Fizik

Paul Dirac Antimaddenin Garip Dünyasını Nasıl Keşfetti?

“Bir fizik kuramı, matematiksel güzelliğe sahip olmalıdır.” Paul Dirac’ın 1956’da fiziğin özüne ilişkin görüşünü ifade etmesi istendiğinde verdiği yanıt buydu. Bu yanıtın devamında da fiziğin tüm denklemleri arasında belki de en güzel olan Dirac denklemini formüle edecekti.

Paul Dirac Antimaddenin Garip Dünyasını Nasıl Keşfetti?
Paul Dirac Avrupa’nın en iyi kuramsal fizikçilerden biriydi; Bohr’a göre en saf ruha sahip olanıydı. Yeni ortaya çıkan kuan­tum mekaniği biliminin gelişimine önemli katkı sundu. İtalyan fizikçi Antonino Zichichi’nin söylediği gibi, Dirac’ın çağdaş fizik üzerindeki etkisi, Einstein’ınkinden bile daha büyük olmuştu.

İngiliz teorik fizikçi Paul Dirac, kuantum fiziğinin ilk günlerinin en önemli isimlerinden biriydi. Bunun sonucunda da Erwin Schrödinger ile birlikte 1933’te Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. Dirac’ın 1930’da, 27 gibi oldukça genç bir yaşta Royal Society’ye üye seçilmesi, onun bilimsel saygınlığının bir göstergesi idi.

İleri matematiğe olan tutkusuna karşın, Dirac basit olan ve fizik problemlerinin çözümünde doğrudan kullanılabilen matematik kavramları yeğlerdi. Ona göre doğa yasalarının belirleyici niteliği, yüksek düzeyde matematiksel “güzellik”ti. Güzel matematik denklemleriyle fiziksel dünyanın işleyişi arasında derin bir uyum vardı.

Paul Dirac Ve Anti Maddenin Keşfi

Paul Dirac Antimaddenin Garip Dünyasını Nasıl Keşfetti?
Paul Adrien Maurice Dirac. 8 Ağustos 1902’de İngiltere’de doğdu ve 20 Ekim 1984’te Amerika Birleşik Devletleri’nde yaşamını yitirdi. 1931’de, utangaç ve zeki İngiliz fizikçi Paul Dirac, antimadde adı verilen tuhaf bir parçacık sınıfının varlığını öngördü. Dirac, sadece teorik fizik alanında değil, aynı zamanda matematiksel yetenekleriyle de bilinir. Çalışmaları, modern teorik fizikte önemli bir köşe taşı olarak kabul edilir.

20. yüzyılın ilk çeyreği fiziğin altın dönemlerinden biri idi. Neredeyse her gün birisi evren anlayışımızda devrim yaratan yeni bir teori ortaya çıkıyordu. 1905’te Einstein, fizikçilerin uzay ve zaman hakkındaki düşüncelerini değiştiren Özel Görelilik Teorisini yayınladı. On yıl sonra da devrim niteliğinde olan Genel Görelilik Kuramı’nı yayınlayacaktı.

Bu sırada da bir grup fizikçi elektronlar ve bu küçük parçacıkların ışık ile olan etkileşimleri ile ilgili çalışmalar yapıyordu. Bu çalışmalar kuantum fiziğinin temellerini atıyordu. Bu dönemde bir çok fizikçi görelilik ile kuantum fiziğini birleştirmeye çalıştı. Ancak bu fizikçileri bekleyen bir de sorun vardı.

Göreliliğin temel fikirlerinden biri, zaman ve uzayın göreceli olduğu ve her şeyin nerede olduğunuza ve ne kadar hızlı hareket ettiğinize bağlı olduğudur. Ancak bu fikir kuantum mekaniğinin hiçbir yerinde ortaya çıkmıyordu. Sonunda Paul Dirac, Einstein’ın ünlü E=mc2 denklemini Schroedinger’in denklemiyle birleştirerek bu sorunu çözmeye karar verdi.

Dirac denklemi nedir?

1928’de Dirac, şu anda Dirac Denklemi dediğimiz şeyi yayınladığı bir makale yazdı. Bu denklem, bir elektronun ışık hızına yakın bir hızda hareket ederken davranışını tanımlamaktadır. Bu, bir elektron için Schrödinger dalga denkleminin göreli bir biçimidir.

Dirac denklemi nedir?
Paul Dirac, atom altı dünyayı tanımlamak için kullanılan kuantum mekaniğini, hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı gitmediğini söyleyen Einstein’ın özel göreliliğiyle birleştiren bir teori geliştirdi. Sonucunda ortaya yukardaki garip denklem çıktı. Matematiksel olarak, Dirac Denklemi karmaşık sayılar ve matrislerle ifade edilir. Denklem, özel görelilik ve kuantum mekaniği prensiplerine uygun bir şekilde formüle edilmiştir ve hem parçacık hem de anti-parçacık çözümlerini içerir. Bu, denklemi öne çıkaran önemli bir özelliktir, çünkü denklemin çözümleri, parçacıkların anti-parçacıklarla etkileşimine işaret eder.

Ancak elde ettiği şey bir karmaşa gibi gözüküyordu. Dirac’ın denklemi elektrona benzeyen fakat onun aksine pozitif elektrik yükü taşıyan bir parçacığın da hareketini göstermişti. Dirac buna antielektron adını verdi. Matematiğin işe yaraması için negatif enerjiye sahip fazladan bir tür elektron eklemesi gerektiğini fark etti.

Kimse bunun ne olduğunu, hatta ne anlama geldiğini o dönemde bilmiyordu. Ama sonuç o kadar basit ve zarifti ki Dirac bunun doğru olduğunu biliyordu.1927’den önce kimsenin böyle bir “antimadde” dünyasının var olabileceğine dair en ufak bir fikri yoktu. Ancak Dirac bu fikri tamamen değiştirdi.

Günümüzde yüklü her temel parçacığın kendi antiparçacığı olduğunu biliyoruz. Bu anti-parçacıklar kelimenin tam anlamıyla normal maddenin ayna görüntüleridir. Her anti-parçacık, kendisine karşılık gelen parçacıkla aynı kütleye sahiptir, ancak elektrik yükleri terstir. Bir parçacık, antiparçacık ikiziyle karşılaştığında, iki parça da ortadan kaybolur. Sonrasında da kütleleri, foton veya gluon gibi yüksek enerjili parçacıklara dönüşür.

Sonuç Olarak;

antimadde
Evrenin başlangıcında madde ve antimadde oranı eşitti. Sonucunda madde ve antimadde birbirlerine denk ama zıt versiyonlarıysa o zaman Büyük Patlama sonrasında aynı miktarda parçacık ve antiparçacığın ortaya çıkmış olmasını bekleriz. Ama bu senaryo gerçek olsaydı eninde sonunda bu parçacıklar birbirlerini bulup yok etmeleri ve evrendeki bütün maddenin de fotonlara dönüşmesi gerekirdi. Evren tercihini maddeden yana kullanmış gibi gözüküyor. 

Sadece birkaç yıl sonra, üst atmosferdeki kozmik ışın gözlemleri, Dirac’ın hipotezini doğrulayan ilk antimadde parçacıklarını keşfetti. Bu keşif aynı zamanda görelilik ve kuantum mekaniğinin birleştirilebileceğini ve tamamen yeni bir fizik dalı yaratılabileceğini gösterdi. Bu kuantum alan teorisi idi.

Westminster Abbey ya da resmi adı ile Westminster’deki Aziz Peter Kilisesi, Londra’nın Westminster kentinde yer alan önemli bir kilisedir. Bu kilisenin zeminine yazılmış iki denklemden biri Dirac denklemidir. Diğeri ise Stephen Hawking’in kara deliklere ilişkin denklemidir.

Dirac denklemi nedir?
Denklem, bir elektronun hareketini yalnızca sekiz sembol kullanarak açıklar. Bu inanılmaz denklemden hem antimaddenin hem de elektronun spini tahmin edildi ve sonunda keşfedildi. Dirac Denklemi, kuantum alan teorisinde ve yüksek enerji fiziksinde temel bir rol oynar. Elektronlar, pozitronlar (anti-elektronlar) ve diğer fermiyonlarla ilgili çeşitli fenomenleri açıklamak için kullanılır.

 “Fiziğin tüm denklemleri arasında belki de en büyülü olanı Dirac denklemidir”; diyor Amerikalı fizikçi Frank Wilczek. Bu da bize Paul Dirac’ın hayatı boyunca peşinden koştuğu matematiksel güzelliği elde ettiğini kanıtlıyor.


Kaynaklar ve ileri okumalar


Size Bir Mesajımız Var!

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu