Mikrodan makroya, dört temel güç dünyamızı nasıl etkiler? Aktarma gücü nedir
Evrende elektronlar gibi madde vardır; ayrıca pozitronlar gibi antimadde de vardır ve ne madde ne de antimadde olmayan başka bir şey vardır. Bu tür bir aşkınlığın en bilinen örneği elektromanyetik radyasyondur. Gama ışınlarından X ışınlarına, ultraviyole ışınlarından görünür ışığa, kızılötesi ışınlara ve radyo dalgalarına kadar tüm elektromanyetik radyasyon, farklı enerjilere sahip fotonlar içerir. Madde ve antimadde birbirini etkisiz hale getirebilir ve yok ettiklerinde arkalarında foton gibi olmayan bir şey bırakırlar; eğer çevre doğruysa, süreç tersine çevrilebilir ve foton bir madde ve antimadde çifti haline gelir.
Şu anda bilinen 100'den fazla çeşit maddi olmayan parçacık var ve fotonlar bunlardan sadece biri . Bu fiziksel olmayan parçacıklara, Hintli fizikçi Satyendranath Bose'u anmak için "bozonlar" denir. Buna uygun olarak, fiziksel parçacıklar, İtalyan Enrico Fermi'yi (Enrico Fermi) anmak için kullanılan ve "fermiyonlar" olarak adlandırılan madde veya antimaddenin temel parçasıdır. Fermiyonlar ve bozonlar farklı fiziksel ilkeleri takip eder.
1928'de, insanlığın bildiği tek kütle parçacıkları elektronlar ve protonlardı, bunların her ikisi de fermiyonlardı; o sırada bilinen diğer parçacıklar fotonlardı ve fotonlar bozonlardı ve kütlesi yoktu. Dirac denkleminin bilimsel bir devrimi başlatmasından sadece 20 yıl sonra, insanlar kozmik ışınlarda bir bozon kütlesi keşfetti. "meson" .
Doğanın gücü, temel parçacıkları hiç bitmeyen zarif bir dans şarkısı ile sınırlar, böylece bugün evrenimizi oluşturur; bunların arasında yerçekimi, elektrik ve manyetizma (elektromanyetik kuvvet) bize en aşina olanlardır. Bu kuvvetler, atom ölçeği ile karşılaştırıldığında sonsuz olduğu söylenebilecek uzun mesafelerde etki edebilir. Güneşin yerçekimi, çevredeki gezegenleri yörüngede sınırlar. Dünyanın çekirdeğindeki dönen akım, pusulayı saptırmak için dünyanın manyetik alanını da üretecek.Uydularla radyo dalgaları aracılığıyla iletişim kuruyoruz ve radyo dalgaları, aynı evrensel kuvvetin başka bir tezahürü olan elektromanyetik dalgalardır. Mıknatıs metali alacak, pusula kuzey kutbunu gösterecek, Aralarındaki iletişim aracı olarak hareket eden nedir?
Buna "elektromanyetik alan" diyebiliriz, ancak bu gerçek açıklama değil; sadece uzak mesafeden çalışan garip bir fenomeni belirtmek için bir etiket icat ettik. Dirac'ın başarılarından biri, elektromanyetik alanın kendisinin kuantum teorisine uyduğu keşfidir. Fotonlar, yüklü parçacıklar arasında uçarken elektromanyetik kuvvet ileten parçacık benzeri elektromanyetik alan kümeleridir. Londra'da bir yerde bir verici antenindeki bir elektron ileri geri salınır ve evdeki radyoda benzer bir tepkiye neden olur ve ortadaki haberci elektromanyetik dalgalardır - radyo dalgaları da fotonların bir faaliyet şeklidir. Buradaki hareket oradaki harekete neden olur, fotonlar onun içinden geçer ve bu kuvvetler her yerdedir.
Modern "kuantum alan teorisi" sadece elektromanyetik kuvvetlerin değil, tüm kuvvetlerin bozonlar tarafından iletildiğine inanır. Fotonlar elektromanyetik kuvvet iletir, benzer şekilde "gravitonlar" ın da yerçekimini ilettiği düşünülür. Graviton henüz tespit edilmemiş olsa da, neredeyse hiç kimse varlığından şüphelenmiyor ve insanlar tarafından keşfedilecek. Bozonlar tarafından da iletilen iki kuvvet daha vardır. Bu kuvvetler nispeten nadirdir, çünkü esas olarak çekirdeğin içinde ve çevresinde hareket ederler ve yalnızca yeterince hassas bir alet onları bu kadar küçük bir ölçekte algılayabilir. Güçlü ve zayıf kuvvetler olarak adlandırılırlar ve bu isim, sıradan elektromanyetik kuvvetlere göre güçlerini sezgisel olarak özetler.
Güçlü kuvvet, alt kuarkları protonlara ve nötronlara dönüştürür ve daha sonra onları atom çekirdeğine bağlar. Zayıf kuvvet, elementlerin bileşiminde anahtar rol oynar.Zayıf kuvvet olmadan, dünya ve insan olmazdı. Zayıf kuvvet çekirdekte yavaşça aşınır ve sonunda bileşenlerini daha kararlı bir sıraya yerleştirir.
Güneşte, protonlar yakıt olarak kullanılır.Zayıf kuvvet, 4 protonu kademeli olarak iki proton ve iki nötron içeren yoğun bir helyum çekirdeği kümesine dönüştürür. Bu süreçte zayıf kuvvet, iki protonu iki nötron haline dönüştürür ve pozitif yük pozitron tarafından alınır. Geçtiğimiz 5 milyar yılda, güneş yakıtının yarısı olan protonlar bu şekilde dönüştürüldü. Güneşin uzun yıllarından, eritme potasından, bu gücün ne kadar zayıf olduğunu görebiliriz ve ayrıca minnettar olmalıyız: Güneş var olmaya devam eder, zeki yaratıkların ortaya çıkmasına izin verir.Güneş çok hızlı yanarsa, o zaman yeryüzündeki yaratıklar Evrimleşmek ve gelişmek için yeterli zaman yok.
İnsanların güç ve zayıflığı ilk fark ettikleri zamandan beri bilim adamları, yarım yüzyıldan fazla bir süredir bundan büyülüyorlar. Bugün çalışma mekanizmalarını biliyoruz, hepsi bozonlarla aktarılıyor. "Gluonlar" kuarkları protonlara ve nötronlara bağlar ve sonra mezonlar son ikisini çekirdeklere sıkıştırmaya yardımcı olur. Örneğin, güneşin içindeki bir proton bir nötron haline dönüşür ve zayıf kuvvet, protondan yükü alarak pozitrona aktarır. Peki pozitronlar nereden geliyor? W + (üst simge) adı verilen zayıf bir taşıyıcı tarafından taşınan enerjiyle üretilir. Buradaki üst simge, W'nin pozitif bir yükü olduğu anlamına gelir. Nötronlar bozunduğunda olduğu gibi W, negatif olarak da yüklenebilir. Bu zamanda, nötronun nötrlüğü bir pozitif yük (proton) ve bir negatif yük (W) olur ve W'nin negatif yükü daha sonra elektrona aktarılır.
Kuvvet iletmek için kullanılan tüm bu ortamlar maddi değildir, ne madde ne de antimadde; bunların hepsi "bozonlar" dır. Madde veya antimadde parçacıkları üzerinde hareket ederler ve aynı zamanda kendilerini iki farklı simetrik madde biçimine dönüştürebilirler ve her iki biçim de "fermiyon" dur. Bu nedenle, doğa iki tür parçacık sağlıyor gibi görünmektedir: biri kuvvet bozonunun taşıyıcısıdır, diğeri ise madde fermiyonunun temel yapısıdır. Bozonlar serbestçe gelip gidebilir, ancak fermiyonlar yalnızca en kararlı biçime, elektronların, protonların ve nötronların düzenine dönüşebilir.
Yaklaşık 14 milyar yıl önce, madde ve antimadde evrende savaştı ve sonunda madde kazandı. Fermiyonlar yapı üretir, stabildirler ve hayat üretirler. Vücudumuzdaki atomlar milyarlarca yıldır var oldu, ancak ancak şimdi bir birlik oluşturduk ve bu birlik biziz. Oksijen soluyoruz, karbondioksiti soluyoruz, büyüyor ve ölüyoruz, ancak atomlarımız var olmaya devam edecek. Atomların bu temel bileşenleri, antimadde ile karşılaşmamaları koşuluyla uzak gelecekte de devam ederek çeşitli biçimler oluşturmaya devam edecekler.
