W ve 2 parçacıkların da bulunması ile günümüzde. doğanın dört teme! kuvveti ve bunları “taşıyan” garip parçacıklar hakkında birbiri ardına pek çok yazılar yayınlanıyor. Bu kuvvetler, eskiden beri bildiğimiz ve henüz keşfedilmemiş gravitan denilen parçacıklar tarafından taşınan yerçekimi; ışık parçacıkları veya fotonlar tarafından taşman elektromagnetizm; gluonlar tarafından taşınan güçlü kuvvet; ve Z ile W parçacıkları tarafından taşman zayıf kuvvettir. Yayınlanan bu yazıları okuyan kimse, bunlardan hiçbir şey anlamadığını söyleyebilir ve “keşke birisi çıksa da, ayağımı taşa vurduğumda hissettiklerime dayanarak, bana bu kuvvetleri açıklasa” diyebilir.
Ne yazık ki, fizik bilginlerinden Richard Feynman’ında “Fizik Üzerine Söyleşiler” isimli eserinde belirttiği gibi “kuvvetin kesin bir tarifi üzerinde ısrar ederseniz, onu asla bulamazsınız.” Fakat en azından, bu karmaşık kavrama bir açıklık getirebilinir. Her şeyden önce, kastedilen bu kuvvetlerin temel kuvvetler olduğunu belirtmekte fayda vardır. Isaac Newton, bu konuda 1636 yıllarında şöyle yazmaktadır: “Ben’de, bütün doğa olaylarının, çeşitli kuvvetlerin etkisi ile ortaya çıktığına dair bir kanı oluştu. Bu kuvvetler, bir bütünün parçacıklarını karşılıkla olarak ya çekerler ya da iterler.”
Hâlâ pek çok fizikçi evreni açıklamada kuvvetlerin anahtar görevi gördüğünden kuşku duymaktadır. Bir taraftan, bu fizikçilerin kuvvetleri anlamaları meleklerin kanatlarını çırparak gezegenleri bir oraya bir buraya ittikleri veya elektriğin statik halde bulunduğu camsı veya reçineli durumdan ya da yerçekimi ile birlikte yer-çekimsizliğin de bahsedildiği eski zamanlara nazaran oldukça basitleşmiştir. Fakat diğer taraftan, günümüz düşünceleri de aynı şekilde bu fizikçilere saçma gelebilir. Örneğin, nasıl olur da kuvvet parçacık olabilir? Yerçekimi gibi ev-
rensel olan bir kuvvetin, proton yarıçapının binde biri olan bir mesafeye etkisi olabilen zayıf kuvvet ile ne gibi ortak yanlan bulunabilir?
Bilindiği gibi, en tanınmış kuvvet yerçekimi-dir ve zamk gibi bizi yeryüzüne yapışık tutar. Dünyayı merkeze doğru çekip onu yoğun bir küre halinde şekillendirir. Yerçekimi, sadece bizim ve etrafımızdaki şeylerin uçup gitmesini engellemekle kalmaz; fakat aynı zamanda, havanın, bulutların ve hatta Ay’ın da sürüklenip gitmesine engel olur. Yerçekimi, kütlesi olan her şeyi etkiler. Ve her şeyin, enerji şeklinde dahi olsa, bir kütlesi vardır (E = mc2). Dolayısıyla, yerçekimi bir yıldızın yanından geçen bir ışık kümesini dahi çekip bükebilir.
Yerçekimi, insanların yaşamı ve yıldızlar için çok önemli bir etken olmasına rağmen atomlar ve hatta sinekler tarafından hemen hs-men hiç farkına bile varılmaz. Hücreler gibi .şık ağırlığındaki şeylerin yaşamları yüzey gerilimi, sürtünme, kohezyon (yapışkanlık) gibi kuvvetlerle çeşitli kimyasal reaksiyonlar tarafından idare edilir. Bu kuvvetler esas olarak elektrikseldir. Elektrik, atomların birbirinden ayrılmalarını önlediği gibi, ayağımızın tıpkı bir çamurun içine girer gibi döşemenin içine girmesini de önler Altının parlaklığı, camın saydamlığı, kayanın sertliği gibi bütün madde özelliklerinin sebebini bize açıklayan hep elektriktir. Gerçekten de, atom çekirdeği etrafında dolaşan elektronların birbirleri ile etkileşimi, yanma olayından düşünme olayına kadar her şeyin nedenini oluşturur. Elektrik, yerçekiminden trilyon kadar trilyon daha güçlüdür. Pozitif ve negatif yüklü olan elektrik, genellikle denge halinde; yani nötr durumda bulunur, dolayısıyla biz onun farkına varmayız.
Güçlü kuvvet (aynı zamanda nükleer kuvvet olarak da bilinir), proton ve nötronları çekirdeğin İçinde tutan kuvvet olup, nükleer santralları çalıştıran ve aynı zamanda nükleer bombaları oluşturan güçtür. Gerçekte güçlü kuvvet, quark-ları, proton ve nötronların İçinde tutan ve tamamen temel bir kuvvet olan renk (color) kuvvetinin karmaşık, anlaşılması zor olan sonucudur. Nasıl kimyasal reaksiyonların arkasındaki kuvvet elektrik ise, nükleer reaksiyonların altında yatan kuvvet de renk (color) kuvvetidir. “Bir şişe içindeki zamk, elektrik kuvvetlerinin etkisi altında işlevini görür. Fakat bu durum, pek çok elektron birbirine etki yaptığından oldukça karmaşıktır” diyen David Politzer, şöyle devam etmektedir: “Aynı şekilde, quarkları protonların içinde bir arada tutan kuvvet (renk – color), çekirdeğin içinde protonları bir arada tutan kuvvetten daha az karmaşık veya diğer bir deyişle daha basittir. Protonları bir arada tutan kuvvet, tutkal moleküllerini bir arada tutan kuvvete benzer (Kuşkusuz, bu tarz bir düşünce color-renk kuvveti parçacıklarına qluon isminin verilmesine yol açmıştır. İng. qlue = zamk).
Kuvvetler arasındaki ilişkiler, niçin pazılarının evrenin sınırlarına kadar ulaşırken, bazılarının oldukça kısa mesafelerde etkili olduğunu kısmen açıklamaktadır. Kimyasal kuvvetler, renk ve elektrik kuvvetlerinin kısa mesafeli etkileridir. Yani, elektrik, atom sınırları İçerisinde negatif yüklü elektronları pozitif yüklü çekirdeğe karşı tutmaktadır. Bu tıpkı, proton içinde renk kuvvetinin zıt yüklü quarkları bir arada tutmasına benzer. Fakat atom veya proton sınırları ötesinde, zıt yükler silinir ve kuvvet fiilen ortadan kalkar. Sadece iki atom birbirlerine yakın olduğunda, bunların iç kuvvetleri birbirlerine ulaşır ve temas eder. Bu anda da kimyasal reaksiyon meydana gelir (proton durumunda bu bir nükleer reaksiyondur).
Oldukça şaşırtıcı olan, uzun mesafeli renk kuvvetinin, atomun en iç tabakalarını terk ettiğinin asla görünmemesidir. Yerçekimi ve elekt-romagnetizmin aksine, boşluğa yayıldığında etkisi azalacağı yerde bilakis son derece artar.
Znyıf kuvvet, sadocr: sola dören peıça lar ve saya dönen zıt parçacıklarla karşılıklı kileşim yapan, oldukça ilginç bir kuvvettir L fizikçiler, tıpkı kimyada olduğu gibi, bu kuvv’ tin, henüz keşfedilmemiş uzun mesafeli bir kı^ vetin kısa mesafedeki etkisi olduğundan şüp’ lenmektedirler. Zayıf kuvvetin radyoaktif boz maya neden olduğu söylenmektedir.
Şimdi, kuvvetleri günlük konuşma dilimizde’ kelimelerle ifade etmekten aciz olacağımız î: dünyaya gelmiş bulunuyoruz. Kuantum mekani dünyasında, açık bir şekilde sebep ve son kavramı yoktur. Dolayısıyla, kuvvet fikri burad tamamen farklı bir anlam kazanır. Kuantum m kaniğinde, atom dünyasındaki kuvvetin tari “birbirleri ile etkileşmeye çok yakın bir şey olarak yapılır. Hatta bir kuvvetin şiddeti, onu meydana gelmesi olasılığı ile orantılıdır. “Ku vet komik bir kavram olur” diyen MIT bili, adamlarından Philip Moriscn, “Bunların hep Newton mekaniğinden ortaya çıkmıştır, kuantu kuramında bunların hiçbirine yer yoktur” d„ mektedir.
Gerçektende, kuvvetlerin parçacık olabilec ği fikrini kuantum kuramı ortaya atmıştır. Kua um öncesinde bir mesafedeki etki, alanlar y luyla açıklanıyordu. Alan, tıpkı örümcek ağı gi parçacığı saran boşlukta bir çeşit gerilimdi Alana giren bir başka parçacık, alandaki parç çığın etkisi altında kalır. Fakat kuantum mek niğinde, kuvvet alanlarının enerjisi de dahil o mak üzere, her şey kuantize veya küme olar kabul edilir. Dolayısıyla bir kuvvet parçacığı tıpkı foton gibi, kuantize olmuş enerji miktarı taşıyan ve ışık hızı ile bir yerden diğer bir yerı harekat eden bir elektromagnetik alanın küçü’ bir kümesidir.” Farklı durumlarda kuvvet hak kında başka türlü konuşulmasından dolayı b*. açıklama karmaşık görünebilir” diyen MIT fizi’.c çisi Vera Kistiakowsky şöyle devam etmektedir: “Makro seviyede alanı kullanırsınız. Tek bir par cacığın etkileşimini konuşursanız, qluonlard bahsedersiniz. Fakat hepsi bir ve aynı peydir.
• Tipik bir hücreyle kıyaslandığında, atomun büyüklüğü ne kadardır? Bu büyüklüğü daha iyi canlandırabilmek için şöyle bir benzetme yapabiliriz: Yanyana dizilen 2.500 adet hücre, 2,5 cm. uzunluğunda bir çizgi oluşturur. Aynı uzunluktaki çizgiyi, yan yana dizilmiş atomlardan oluşturmak için ise 100.000.000 atom gerekir.
Alan parçacıkları, diğer parçacıklar arasında bölüşülen kuvvetler gibi davranırlar. Bu durum, tıpkı iki çocuğun aynı şişeden, iki ayrı kamış çubuk ile gazoz çekip içmelerine benzer. Eğer kuvvetler parçacık ise, şişe içindeki gazozun gelme ve gitmelerine neden olan çekme ve itmelerle madde arasında herhangi bir farklılık kalır mı? Bunun cevabı evettir. Madde parçacıklarının çoğu (elektronlar ve protonlar gibi), birden fazla parçacığın boşlukta aynı yeri işgal etmesine izin vermiyen, “Pauli dışlama ilkesi”-ne bağımlıdırlar. Diğer taraftan kuvvet parçacıkları, “Bose-Einstein İstatistiği” ne göre davranırlar (Kuvvet parçacıklarına ıboson denmesi buradan kaynaklanmıştır). Günlük konuşmalarımıza göre bunun anlamı, maddenin tam tersine, kuvvetler, son derece sıkıştırılabilen nesnelerdir. Örneğin, bir ışık kümesi içine ayağımızı rahatlıkla sokarız.
Günlük hayattaki kuvvet kavramları ile fizik kuvvetleri arasında çok az bir ortak yan olduğu gerçeğini kabul etmemiz gerekir. Bununla beraber, fizik öğretmenlerinin merkezkaç kuvveti diye bir kuvvetin olmadığını öğrencilerine açıklayabilmeleri için, uzun zamanların geçeceği de bir gerçektir. Dönen bir cisımin dışa doğru fırlamasına neden olan bu kuvvet, aslında bir kuvvet olmayıp, daha çok, içe doğru çeken merkezcil “gerçek” kuvvete karşı ataletsel bir karşı koymadır. Bu kuvvet, .bisikletle keskin bir virajı dönerken fırlayıp düşen bir sürücüye hiç de yabancı gelmiyen bir kuvvettir.
Açık bir deyişle kuvvet, enerji ve momentin bir cisimden diğerine nakildir. Bu cisimler ya cıuarktır, ya bir odanın döşemesidir ya da aya-ğınızdır. Fakat bu nakil olayının meydana geldiği mekanizmayı açıklamak, oldukça zor ve çok yönlüdür. Bertrand Russell’a göre, kuvveti tarif etmenin en uygun yolu, onu Güneş’in doğuşuna benzetmektir. Nasıl gerçek anlamda Güneş yükselmiyorsa, bir kuvvet de aslında bir şeyin oluşmasına etki etmiyor. “Elektrik, Saint Paul Katedrali gibi somut bir şey değildir. O, nesnelerin davranış içinde bulunduğu bir ortamdır. Nesneler hangi koşullarda elektriklenirler ve elektriklendiklerinde nasıl davranışlar gösterirler dediğimizde, söylenecek her şeyi söylemişiz demektir.”
Dlscover’den Çev.: Feridun GÖİRGÜLÜ Metalürji Yük. Müh.
UZAY MEKİĞİNDEN ATILAN UYGULAMA UYDULARI
Uzay mekiği S. seferinden bu yana her uzaya çıkışında, bir veya iki uygulama uydusunu yörüngeye oturtmaktadır. Bilindiği gibi, daha önceleri bu uydular birkaç evreli roketler yardımıyla Yeryüzü’nden atılarak yörüngeye oturtulmaktaydı. Şimdiki yöntem, öncekine göre çok daha ekonomik olmaktadır. Bu nedenle birçok ülke NASA ile iletişim, meteoroloji, yer ve deniz zenginliklerini araştırma gibi uygulama uydularını mekikten atmak için gerekli sözleşmeleri yapmaktadır. örneğin şu ana dek Hindistan’ın INSAT-1B ve Endonezya’nın PALAPA uyduları mekikten atılarak yörüngeye yerleştirildi.
Mekik yörüngeye oturduğunda yük bölmesinin İki uzun kapağı açılmaktadır. Dönen bir platform üzerine yerleştirilmiş uydu, önce platform yardımıyla dakikada 40-50 devir yapacak şekilde döndürülür. Bu dönme hareketi, uydu uzaya bırakıldığında sağa-sola sallanmaması, yani aynı yöne dönük bir şekilde durmasını sağlamaktadır. Yaklaşık 20 dakika sonra mekiğin bilgisayarından verilen komut İle uydu bağlı olduğu platformdan mengenelerin açılmasıyla kurtulur ve kuvvetli bir yayın alttan itmesi ile mekikten ayrılır. Ekseni yöresinde dönme devam ettiğinden, doğrultulduğu yön değişmez. Uzaya itilen uydu, mekikten hemen kopup gitmez; çünkü mekiğin hızı olan ¡Nc hızının etkisi altındadır. Bu nedenle uydunun roketi hemen ateşlenmez, yoksa roket mekiğe zarar verebilir. Yaklaşık 45 dakika sonra mekik yeter derecede uzaklaştığında, uydunun küçük roket motoru mekikten verilen bir komut ile ateşlenir ve önce eğik elips bir yörüngeye daha sonra İse ikinci bir motorun harekete geçmesi ile uydu, Dünya’dan yaklaşık 36.000 km yükseklikteki sabit konumlu yörüngesine oturur.