Fizik

Neden 137 Sayısı Fizikteki En Büyük Gizemlerden Birisidir?

Evrenin gizemlerini çözmenin anahtarı nedir? Sorunun cevabı belki de 137 sayısıdır. 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. İlk olarak 1916’da tanıtılan ince yapı sabiti, ışık ile elektronlar ve müonlar gibi yüklü temel parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimin gücünü tanımlar. 

Özellikle fizikte uğraştığımız niceliklerin çoğu birimlerle ifade edilmektedir. Birimi değiştirirseniz, sayıları da değiştirmiş olursunuz. Örneğin 2 günü saat cinsinden yapmak isterseniz sayını artık 48 olur. Ancak bazı sayıların birimleri yoktur. Örneğin bir zardaki yüzeylerin sayısı tu değişse bile bu gerçek değişmez. Aynı birime sahip iki niceliğin oranı da birime sahip değildir. Maaşınız 4500 TL ev kiranız 2250 TL ise bu ikisini birbirine oranladığınız zaman sonuç 2 çıkar. İkisini de kuruş cinsinden yazsanız bile bu oran değişmez.

Kuantum dünyasında kullanılan niceliklerin çoğu da bi­rimlerle ifade edilmektedir. Ancak bazı önemli sayıların birimi yoktur. İşte boyutsuz yani birimi olmayan sabitlerden birisi de 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? İnce Yapı Sabiti Nedir?

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. Bu sayı ince yapı sabiti olarak bilinmektedir.

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 (Yunanca “alfa” – α ) 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. İnce yapı sabiti, ışık ile elektronlar ve müonlar gibi yüklü temel parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimin gücünü tanımlar. Birimleri ve boyutları olmayan bu saf sayı, standart fizik modelinin işleyişinin anahtarıdır.

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. Alfa sabiti sonraki yüzyıl boyunca fizikçileri uğraştırıp durdu.

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 bulamıyordu. Sabitlenmemiş bir sabit, kütleçekim, elektromanyetizma, güçlü etkileşim ve zayıf etkileşime ek olarak, beşinci bir kuvvetin varlığına işaret olabilirdi. Başka bir deyişle, alfa bilinmeze açılan bir pencere olabilirdi.

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, tamamen gönüllü bir ekip tarafından 2015 yılından beri yürütülen, Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmayı hedefleyen, öğretmenler tarafından kurulmuş bir bilim platformudur. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Başa dön tuşu