Büyük Tasarım

90
3.  Zayıf  Nükleer  Kuvvet.  Radyoaktiviteye  neden  olur.  Erken 
evrendeki ve yıldızlardaki elementlerin oluşmasında hayati bir gö­
revi vardır. Ancak günlük yaşamımızda bu kuvvetle karşılaşmayız.
4.  Güçlü  Nükleer  Kuvvet.  Atomun  çekirdeğindeki  protonla­
rı  ve  nötronları  bir  arada  tutar.  Ayrıca  protonların  ve  nötronların 
kendilerini  de  bir  arada tutar;  bu  önemlidir  çünkü proton ve  nöt­
ronlar  da  kuark  adını  verdiğimiz  çok  daha  küçük  parçacıklardan 
oluşmaktadır.  Güçlü  nükleer  kuvvet  güneş  ve  nükleer  güç  için 
enerji  kaynağıdır,  ama  zayıf  nükleer  güçte  olduğu  gibi  onunla  da 
doğrudan bir ilişkimiz yoktur.
Kuantum  uyarlaması  yapılan  ilk  kuvvet  elektromanyetiz­
ma  olmuştur.  Kuantum  elektrodinamiği  veya  kısaca  KED  deni­
len  elektromanyetik  alanın  kuantum  kuramı  1940’larda  Richard 
Feynman  ve  diğerleri  tarafından  geliştirildi  ve  bütün  kuantum 
alan kuramlarına model oluşturdu. Belirtmiş olduğumuz gibi kla­
sik  kuramlarda  kuvvetler  alanlar  tarafından  aktarılırlar.  Ancak 
kuantum  alan  kuramlarında  kuvvet  alanları,  bozon  denilen  çeşit­
li  temel  parçacıklardan  oluşmuştur;  bozonlar  kuvvet  taşır,  mad­
de  ve  parçacık  arasında  gidip  gelerek  kuvvetin  aktarılmasını  sağ­
larlar.  Madde  parçacıklarına  fermiyonlar  denir.  Elektronlar  ve 
kuarklar  fermiyonlara  örnektir.  Foton  veya  ışık  parçacığı,  bozo- 
na  örnektir.  Elektromanyetik  kuvveti  ileten  bozondur.  Bir  mad­
de  parçacığı  (örneğin  bir  elektron)  bir  bozon  veya  kuvvet  parça­
cığı  yayar  ve  geri  teper,  tıpkı  mermisini  fırlattıktan  sonra  geri  te­
pen  bir  top  gibi.  Sonra  kuvvet  parçacığı  bir  başka  madde  parça­
cığı  ile  çarpışarak  soğrulur  ve  o  parçacığın  hareketini  değiştirir. 
KED’e  göre  yüklü  parçacıklar  -elektromanyetik  kuvvetin  etkidi­
ği  parçacıklar-  arasındaki  bütün  etkileşim,  foton  değişimi  kavra­
mıyla tanımlanır.
KED’in  öngörüleri  test  edilmiş  ve  deney  sonuçlarıyla  büyük 
bir  uyumluluk  gösterdikleri  anlaşılmıştır.  Ancak  KED’in  gerektir­
diği  matematiksel  hesaplamaları  yapmak  zor  olabilir.  Ama  aşa­
ğıda  göreceğimiz  üzere  sorun  şudur:  Yukarıdaki  parçacık  deği­
şimi  çerçevesine  bir  kuantum  koşulu  olarak  etkileşimin  gerçek­
leşmesini  sağlayan  parçacığın  bütün  geçmişleri  içeriyor  olması­
nı  da  eklediğinizde  -örneğin,  kuvvet  parçacıkları  her  biçimde  ta­
kas  edilebilir-  matematiksel  hesaplamalar  oldukça  karmaşık  ha­
le  gelir.  Bereket  versin  ki,  Feynman  alternatif  geçmişler  kavra­
mını  -önceki  bölümde  anlattığımız  kuantum  kuramları  hakkında

---

91
düşünme  yöntemi-  geliştirmenin  yanı  sıra,  farklı  geçmişleri  açık­
lamak  için  çok  iyi  bir  grafik  yöntem  de  geliştirmiştir  ve  bu  yön­
tem günümüzde sadece KED’e değil, bütün kuantum alan kuram­
larına uygulanmaktadır.
Feynman’ın  grafik  yöntemi,  geçmişler  toplamı  içindeki  her 
kavramı  gözümüzde  canlandırabilme  olanağı  sağlar.  Feynman  di­
yagramları  denilen  bu  resimler  modern  fiziğin  en  önemli  araçla­
rından  biridir.  KED’de  bütün  olası  geçmişler  toplamı,  bir  Feyn­
man  diyagramları  toplamı  olarak  temsil  edilebilir;  diyagramlar 
elektromanyetik  kuvvet  ile  birbirinden  uzaklaşan  iki  elektronun 
gideceği  bazı  olası  yönleri  gösterir.  Bu  diyagramlardaki  düz  çiz­
giler  elektronları,  dalgalı  çizgiler  fotonları  temsil  eder.  Zamanın 
aşağıdan  yukarıya  doğru  ilerlediği  düşünülür  ve  çizgilerin  birleş­
tiği  yerler  fotonların  çıktığı  veya  elektron  tarafından  soğuruldu­
ğu  noktalara  denk  gelir.  Resimde  gördüğünüz  (A)  diyagramı  bir­
birine  yaklaşan,  bir  foton  takas  eden  ve  yollarına  devam  eden  iki 
elektronu  gösterir.  İki  elektronun  elektromanyetik  olarak  en  ba­
sit etkileşimi budur, ama biz bütün olası geçmişleri düşünmek zo­
rundayız.  Bu  nedenle  (B)  gibi  diyagramları  da  eklememiz  gere­
kir.  Bu  diyagramda  da  iki  çizgi  -iki  elektron-  birbirine  yaklaşır 
ve  iki  çizgi  birbirinden  uzaklaşır,  ama  elektronlar  birbirlerinden 
uzaklaşmadan önce iki foton takas etmişlerdir. Aşağıdaki diyag-
Feynman diyagramları Bu diyagramlar iki elektronun birbirine çarpıp saçılması sürecini gösterir.

---

92
ramlar olasılıkların ancak birkaçını resmediyor; aslında matema­
tiksel olarak açıklanması gereken sonsuz sayıda diyagram vardır.
Feynman  diyagramları  yalnızca  etkileşimin  nasıl  olabileceği­
ni  resmeden  ve  bu  etkileşimleri  sınıflandıran  zekice  bir  yöntem 
değildir.  Feynman  diyagramları,  her  bir  çizgiyi  ve  köşeyi  mate­
matiksel bir tanım olarak okumamızı sağlayan kurallar içerir. İki 
elektronun  verili  bir  başlangıç  momentumu  ile  birbirine  yaklaş­
ma ve sonunda belirli bir nihai momentumla uzaklaşma olasılığı, 
her bir Feynman diyagramının katkısının toplanmasıyla elde edi­
lir. Bu epeyce bir çalışma gerektirir, çünkü belirttiğimiz gibi son­
suz sayıda diyagram vardır. Dahası, gelen ve uzaklaşan elektron­
lara  belirli  bir  enerji  ve  momentum  verilmiş  olsa  da,  diyagramın 
içindeki kapalı döngülerde kalan parçacıklar herhangi bir enerji­
ye  ve  momentuma  sahip  olabilir.  Bu  önemlidir,  çünkü  Feynman 
toplamını  oluştururken  yalnızca  bütün  diyagramların  toplamı 
alınmaz, bütün enerji ve momentum değerleri de toplanır.
Feynman  diyagramlarının  KED  tarafından  tanımlanan  süre­
cin  olasılıklarını  görebilmek  ve  hesaplayabilmek  için  fizikçilere 
yardımı muazzam olmuştur. Ancak kuramın önemli bir sorununu 
çözmeye  yetemediler:  Sonsuz  sayıdaki  farklı  geçmişin  katkısını 
topladığınızda,  elde  edeceğiniz  sonuç  da  sonsuz  olacaktır.  (Son­
suz bir toplamdaki ardışık terimler yeterince hızlı azalırlarsa top­
lamın sonlu olması mümkündür, ancak ne yazık ki bahsettiğimiz 
durumda  böyle  bir  şey  gerçekleşmiyor.)  Özellikle,  Feynman  di­
yagramları  toplandığında  yanıt  elektronun  sonsuz  bir  kütleye  ve 
yüke sahip olduğuna işaret eder. Bu saçmadır, çünkü kütleyi ve 
yükü ölçebiliyoruz ve bunlar sonsuz değil. Bu sonsuzluklarla ba­
şa çıkabilmek için renormalizasyon (yeniden normalleştirme) de­
nilen bir yöntem geliştirildi.
Renormalizasyon  işleminde  sonsuz  ve  negatif  olarak  tanımla­
nan  nicelikler  öyle  dikkatli  matematiksel  hesaplamalarla  çıkarı­
lırlar  ki,  negatif  sonsuz  değerlerin  toplamı  pozitif  sonsuz  değer­
lerin  toplamını  neredeyse  tamamen  götürür  ve  geriye  kalan  kü­
çük  fark  gözlemlenen  sonlu  kütleyi  ve  yükü  verir.  Böyle  manev­
raları  okulda  yaptığınızda  matematik  sınavından  kalmanıza  ne­
den  olabilirler  ve  renormalizasyon  gerçekten  matematiksel  ola­
rak şüphelidir. Bu yöntemle elde edilen sonuçlardan biri, elektro­
nun kütlesi ve yükünün herhangi bir sonlu sayı olabilmesidir. Fi­
zikçilerin bir şekilde doğru yanıtı veren negatif sonsuzları seçme­
lerindeki  çıkar  bu  olabilir,  ancak  bu  işlemin  sakıncası  kuramın 
elektronun yükü ve elektriğini öngörememesidir. Ancak elektro-

---