Evrende Olan Her Şeyi Yöneten Doğadaki 4 Temel Kuvvet

Sokakta yürürken, uzaya roket fırlatırken, buzdolabına mıknatıs yapıştırırken, fiziksel kuvvetler etrafımıza etki eder. Ancak her gün deneyimlediğimiz tüm güçler (ve her gün yaşadığımızı fark etmeyen birçok kişi) sadece dört temel güce indirgenebilir:

Yerçekimi.
Zayıf kuvvet.
Elektromanyetizma.
Güçlü kuvvet.

Evrende Olan Her Şeyi Yöneten Doğadaki 4 Temel Kuvvet

İşte Doğadaki Dört Temel Kuvvet;

Yerçekimi Kuvveti

Bunlara doğanın dört temel gücü denir ve evrende olan her şeyi yönetirler.
Yerçekimi; ister bir uçurumdan bir kaya düşerken olsun, ister bir yıldızın etrafında dönen bir gezegen olsun, isterse de Ay’ın sebep olduğu okyanustaki gelgit olsun, kütle veya enerjiye sahip iki nesne arasındaki çekimdir.

Isaac Newton yerçekimini iki nesne arasındaki değişmez bir çekim olarak nitelendirdi. Yüzyıllar sonra, Albert Einstein, genel görelilik teorisi sayesinde, yerçekiminin bir çekim ya da güç olmadığını, bunun yerine, uzay-zaman büken nesnelerin bir sonucu olduğunu öne sürdü.

Yerçekimi gezegenleri, yıldızları, güneş sistemlerini ve hatta galaksileri bir arada tutsa da, özellikle moleküler ve atomik ölçeklerde temel kuvvetlerin en zayıfıdır.

Bunu şu şekilde düşünebiliriz:

Bir topu yerden kaldırmak ne kadar zor?

Ya da ayağını kaldırmak?

Ya da atlamak?

Bu eylemlerin tümü, tüm Dünya’nın yerçekimini önlüyor. Moleküler ve atomik seviyelerde yerçekiminin diğer temel kuvvetlere göre neredeyse hiç bir etkisi yok.

Zayıf Kuvvet

Aynı zamanda zayıf nükleer etkileşim olarak da adlandırılan zayıf kuvvet, partikül bozunumundan sorumludur. Bu bir tür subatomik parçacığın (atom altı tanecik) bir başkasına dönüşmesidir. Örneğin nötrona yakın kalan bir nötrino, nötrino bir elektron haline gelirken bu nötronu bir protona dönüştürebilir.

Fizikçiler bu etkileşimi bozon denilen, kuvvet taşıyan (nakleden) parçacıkların değişimi yoluyla açıklarlar. Zayıf kuvvetten, elektromanyetik kuvvetten ve güçlü kuvvetten belirli türdeki bozonlar sorumludur.
Zayıf kuvvet içinde, bozonlara W ve Z bozonları adı verilen parçacıklar yüklenmiştir. Protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi atom altı parçacıklar 10^-18metreye yani kabaca protonun çapının% 0.1’ine denk geldiğinde, parçacıklar bu bozonları değiştirebilirler. Sonuç olarakatom altı parçacıklar yeni parçacıklara dönüşür.

Zayıf kuvvet, güneşi besleyen ve dünyadaki birçok yaşam formu için ihtiyaç duyulan enerjiyi üreten nükleer füzyon reaksiyonları için kritik öneme sahiptir. Bu aynı zamanda arkeologların antik kemiği, ahşabı veya daha diğer eserleri tarihlendirmek için karbon-14 kullanabilmelerinin de nedenidir.

Karbon-14’ün altı protonu ve sekiz nötronu vardır; Bu nötronlardan biri, yedi proton ve yedi nötronu olan azot-14’ü yapmak için bir protona dönüşür. Bu parçalanma, bilim insanlarının böyle eserlerin kaç yaşında olduklarını belirlemelerine izin verir.

Zayıf kuvvet, güneşi besleyen ve dünyadaki birçok yaşam formu için ihtiyaç duyulan enerjiyi üreten nükleer füzyon reaksiyonları için kritik öneme sahiptir.

Elektromanyetik Güç

Lorentz kuvveti olarak da adlandırılan elektromanyetik kuvvet, negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlar gibi yüklü parçacıklar arasında etki eder. Karşıt yükler birbirini çekerken, benzer yükler birbirini iterler. Yük arttıkça, kuvvet de artar. Ve yerçekimine benzer şekilde, kuvvetin o mesafede çok, çok küçük olmasına rağmen bu kuvvet sonsuz bir mesafeden dahi hissedilir.

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

Elektrikli bileşen, yüklü parçacıklar arasında hareketli veya sabit olmalarını sağlar ve böylece yüklerin birbirlerini etkileyebileceği bir alan oluşturur.

Ancak bir kez harekete geçtikten sonra, bu yüklü parçacıklar ikinci bileşen olan, manyetik kuvveti göstermeye başlar. Parçacıklar hareket ettiklerinde etraflarında manyetik bir alan oluşturur.
Örneğin, elektronlar bilgisayarınızı ya da telefonunuzu şarj etmek veya TV’nizi açmak için bir kabloyu yakınlaştırdığında kablo manyetik hale gelir.

Elektromanyetik kuvvetler, yüklü parçacıklar arasında, aynı zamanda ışığın parçacık bileşenleri olan ve foton olarak adlandırılan, kütlesiz, kuvvet taşıyan bozonların değişimi yoluyla transfer edilir. Tennessee Üniversitesi, Knoxville’e göre, teknik olarak gerçek ve tespit edilebilir versiyonla aynı parçacıklar olmasına rağmen, sanaldırlar ve saptanamazlar.

Elektromanyetik kuvvet, en sık karşılaşılan sürtünme, elastikiyet, normal kuvvet ve katıları belirli bir biçimde bir arada tutan kuvvet gibi bazı olaylardan sorumludur. Kuşların, uçakların ve hatta Süpermen’in uçarken yaşadığı hava direncinden bile sorumludur.

Bir kitabı masanın üstünde tutan kuvvet, elektromanyetik kuvvetin bir sonucudur: Masanın atomlarındaki elektronlar, kitabın atomlarındaki elektronları iter

Güçlü Nükleer Kuvvet

Güçlü nükleer etkileşim olarak da adlandırılan güçlü nükleer kuvvet, doğanın dört temel kuvvetinden en güçlü olanıdır. HyperPhysics web sitesine göre, 6 bin trilyon trilyon trilyon (6’dan sonra 39 tane sıfır) kere yerçekimi kuvvetinden kat kat daha kuvvetlidir.

Ayrıca bunun nedeni, daha büyük parçacıklar oluşturmak için maddenin temel parçacıklarını birbirine bağlamasıdır. Protonları ve nötronları oluşturan kuarkları (atom altı parçacık, tanecik) bir arada tutar ve güçlü kuvvetin bir kısmı da bir atomun çekirdeğinin protonlarını ve nötronlarını bir arada tutar.

İlgili: Temel Parçacıklar Nedir?

Zayıf kuvvete benzer şekilde, güçlü kuvveti yalnızca atom altı parçacıklar birbirine çok yakın olduğunda çalışır. HyperPhysics web sitesine göre, birbirlerinden 10^-15metre mesafede veya kabaca bir protonun çapı içinde olmalıdırlar.

Güçlü kuvvet biraz tuhaftır çünkü diğer temel kuvvetlerin aksine, atom altı parçacıklar birbirine yaklaştıkça zayıflar. Fermilab’a (ABD’de bir laboratuvar) göre parçacıklar birbirlerinden en uzaktayken aslında maksimum kuvvete ulaşıyor.

Menzile girdikten sonra, gluon adı verilen kütlesiz yüklü kozlar kuarklar arasındaki güçlü kuvveti iletir ve onları “yapışkan gibi” tutar. Kalıntı Güçlü Kuvvet denilen güçlü kuvvetin küçük bir kısmı protonlar ve nötronlar arasında etki eder.

Çekirdekteki protonlar benzer yükleri nedeniyle birbirlerini iterler, ancak kalıntı güçlü kuvvet bu itmeyi aşabilir, böylece parçacıklar bir atomun çekirdeğinde bağlı kalır.

Birleştirici Doğa

Dört temel kuvvetin en önemli sorusu, aslında evrenin sadece tek bir büyük gücünün tecellisi olup olmadığıdır. Eğer öyleyse, her biri diğerleriyle birleşebilmelidir ve zaten yapabileceklerine dair de kanıtlar vardır.

1979 yılında Harvard Üniversitesi’nden fizikçiler Sheldon Glashow ve Steven Weinberg, Imperial College London’dan Abdus Salam ile Elektromanyetik kuvvetle Zayıf kuvveti birleştirerek ‘Elektrozayıf Kuvvet’ oluşturdukları için Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.

Büyük birleşim teorisi denilen teoriyi bulmak için çalışan fizikçiler, Elektrozayıf kuvvetle Güçlü kuvveti birleştirerek ‘Elektronükleer Kuvvet’i tanımlamayı amaçlamaktadırlar. Bulmacanın son parçası olarak da; Elektronükleer kuvvet ile Yerçekimini birleştirmek.

Bununla birlikte fizikçiler mikroskobik dünyayı makroskobik dünya ile birleştirmeyi oldukça zor bulmuşlardır. Büyük ve özellikle astronomik ölçeklerde, yerçekimi hakimdir ve en iyi Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından tanımlanmaktadır.

İlgili: Gerçek Yaşamda Einstein’ın Görelilik Teorisini Görebilmenin 8 Yolu

Ancak moleküler, atomik veya atom altı ölçeklerde, kuantum mekaniği doğal dünyayı en iyi şekilde tanımlamıştır. Ve şimdiye kadar, hiç kimse bu iki dünyayı birleştirmek için iyi bir yol bulamadı.

İlgili: Kuantum Mekaniğini Kullanmanın 5 Pratik Yolu

Bazı fizikçiler, dört gücün hepsinin birleşik bir alan teorisi olan evreni düzenleyen tek ve birleşik bir güç olarak birleştirilebileceğini düşünüyor.

Hikayeyi daha da karmaşık hale getiren şey, evrenin kabaca % 95’ini oluşturan karanlık madde ve karanlık enerjinin görünmeyen alanıdır. Karanlık madde ve enerjinin tek bir parçacıktan mı oluştuğu yoksa kendi kuvvetleri ve haberci bozonlarına sahip olan bütün bir parçacık grubundan mı olduğu belirsizdir.

Mevcut ilgilenilen birincil haberci tanecik, görünür ve görünmez evren arasındaki etkileşimlere aracılık edecek teorik karanlık fotondur.

Eğer karanlık fotonlar mevcutsa, karanlık madde görünmez dünyasını tespit etmenin anahtarı olacak ve bu da beşinci temel gücün keşfedilmesine yol açabilir. Şimdiye kadar, karanlık fotonların var olduğuna dair bir kanıt yok ve bazı araştırmalar bu parçacıkların var olmadığına dair güçlü kanıtlar sunmuş.