Bu Reklamı Kapat
Sorulara Dön
11

Fotonlar kuvveti nasıl taşıyor?

Fotonlar elektromanyetik kuvvetin kuvvet taşıyıcısı. Peki foton bu kuvveti nasıl taşıyor? Yani yüklü parçacıklara ne yapıyor da parçacıklar birbirini çekiyor ya da itiyor?
  • Soruyu Takip Et
  • Raporla
1 Cevap
Cevap
Soner Albayrak
Soner Albayrak Fizik doktoruyum

Bu soruyu ve cevabını anlamak için önce başka bir soru sorup cevaplayacağım, bu şekilde çok daha net olacağını umuyorum.

Soru şu: niçin pozitif elektrik yüklü iki elektron birbirini elektromanyetik olarak iterken pozitif kütleli iki cisim birbirini kütleçekimi ile çekiyor? Sonuçta elektromanyetik etkileşim için elektrik yükü neyse kütleçekim etkileşimi için de kütle o!

Bu Reklamı Kapat

  1. Newton fiziğinde bu soruyu cevaplayamayız. Bir etkileşimi ifade eden kuvvet kanunlarında kuvvetin işaretinin ne olacağını teorik olarak değil deneysel olarak biliyoruz, örneğin Newton'un kütleçekimi kanunu olarak geçer, ve ile kütleli iki cisim arasındaki kuvveti verir. Buradaki Newton'un kütleçekim sabiti ve işareti negatif: negatif işaretli olduğu için de kütleler birbirini çekiyor. Fakat bu işaretin negatif olmasının teorik bir anlamı yok, biz deneysel olarak böyle gözlemlediğimizden bu işareti negatif alıyoruz, değerini de yine deney ile belirliyoruz.
  2. Elektromanyetik etkileşimi ele alalım. Sadece Maxwell denklemlerine bakacak olursak teorik olarak bir şey diyebilmemiz çok karışık duruyor, fakat aslında bu denklemlerde gizli bir simetri var: Lorentz simetrisi. Bu simetri özel görelilik'in matematiksel karşılığı ve gerçekten de tarihsel olarak Einstein Özel göreliliği tanıtmadan önce Maxwell denklemlerinde zaten bu simetri vardı (hatta sanırım Einstein biraz da buradan ilham aldı). Maxwell denklemlerinde bu simetri olmasına rağmen mühendisliklerdeki yazılımı (4 farklı denklem olarak, Faraday kanunu Gauss kanunu vb) aslında bu simetrinin gözükmesini engelliyor. Bu simetriyi anlamak, yani özel göreliliği anlamak, teorik olarak bir etkileşimin sonucu ortaya çıkacak kuvvetin çekeceğini mi yoksa iteceğini mi tahmin edebilmemizi sağlayacak!
  3. Denklemlerde simetri olup da bu simetrinin gözükmemesinin ne olduğunu açayım. Örnek olarak size iki tane denklem vereyim: ve . Böyle yazıldıklarında x ve y karışık fonksiyon gibi duruyorlar fakat aslında sistemde gizli bir simetrisi var (bu ismin ne olduğunu bilmenize gerek yok). Bir başka deyişle bu iki denklemi şu tek denklem şeklinde yazabiliriz: . Burada z dediğim x ve y'den oluşan karmaşık bir sayı: . İsteyen z'nin tanımını denkleme koyup ilk verdiğim iki denklemi türetebilir.
  4. Gizli simetrinin ne olduğunu anladıktan sonra Maxwell denklemlerine geri dönelim. Bu denklemlerde de aslında özel göreliliğin simetrisi var, ve gerçekten de bu denklemleri özel göreliliğe uygun bir şekilde türetmek mümkün. Bunun için Maxwell denklemlerini Lagrangian'ı olan bir terimden türetiyoruz (bu ifadenin ne demek olduğunu anlamamıza gerek yok).
  5. Peki Lagrangian ne? Bu fizik denklemlerini türetmek için yüzyıllardır kullanılan (ve hala modern fizikte de kullanılan) bir yöntem. Klasik fizikte de var kuantum fiziğinde de, kısaca her etkileşim ve parçacık için bir Lagrangian yazıyor ve bu Lagrangian'ın türevlerini alarak da o etkileşimin hareket denklemlerini hesaplıyoruz. Elektromanyetik için özel görelilik Lagrangian'ın olması gerektiğini söylüyor. Diyelim ki bir yüklü parçacık elektromanyetik kuvvet ile etkileşiyor, onu da Lagrangian'a diye bir terim ekleyerek temsil ediyoruz. Bu şekilde iki parçacığın elektromanyetik etkileşimden dolayı maruz kaldığı potansiyel enerjiyi hesaplayacak olursak bu potansiyelin işareti pozitif çıkıyor: yani aynı yüklü parçacıklar etkileşince potansiyel enerji artıyor, demek ki aynı yüklü parçacıklar elektromanyetik olarak birbirini itmeli!
  6. Newton'un kütleçekimi kanununda 'in negatif olması kütleçekim etkileşimindeki kuvvetin çekme olduğunu gösteriyordu, fakat teorik olarak bizim 'yi pozitif almamak için hiçbir sebebimiz yok. Yani teori aslında çekim olduğunu tahmin etmiyor. Diyebilirsiniz ki aynısını elektromanyetik etkileşim için de yapabiliriz, Lagrangian'ı alacağımıza alırız. Fakat bu teorik olarak tutarlı değil: bu terimin içinde bir kinetik enerji katkısı da var, ve kinetik enerji teriminin pozitif işaretli gelebilmesi için değil almamız gerekiyor. Eğer parçacığın kütlesi pozitif ve hızı reel sayıysa da kinetik enerjisi pozitif olmak zorunda, yani özel görelilik elektromanyetik etikeşim sonucu aynı kütleli parçacıkların birbirlerini çekmesi gerektiğini söylüyor!
  7. Şimdiye kadar sadece klasik fizikten bahsettik, fakat aslında kuantum fiziğinde bütük etkileşimleri bir defada çözebiliyoruz. Özel göreliliği kuantum fiziğiyle birleştirdiğimizde kuantum alan teorisi kullanmamız gerektiği ortaya çıkıyor (yoksa nedenselliği kaybediyoruz), kuantum alan teorisinde de bütün etkileşimler elektromanyetik etkileşimde olduğu gibi bir kuantum alanının Lagrangian'ıyla tasvir edilebiliyor. Örneğin gluonlar bulunmadan önce atomun içinde protonları bir arada tutan güçlü kuvvetin pion denilen parçacıklar ile taşındığı varsayılıyordu. Bu parçacıkların Lagrangian'ı ve bu parçacıklar ile etkileşime giren protonlar için potansiyel enerji hesaplandığında işareti negatif çıkıyor: protonlar güçlü kuvvet ile birbirini çeker! Yine Einstein'ın kütleçekimini de benzer bir şekilde modellersen Newton'un deneysel olarak aldığı şeyi biz teorik olarak hesaplayabiliyoruz: aynı işaretli kütleler birbirini çeker!
  8. Aslında hiç kuantum fiziğini karıştırmadan klasik fizikte de bu hesapları yapabiliriz, fakat niçin alanlarla çalıştığımızı tam olarak motive edemeyiz. Kuantum fiziğine geçince nedensellikten dolayı alanlarla çalışmak zorunda kalmamız işleri kolaylaştırıyor.
  9. Aynı yüklü parçacıklar için Pion'lar sonucu etkileşim çekim, fotonlar sonucu itim, graviton sonucu çekim. Aslında bu tesadüf değil. Hesapta dikkat edersek potansiyel enerjinin önündeki işaret olarak geliyor, burada dediğimiz kuvvet taşıyıcı parçacığın spin'i. Pion'lar spinsiz, çekiyor. Foton spin-1, itiyor. Graviton spin-2, çekiyor. Doğada spin-3 bir parçacık olsaydı (ya da yarın bir gün bulursak) onun etkileşimi sonucu aynı yüklü parçacıkların birbirini iteceğini şimdiden öngörebiliriz.
  10. Özet olarak özel görelilik ve kinetik enerjinin pozitif olması, potansiyel enerjinin işaretini belirliyor. Buradan da kuvvetin çekeceğini ya da iteceğini söyleyebiliyoruz.

Bu kadar ara bilgiden sonra artık soruya dönebiliriz. Klasik fizikte, etkileşimi sağlayan zaten alanlar (elektromanyetik alan vs), kuvvet taşıyıcısı foton falan yok. Kuantum fiziğinde bu taşıyıcı parçacıklar var, ve bunların etkileşimi sayesinde yüklü parçacıklar birbirlerini çekiyor ya da itiyor. Hangisinin olacağını fotonların oluşturduğu potansiyel enerjiye bakıp karar veriyoruz: potansiyel enerjinin işareti pozitifse (yani parçacıklar birbirlerine yaklaştıkça potansiyel enerji artacaksa) parçacıkları birbirini itecektir, negatifse de tam tersi: sonuç olarak parçacıklar potansiyel enerjilerini azaltma eğilimindedirler. Fakat kuantum fiziğinde, foton bir elektronla bir pozitron arasında mekik dokuyup bunları birbirlerine çekiyormuş gibi düşünemeyiz. Bu tarz bir tasvir klasik fiziğin parçası; klasik fizikte foton zaten yok. Kuantum fiziğinde fotonun konumunu bilemeyiz, üstelik bu fotonu parçacıklar arası gidip bunları ip gibi çekiyor diye düşünmek de tamamen yanlış. Olan şey şu: foton yüklü parçacıklar arasında bir etkileşim yaratıyor, bu etkileşim de parçacıklar arasında bir potansiyel enerji oluşturuyor. Parçacıklar da potansiyel enerjilerini düşürmek için birbirlerine doğru hareket ediyorlar.

İlgilisi Zee'nin kuantum alan teorisi kitabının 1.5'inci bölümüne bakabilir. Burada anlattığım şeyin matematiksel hesabını yapıyor.

139 görüntülenme

Kaynaklar

  1. A. Zee. (2021). Quantum Field Theory In A Nutshell. ISBN: 978-0-691-14034-6.
3
  • Raporla
Daha Fazla Cevap Göster
Cevap Ver
İlginizi Çekebilecek Sorular
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.
Sorulara Dön
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 katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nda reklamları 2 şekilde kapatabilirsiniz:

  1. Ücretsiz üye girişi yapmak: Sitedeki reklamların %50 kadarını kapatmak için ücretsiz bir Evrim Ağacı üyeliği açmanız ve sitemizi/uygulamamızı kullanmanız yeterli!

  2. Maddi destekçilerimiz arasına katılmak: Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın

Önizleme
Görseli Kaydet
Sıfırla
Vazgeç
Ara
Alıntı Ekle
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, fark edildiğinde ufku genişleten tespitler içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Formu olabildiğince eksiksiz doldurun.
Girdiğiniz sözün/alıntının kaynağı ne kadar açıksa o kadar iyi. Açıklama kısmına kitabın sayfa sayısını veya filmin saat/dakika/saniye bilgisini girebilirsiniz.
2
Anonimden kaçının.
Bazı sözler/alıntılar anonim olabilir. Fakat sözün anonimliğini doğrulamaksızın, bilmediğiniz her söze/alıntıya anonim yazmayın. Bu tür girdiler silinebilir.
3
Kaynağı araştırın ve sorgulayın.
Sayısız söz/alıntı, gerçekte o sözü hiçbir zaman söylememiş/yazmamış kişilere, hatalı bir şekilde atfediliyor. Paylaşımınızın site geneline yayılabilmesi için kaliteli kaynaklar kullanın ve kaynaklarınızı sorgulayın.
4
Ofansif ve entelektüel düşünceden uzak sözler yasaktır.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
5
Sözlerinizi tırnak (") içine almayın.
Sistemimiz formatı otomatik olarak ayarlayacaktır.
Gönder
Bu Eseri Neden Tavsiye Ediyorsun?
Aşağıdaki kutuya, isimli neden tavsiye ettiğini girebilirsin. Ne kadar detaylı ve kapsamlı bir analiz yaparsan, bu eseri [OKUMAK/İZLEMEK] isteyenleri o kadar doğru ve fazla bilgilendirmiş olacaksın. Tavsiyenin faydalı bulunması halinde Evrim Ağacı kullanıcılarından daha fazla UP kazanman mümkün olacak. Tavsiyenin sadece negatif içerikte olamayacağını, eğer bu sistemi kullanıyorsan tavsiye ettiğin içeriğin pozitif taraflarından bahsetmek zorunda olduğunu lütfen unutma. Yapıcı eleştiri hakkında daha fazla bilgi almak için burayı okuyabilirsin.
Tavsiye Et