kuvvet Türleri

KUVVET TÜRLERİ 

Yer-çekimi (veyahut gravite) kuvvetini herkes hisseder. Elektro-manyetik kuvvet de kolay algılanır. Zayıf etkileşim kuvveti de röntgen filmleriyle algılarız. Ama doğadaki enerjinin en büyük kısmını içinde barındıran baskın kuvvet dediğmiz diğer kuvvet türünü anlamak zor bir konudur.
Atom dediğimiz temel kimyasal elementlerin çekirdeklerinde proton ve nötronlar çok sıkı bir şekilde iç-içe bulunmaktadırlar. Bu proton veya nötronlara çekirdek oluşturucu anlamında “nükleon” denilir. Atomların kütlelerinin nerdeyse tamamını bu nükleonlar oluşturur. Çekirdek femtometre (fm) (10-15 m. yani metrenin katrilyonda biri) ölçeğindedir. Bu çekirdeğin 100.000 fm uzağında bir yörüngede ise, elektronları yer alır. Bu yapıyı şöyle de tasarlayabilirsiniz: atom çekirdeğini bir portakal olarak düşünürseniz, onun çevresinde yer alan (portakala oranla toz boyutundaki) elektronlar 10 km uzaktadırlar.
Anlaşılacağı üzere, çekirdek içinde protonlar ve nötronlar çok sıkı şekilde bir arada bulunmaktadırlar. Nötron (adına uygun) nötr bir öğedir. Proton (+) elektrik yüklüdür, elektron (-) elektrik yüklüdür. Aynı yüklü protonların sıkı bir şekilde bir arada bulunmaları normalde mümkün değildir, çünkü hepsi (+) yüklü olduklarından, birbirlerini itmeleri, birbirlerinden uzaklaşmaları gerekir. Hâlbuki birbirlerinden uzaklaşmıyorlar ve çekirdek içinde sıkıca bir arada bulunuyorlar. Bu açmazı açıklamak için fizikçiler kuvvetli-etkileşim ve zayıf-etkileşim adını verdikleri iki ekstra kuvvet türü tasarlamışlardır. (Diğer iki kuvvet türü ise, bizlerin aşina olduğu gravite ve elektro-manyetik kuvvet türleridir.)
Peki bu baskın ve zayıf-etkileşim kuvvetleri nasıl bir şeydir?
Fizikçiler bu durumu incelediklerinde, yeni bir etkileşim türü keşfettiler, buna da ‘baskın çekirdek gücü’ adını verdiler. Bu öyle büyük bir güçtür ki, çekirdekteki protonları bir arada tutmaktadır. Çekirdekteki protonlar yalnız olsalar bu baskın kuvvet oluşmuyor. Çekirdekte protonların yanı sıra nötronlar olursa bu baskın kuvvet oluşuyor. Dolayısıyla, çekirdekte nötronlarla protonlar arasında bir etkileşim, bir alış-veriş olmalı. Bu konu araştırıldığında, proton ve nötronların quark adı verilen üç adet temel öğeden oluştukları ve “color-confinement”, “renk yükü-çekimi” olarak tercüme edilebilecek bir iç etkileşim sistemine sahip oldukları kanısına varıldı. Kuarklar arasındaki çekim faktörü olan “color” sözcüğü ile aynı anlamda olan “chromo” terimi kullanılarak “Quantum Chromo-dynamics = QCD” adlı yeni bir fizik dalı oluşturulmuştur.
 Kuarkların en temel özelliği ise, diğer doğal öğelerin tersine, birbirlerinden uzaklaştıkça aralarındaki çekim kuvvetinin artmasıdır. Hâlbuki diğer kuvvet türlerinde öğeler birbirlerinden uzaklaştıkça, aralarındaki kuvvet de azalır. Bu nedenle kuarklar asla yalnız olamıyorlar ve hemen bir veya iki başka kuarkla birleşiyorlar. Baskın kuvvet denilen bu olağan-üstü güç sistemi doğadaki enerjinin en büyük kısmını depolayan sistemdir. Bu güç sistemi E=mc2 formülü ile ifade edilen türde muazzam enerjiyi madde dediğimiz varlıklar içinde depolarlar ve doğadaki 90 küsur temel elementi oluştururlar.
Nükleer enerji genelde Uranyum denilen ağır elementin parçalanmasıyla elde edilir. Örn 238.04 atom ağırlıklı Uranyum elementi iki parçaya ayrıldığında, kütlesinin yaklaşık binde biri serbest enerjiye dönüşür. Dönüşüme uğrayan uranyum miktarının 1 gr = 0.001 kilogram olduğunu düşünsek, açığa çıkan enerji E=mc2 formülüne göre (0.001x (ışık-hızı=299792458)2) (yaklaşık 90 trilyon jul) gibi muazzam bir düzeye ulaşır ki bu da yaklaşık 25 milyon kilowat/saatlik bir enerjidir.
Nükleer enerji iki şekilde elde edilebilir:
►1: Atom bombası yapımında olduğu gibi, atomları parçalayarak (fizyon),
►2: Veyahut, hidrojen bombası yapımında olduğu gibi, atomları birleştirerek (füzyon).
Demir elementine kadar olan temel elementler birleştiklerinde enerji açığa çıkar, aynı şekilde demirden sonraki sıralarda yer alan elementler ise parçalandıklarında enerji açığa çıkar. Nükleer enerji bu şekilde elde edilir. Bir çekirdek parçalandığında ya da iki çekirdek birleştirildiğinde çekirdeği bir arada tutan muazzam büyüklükteki baskın kuvvet serbest kalır.
E=mc2 formülüne göre maddenin enerjiye dönüşmesi sadece atom dediğimiz kimyasal elementlerde geçerlidir. Bu nedenle doğadaki enerjinin en büyük bölümü, kimyasal elementlerin oluşumunda kullanılmıştır ki buna baskın kuvvet (strong force) denir.
Çekirdek içinde proton-nötronlar arası sürekli bir değişim-dönüşüm gerçekleşir, meson denilen sanal öğeler sürekli oluşup – tekrar yok olurlar ve bu şekilde aynı elektrik yüküne sahip protonların birbirlerini itmelerini önleyerek, onların çekirdek içinde bir arada bulunmalarını sağlarlar.
Dolayısıyla, kuvvetli- ve zayıf-etkileşim kuvvetleri, atom-altı-öğelerinin canlılık belirtilerinden başka bir şey değildirler.
Bu değişim-dönüşüm (doğum-ölüm) döngüsü olmadan doğadaki 92 kimyasal element oluşturulamazdı. Çünkü kuantsal sıçramalar (artışlar) şeklinde 2, 3. 5, vs. protonlu farklı elementlerin oluşması için mutlaka çekirdek içinde nötronlar bulunması şarttır. Hidrojen haricinde nötronsuz element bulunmamaktadır. Nötron-proton arası değişim-dönüşümler oluşturularak, (H) haricindeki diğer kimyasal elementlerin oluşturulması sağlanmıştır.

    Kimyasal elementlerin izotop denilen aynı özellikli ama farklı enerji düzeyine sahip “kardeşleri” vardır. Bir örnek verelim: Su H2O ile gösterilir. Hidrojen (H) atomunun 2H = D (Deuterium) ve 3H = T (Tritium) adlı iki izotopu vardır. Yani su molekülü D2O (2H2O) şeklinde de olabilir, T2O (3H2O)  şeklinde de olabilir. Hepsi su özelliği taşır, çünkü hepsinde de sadece bir adet proton bulunur. Tek farkları nötron sayılarıdır.  H2O molekülü 1 protonlu çekirdeğe;  D2O molekülü 1 proton + 1 nötrondan oluşan bir çekirdeğe,  T2O molekülü 1 proton + 2 nötrondan oluşan bir çekirdeğe sahiptiler. Bu nedenle D2O molekülü “ağır su” olarak bilinir, T2O ise çok daha ağır bir su molekülüdür.
Oksijen elementinin de izotopları vardır. Normal oksijen 16O, 8 proton +8 nötronlu iken; 17O izotopu, 8 proton+9 nötronlu; 18O izotopu ise 8 proton+10 nötronludur. Dolayısıyla 17O ve 18O  izotopları normal oksijene göre daha ağırdırlar. Dolayısıyla H216O,  H217O ve H218O gibi farklı ağırlıklı su molekülleri de vardır.
Doğadaki her atomum birden fazla izotopu vardır, sadece hidrojen atomunun izotoplarına (deuteriıum, tritium gibi) ekstra adlar verilmiştir. Diğer elementlerin izotopları aynı adla, ama farklı ağırlık simgesiyle belirtilir, 16O veyahut 17O gibi.
Elementlerde “ağırlık” enerji içeriği ile orantılı olduğundan, bir su molekülünün hangi oksijen ve hangi hidrojen izotopundan oluştuğu, onun enerji düzeyini etkiler. Yani içtiğimiz her su molekülü bedenimizde farklı bir etkiye sahiptir. Doğadaki su moleküllerinin %99.9u normal H ve normal O’dan oluşur. Bu nedenle bizler pek bir şey fark etmeyiz. Ama en küçük enerji değişimine karşı duyarlı olan hücre ve moleküller için durum farklıdır. Onlar enerji düzeylerinden çok etkilenirler ve davranışlarını ona göre değiştirirler.

Şekil: Protonlar nötrona, nötronlar protona dönüşebilirler.
Atom-altı-öğeler dünyasında sürekli bir değişim-dönüşüm dansı oynanır, öğeler asla sabit-sakin duramazlar.


Doğadaki tüm olaylar ve oluşumlar, enerji gradyanı oluşumuna bağlı olarak gerçekleştiğinden (bak: http://tanriyianlamak.blogspot.com/2012/10/dogadaki-olusum-mekanizmasnn-dom-genel.html ) kimyasal elementlerin izotop oranlarının değişmesi ile oluşan enerji gradyanları doğadaki oluşum ve gelişimleri en temelden etkileyen faktör olarak karşımıza çıkar. Elementlerin izotop oranlarının değişmesinde ise, uzaydan (özellikle Güneş’ten gelen radyasyonlar) ve şimşek-çakmaları gibi yeryüzünde gerçekleşen olaylar ilk sırayı alırlar. Kimyasal elementlerin izotop oranlarının doğadaki oluşum ve gelişimlerde çok büyük rol oynadığı son yıllarda anlaşılmaya başlanmıştır. (Weiner & Dove (2003), Adkins et al (2003), Passey (2015), Yeung et al (2015), Wang et al. (2015))


Hiç yorum yok:

Yorum Gönder