Neden 137 Sayısı Fizikteki En Büyük Gizemlerden Birisidir?

Popular bilim ile ilgili yazılar okumaktan hoşlanıyorsanız 137 sayısı daha doğrusu 1/137 sayısı hakkında ilgi çekici yazılara rastlamış olmanız olasıdır. Fizikçi Richard Feynman (1918-1988), bu sayının, tüm teorik fizikçilerin “endişelenmesi gereken” bir sayı olduğunu düşünüyordu. Bu nedenle de 137 sayısını “fiziğin en büyük gizemlerinden biri” olarak adlandırmıştı. NewScientist tarafından kaleme alınan bir makalede de bu sayıyı “hayata, evrene ve her şeye cevap” olarak adlandırılacaktı.

Öncelikle tüm bu tanımlamalar biraz abartılıdır. Sonucunda sayıların arkasında anlam bulmaya çalışmak sonuçsuz bir çabadır. 3,14’ün derin bir anlamı olmadığı gibi, 1/137’nin de derin bir anlamı yoktur. Ancak bu sayının önemini azaltmaz.

Birazdan da göreceğiniz gibi gerçek sayımız aslında 137 sayısı değil yaklaşık 137 sayısıdır. Bu sayının önemini bir miktar kaybettirmektedir. Ayrıca 137 sayısında neyin bu kadar heyecan verici olduğu da net değildir. Ancak α’nın yani ince yapı sabitinin numerolojik olmayan doğası çok daha ilginçtir.

İnce Yapı Sabiti Nedir?

İnce yapı sabiti atom, elektron ve foton modellerinde ortaya çıkan doğal bir orandır. Belki de en ilginç olanı, sayının hiçbir ilişkili birimi yoktur, bu nedenle keyfi ölçüm sistemlerimize bağlı değildir. Özellikle fizikte uğraştığımız niceliklerin çoğu birimlerle ifade edilmektedir. Ancak bazı sayıların birimleri yoktur. “Birimsiz” sayılara zaten aşinasınız. Örneğin ~3.14 olarak kabul ettiğimiz ve bir dairenin çevresinin çapına oranını temsil eden Pi sayısının da birimi yoktur. İnce yapı sabiti yani α’da böyledir. Ve tıpkı π gibi, α da çeşitli fizik denklemlerinde ortaya çıkar.

Birimi olmayan sabitlerden birisi de Plank sabitidir. Plank sabiti (h), ışık hızı (c) ve bir elektronun taşıdığı elektrik yükü (e) bir araya geldiği zaman ortaya çıkar. Bu üç sabit birbirine oranlandığında, tüm birimler birbirini götürür. Sonuç, h.c/e2 yaklaşık 137,036’ya eşit olur. .

137 Sayısı Fizikte Nerede Karşımıza Çıkar?

137,036 sadece ilgi çekici değil, aynı zamanda önem­lidir. Çünkü tersi, e2/h.c = 1/137.03599920611 biçimindedir. Bu sayıda yaklaşık olarak 0,007’ye eşittir. Bu sayıya bağlan­ma sabiti denir; yüklü parçacıkları elektromanyetik enerjinin kuantum taşıyıcıları olan fotonlara bağlar.

İnce yapı sabitinin arkasındaki matematik

İnce yapı sabitinin en önemli özelliği doğanın temel sabitlerinden üçünün birleşimi olmasıdır. Bu da onu görelilik, elektromanyetizma ve kuantum mekaniği gibi fiziğin kilit alanlarının kesişme noktasında götürmektedir. Bu değişmez sayı yıldızların nasıl yandığını, kimyanın nasıl gerçekleştiğini ve hatta atomların var olup olmadığını belirler. İnce yapı sabiti elektronlar ve protonlar gibi temel parçacıklar arasındaki elektromanyetik kuvvetlerin gücünü gösterir. Madde ve ışıkla ilgili formüllerde karşımıza çıkar.

İlk olarak 1915 yılında Alman fizikçi Arnold Sommerfeld tarafından keşfedilen ince yapı sabiti  başlangıçta 0.00729 olarak kabul edilmekteydi. Ancak 1929’da, 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 uzun süre meşgul etti. Pauli’nin konuya olan ilgisi aşağıdaki söylemi ile daha net anlaşılacaktır.

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

Wolfgang Pauli

İnce Yapı Sabiti Ne İşe Yarar?

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. İzole edilmiş bir atom, çizimin üst kısmında gösterildiği gibi, belirli dalga boylarında ışık yayar. 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

Doğa neden bu rakamda ısrar ediyor?

Onca sayısal değer içerisinden neden 137? Kimse bilmiyor. Bu fizikçilerin günün birinde yanıtını bulmayı ümit ettikleri bir soru. İnce yapı sabiti, Arnold Sommerfeld tarafından gerçekleştirilen hidrojen atomunun kuantum mekaniksel yapı çözümlemesinde belirdiği 1916 yılından bu yana gizemini koruyor.

Adından anlaşıldığı üzere, sabitmiş gibi görünüyordu. İlerleyen yıllarda yapılan araştırmalarda, eğer değeri farklı olsaydı, yaşam için gereken karmaşıklıkta bir evrenin asla mümkün olamayacağı ortaya çıktı. Ama yine de hiç kimse, onun gerçekten sabit olması için iyi bir neden bulamadı.

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 çıkıyor. Bu bağlamda, 1/137 sayısı, Büyük Birleşik Teori’nin ipuçlarını içeriyor olabilir…



Kaynaklar ve İleri Okumalar:


Dip Not:

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 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.

Bu Yazılarımıza da Bakmanızı Öneririz