Skip to content

Casimir etkisi ve yalancı zerreler

kategorisi Bilim

Kuantum fiziği ve evrenin ortaya çıkış nedenlerini, bazı ayrıntıları ile birlikte tartışmadan önce temeli Casimir etkiyi yeterince öğrenmekle atmak gerekiyor. Hendrik Casimir hala yaşayan Holandalı bir teorik fizikçidir. Kendi ismini taşıyan bir etkiyi 1948 yılında ortaya atmış ve bu kuram daha sonra kesinlik kazanmıştır.

Vakum nedir? Bir kap alın.. İçinde ne varsa boşaltın.. İçinde tek bir atom bile kalmasın. Sonra onun ısısını absolu sıfır dereceye indirin. Klasik fizikte vakumun tanımı bu kadar basittir. İçinde hiç bir şeyin olmadığı daha soğuğunun olamayacağı kadar soğuk bir yerdir.

Vakumu kuantum fiziği bakış açısından değerlendirirsek çok daha farklı bir şey olduğunu görürüz. Bütün alanlar belli değerler arasında dalgalanırlar. En iyi bilineni elektromanyetik alanlardır. Vaküm boşluğu da bir alandır ve bu bağlamda bir istisna değildir. Dalgalanır. İlginç olarak bu dalgalanma yalnız soyut bir kavram değildir. Onun somut gösterileri de vardır. Casimir etki vakum dalgalanmasına bağlı olarak ortaya çıkan mekanik bir süreçtir.

Elektromanyetik alan çeşitli frekansların bir arada bulunduğu bir spektrum oluşturur. Serbest ve geniş bir boşlukta her frekansın önemi aynıdır. Alan çok geniş ise, frekanslardan biri diğerinden önemli değildir. Ama dar bir alanda, alanın genişliğine bağlı olmak üzere, durum birden değişir. Bunu şöyle bir örnekle açıklayabiliriz. Vakum içinde iki aynayı, yüzleri birbirlerine karşı olmak üzere bir araya getirin. İkisi arasında elektromanyetik bir dalganın varlığını düşününün. Bu alan kendisine tam uyan dalga boyundaki yarım dalgaların iki ayna arasında gidip geldikleri için çoğaltıldığı bir mekan olacaktır. Belli dalga boyunda olan elektromanyetik spektrum abartılacaktır. İki ayna arasına mükemmel şekilde sığanların dışındakilere yer yoktur. Bu dar boşluğun içindeki frekansı ifade etmek için kavite rezonansı, kavite titreşimi terimi kullanılıyor. Yalnız belli dalga boyunda olan dalgalar burada yer alabilecekler ve abartılacaklardır. Aynı şekilde vakum dalgalanmalarının frekansları da kavite titreşimine bağlı olarak ya abartılacaklardır, ya da süprese edileceklerdir.

Yeri gelmişken yeni bir kavrama kısaca değinmek istiyorum. Ona radyasyon alanı basıncı deniyor. Kuantum mekaniğine göre istisnasız her alan enerji içeriyor. Yukarda tanımını yaptığımız vakum alanı bir istisna değil demiştik. Elektromanyetik alanlar uzayda yayılırlar. Ve bu arada etrafa bir basınç uygularlar. Buna radyasyon basıncı deniyor. Nasıl bir nehir akarken yamaçlarına basınç uyguluyorsa, elektromanyetik alan da etrafa basınç uyguluyor. Bu radyasyon basıncı enerjiye paralel olarak artacaktır. Radyasyonun enerjisini ise dalgalarının frekansı saptayacaktır. Aynalar arasındaki kavite titreşimi basıncı söz konusu olunca, kavite titreşim frekanslarında kavite içindeki radyasyon basıncı daha büyük olacak ve aynaları dışa doğru itecektir. Kavite titreşim frekansı dışındaki radyasyon basıncı ise dışarda daha çok olacak ve aynaları birbirlerine doğru itecektir.

Casimir etki vakumda vuku bulan dalgalanmaları ölçen bir yöntemdir. İki metal yüzeyi birbirlerine son derece yakın olmak üzere karşı karşıya getirin. Aralarındaki mesafeyi birkaç nanometreye indirin. Vakumda dalgalanma oluyorsa ve bu dalgalanmalar belli frekanslar arasında gerçekleşiyorsa, Ancak belli dalga boyunda olan frekanslar iki metal plaka arasına sığacaktır. Yani kavite titreşimine uyanlar kavite içinde abartılacaklardır. Diğer frekanslar metal plakaların dışında kalacaklardır. Enerji içeren bu dalgalanmaların bir radyasyon basıncı olacaktır. Ancak belli frekansların sığdığı plakalar arasındaki boşlukta basınç daha az, dışında ise daha çok olacaktır. Bu da metal plakaların birbirlerine doğru yaklaşmasına neden olacaktır.
Casimir etki vakumda belli frekanslar arasında dalgalanan bir enerjinin varlığına işaret etmektedir. Bu enerjinin kaynağı ise yalancı zerrelerdir..

Bu yazıma ilk iletinin kısa özeti ile başlamak istiyorum.

Her türlü alanda enerji vardır ve bu enerji bazı değerler arasında dalgalanır. Vakum boşluğu da bir alandır. Bu alanlardaki enerjiyi dalgaların frekansları saptar.

Her türlü radyasyon etrafına basınç uygular.

Alanın genişliği sınırlı ise, örneğin alan yüz yüze bakan iki paralel aynanın arasında ise, ancak belli dalga boylarının uyacağı bir aralık olacak ve radyasyon basıncı dışa göre hafifce az olacaktır. Nedeni dar aralığa uyan frekansların sınırlı olmasıdır.

Vakumdaki enerjiden ve bu enerjinin dalgalanmasından yalancı zerreler sorumludur.

sonsuzBilişim

Yorumlar

  • Yalancı zerre (virtual particle) kavramı çok önemlidir. Çünkü evrenin ve muhtemelen evrenlerin ortaya çıkışını onlarla açıklamak mümkündür. O konulara değinmeden önce kısaca yalancı zerrelerden bahsedelim..

    Yalancı zerreler vakum boşluğunda ve hiçbir şeylik dediğimiz kuramsal ortamlarda aniden, karşıtları ile birlikte, ortaya çıkan ve 10^-21 saniye kadar var olduktan sonra yok olan zerrelerdir. Karşıtları ile demek, biri negatif ise, diğeri pozitif demektir. İkisi bir araya gelince birbirlerini yok etmektedirler. Bunu madde ve antimadde olarak düşünmemeliyiz. Çünkü yalancı zerreler maddenin ortaya çıkmasından çok daha önceki bir dönemi simgelemektedirler. O dönemde daha ne madde vardır ne de büyük bir enerji. Bu kısa zaman dilimi tükenince doğadan borç aldıkları enerjiyi ona iade ederek yok olur giderler. Borç aldıkları bu enerji vakum enerjisidir. Bizim hiçbirşeylik veya yokluk dediğimiz kavram işte budur. Hiçbir şey yok gibi durmaktadır ve pratik olarak yoktur da ama, bu yokluk zıt nitelikli yalancı zerrelerin birbirlerini nötralize etmesinden başka bir şey değildir. Bu kavramın önemine gelecek yazımda değinmek istiyorum..

    Kuantum fiziğinin ilgi alanı olan atomaltı evrenini ve orada vuku bulan olağan üstü tepkileşmeleri insan aklının imgelemesi mümkün değildir. Fizikçiler yapılan gözlemleri açıklamak için bazı modeller oluşturmaya çalışırlar ama, çoğu kere onda başarılı olamazlar. Bu modeller çoğu kere matematiksel denklemler ve kuantum evreninde nelerin vuku bulduğunu simgeleyen imajlar şeklinde belirtilirler. O modellerden bazıları adı geçen kuantum fenomeni açıklamada gerçeğe çok sadık olabilirler. Ve onu doğru ve anlaşılır bir şekilde yansıtabilirler. Ancak diğerleri son derece müphem imgelerden öteye gitmeyen anlaşılmaları güç soyut kavramlardır.

    Modellerle ilgili bilinmesi gerekli tek gerçek onların gerçek olmadıklarıdır. Bir quantum fenomeni açıklamada son derece başarılı birden fazla model olabilir. İlginç olarak bu modeller birbirlerinin tam zıttı da olabilirler. Örneğin ışık modelini ele alalım. Işık hem dalga hem de zerre olarak imgelenebilir. Bazı koşullarda dalga özelliği diğer durumlarda ise zerre özelliği manifest hala geçer.

    Atom modeli de böyle bir şeydir. Yapılan modellerin hiç birisi gerçeği yansıtmaz. Bazı atom modelleri atomun gözlemlenen niteliklerinden birini çok güzel açıklayabilir. Ama diğerlerini açıklamada başarısızdır. Her model yalnız kendi konusunda yararlıdır.
    Muhtemelen insan aklının kuantum aleminde vuku bulan süreçleri anlamasına olanak yoktur. Modellemelerle o dünyada vuku bulan ekzotik süreçlerden yalnız birinin bir yüzü açıklanabilir. Yalancı zerreleri de bu ilkeler göz önünde bulundurarak değerlendirmek gerekmektedir.

    Yalancı zerrelere değinmeden önce Casimir etkiden ve vakum dalgalanmalarından bahsettim. Aslında vaküm dalgalanması kuantum dalgalanmasıdır. Bu dalgalanma sırasında yalancı zerreler ortaya çıkmaktadır. Bu bir modellemedir. Aslında ortaya çıkan yalancı zerre çiftleridir. Bunlar birbirlerinin zıttı olduklarından evrenin elektrik yükünün dengesi bozulmaz. Hep nötraldir. Bunların ortaya çıkması konservasyon (conservation) yasalarını tatmin etmek zorundadır. Doğa için bu önemli bir yasadır. Ama konservasyon yasalarını izlemeyen zerreler de vardır. Örneğin fotonlar.. Fotonlar karşıtları olmadan ortaya çıkabilirler.

    Yalancı zerreler, gerçek zerrelerle ilgili davranışları açıklamadaki büyük önemlerine rağmen, direkt olarak asla gösterilmemişlerdir. Casimir etki onların varlığının, direkt değil, indirekt kanıtıdır. Her yalancı zerre konservasyon yasalarına uymaz. Yani zıt etkili çiftler halinde ortaya çıkmaz. Yalancı zerrelerin de türleri vardır. Şimdi biraz da onlardan bahsetmek gerekiyor.. Elektronların etrafında bir bulut oluşturan yalancı zerreler vardır. Onlar için bazen yalancı fotonlar da deniyor. Elektronal nötrino arasındaki tepkileşmeye kısa bir göz atalım. Elektronun çevresindeki yalancı zerrelerden W- denen bir zerre nötrinoya doğru gönderilir ve nötrino tarafından bu zerre absorbe edilir. Peki bunun sonucunda ne olur? Çok ilginç ve insan sağduyusu ile bağdaşmayan bir şey olur. W- yalancı zerresini gönderen elektron nötrino olurken, nötrino elektron olur. Her ikisinin de yükü ve diğer nitelikleri konservasyon yasaları tarafından korunmuştur. Burada aradaki ilişkileri başaran W- yalancı zerresi karşıtı ile bunu başarmamıştır. Karşıtı ile ortaya çıksaydı böyle bir tepkileşme vuku bulmayacaktı.

    Bütün kuantum zerrelerinin etrafında yalancı zerrelerden oluşan bir bulutun varlığına inanılmaktadır. Onlar yayılır ve emilirler. Bu yalancı zerrelerin yaşamı, ve ne kadar uzağa gidebilecekleri belirsizlik yasaları ile saptanmıştır. Enerjileri ne kadar yüksekse yaşamları ve kat ettikleri mesafe o kadar kısadır. İki madde zerresi birbirlerine yakınlaşırlarsa, aralarında bu yalancı zerreler aracılığı ile bir tepkileşme vuku bulacaktır.

    sonsuzBilişim
Yorum yapmak içinOturum Açın yada Kayıt Olun .