Doğadaki Temel Kuvvetler ve Tüm Fizikçilerin Hayali!

İnsanlığın ilk zamanlarından beri meraklı gözlerle muhteşem gezegenimiz Dünya’mızı gözlüyor ve gördüklerimizi anlamlandırmaya çalışıyoruz. Gökyüzüne baktığımızda yıldızlar ve gezegenlerin, atomun yapısına baktığımızda çekirdek ve çekirdek altı parçacıkların işleyişinin nasıl olduğunu anlamamızda Doğadaki 4 Temel Kuvvetin etkisini görebiliriz. Bu kuvvetler DNA mızı da gezegenleri de bir arada tutan, yolda yürürken ya da çöp atarken karşı geldiğimiz, evreni şekillendirip Dünya’nın oluşumunu sağlamış olan fiziğin temel fenomenleridir. Bazı kaynaklar ‘kuvvet’ kelimesinin durumu tam karşılamadığını, onun yerine ‘etkileşim’ kelimesinin daha yerinde olduğunu belirtir. Bu bilgi aklımızın bir köşesinde duradursun, biz eski usul kuvvet diyeceğiz.

Şimdi bu doğadaki dört temel kuvveti daha yakından inceleyelim.

• Kütle Çekim Kuvveti
• Elektromanyetik Kuvvet
• Zayıf Nükleer Kuvvet
• Güçlü Nükleer Kuvvet

Doğadaki Temel Kuvvetler Nelerdir ?

1. Kütle Çekim Kuvveti

Maddeyi tanımlarken ‘Kütlesi ve hacmi olan varlıklar’ deriz. Şimdi kütle çekimi ifade ederken kütlesi olan tüm varlıkların sahip olduğu çekim kuvveti diyeceğiz. Elbette bu kadar basit değil ama en basit hali bu.

Bu görüş Isaac Newton’un ortaya attığı hali. Newton ünlü elma düşme olayında kütle çekimi tanımlayıp adına yer çekimi demişti. İlerde Albert Einstein çok daha gelişmiş bir kuram olan Genel Görelilik Kuramı ile kütlesi olan varlıkların uzay-zamanı büktüğünü söyleyecek. Günümüzde bu kuram büyük ölçüde doğrulanmış durumda. Einstein’ın fikrini daha basit açıklamak için dört tarafından gerilmiş bir çarşafın üzerine bırakılan bir top düşünelim.

Bu top bizim için kütleyi temsil etsin. Etrafına bırakılan diğer kütleleri ve çarşafı nasıl etkileyeceğini hayal edebilirsiniz. Uzay-zamanı bükmek, gerilmiş çarşafın ortasından içine doğru çöküşü gibidir. Çarşafın üzerine başka cisimler bıraktığınızda zaten çökmüş olan kısma doğru çekilirler. Bu örnek bize şunu gösteriyor. Aslında kütle çekimi tam olarak bir Çekim Kuvveti değil. Kütlesi olan bütün varlıklar az ya da çok uzay-zamanda bir bükülmeye sebep olurken birbirlerini de kendi kütleleri oranında etkiliyorlar. Enerjiye sahip olan tüm varlıkların mesela ışığın kütle çekiminden bu şekilde etkilendiğini söyleyebiliriz.

Kütle Çekim Kuvveti evreni şekillendiren, bu günkü haline gelmesinde en çok rol oynayan muazzam bir kuvvet. Ancak muazzam olması büyük olmasından kaynaklanmıyor. Etkisi yani menzili sonsuz olan bu kuvvet temel kuvvetler içerisinde en zayıf olanı. Bu oldukça ironik bir zıtlık öyle değil mi? Gezegenleri ve gezegen sistemlerini bir arada tutan kuvvet atom çekirdeğinde bulunan nükleer kuvvetlerin yanında çocuk oyuncağı gibi kalıyor.

Okula giderken, spor yaparken ya da yazı yazarken sürekli karşı geldiğimiz bu kuvvetin zayıf olması hayatımızı oldukça kolaylaştıran bir durum aslında. Kütle Çekim Kuvveti maddelerin kütleleri ile orantılı olarak artmakta. Düşünün ki Dünya’nın kütlesinin yanında bizimkinin esamesi okunmaz. Kütle Çekim güçlü bir temel kuvvet olsaydı ayağımızı yerden kaldıramamamız gerekirdi. Tabi burada nasıl oluyor da Dünya’nın kütlesine karşı gelebiliyorum diyebilirsiniz. Bu Kütle Çekim Kuvvetinin atomik boyutlarda yok denecek kadar küçük olmasından kaynaklanır.

2. ELEKTROMANYETİK KUVVET

Yüklü parçacıkların etkileşimi ile oluşan kuvvet elektromanyetik kuvvet olarak tanımlanmaktadır. Doğadaki bütün maddeler kendi özelliklerine göre elektrik yüklerine sahiptir. Bu sebeple bilinenin aksine elektromanyetik kuvvetler yalnızca mıknatıs ya da manyetik alan ile ilgili değildir. DNA nın bir arada durması, katı maddelerin yapısını koruması, hava direnci ya da sürtünme gibi doğa olayları elektrik yüklerinin etkileşimi ile gerçekleşir. Ve bu olayların ve pek çok doğa olayının özünde kütle çekiminden de fazla elektromanyetik kuvvetler etkilidir.

Elektromanyetik kuvvetler de Kütle Çekim Kuvveti gibi menzili sonsuz bir temel kuvvettir. Gezegenler arasında ya da Dünya’nın çevresinde manyetik alanın var olduğu hatta pek çok hayvanın bu manyetik alanla yön bulduğu düşünülürse Elektromanyetik Kuvvet için menzilin sonsuz olması şaşılacak bir durum değildir. Yalnız burda dikkat edilmesi gereken mesafe arttıkça kuvvet etkisinin azaldığıdır.

1873’de  James Clerk Maxwell’in bütün denklemleri birleştirmeyi başarmasına kadar Elektrik ve Manyetizma birbirinden ayrı olarak ele alınıyordu. Ünlü Maxwell Denklemleri ile bu iki kuvvet birleşerek Elektromanyetizma olarak adlandırılmaya başlandı.

3.  ZAYIF NÜKLEER KUVVETLER

Doğadaki 4 Temel Kuvvetin ilk ikisi sonsuz mesafelerde etkili olan Kütle Çekim Kuvveti ve Elektromanyetik Kuvvet’ti. Bu iki kuvvet etkilerini doğrudan gözlemleyebildiğimiz kuvvetlerken, Nükleer Kuvvetler atomik mesafelerde gerçekleşen ve doğrudan gözlemleyemediğimiz kuvvetlerdir.

Bunlardan Zayıf Nükleer Kuvvet atom çekirdeğinde radyoaktif bozulmalardan sorumlu olan temel kuvvet. Adının zayıf olduğuna bakmayın. Güçlü Nükleer Kuvvet kadar olmasa da şiddetli bir kuvvetten bahsediyoruz. Yine de Güçlü Nükleer Kuvvet in yanında milyarda biri kadar küçük bir kuvvet. Ve her iki nükleer kuvvet de menzil olarak atom çekirdeği mesafesinde.

Pek çok atomun kararsızlığından ve radyoaktif bozulmalardan sorumlu olan bu kuvvet Doğadaki 4 Temel Kuvvet arasında önemli bir yere sahip.

4. GÜÇLÜ NÜKLEER KUVVETLER

Temel Kuvvetler içinde adı üstünde en güçlü olanı Güçlü Nükleer Kuvvet’tir. Atom çekirdeğini bir arada tutan kuvvettir. Çok şiddetli olmasına rağmen atom çekirdeğinin çapı kadar bir mesafede etkilidir. Bu tezatlık oldukça etkileyici değil mi?

En zayıf kuvvet olan Kütle Çekim Kuvveti sonsuz menzile sahipken, doğada bilinen en şiddetli etkileşim olan Güçlü Nükleer Kuvvet’in etki alanı atom çekirdeği kadar.

Atom çekirdeği elektriksel yükü pozitif olan protonları ve nötr olan nötronları barındırır. Güçlü Nükleer Kuvvetler atom çekirdeğinde proton-proton arasında ya da proton-nötron etkileşimlerinden sorumludur.

Bütün bunlara ek olarak Nükleer Kuvvetler Güneşimizin Enerji sağladığı tepkimeler olan çekirdek birleşmesi tepkimelerinden de sorumludur.

Bütün fizikçilerin hayali ise bütün bu temel etkileşimleri birleştiren tek bir denklemleri ulaşmak. Böylece masanın üzerinden düşen kalemin de gezegenlerin oluşumuna sebep olan etkileşimlerin de aynı formülle açıklanabilir olması sağlanmış olacak. Bilim ilerledikçe bu hayalin de mümkün olması olanaksız değil elbette.

Bütün bu anlattıklarımızın ardından şimdi Doğadaki Temel Kuvvetleri menzillerine ve şiddetlerine göre sıralayabiliriz.

Etkileşme Türü	Bağıl Şiddet	Menzil
Kütle çekim kuvveti	1	∞
Zayıf nükleer kuvvet	1025	10-18
Elektromanyetik kuvvet	1036	∞
Güçlü nükleer kuvvet	1038	10-15

Doğadaki Temel Kuvvetler 9. Sınıf Fizik Dersi Konu Başlıkları

Konu Başlığı Kuvvet kavramını örneklerle açıklar.
a) Temas gerektiren ve gerektirmeyen kuvvetlere örnek verilmesi sağlanır.
b) Dört temel kuvvetin hangi kuvvetler olduğu belirtilir.
c) Kütle çekim kuvvetinin bağlı olduğu değişkenler verilir. Matematiksel hesaplamalara girilmez.
ç) Dengelenmiş ve dengelenmemiş kuvvetler vurgulanır.

Fizik Dersi Doğadaki Temel Kuvvetler Konusunda Sıkça Sorulmuş Sorular