Neden Anti Yerçekimi Yok?

Newton'un kütle çekiminde tüm kütleler birbirini çeker; diğer kütleyi itebilecek bir "negatif kütle" yoktur. Einstein'ın genel göreliliğinde ise madde ve enerji, uzay-zamanı büker ve uzay-zamanın eğriliği yerçekimi olarak deneyimlenir. Negatif kütle veya hatta bir tür negatif enerji olsaydı, uzay-zamanın diğer yönde "bükülebileceğini" ve bir tür anti-yerçekimi oluşturacağını hayal edebilirsiniz. Ancak Evrenimiz bu şekilde çalışmıyor. Bu gerçek, yerçekimini elektromanyetizma gibi hem çekici hem de itici özelliklere sahip diğer kuvvetlerden çok farklı kılar. Peki neden "anti-yerçekimi" diye bir şey olamaz?

Evrende bilinen dört temel kuvvet olmasına rağmen, en büyük kozmik ölçeklerde önemli olan yalnızca bir tanesi vardır: Kütle çekim. Diğer üç temel kuvvet, protonları ve nötronları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet, radyoaktif bozunumlardan ve kuarklar ile leptonlar arasındaki her türlü "tür değişiminden" sorumlu olan zayıf nükleer kuvvet ve nötr atomların oluşmasına neden olan elektromanyetik kuvvet; kozmik ölçeklerde büyük ölçüde önemsizdir. Bunun nedeni basit: Büyük parçacık kümelerini bir araya topladığınızda, diğer kuvvetlerin tümü büyük mesafelerde dengelenir. Bu üç kuvvetin etkisi altında madde büyük ölçeklerde "nötr" görünür ve herhangi bir net kuvvet mevcut değildir.

Ama yerçekimi için durum farklıdır. Aslında yerçekimi bu anlamda benzersizdir. Yerçekiminde yalnızca "pozitif" yükler vardır, yani pozitif miktarda kütle ve/veya enerjiye sahip şeyler. Bunların arasında, yerçekimi kuvveti yalnızca çekicidir ve bu nedenle kümülatif olarak gerçekten toplanabilir. Peki neden başkası değil de bu şekilde? Alex Gebethner'ın bilmek istediği şey bu ve sormak için yazıyor:

“Benim gibi sıradan insanlara uzay-zamanı açıklamak için kullanılan yaygın model, çarşafın üzerindeki bowling topudur. Topun ağırlığı düz tabakayı deforme eder ve yakındaki daha küçük nesneleri çeker. Ancak çarşafın çok benzer bir nesne tarafından diğer yönde (çarşaf benzetmesini devam ettirecek olursak yukarıya doğru) deforme olması ve nesneleri deformasyon noktasından uzağa itmesi mantıklı görünmektedir. Ancak bunun gerçekleştiğini hiçbir zaman gözlemlemiyoruz. Neden? Uzay-zaman neden yalnızca tek bir yönde (yer çekimi yönünde) bükülüyor?”

Yukarıda genel göreliliğin “klasik” örneği yer alıyor: uzayın (ve uzay-zamanın) yalnızca bir kumaş olduğu ve hem kütlesiz hem de büyük nesneler de dahil olmak üzere tüm nesnelerin bu doku içinde var olduğu fikri. Bir yerde ne kadar fazla kütleye (ve/veya enerjiye) sahipseniz, o kütlenin/enerjinin varlığı nedeniyle uzay o kadar fazla kıvrılır ve dolayısıyla kumaşın deforme olma miktarı da o kadar fazla olur. Uzayın bu bölgesinde hareket eden herhangi bir nesne için, o uzayın eğriliği (yani dokunun bozulduğu miktar ve yön), hem büyük hem de kütlesiz tüm varlıkların bu bölgede nasıl hareket edeceğini belirler.

Şimdi pek çok insan bu resme itiraz edecek çünkü Uzayı üç boyutlu yerine iki boyutlu olarak tasvir ediyor, uzayın deformasyonunu (veya eğriliğini) “aşağı” yöndeymiş gibi gösterir, sanki bu deformasyona yerçekimi neden oluyormuş gibi (yataktaki bowling topu gibi) ve büyük bir kütleden uzakta bile uzayın artık hiç bükülmediği görülüyor.

Bunların hiçbiri doğru değil ve bu nedenle bu itirazlara sahip olanlarınız için, uzayı üç boyutlu bir ızgara olarak görselleştirmenizi tavsiye edeceğim. Ancak, tüm çizgilerin her üç boyutta da karşılıklı olarak dik olduğu "Kartezyen" bir ızgara yerine, bunu, sanki birisi bir grup ipi kapmış gibi, çizgilerin kütlelerin varlığı tarafından içe doğru "emildiği" bir ızgara olarak düşünün. Kartezyen bir ızgara oluşturup hepsini tek bir noktaya çekiyordu.

Göz önünde bulundurmamız gereken en büyük soru, yerçekiminin neden itici bir şekilde çalışamayacağıdır: Nesneler yalnızca çekim yapar; yer çekimine karşı görünmüyorlar. Sanki uzay yalnızca tek bir yöne doğru "bükülebilir": şeyleri itici değil, çekici kılan yön. "2 boyutlu çarşaf" benzetmesinde, madde ve enerji uzayın yalnızca "aşağı" bükülmesine neden olur, asla "yukarı" bükülmesine neden olmaz ve dolayısıyla itme değil, yalnızca çekim vardır. "3 boyutlu ızgara" benzetmesinde, madde ve enerji bu çizgilerin yalnızca "içe doğru" çizilmesine neden olur, asla "dışarıya" çizilmesine neden olmaz ve yine, itme değil, yalnızca çekim vardır. Bunun, yerçekimini yalnızca dikkat çekici değil, aynı zamanda benzersiz kılan şeyin doğrudan özüne inen derin ve önemli bir nedeni var. Dört temel kuvvet: Evrende yerçekimsel "yük" türü için yalnızca bir "işaret" vardır: Pozitif olan.

Bunu bir dakikalığına düşünün, çünkü bu genellikle yerçekimini kavrama şeklimiz değildir. Yerçekimi yüklerinden bahsetmiyoruz; Yer çekimi söz konusu olduğunda “kütle”, “enerji” gibi şeylerden bahsediyoruz. Ancak var olduğu kanıtlanmış hem makroskobik hem de kuantum düzeyindeki tüm fiziksel varlıklar arasında şimdiye kadar keşfedilen "negatif kütle" veya "negatif enerji" diye bir şey yok. Genel olarak kütle ve enerji her zaman pozitif olmalıdır.

Bunu elektromanyetizma gibi bir kuvvetle karşılaştırdığınızda farkı hemen göreceksiniz. Elektrik yükü gibi bir olgu söz konusu olduğunda, yalnızca "tek tip" bir yüke sahip değilsiniz; iki tane var: pozitif (+) ve negatif (-). Elektromanyetizma kurallarına göre:

Pozitif ve pozitif yükler birbirini iter,

Pozitif ve negatif yükler birbirini çeker,

Negatif ve negatif yükler birbirini iter ve

Negatif ve pozitif yükler birbirini çeker.

Başka bir deyişle, elektromanyetik kuvvetin işareti (her bir parçacık noktasına net kuvvetin hangi yönde olduğu), yüklerin olup olmadığına bağlıdır. benzerdirler (bu durumda iterler) veya zıttırlar (bu durumda çekerler).

Elektromanyetik kuvvetin, yerçekimi kuvvetinden çok daha güçlü olduğu ortaya çıktı: iki (pozitif yüklü) protonu birbirine yakınlaştırırsanız birlikte ve (itici) elektrik kuvvetini ölçtük ve bunu (çekici) yer çekimi kuvvetiyle karşılaştırdığınızda, itmenin yaklaşık ~1036< faktörüyle kazandığını görürsünüz. a i=4> veya yazılı olarak 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

Peki neden evrene yerçekimi kuvveti yerine elektrik kuvveti hakim olmuyor?

Cevap, Evrenin elektriksel olarak nötr olduğu, pozitif yük miktarının ve negatif yük miktarının dengelendiğidir. Atomlar elektriksel olarak nötrdür; çekirdeğin pozitif elektrik yükü, yörüngesindeki elektronların negatif elektrik yüküyle tam olarak dengelenir. Gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de ağırlıklı olarak atomlardan oluşur ve genel olarak elektriksel olarak nötrdür. Yerçekimi kuvvetinin bu kadar önemli olmasının nedeni (muhtemelen son derece büyük kozmik ölçeklerdeki tek önemli kuvvet), çok küçük olmasına rağmen kümülatif olmasıdır. Yalnızca tek bir tür yer çekimi yükü vardır ve o da zamanla birikir.

Diğer iki (nükleer) kuvvetin de büyük ölçekleri etkilemesi yasaktır. Zayıf nükleer kuvvet için, kuvvete son derece büyük parçacıkların aracılık ettiği gerçeğidir: W ve Z bozonları. Bu parçacıklar, zayıf etkileşimi yaşayan parçacıklardan çok daha büyük olduğundan, bu etkileşimler çok güçlü bir şekilde bastırılır. Zayıf etkileşimler tipik olarak yalnızca (kararsız) bir başlangıç ​​durumundan (daha kararlı) bir son duruma kadar kuantum tünelleme süreci aracılığıyla ilerleyebilir. Daha uzak mesafelerde baskılama daha büyüktür ve atomaltı parçacıktan daha büyük ölçeklerde zayıf etkileşim hiçbir rol oynamaz.

Güçlü nükleer kuvvet için ise durum biraz daha karmaşıktır. Güçlü kuvvete gluonlar aracılık eder ve gluonlar (elektromanyetik kuvvete aracılık eden) fotonlar gibi kütlesizdir. Yerçekimi kuvvetinin (tek tür yüke sahip olan) veya elektromanyetik kuvvetin (iki tür yüke sahip olan) aksine, güçlü nükleer kuvvet aslında hepsi birbiriyle ilişkili üç tür yüke sahiptir. Güçlü kuvvet söz konusu olduğunda genellikle bir renk benzetmesi kullanırız; burada:

Kırmızı, yeşil ve mavi üç renktir,

Camgöbeği, macenta ve sarı üç anti-renktir,

Bir rengin ve onun karşıt renginin (kırmızı ve camgöbeği, yeşil ve macenta, mavi ve sarı) renksiz olduğu,

ve üç rengin (kırmızı+yeşil+mavi) veya üç karşıt rengin (camgöbeği+macenta+sarı) birleşimi de renksiz bir kombinasyon oluşturur.

Agora Bilim Pazarı

Hastalıkların Patofizyolojisi

Yayınevi: Palme Yayınevi
Boyut: 17 x 25
Sayfa Sayısı: 758
Basım: 6
ISBN No: 9786054414901

Devamını Göster

₺1,111.00

Satın Al Tüm Ürünler

Temel parçacıklar arasında yalnızca kuarklar ve gluonlar renklidir ve kuarklar ve antikuarkların var olabileceği tek durumlar renksiz durumlardır: baryonlar (üç kuark), anti-baryonlar (üç antikuark), mezonlar (kuark-antikuark kombinasyonları) ve daha fazlası tetrakuarklar (iki kuark ve iki antikuark) ve pentakuarklar (dört kuark ve bir antikuark veya dört antikuark ve bir kuark) gibi karmaşık, daha kısa ömürlü durumlar.

Kozmik ölçekte bu bizi yalnızca yerçekimiyle baş başa bırakıyor. Tüm kütleler pozitiftir, tüm enerjiler pozitiftir ve uzaydaki eğriliği belirleyen, tüm konumlardaki uzaydaki kütle/enerji olduğundan ve uzaysal eğrilik yerçekimini belirlediğinden, yerçekimi kuvveti her zaman çekici olmalıdır.

Şimdi, (görünüşe göre) sahip olduğumuz Evren budur: bildiğimiz Evren. Ancak çok farklı bir Evren hayal edebilirdik: Negatif kütlenin ya da negatif enerji durumlarının var olabileceği bir Evren. Benzer yüklerin birbirini ittiği ve karşıt yüklerin çektiği elektromanyetik kuvvetin aksine, yerçekimi tersine dönecektir:

Pozitif kütle/enerji durumları pozitif kütle/enerji durumlarını çekecektir,

Pozitif kütle/enerji durumları negatif kütle/enerji durumlarını itecektir,

Negatif kütle/enerji durumları, negatif kütle/enerji durumlarını çeker ve

negatif kütle/enerji durumları pozitif kütle/enerji durumlarını çekecektir.

Negatif kütle/enerji durumları gerçekliğimizin bir parçası olsaydı, onları çok akıllıca ve önemli şekillerde manipüle edebilirdik. Negatif durumları, bizi yer çekimi kuvvetinden "koruyacak" şekilde hareket ettirebilir ve serbest düşüşe gerek kalmadan ağırlıksızlığı deneyimlememize olanak sağlayabiliriz.

Ancak temel düzeyde konuşulacak negatif kütle/enerji durumları yoktur. Kozmolojik sabitin (yani karanlık enerjinin etkilerinin) ölçülmesiyle belirlendiği üzere, boş uzaya özgü toplam enerji miktarı pozitiftir - küçük ama sıfırdan büyüktür - ve uzaydan uzaklaştırabileceğiniz veya uzaydan alabileceğiniz hiçbir şey yoktur. bu enerjiyi sıfırdan küçük (yani negatif) bir değere getirin. Elbette, bir bölgede diğerine göre daha düşük enerji durumları yaratmak için uzayı manipüle edebilirsiniz ve bu fenomeni etkili bir şekilde negatif (ortalama kütle/enerji durumuna göre) bir enerji bölgesi oluşturmak için kullanabilirsiniz, ancak bu yine de yerçekimi kuvvetinin olduğu bir bölgedir. çekici. Sadece çevredeki bölgelere göre “daha ​​az çekici”.

Arabanızda uçan bir helyum balonu varsa ve frene basarsanız, tüm yolcular öne doğru fırlayacak, ancak balon arkaya doğru yüzecektir. Bunun nedeni balonun Newton'un "hareket halindeki bir nesnenin hareket halinde kalması" yasasını ihlal etmesi değil, arabadaki (daha yoğun, daha ağır) havanın (daha az yoğun, daha hafif) helyum balonundan daha güçlü bir şekilde "hareket halinde kalmasıdır. ^[1]Ortalamadan daha az kütleye/enerjiye sahip bir şeyin negatif bir yerçekimi kaynağı gibi davranabileceği anti-yerçekimine sahip olduğumuz tek anlam budur: "daha pozitif" olan bir şeye kıyasla negatif. Negatif kütle veya negatif enerji durumlarının var olabileceğini gösteren bir tür yeni fizik keşfedilmediği sürece veya keşfedilene kadar, anti-yerçekimi, en azından temel düzeyde, yalnızca matematiksel bir merak olarak kalacaktır.