Kâinattaki bilinen dört temel kuvvetten kütle çekim kuvveti ve elektromanyetik kuvvet, etkisini günlük hayatta hissettiğimiz kuvvetlerdendir. Güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet ise etkisini hissetmediğimiz, mikro ölçekte yaratılan kuvvetlerdir. Bu kuvvetler arasında en güçlüsü, adından da anlaşılacağı gibi, atom çekirdeğindeki parçacıkları bir arada tutmak için görev yapan güçlü nükleer kuvvettir.
Atomun çekirdeğinde nötronlar ve protonlar bulunmaktadır. Aynı yüklü parçacıklar birbirini iterken zıt yüklü parçacıklar birbirlerini çekerler. Yüklü parçacıklar arasındaki itme ve çekme kuvvetine “elektrostatik kuvvet” denmektedir. Atomun çekirdeğinde bulunan protonlar artı yüklü oldukları için birbirlerini iterler. Normalde bu itme kuvvetinin etkisiyle atom çekirdeğinde protonlar bir arada bulunamayacak ve atom çekirdeği parçalanacaktı. Bunun sonucunda, içinde yaşadığımız, atomlardan yaratılan maddî âlem, sebepler dairesinde var olmayacaktı. Elektrostatik kuvvet, uzaklıkla ters orantılı olduğu için yüklü parçacıkların arasındaki uzaklık arttıkça elektrostatik kuvvetin etkisi azalmaktadır. Burada nötronlar yüksüz parçacıklar olduğu için elektrostatik kuvvetin etkisini azaltmakta rol oynarlar. Protonların arasına nötronların yerleştiği durumlarda, protonlar arasındaki uzaklık artmakta ve itme kuvveti azalmaktadır.[1] Fakat yine de nötronlar, atom çekirdeğini bir arada tutabilmek için yeterli değildir. Burada ikinci bir kuvvet daha istihdam edilir. “Güçlü nükleer kuvvet” olarak isimlendirilen bu kuvvet, atom çekirdeğinin yapısını koruyan ve nükleonları (proton ve nötron) oluşturan kuarkların bir arada tutulmasına vesile olan kuvvettir.
Kuarklar Arasındaki Güçlü Nükleer Kuvvet
Atomaltı parçacıklardan olan kuarklar, temel parçacıklardır ve nükleonları oluştururlar. Proton, iki yukarı ve bir aşağı olmak üzere üç kuarktan, nötron ise bir yukarı ve iki aşağı olmak üzere üç kuarktan oluşur. Protonun içindeki kuarkların toplam kütlesi, protonun kütlesinin %1’i kadardır.[2] Atom çekirdeğinin etrafında dolaşan elektronlar ise kütlece kuarklardan daha küçük parçacıklardır.[3]
Gluonlar, güçlü nükleer kuvvetin kuarklar arasında taşıyıcılığını yapan, yani kuarklar arasındaki enerji iletimini sağlayan kütlesiz atomaltı parçacıklardır.[4]
Nükleonların yarıçapı yaklaşık 0,8 femtometredir (fm – metrenin katrilyonda biri).[5] 0,7 fm’den küçük uzaklıklarda güçlü nükleer kuvvet itici özellik gösterir. Yani bu kuvvet vasıtasıyla proton ve nötronların içindeki kuarkların birbirine yapışması önlenir. 0,7 fm’den büyük uzaklıklarda ise güçlü nükleer kuvvet çekici hâle getirilir ve bu çekim 0,9 fm’lik bir merkez-merkez mesafesinde maksimum olur. Proton ve nötronun içindeki iki kuark arasındaki mesafe 0,9 fm iken aralarındaki çekim kuvveti 16 tonluk bir kütleye etki eden kütleçekim kuvvetine eş değerdir.[6] Bu kuvvet o kadar güçlüdür ki kuarkları birbirinden ayırmak mümkün değildir. Güçlü nükleer kuvvet vasıtasıyla proton ve nötronların içindeki kuarkların birbirlerine yapışması engellendiği gibi kuarkların birbirlerinden ayrılması da engellenmektedir. Böylece proton ve nötronların yapısı korunmaktadır.
Nükleonlar Arasındaki Güçlü Nükleer Kuvvet
Daha büyük ölçekte bu kuvvet, proton ve nötronları bir arada tutar ve atom çekirdeğinin parçalanmasını önleyerek çekirdeğin dengesini korumaya vesile olur. Güçlü nükleer kuvvet, nükleonlar arasında çekim kuvveti olarak etki gösterir. Bu kuvvet aynı tip nükleonlar arasında etkili olduğu gibi, proton ve nötron arasında da güçlü bir nükleer çekim kuvveti vardır. 0,9 fm’den 2 fm mesafeye kadar güçlü nükleer kuvvet, orantılı olarak azalır. Parçacıkların merkezden merkeze uzaklıkları 2 fm’yi geçince bu kuvvet etkisini kaybetmeye başlar. Elektrostatik itme kuvveti, protonlar arasındaki ayrım yaklaşık 2 ila 2,5 fm’yi aştığında, aralarındaki tek önemli kuvvet hâline gelir, çekirdeğin dengesi bozulur ve atom çekirdeği bölünmeye başlar. Bu tür davranışı, radyoaktif elementlerin atom çekirdeklerinde görmekteyiz. Uranyum, plütonyum, toryum gibi radyoaktif elementlerin çekirdekleri, fazla sayıda protona sahip oldukları için güçlü nükleer kuvvetin etkisi belli bir süre sonra kaybolmaya başlar ve baskın itme kuvvetinin etkisiyle çekirdeğin dengesi bozulur. Böylece nükleonlar, çekirdekten ayrılır ve radyasyon yayılmasına sebep olur.
Güçlü nükleer kuvvet olmasaydı etrafımızdaki bütün atomlar, radyoaktif elementlerin atomları gibi bir davranış sergileyecek, bu atomların çekirdekleri parçalanacak, ayrılan nötron ve protonlar vücudumuzdan geçerek öldürücü bir radyasyon etkisine sahip olacaktı. Yani pek farkında olmadığımız bu kuvvete bizi koruma vazifesi de yaptırılmaktadır.
Güçlü nükleer kuvvet, nükleonlar arasında, mezonlar vasıtasıyla taşınır. Başka bir atomaltı parçacık olan mezon, kuark ve antikuarktan (kuarkın zıt yüklü, karşı parçacığı) oluşan proton ve nötrondan küçük bir parçacıktır.
Görüldüğü gibi, var edilen bütün kuvvetler gibi güçlü nükleer kuvvetin de faaliyet göstermesinde, çeşitli atomaltı parçacıklar istihdam edilir.
Bediüzzaman Hazretleri bu parçacıkların vazifelerine şu şekilde dikkat çeker: “… zerre, acz ve cümuduyla beraber şuurkârane büyük vazifeleri yapmakla, büyük yükleri kaldırmakla Vâcibü’l-Vücud’un vücuduna kat’î şehadet ettiği gibi, harekâtında nizamat-ı umumiyeye tevfik-i hareket edip her girdiği yerde ona mahsus nizamatı müraat etmekle, her yerde kendi vatanı gibi yerleşmesiyle Vâcibü’l-Vücud’un vahdetine ve mülk ve melekûtun mâliki olan zatın ehadiyetine şehadet eder. Yani zerre kimin ise, gezdiği bütün yerler de onundur.”[7]
Bahsi geçen kuvvetler itibaridir, haricî varlıkları yoktur ve şuursuz ruh gibidirler. Şuur sahibi melekler, diğer varlıklarda yaptıkları vazife gibi, bu kanunlara da eşlik eder, Cenab-ı Hakk’ın eşsiz icraatlarına şahit olur ve O’nu tesbih ederler.[8]
Protonlar arasındaki elektrostatik itme kuvvetini yenecek bir güç uygulanarak protonların arasındaki mesafe 2 fm ya da daha kısa mesafelere düşürülürse güçlü nükleer kuvvetin etkisiyle protonlar birbirine kaynaşırlar, dışarıdan bir güçle ayırmak neredeyse imkânsız hâle gelir (nükleer füzyon). Güçlü nükleer kuvvetin elektrostatik kuvvete diğer bir deyişle elektromanyetizmaya karşı koyabilmesinin sebebi, tabiatta en güçlü ikinci kuvvet olan elektromanyetik kuvvetten yaklaşık 137 kat daha güçlü olmasıdır. Ayrıca bu kuvvet, zayıf nükleer kuvvetten 1 milyon kat, kütleçekiminden 1038 kat daha güçlüdür.[9]
Güçlü nükleer kuvvetin bu kadar güçlü olmasına karşı, etki alanının maksimum 2,5 fm mesafeye kadar ulaşabilmesi, bu kuvvetin de emir altında olduğuna işaret eder. Daha fazla uzaklıklarda bu kuvvetin etkisi kaybolur. Bu durumu, bir rahmet ve hikmet cilvesi olarak düşünebiliriz. Eğer bu kuvvetin etkisi daha büyük mesafelerde geçerli olsaydı elektronların atom çekirdeğine yapışmasıyla atomun yapısı bozulacaktı. Belki büyük ölçekte birçok madde, birbirine sıkı bir şekilde yapışacak ve ayırmak neredeyse imkânsız olacaktı. Hatta bu kuvvetin etkisiyle birbiriyle sıkı bir şekilde kaynaşan maddeler, kütle artışıyla birlikte bir karadelik oluşmasına bile sebep olabilecekti.
Atomaltı parçacıkların arasındaki uzaklığa göre hem itme hem çekme özelliği göstererek maddenin temel taşı olan atomun yapısının korunmasında görevli bu kuvvet de diğer kuvvetler gibi vazifesini kusursuz olarak yerine getirmekte ve faaliyet sınırlarını aşmamaktadır.
Dipnotlar
[1] “Nuclear Stability”, www.nuclear-power.com/nuclear-power/reactor-physics/atomic-nuclear-physics/nuclear-stability/
[2] Adrian Cho, “Mass of the Common Quark Finally Nailed Down”, Science Magazine, 27 September 2014.
[3] R. Nave. “Quarks”, HyperPhysics, 29 June 2008.
[4] “gluon”, www.britannica.com/science/gluon
[5] B. Povh ve ark. Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts, Berlin: Springer-Verlag. 2002, s. 73.
[6] Tuba Sarıgül, “Güçlü ve Zayıf Nükleer Kuvvet Nedir?”, bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/guclu-ve-zayif-nukleer-kuvvet-nedir
[7] Bediüzzaman Said Nursî, Sözler, İstanbul: Şahdamar Yayınları, 2004, s. 749.
[8] A.g.e. s. 554, 555, 564. Bediüzzaman Said Nursî, Mektubat, İstanbul: Şahdamar Yayınları, 2010, s. 529.
[9] M. Strassler, “The Strengths of The Known Forces”, 30 May 2013, profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-known-forces-of-nature/the-strength-of-the-known-forces/
