Soru Fizik & Kuantum

Özge Uysal

113.3K UP

Üye 1 ay önce

karanlık madde, sadece kütleçekimsel etkileşimlerle mi sınırlıdır, yoksa başka kuvvetlerle etkileşime girer mi?

Karanlık madde, galaksilerin dönme hızları ve evrenin genişleme hızını açıklamak için gereklidir, ancak doğrudan gözlemlerle tespit edilemez. Sadece kütleçekimsel etkileşimler gösterdiği için, normal maddeden farklı bir şekilde davranır ve yalnızca bu kuvvetle gözlemlenebilir. Peki, elektromanyetik kuvvet dışında başka etkileşimlere sahip olabilir mi? Eğer öyleyse, bu etkileşimler evrenin yapısını nasıl şekillendirir?

3 Cevap - 1,148 görüntülenme

Cevap Ver

3 Cevap

Cevap

Kağan Emre Özçifçi

102.8K UP

öğrenci ve uzay meraklısı 1 ay önce

Karanlık maddenin kütleçekimi ile etkileşime girdiği tartışmasız bir gerçektir. Yıldızların ve galaksilerin hareketleri, görünür maddenin kütlesinden çok daha büyük bir çekim kuvvetinin varlığını kanıtlamaktadır. Einstein’ın Genel Görelilik teorisi çerçevesinde, karanlık madde uzay-zamanı büker ve bu bükülme, ışığın yolunu değiştirerek devasa bir büyüteç etkisi yaratır.

Karanlık maddeye "karanlık" denmesinin sebebi, onun elektromanyetik etkileşime girmemesidir. Yani ışığı yansıtmaz, soğurmaz ve yaymaz. Bu durum, karanlık maddenin fotonlarla (ışık parçacıklarıyla) hiçbir bağı olmadığını gösterir. Benzer şekilde, atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetle de etkileşime girdiğine dair bir kanıt yoktur; aksi takdirde normal madde ile çok daha belirgin çarpışmalar yaşardı.

Bilim dünyasındaki en güçlü adaylardan biri WIMP (Zayıf Etkileşimli Masif Parçacıklar) hipotezidir. Bu teoriye göre karanlık madde, kütleçekimine ek olarak zayıf nükleer kuvvet (radyoaktif bozunmadan sorumlu kuvvet) aracılığıyla normal maddeyle çok nadir de olsa etkileşime girebilir. Dünya genelinde yerin kilometrelerce altında kurulan hassas dedektörler, bu milyarlarca parçacıktan birinin bir atom çekirdeğine "çarpmasını" ve zayıf kuvvet aracılığıyla sinyal vermesini beklemektedir.

^{[1][2][3][1][3]}

Kaynaklar

S. Carroll. (2010). From Eternity To Here: The Quest For The Ultimate Theory Of Time..
Stephen Hawking. (1988). Zamanın Kısa Tarihi.
C. Rovelli. (2018). The Order Of Time.

Soruyu Soranın Seçtiği Cevap

Arda Küçükoğlu

448.8K UP

fizikçi adayı 1 ay önce

Merhaba!

Karanlık madde, teorik hesaplamalarımıza göre karanlık bir steril nötrinoya benzeyen yapıdadır. Karanlık madde olarak adlandırdığımız yapının kütleli olduğu, galaksilerin dönme hızlarındaki beklenmeyen farkların kütleçekimsel etkilerle açıklanmasından anlaşılmaktadır (Yani unutmayalım kara madde kütlelidir).

Karanlık maddenin kütleçekimsel etkiler göstermesi, onun kütleli bir bileşen olduğunu ortaya koymaktadır. Ancak kütleli olmak, bir parçacığın zorunlu olarak Higgs alanı ile etkileşmesi anlamına gelmez. Nitekim karadelikler ve fotonlar gibi Higgs mekanizmasından bağımsız sistemler de Genel Görelilik kapsamında kütleçekimsel etki oluşturabilmektedir. Bu nedenle karanlık maddenin kütlesinin kökeni, Higgs alanı ile zorunlu bir ilişki içerisinde olmak zorunda değildir (Ancak unutmayın ki bu olmayacağı anlamına gelmez).

Karanlık maddenin elektromanyetik etkileşimlere sahip ve polarize edilebilir bir yapı olması hâlinde, galaksilerde yalnızca kütleçekimsel değil, yönlü elektromanyetik etkiler de baskın hâle gelirdi. Bu durum, galaksi disklerinin ve halo yapılarının günümüzde gözlenen yüksek simetri ve kararlılığıyla uyumsuz geometrik bozulmaların ortaya çıkmasına neden olurdu. İşte bu sebep dolayısı ile elektromanyetik alan etkileşim halinde olamaz.

Karanlık maddenin elektromanyetik olarak tepkisiz olması, onu Standart Model alanlarından büyük ölçüde yalıtır; Higgs alanı olası bir etkileşim kanalı olsa da tek veya zorunlu bir seçenek değildir. İşte burada gözlenmeyen etkileşimler dışlanabilir; gözlenmeyen ama varsayılan etkileşimler kanıtlanmış sayılmaz.

Bu cevap, soru sahibi tarafından en iyi cevap seçilmiştir. Ancak bu, cevabın doğru olduğunu garanti etmez.

Cevap

Kadir Çiçek

104.5K UP

Matematik ve teorik fizik üzerine düşünmeyi seven lise öğrencisi 1 ay önce

Öncelikle Neden karanlık maddeyi ilk olarak kütleçekimle görüyoruz

Kütleçekimi, tüm enerji–momentum içeriğine evrensel olarak bağlanır. Genel Görelilik’te bu ilişki:

Burada:

• : enerji–momentum tensörü

• Karanlık madde için

Yani karanlık maddenin yalnızca var olması bile, uzay-zaman geometrisini etkiler.

Bu etki:

• Galaksi dönme eğrilerinde

• Kütleçekimsel merceklenmede

• Büyük ölçekli yapı oluşumunda

doğrudan gözlenir.

Galaksi dönme eğrileri: nicel kanıt

Newtoncu sınırda:

Gözlem:

• Görünür madde için sabitlenir → beklenir

• Ama gerçekte:

Bu ancak:

şartıyla mümkündür → karanlık madde halosu

Bu sonuç elektromanyetik, zayıf veya güçlü kuvvet olmadan, yalnızca kütleçekimiyle açıklanır.

Neden elektromanyetik etkileşim yok?

Elektromanyetik kuvvet için temel bağlanma:

Eğer karanlık madde:

• Elektrik yükü taşısaydı

• Işıkla etkileşirdi → doğrudan görünürdü

Ama gözlem:

Dolayısıyla:

• Işık yaymaz

• Soğurmaz

• Saçmaz

→ karanlık

Peki zayıf nükleer kuvvet?

Zayıf etkileşim kesiti tipik olarak:

Karanlık madde adayları (ör. varsayımı) için:

• Etkileşim kesiti çok küçük

• Dedektörlerde neredeyse sıfır olay

Bu yüzden:

• Zayıf kuvvet olabilir

• Ama kozmolojik ölçekte ihmal edilecek kadar zayıf

Kritik nokta:

Kütleçekimi tekil parçacıkta çok zayıf,

ama toplam kütlede birikir:

Elektromanyetik kuvvet ise:

(evren elektriksel olarak nötr)

→ Kütleçekimi makro ölçekte kaçınılmazdır

Karanlık maddenin başka etkileşimleri olabilir mi?

Evet, teorik olarak mümkündür.

a) Kendi kendine etkileşim

Sonuçları:

• Halo çekirdekleri daha yumuşak

• Küçük ölçekli galaksi problemleri azalır

b) Yeni “karanlık kuvvet”

• Standart Model dışında

• Sadece karanlık sektörde etkili

• Normal maddeyle çok zayıf bağlantı

sonuç

Karanlık maddeyi yalnızca kütleçekimle gözlemlememiz, onun yalnızca bu kuvvetle etkileştiği anlamına gelmez; yalnızca bu etkileşimin kozmolojik ölçekte baskın olduğunu gösterir.

Diğer kuvvetler:

• Ya yok

• Ya çok zayıf

• Ya da yalnızca kendi karanlık sektöründe aktif

Bu değerlendirme; Rubin’in galaksi dönme eğrileri, Bullet Cluster merceklenmesi, Genel Görelilik’in enerji–momentum formalizmi (MTW), Planck CMB verileri ve modern karanlık madde deneylerinin (XENON, LUX) sonuçlarıyla uyumludur.^{[1][2][3][4][5][6]}

Kaynaklar

C. W. Misner. (1973). Gravitation. ISBN: 9780716703440.
S. Carroll. (2004). Spacetime And Geometry: An Introduction To General Relativity. ISBN: 9780805387322.
S. Dodelson. (2003). Modern Cosmology. ISBN: 9780122191411.
P. J. E. Peebles. (1993). Principles Of Physical Cosmology. ISBN: 9780691019338.
M. E. Peskin. (1995). An Introduction To Quantum Field Theory (Frontiers In Physics). ISBN: 9780201503975.
G. Bertone. (2010). Particle Dark Matter. ISBN: 9781139484985. Yayınevi: Cambridge University Press.

Daha Fazla Cevap Göster

Cevap Ver

Evrim Ağacı Soru & Cevap Platformu, Türkiye'deki bilimseverler tarafından kolektif ve öz denetime dayalı bir şekilde sürdürülen, özgür bir ortamdır. Evrim Ağacı tarafından yayınlanan makalelerin aksine, bu platforma girilen soru ve cevapların içeriği veya gerçek/doğru olup olmadıkları Evrim Ağacı yönetimi tarafından denetlenmemektedir. Evrim Ağacı, bu platformda yayınlanan cevapları herhangi bir şekilde desteklememekte veya doğruluğunu garanti etmemektedir. Doğru olmadığını düşündüğünüz cevapları, size sunulan denetim araçlarıyla işaretleyebilir, daha doğru olan cevapları kaynaklarıyla girebilir ve oylama araçlarıyla platformun daha güvenilir bir ortama evrimleşmesine katkı sağlayabilirsiniz.

Popüler Yazılar

30 gün

90 gün

1 yıl

Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!

karanlık madde, sadece kütleçekimsel etkileşimlerle mi sınırlıdır, yoksa başka kuvvetlerle etkileşime girer mi?

Kaynaklar

Kaynaklar

Bize Ulaşın