Çerez Niyetine Feynman Diyagramları- I
Fizikle uzun zamandır ilgilenenlerimiz, bunun yanında henüz Feynman diyagramları hakkında bilgi sahibi olmayanlarımız, çokça rastladıkları bu dalgalı ve fiyakalı çizgileri anlamlandırmak istemişlerdir. Bu çizgiler bizler için ne anlam ifade etmeli? Onları doğru anlamanın yolları nelerdir? Esasında temel olarak bu diyagramların anlaşılması, o kadar da zor değildir. Hadi başlayalım!Richard Feynman. Bu isim, bilime verilmiş armağanlardan biridir. Henüz yirmili yaşlarında, Trinity adlı, dünyanın ilk nükleer bomba denemesi ile son bulan Manhattan Projesi'nde görevlendirilen bu adam, renkli kişiliği, olağanüstü merakı ve zeki bir fizikçi olmasının yanında, çeşitli eğlence mekânlarında bongo çalmış, resim sanatıyla da uğraşmıştır. Bu ne iş yaptığı belli olmayan adam, 1965'te, Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülmüştü. Bu ödülü almasında, kuantum elektrodinamiği dediğimiz, fotonların, yüklü parçacıklarla, özellikle de elektronlarla ve karşı parçacıkları (elektriksel yük olarak ters işaretli parçacıkları; örneğin, elektron (-) yüklü iken pozitron (+) yüklü elektron olarak kendisini gösterir) olan pozitronlarla etkileşimi üzerine olan çalışması oldukça etkili olmuştur. Kısaca açıklamak gerekirse, Feynman diyagramları, parçacıklar bozunduğunda veya diğer bazı parçacıklarla etkileşime girdiğinde temel olarak ne olduğunu, ne bekleyebileceğimi zi gösteren şemalardır.
Ankara'dan İstanbul'a uçacak olan bir uçağın hareketini düşünelim. Havaalanında durmakta olan uçak, hepimiz için duruyordur. Evet; uçak duruyor. Yolcular henüz yerlerini almaya başlamış, herhangi bir hareket hissetmiyorlar. Ancak bir dakika! Uçak, yolcular, arka koltuklardan birindeki yaşlı adamın elindeki kafeste bulunan muhabbet kuşu, havaalanı, havaalanının bulunduğu şehir, şehrin bulunduğu ülke, Dünya, Güneş Sistemi, Samanyolu, galaksi kümeleri ve daha sayamayacağımız nice obje, esasında hareket ediyor; ancak tam olarak bilgisine sahip olmadığımız, günlük yaşantımız içinde çokça karşılaştığımız 3 boyuttan farklı bir boyutta: zamanda. Zamanda hareket etmek de ne demek? Aslında şu anda yaptığımız, yapmak zorunda olduğumuz ve daima geçmişten geleceğe doğru yapacağımız şey.
Uçak, uzayda hareket etmemektedir; ancak -açıkladığımız gibi- zamanda hareket etmektedir. Şimdi, burada birazdan kullanacağımız bir grafik için hazırlık yapalım. Kullanacağımız grafik, zaman ve konum arasındaki ilişkiyi gösterecek olan grafiktir. Yani herhangi bir cismin, örneğin masanın üzerindeki telefonumuzun, zamanla nerede, nerelerde bulunduğunu gösterecek olan grafik.
Ancak artık şaşırmayacağımız biçimde, kuantum dünyasında, tabii ki de işler farklı yürür. Kuantum dünyasının sevgili sakinlerinden, parçacıklardan bazıları, zamanda ileriye doğru olduğu gibi, geriye doğru da hareket edebilir. Bu noktada Feynman'ın farkına vardığı durum, atom-altı dünyadaki küçük uzay-zaman haritalarının, parçacıklar etkileşime girdiğinde ne olduğunun gösterilmesi ve sonuçların sistematikleştirilmesi için uygun bir yol bulunduğuydu. Esasında bu diyagramlar, beklenenden fazlasını da verdiler: farklı olayların olasılıklarının hesaplanmasında aracı oldular.
Feynman'ın bu grafik yöntemi, kuantum dünyasında, parçacıkların davranışları ile ilgili tüm olasılıkları gözümüzde canlandırabilmemizi sağlar. Aynı zamanda modern fiziğin en önemli araçlarından biri olan bu diyagramlar, basit biçimde açıklamak gerekirse, elektromanyetik kuvvet ile birbirinden uzaklaşan iki elektronun gideceği bazı olası yönleri görmemizde önemli rol oynar. Diyagramlarda rastladığımız düz çizgiler her zaman elektronları, dalgalı çizgiler ise her zaman fotonları temsil eder. Burada da zamanın bir oku vardır; zamanın, aşağıdan yukarıya doğru ilerlediği düşünülür. Diğer yandan çizgilerin birleştiği noktalar, fotonların oluştuğu veya elektron tarafından soğurulduğu, enerji olarak hapsedildiği noktalardır.
Tek foton alışverişiyle gerçekleşen elektron-elektron saçılımı
Örneğin yukarıdaki diyagramda (iki diyagram da aynı etkileşime aittir), bir elektronun bir diğeriyle etkileşimini görüyoruz. Klasik fizik açısından bakıldığında, iki elektron, birinden diğerine doğru uzanan bir ''itici elektriksel kuvvet'' sonucu etkileşirler. Birbirlerinin yollarına çıkmış olan elektronlar, bunu yaparlar ve sonra farklı birer doğrultu ve hız edinerek yollarına devam ederler, birbirlerinden uzaklaşırlar. Ancak kuantum mekaniksel açıdan ise olay çok farklıdır. Yukarıdaki diyagramın alt tarafından başlayalım (zamanın yukarıya doğru işlemesi sebebiyle). İki elektronun birbirlerine doğru ilerlediğini görüyoruz. A noktasında, soldaki elektron, bir foton yayıyor ve yoluna, başka bir doğrultuda devam ediyor; sola doğru açılarak uzaklaşıyor. Makro ölçekten bakıldığında anormal bir durum yok: iki elektron birbirine yaklaştı, etkileşti ve geri sekti. Ancak atom-altı dünyadan bakıldığında, yine durum oldukça farklıdır. Söz konusu etkileşim, esasında uzayda yol alan bir kuvvet aracılığıyla değil, bir noktada yayımlanan ve diğer bir noktada soğurulan, enerjiye dönüşen bir fotonun verilmesi yoluyla gerçekleşmiştir. Öyleyse elektronların yön değiştirmelerinin bir ''değişim kuvveti'' sonucunda gerçekleştiğini söyleyebiliriz. İşte bu yüzden bizler hep, ''Foton bir kuvvet taşıyıcısıdır.'' deriz. Şimdi bir başka diyagrama göz atalım.
İki foton alışverişiyle gerçekleşen elektron-elektron saçılımı
Burada, parçacıklar arasındaki olası sonsuz etkileşim biçimi içinden sadece birini daha görüyoruz. Yalnız, bir önceki etkileşimden bir farkla beraber: 1 değil, 2 adet foton ''takas ediliyor''. Toplamda sonuç ise yine aynı: elektronlar sapıyor. Mekanizma ise biraz daha karmaşık. Şimdi, türetebildiğimiz kadar etkileşim türetebiliriz. Görünüşe göre fizik yasaları, bu fırsatı geri tepmişe benzemiyor; zira henüz tanımlanmamış sonsuz etkileşim türü var. Diğer bir deyişle, Feynman diyagramlarının sayısında bir sınır yok. Kuantum fiziği aslında bize, böylesi olası süreçlerin tümünün gerçekleşebileceğini ve bunların farklı olasılıklarla da meydana geldiğini söyler. Şimdilik ana mekanizmayı anlamış görünüyoruz. Gelecek yazımızda, daha da derinlere ineceğiz; ancak daha anlaşılır biçimde.
Faydalı olmasını umuyoruz..
Alıntıdır...
Evrim Ağacı yazarlarına teşekkür ederiz...
#AydınAdam
0 yorum:
Yorum Gönder