikinci hareket yasasında görülmektedir. Bir cisim üzerine etkiyen bir net kuvvet onun ivmelenmesine yani hızının değişmesine neden olur. Kuvvet ( ), kütle m, ivme de olmak üzere,
...şeklinde ifade edilir. Kuvvet, niteliği gereği vektörel bir büyüklüktür, belirleyici dört unsuru vardır; başlangıç noktası, doğrultusu, şiddeti ve yönü. Birimi de Newton ya da 'dir.
Evrende üç temel kuvvetin olduğu söylenmektedir (Kütleçekim, Newton yasalarıyla tam olarak açıklanamadığı ve onun yerine Genel Görelilik kullanıldığı için burada bir kuvvet olarak verilmemektedir)
|
