Steven Weinberg – Atomalti Parcaciklar

Bu kitap, 1980 ilkbaharında H arvard Ü niversitesinde yeni çekirdek ders program ının b ir parçası olarak anlattığım ve 1981’de Texas Ü niversitesi’nde m isafir profesörken verdiğim b ir dersten filizlendi. D ersin amacı, kısaca belirtm em gerekirse, daha önce m atem atik y a d a fizik öğrenim i görm ediği varsayılan öğrencilere yirm inci yüzyıl fiziğinin büyük başarılarını öğretmeye girişm ek, böylece onlara, d ab ay en i gelişmeleri anlam aları için klasik fizik konularında -m ekanik, elektrom anyetizm a, ısı vs.- temel bilgiler verm ekti. Sanırım dersler çok İ3Ü geçti ve ders notlarım ı bir ders kitabına dönüştürm e fikrine kapıldım; fakat tüm ders malzemesini kitaba dönüştürecek zamanım yoktu. W. H. Freem an and C om pany’dan Neil Patterson, bu derste anlattığım yirm inci yüzyıl fiziğinin öyküsünün ilk kısmını Scientific Am erican okuyucularına yeni L ibrary Serisi’nin bir kitabı olarak sunm am ı önerdi; böylece bu kitap ortaya çıktı. Bu kitap, tüm olağan atom ları oluşturan temel parçacıkların, yan i elektron, proton ve nötronun keşfini ele alıyor. K itap ana batlarıyla tarihsel bir kitap olm akla birlikte önemli bir farkı var. Bilim tarihi kitaplarının çoğu, y a o bilime yabancı okuyucu için yazılm ıştır ve dolayısıyla tarihi betim lem ede biraz kabataslak ve yüzeysel olmak zorundadır ya da bilimi zaten bilen okuyucu için yazılm ıştır ve bilm eyenlere seslenmez. Bu kitap ise, klasik fizik ile tanışam am ış, fakat yirm inci yüzyıl fiziğinin tarihini oluşturan zengin düşünceler ve deneyler 3m m ağını anlayabil­ m ek için klasik fizik konusunda bir şeyler bilmek isteyen okuy ucuya sesleniyor. Bu tem el fizik bilgisi, elektriğin doğası, N ew to n ’un hareket yasaları, elektrik kuvvetleri ve m anyetik kuvvetler, enerjinin korunum u, atom ağırlıkları vb. gibi konular üzerine birçok “geriye dönüş” bölüm üyle veriliyor; tarihsel gelişimde bir sonraki noktayı anlam ak için gerekli olan h er y erde bu bölüm lerden birini bulabilirsiniz. Aslında, diğer bölüm lerin arasına serpiştirilm iş olan bu “geriye dönüş” bölüm lerinin ve tem el fizik bilgisi m alzemesinin, bu kitabı yazm am daki gizli güdüleri gösterdiğini b urada açığa vuracağım (nasıl olsa kim se önsözleri okum az). Ben bilimsel keşifleri, diğer birçok bilim adam ı gibi, yirm inci yüzyıl k ü ltü rü ­ n ün en önemli öğeleri arasında sayarım ve başka bakım lardan çok iyi yetişm iş birçok kişinin bilim in tem ellerini tanım adığı için kültürüm üzün bu kısmını kesip atm aları b ir trajedi gibi gelir bana.


Bu eğitim boşluğu, gene de şaşırtm am alıdır insanı. G enel olarak konuşursak, fizik konusunda bilgi sahibi olm ak istey en b ir öğrenci y a d a okujm cuya sadece b ir tek yol önerilir: Bilim adam ı kuşaklarının izlediği geleneksel dersler dizisini izlemelisin. Ö nce daim a m ekanik gelir; genelde bunu ısı, elektrik ve manyetizm a, ışık izler ve çeşni olarak d a biraz “m odern fizik”. Fizikçi olmayı planlayan öğrenciler için bu, ideal yol olabilir; fakat başka birçok kişi bu süreci geçilemez bir çöl gibi görebilir. O nların duyguları da anlaşılm az değildir. Biz fizikçiler tu h a f insanlarız; hesaplam alardan büyük zevk alarak standart fizik dersleri dizisi içinde eğitim yapm ayı, yani bilardo toplarının çarpışm alarını, tellerde elektrik akım larının akışım, bir te ­ leskopta ışık ışınlarının yollarını hesaplam ayı öğretiriz. Tüm öğrencilerin y a d a okuyucuların bunlardan zevk alm alarını beklem ek, piyano çalm ayı asla düşünm eyenlerin gam alıştırm ası yapm aktan hoşlanabileceği söylem ekten hiç de daha fazla m antıklı değildir. B ana öyle geliyor ki, fiziğin tem elleri hakkınd a fen bilimci olm ayanlar için yazm aya çalışan birinin önüne çık an en bü3rük engel, işte bu m otivasyon sorunudur. Benim b u sorunla uğraşırken hareket noktam şu varsa3amdı: O ku3nıcular hilardo toplarının çarpışm alarım hesaplam aktan zevk alsalar da alm asalar da, genel olarak devrim ci bilimsel d ü ­ şünceler ve günüm üzdeki keşiflerle ilgili temel bir bilgi birikimine sahip olmayı m utlaka isterler. Bu nedenle, bu kitaba tem el klasik fizik üzerine uzun b ir girişle başlam ak yerine, her konuyu, o konuyu anlam ak için gereken klasik fiziğin kavram larına ve yöntem lerine bir giriş gibi kullanarak, hem en yirm inci yüzyıl fiziğinin b ir dizi tem el konusunun içine dalm aya davet ediyorum . ilk konu, temel parçacıkların ilkinin, y an i elektronun keşfidir. J . J . Thom son ve diğerlerinin b u keşfe yol açan deneylerini anlayabilm ek için, okuyucu, Nevvton’un hareket yasalarım , enerjinin korunum unu ve elektrik kuvvetleriyle m anyetik k uvvetleri öğrenmelidir. Bir sonraki konu, atom ik büyüklüklerin ölçüm üdür; b u rad a okuyucu m ekanik hakkında daha fazla bir şeyler öğrenir ve kim yanın tadına varır.

Ve bu böyle sürer gid e r… Esas nokta, yirm inci yüzyıl fiziğinin gelişimini anlam ak için hangi özel kavram ların ve yöntem lerin gerekli olduğunu ortay a çıkarm ak ve okuyucudan, klasik fiziğin ve kim yanın sadece o yanlarını öğrenm esini istem ektir. Şurası bir gerçek ki, bu tü r bir kitapta tem el fizik ilkelerinin ele alınma sırası, bir fizikçinin ahşkm olduğu mantıksal sıradan farklı olabilir. Örneğin, genellikle enerjiyle aynı zam anda anlatılan m om entum kavramına, bu kitapta atom çekirdeğinin keşfine gelinceye kadar gerek duyulm ayacaktır; dolayısıyla o zamcuıdan önce ele alınmayacaktır. Konuların buradaki gibi yeniden sıralanışının bir sakınca yaratacağını sanmıyorum. K endi deneyimlerimden yola çıkarak söylersem, fizik ve m atem atik hakkında bildiklerimin çoğunu, sadece kendi çalışmamı yapm ak için bir şeyler öğrenmem gerektiğinde ve bunun için başka çıkar yol olmadığmd a öğrenmiştim. Aynı şeyin birçok bilim adam ı için geçerli olduğunu sanıyorum. Dolayısıyla bu tü r bir kitap, çalışan bilim adam ­ larının eğitiminde, fen bilimlerinde uzm anlaşacak öğrenciler için tasarladığımız birçok kitap ve dersten daha yararlı olabilir. U m udum o ki, bu kitap, bilimin bilim adamı olm^^yanlara a n ­ latılması yolunda bir katkı sağlasın. Bu konudaki düşüncelerim in doğru olup olmadığım, zam an ve okuyucu söyleyecektir. H e r şey yolunda gider ve ben yirm inci yüzyıl fiziği üzerine bu kitap dizisini sürdürm eye karar verirsem , b ir sonraki kitap görelilik ve kuantum kuram ı hakkında olacak ve b u rad a anlatılan klasik fiziğe dayanacaktır. Bu kitap fen konusunda hiçbir birikimi olmayan ve aritm etik dışında m atem atik bilmeyen okuyucuların anlayabileceği biçim ­ de yazılm ıştır. M etinde, soyut simgeler yerine kelimelerle ifade edilmiş çok önemli birkaç denklem verdim sadece. Cebirle bir sıkıntısı olm ayan okuyucular için, kitabın ana m etninde anlatılan akıl yürütm eyi tem ellendiren bazı hesaplam alar Ukler’de verilm ektedir. Bu kitap esasen fen bilimci olm ayanlar için yazılm ış olsa da, fizikçi arkadaşlarım tarafından bile ilginç bulu nabilecek bir y a ­ nı var. B urada anlatılan büyük bilimsel başarılar, bizim son k eşiflerimizin fışkırdığı toprağ;ın büyük bir parçasını oluşturuyor.

Ö rneğin en azından ben. H arv ard ve T exas’ta dersler vermeye başladığım da yirm inci yüzyıl fiziğinin erken geçmişi üzerine sadece bulanık fikirlere sahiptim; birçok fizikçi m eslektaşım için de aynı şeyin geçerli olduğunu sanıyorum . Ü m it ederim ki, bilim adam ları bu hitaptaki (fiziği değilse bile) tarihin bir kısmını aydınlatıcı bulur. A yrıca bilim tarihi öğrencileri ve uzm anlarının d a bu kitaptan zevk alacaklarını um uyorum ; fakat onlardan özel b ir özür dilemeliyim. B u tü r b ir kitapta yirm inci yüz3ulda fizik alanında gerçekleştirilen devrim lere yol açan zengin etki yum ağım çözerek bunun tam hakkım verm ek olanaksızdır. B urada bütün y a ­ pabildiğim, bana klasik ve m odern fiziğin öğelerini anlatm a fırsatı verebilecek birkaç ana deneysel ve kuram sal keşifler dizisini ortaya koym aktı. K uşkusuz tarihsel h atalar yapm aktan kaçınm aya çalıştım; fakat m alzeme seçimi ve sunuş sıreisı, tarihin olduğu k ad ar bilim ­ sel anlatının da dikkate alınmasıyla düzenlenm eliydi. Bu kitabın tarih araştırm alarına bir katkı olarak düşünülm esini asla amaçlam ıyorum .Yazım ı süresince, Thom son, R utherford, M illikan, M oseley, C hadw ick ve başkalarının birçok klasik makalesini okudum ; fakat birçok bölüm için de, kitabın sonundaki kaynakçada belirtilen ikincil kaynaklardan yararlandım . H er bölüm ün sonunda y er alan notlarda, m etinde tartışılan klasik m akalelerin bazılarına ve özel olarak güvendiğim yeni çalışm alara atıflar yaptım . Basım aşam asında kitabı okum ada gösterdikleri dostça işbirliği nedeniyle H ow ard Boyer, A ndrew Kudlacik, Neil Patterson ve G erard Piel’e gönül borcum var. Yayım a hazırlam adaki özeni ve birçok yararlı önerisi için Aidan Kelly de teşekkürü hak etm iştir. H arv ard ’da bu dersi ilk kez okuttuğum da Paul Bamb erg ’den değerli yardım lar aldım. Bu kitabın değişik kısım larını okum a ve yorum lam a zahm etine katlandıkları için 1. B ernard Cohen, Peter G alisen, G erald H olton, A rth u r M iller ve Brian P ip p ard ’a içten teşekkürlerim i sunm ak isterim .

C an sıkıcı olabilecek birçok tarihsel hata onların yardım larıyla giderildi. Steven W einberg Austin, Texas M ayıs 1982 Giriş ve Güncelleme Y akında D allas’ın güney kırlarında yeni b ir bilimsel cihazın kurulm asına başlanacak. Bu cihaz Şüperiletken Süper Çarpıştıncı, veya S S C y a da sadece Süper Ç arpıştıncı olarak adlandırılryor. Bu yapının ölçeği olağanüstü. E ğer her şey yolunda gider ve para desteği sürerse, T exas’m Ellis C ounly beldesinin çiftliklerini ve küçük kasabalarını barındıran Austin Chalk ve Taylor M arl boyunca yaklaşık 60 kilometre uzunluğunda oval bir tünel kazılacak. Bu tünelin içine boylu boyunca havası boşaltılmış b ir çift boru döşenecek. S üper Çarpıştıncı işlemeye başladığında, her boru, tüm atom çekirdeklerinde bulunan ve elektrikçe yüklü olan protonlardan oluşan bir dem et taşıyacak. Bu iki proton demeti zıt yönlerde oval yörüngeyi dolanıp dururken, elektrom anyetik dalgalar protonları 20 trilyon elektron-voltluk eşi görülmemiş jâiksek enerjilere hızlandıracak. Havası boşaltılmış halkasal boruları saran binlerce güçlü m ıknatıs iki proton demetini odaklayacak ve doğru yörüngeleri izleyecek şekilde onları eğecek. Tünelin içinde çeşitli istasyonlarda dem etler kafa kafaya çarpıştırılacak ve bazıları savaş gemisi büjtiiklüğünde olan devasa cihazlar çarpışm alarda yaratılan parçacık sağanaklarını ajnklayacak. D eneysel fizikçi grupları, üretilen verileri inceleyerek m addenin yeni şekillerinin işaretlerini, yeni kuvvetleri ve bizi tüm fiziksel olayları yöneten yasalara götürebilecek ipuçlarını araştıracak. S üper Ç arpıştıncı’mn, çalışm aya hazır olduğunda, b ir süre dünya basınının ilgi m erkezi haline geleceğini söyleyebiliriz. Fi- ziksel bilimlere, öyle y a d a böyle, ilgisi olan herkes Ellis beldesinden gelen en son haberleri bilmek isteyecek. Bu böyle olm azsa yazık olur. Bilim yirm inci yüzyıl kültürünün en parlak y a n ­ larından biridir ve (en azından, biz fizikçilerin hissettiği gibi) her aydın kişinin dikkatini çekmelidir.

Ayrıca, S üper Çarpıştırıcı’nm tutarının çoğunu A m erika Birleşik Devletleri nin vergi yüküm lüleri ödeyecek ve paralarının karşılığını da herhalde alacaklardır. Gene de, halkın ilgisinin yeni bir bilimsel araca böylesine ani b ir şekilde odaklanm asında rahatsız edici bir şey var. R ichard Feynm an’ın bir zam anlar, halkın büyük kısm ının d aima bilim hakkında en son haberleri bilmek istemesinin, fakat daha önceleri neler olduğunu öğrenm e konusunda pek istekli olmamasının nedenini anlam adığına ilişkin bir şeyler söylediğini hcitırlıyorum. N e olursa olsun, bilimsel ilerlemenin öyküsü, her şeyden önce bir öyküdür ve bir öykünün sonraki bölüm lerini okum ak d a daha önceki bölüm lerde olanlar hakkında bir şeyler söylemeye yardım cı olur. S üper Çarpıştırıcı, bir süredir devam eden b ir öyküye aslında bir bölüm daha ekleyecek. Bu çarpıştırıcı, artık Temel P arçacıkların Standart M odeli dediğimiz bir fizik kuram ındaki boşlukları doldurm ak ve daha önemlisi, S tandart M odel’in temelini oluşturan daha derin bir kuram a yol açabilecek ipuçlarını sağlamak için tasarlanm ıştır. S tandart M odel yeni b ir şey değildir; 1960 sonları ile 1970 başları arasında birçok kuram cının çalışmasıyla esas olarak bugünkü yapısına kavuşturulm uş ve 70’li yıllar boyunca yapılan deneylerle doğrulanm ıştır. Bu y ü zyılın fiziğinde çok gerilere uzanan köklere sahiptir.

.

PDF Kitap İndir

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir