FİZİK

Neden 137 Sayısı Fizikteki En Büyük Gizemlerden Birisidir?

Evrenin gizemlerini çözmenin anahtarı nedir? Sorunun cevabı 137 sayısı olabilir.

Fizikçi Richard Feynman (1918-1988), bu sayının, tüm teorik fizikçilerin “endişelenmesi gereken” bir sayı olduğunu düşünüyordu. 137 sayısını “fiziğin en büyük gizemlerinden biri: insanın anlayamadığı sihirli bir sayı” olarak adlandırmıştı. Hesaplamaları, 137’den sonraki elementlerdeki elektronların, çekirdeğe çarpmamak için ışık hızından daha hızlı hareket etmesi gerektiğini ve bu nedenle görelilik kurallarını ihlal ettiğini gösterdi. Kısacası 137 periyodik tablodaki son element numarasıydı.

137 Sayısı İle İnce Yapı Sabitinin İlişkisi Nedir?

Fizikçilere göre 137 sayısı, elektron ve müon gibi yüklü temel parçacıkların ışık fotonlarıyla nasıl etkileşime girdiğini kontrol eden elektromanyetik kuvvetin gücünün ölçüsü olan ince yapı sabitinin (1 / 137.03599913) yaklaşık paydasıdır. 

İnce yapı sabiti, evrenin temel fiziksel sabitlerinden biridir. Aynı zamanda Sommerfeld sabiti olarak da bilinir ve Yunan harfi alfa – α ile gösterilir. Bu değişmez sayı yıldızların nasıl yandığını, kimyanın nasıl gerçekleştiğini ve hatta atomların var olup olmadığını belirler.

Okuma Önerisi: Evrendeki En Önemli 13 Sayı

Bu videoda İngiliz fizikçi Laurence Eaves , ince yapı sabiti farklı bir değer olsaydı, “fizik, kimya, biyokimya tamamen farklı olurdu ” diyor.

İnce yapı sabitinin en önemli özelliği doğanın temel sabitlerinden üçü olan ışık hızı, bir elektronun taşıdığı elektrik yükü ve Planck sabitini birleştirmesidir. Bu da onu görelilik, elektromanyetizma ve kuantum mekaniği gibi fiziğin kilit alanlarının kesişme noktasında götürmektedir.

Bu sabitin bir başka özelliği ise boyutsuz olmasıdır. Barındırdığı 3 sabitin her birinin boyutları vardır, yani birimler sisteminizi değiştirdiğinizde karşılıkları değişir. Örneğin ışığın hızı saniyede 3×108 metreye çok yakındır, ancak saatte mil olarak bilmek istersek, cevap farklı bir sayı olan 6.7×108‘dir.

Ancak üç sabit birbirine oranlandığında, tüm boyutlar birbirini götürür. Sonuç, hangi birim sistemini kullanırsak kullanalım boyutsuz bir sayıdır.

İlk olarak 1915 yılında Alman fizikçi Arnold Sommerfeld tarafından keşfedilen ince yapı sabiti  başlangıçta 0.00729 olarak kabul ediliyordu. Ancak 1929’da, Albert Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi’nin geçerliliğini belirlemede kilit rol oynayan ve Big Bang teorisinin ilk savunucularından olan İngiliz astrofizikçi Arthur Eddington tarafından 1/137 olarak ifade edilmeye başlandı. Bu sayı devamında, Nobel Ödülü sahibi Wolfgang Pauli (1900-1958) da dahil olmak üzere tüm büyük fizikçileri meşgul etti. Pauli’nin konuya olan ilgisi aşağıdaki söylemi ile daha net anlaşılabilir.

Öldüğümde Şeytan’a ilk sorum şu olacak: İnce yapı sabitinin anlamı nedir?

Wolfgang Pauli

İnce Yapı Sabiti Ne İşe Yarar?

İzole edilmiş bir atom, çizimin üst kısmında gösterildiği gibi, belirli dalga boylarında ışık yayabilir. Bu çizgilerin frekansları her kimyasal elementin karakteristiğidir. Bazı elementlerde bu çizgilerden biri bölünebilir. Bu bölünmenin miktarı, ince yapı sabiti ile orantılıdır.
Uzayda yukarıda bahsedilen bölünmüş spektral çizgilerle karakterize edilen soğuk bir gaz bulutu olduğunu hayal edin. Bu gazın içinden sürekli bir ışık spektrumunun geçirilmesi, iki yakın soğurma hattı oluşturur. Emisyon hatlarında olduğu gibi, soğurma hatları arasındaki boşluk da ince yapı sabitiyle orantılıdır

Bu ilginç sayının bir kullanımı, elektron gibi yüklü parçacıkların elektromanyetik alanlarla etkileşimini ölçmektir. Alfa, bir atomun bir fotonu ne kadar hızlı yayabileceğini belirler. Ayrıca atomların yaydığı ışığın detaylarını da etkiler.

Bilim insanları, “ince yapı” adı verilen (sabite adını veren) atomlardan gelen ışık değişimlerini gözlemleyebildiler. Bu “ince yapı” güneş ışığında ve diğer yıldızlardan gelen ışıkta görüldü.

Doğa neden bu rakamda ısrar ediyor?

İnce yapı sabitinin arkasındaki matematik

Büyük Birleşik Teori, parçacık fiziğinde; elektromanyetik, zayıf ve kuvvetli etkileşimleri tek bir güç haline getirebilecek bir modeldir. Uzun zamandan beridir fizikçiler bu modeli inşa etmeye çalışmaktadır. Model üzerinde yapılan bir çok çalışmada da bu sayı gizemli bir biçimde ortaya çıkmaktadır.

Fizikçiler, ışık hızı ve elektronun yükü gibi sayıların zaman içinde değişmediğini varsayarlar. Ama şimdi bu varsayımı tersine çevirebilecek bir sonuç geliyor. Bir araştırma grubu, ince yapı sabitinin son altı milyar yıl içinde arttığını ortaya çıkardı. Kuşkusuz, artış oldukça küçük ama öte taraftan da kesinlikler üzerine kurulmuş bir dünyada oldukça rahatsız edici. Bunun nedeni ince yapı sabitinin ışık hızı, bir elektronun taşıdığı elektrik yükü ve Planck sabiti gibi üç değişmez kabul edilen sabitin birbirine oranı olması.

İleri Okumalar:

Why the number 137 is one of the greatest mysteries in physics; https://bigthink.com/surprising-science/number-137-physics?

The Little Constant that Couldn’t?; https://www.physicscentral.com/explore/action/constant.cfm

Matematiksel

Sibel Çağlar

Kadıköy Anadolu Lisesi, Marmara Üniversitesi, ardından uzun süre özel sektörde matematik öğretmenliği, eğitim koordinatörlüğü diye uzar gider özgeçmişim… Önemli olan katedilen değil, biriktirdiklerimiz ve aktarabildiklerimizdir bizden sonra gelenlere... Eğitim sisteminin içinde bulunduğu çıkmazı yıllarca iliklerimde hissettikten sonra, peki ama ne yapabilirim düşüncesiyle bu web sitesini kurmaya karar verdim. Amacım bilime ilgiyi arttırmak, bilimin özellikle matematiğin zihin açıcı yönünü açığa koymaktı. Yolumuz daha uzun ve zorlu ancak en azından deniyoruz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu