Doğa Bilimlerindeki Bazı Sabitler ve Korunum Yasaları

Yazan

Sina Güneyli

Sabitler ve korunum yasaları doğa bilimlerinde önemli bir rol oynarlar. Burada, bazı sabitlerin doğa bilimlerinde oy­nadığı rolü not edeceğiz.

Doğa biliminin babası olan Galileo'da herhangi bir sabit olmadığını görüyoruz. Ancak, Galileo, bir anlamda düşünce deneyi yaparak boşluğu soyutluyor ve eylemsizlik ilkesini keşfediyor: Dokunulmadan, rahatsız edilmeden hareket eden herhangi bir cisim düz bir çizgi üzerinde sonsuza ka­dar yuvarlanır.

Çekim sabiti Newton fiziğinde geçiyor. Newton'un çe­kim yasası şöyle veriliyor:

Evrende var olan herhangi bir cisim birbirlerini kütleleri­nin çarpımı ile doğru, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olarak çekerler.

Doğada, herhangi iki cismin (ister güneş ile dünyanın, isterse iki elektronun) birbirine uyguladığı çekim kuvveti çekim sabiti ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla çekim sabiti Newton fiziğini oluşturan asli bir unsurdur.

Işık hızının sabitliği özel rölativitenin temel ilkelerinden biridir ve tam olarak şöyle açıklanır:

Boşluktaki ışık hızı, birbirine ilişkin birbiçimli (üniform) hareket eden bütün koordinat sistemlerinde aynıdır.

Işığın boşluktaki hızı diye vurgulanmasının nedeni de ışığın bazı ortamlarda (örneğin suda) daha düşük hızlara sahip olmasıdır. İki koordinat sisteminin birbirine göre birbi­çimli hareket etmesi bunların birbirlerine göre sabit hızla ha­reket etmeleri, hızlarının zamanla artıp azalmaması anla­mına geliyor. Koordinat sistemlerinin birbirlerine göre hız­ları zamanla değişiyorsa işin içine ivme giriyor ve bu da ge­nel rölativitenin konusu oluyor.

Newton fiziği ile Einstein fiziği arasında şöyle bir fark var: Bir cisme çok uzun zaman boyunca bir kuvvet etki ederse bu cisim Newton fiziğinde ışık hızından daha büyük bir hıza erişebilir. Einstein fiziğinde ise böyle bir şey mümkün de­ğildir. Hiçbir maddesel cisim ışık hızında ya da ışık hızından daha büyük hızlarda yol alamaz.

Planck sabiti kuantum fiziğinde kullanılıyor. 1900 yı­lında Max Planck kara cisim ışımasını açıklamak için şu var­sayımı yaptı:

Kara cismi oluşturan atomlar harmonik osilatörler gibi davranırlar, her osilatör belli bir v frekansında osilasyon (salınım) yapar. Her osilatör, frekansıyla orantılı bir miktarda enerji alabilir veya verebilir.

Enerji=Planck sabiti x Frekans

Planck, yaptığı bu varsayımla, deneysel olarak bulunan kara cisim ışımasını açıklayabildiğini gördü. Böylece ener­jinin süreksiz olduğu kuantumlu olduğu fikri, bir daha çık­mamak üzere fiziğe girmiş oldu. Ayrıca bu sabit, kuantum mekaniğinin en temel denklemi olan Schrödinger denkle­minin de içinde yer almaktadır.

Boltzmann sabiti, istatiksel mekanikte kullanılıyor. Maxwell-Boltzmann yasasına göre, belli bir uzaysal düzen­lemede molekülleri bulma olasılığı bu düzenlemenin po­tansiyel enerjisinin negatifi ile üstel biçimde değişir.

Sabitler dışında bir de simetriler cinsinden de açıkla­nabilen korunum yasaları var:

1) Momentumun korunumu

2) Açısal momentumun korunumu

3) Enerjinin korunumu

4) Yükün korunumu

Bütün fiziksel süreçlerde bu öğeler (momentum, açısal momentum, enerji ve yük) değişmeden kalıyor. Doğada bu korunum yasalarını ihlal eden hiçbir fiziksel süreç gerçekle­şemez. Örneğin elektron daha küçük parçalara bölünemez, çünkü elektronun parçalanabileceği daha az yüklü her­hangi bir tanecik yoktur. Ancak bu korunum yasaları neden protonun bozulmadığını açıklamıyor. Kuantum mekani­ğinde bunlara ek olarak dört tane daha korunum ilkesi var. Bu ilkeler neden protonun bozulmadığını açıklayabiliyor:

5) Leptonların korunumu

6) Baryonların korunumu

7) İzotopik spinlerin korunumu

8) Garipliğin korunumu

Benzer olarak kuantum mekaniğindeki bütün süreçler bu korunum yasalarına uygun olarak gerçekleşiyor.

Doğadaki süreçlerde değişmeyen, sabit kalan, korunan bir nicelik bulmak fizikte büyük bir keşif yapmakla eş anlam­lıdır. Örneğin, özel rölativite kuramında birbirlerine göre birbiçimli hareket eden koordinat sistemleri birbirilerine Lorentz dönüşümü ile bağlıdırlar. Işık hızı Lorentz dönü­şümü altında değişmeden kalan bir niceliktir. Aynı olay ma­tematik için de fazlasıyla geçerlidir. Belli bir matematiksel dönüşüm altında değişmeden kalan bir nicelik ya da özellik bulursanız, bu niceliğe ya da özelliğe sizin adınız verilir ve böylece matematik tarihine geçersiniz.

 

Okunma 12581 kez
Bu kategorideki diğerleri: « 1 Mayıs’ın Ardından Birkaç Söz

Yorum yapın

(*) ile işaretlenmiş zorunlu alanların tümünü doldurduğunuzdan emin olun. HTML kodları kullanılamaz.