Uzaktan etki (fizik)

**Uzaktan etki** (), fizikte bir nesnenin hareketinin, başka bir nesneyle fiziksel temas halinde olmadan etkilenebileceği kavramıdır; yani, uzayda birbirinden ayrı olan nesnelerin yerel olmayan etkileşimi kavramıdır. Coulomb yasası ve Newton'ın evrensel kütleçekim yasası uzaktan etki ilkesine dayanır. Tarihsel olarak uzaktan etki, kütleçekim ve elektrik için en erken bilimsel modeldi ve birçok pratik durumda yararlı olmaya devam etmektedir.

19. ve 20. yüzyıllarda, bu fenomenleri daha hassas bir şekilde açıklamak için alan modelleri ortaya çıktı. Elektronların ve özel göreliliğin keşfi, alan teorilerine alternatif sağlayan yeni uzaktan etki modellerine yol açtı. Modern anlayışımıza göre, fiziğin tamamındaki dört temel etkileşim (kütleçekim, elektromanyetizma, güçlü etkileşim ve zayıf etkileşim) uzaktan etki ile tanımlanmamaktadır.

## Etki kategorileri
Mekanik çalışmalarında uzaktan etki, harekete neden olan madde üzerindeki üç temel etkiden biridir. Diğer ikisi doğrudan çarpışma (esnek veya esnek olmayan çarpışmalar) ve akışkanlar mekaniği veya katı mekaniğinde olduğu gibi sürekli bir ortamdaki etkilerdir. Tarihsel olarak, belirli fenomenler için fiziksel açıklamalar, yeni modeller geliştikçe zaman içinde bu üç kategori arasında gidip gelmiştir.

Uzaktan etki ve sürekli ortamdaki eylemler, su dalgaları veya esnek bir katıdaki dalgalar gibi ortam dinamikleri görünür olduğunda kolayca ayırt edilebilir. Elektrik veya kütleçekim durumunda ise hiçbir ortam gerekli değildir. On dokuzuncu yüzyılda, aradaki madde üzerindeki etkiler, bir zaman gecikmesinin gözlemlenmesi, enerjinin görünürde depolanması veya etki iletimi için makul bir mekanik model olasılığı gibi kriterlerin tümü, uzaktan etkiye karşı kanıt olarak kabul edildi. Eter teorileri, "eter" (*aether*) adı verilen (görünmez) bir ortam içindeki sürekli eylem açısından, kütleçekim ve elektromanyetizmadaki görünür uzaktan etkinin yerini alacak alternatif önerilerdi.

Makroskopik nesnelerin doğrudan çarpışması, görsel olarak uzaktan etkiden ayırt edilebilir görünmektedir. Ancak nesneler atomlardan yapılmışsa, bu atomların hacmi tanımlanmamışsa ve atomlar elektrik ve manyetik kuvvetlerle etkileşime giriyorsa, bu ayrım daha az nettir.

## Roller
Uzaktan etki kavramı fizikte birçok rolde yer alır ve her fiziksel problemin ihtiyaçlarına göre diğer modellerle bir arada var olabilir. Bir rolü, böyle bir etkinin nedenine dair herhangi bir anlayıştan bağımsız olarak, fiziksel fenomenlerin bir özeti olmasıdır. Örneğin, gezegen konumlarına ait astronomik tablolar, gezegenlerin temas veya aracı bir ortam olmaksızın etkileşime girdiğini varsayan Newton'ın evrensel kütleçekim yasası kullanılarak kompakt bir şekilde özetlenebilir. Verilerin bir özeti olarak, bu kavramın makul bir fiziksel model olarak değerlendirilmesine gerek yoktur.

Uzaktan etki, diğer modellerin varlığında bile fiziksel fenomenleri açıklayan bir model olarak da işlev görür. Yine kütleçekim durumunda, kütleler arasında anlık bir kuvvet varsaymak, kuyruklu yıldızların geri dönüş zamanının tahmin edilmesine ve Neptün gibi daha önce bilinmeyen gezegenlerin varlığının öngörülmesine olanak tanır. Fiziğin bu zaferleri, genel göreliliğe dayalı daha doğru alternatif kütleçekim modelinden on yıllarca önce gerçekleşmiştir.

Giriş seviyesindeki fizik ders kitapları, merkezi kuvvetleri (kütleçekim gibi), görelilik ve alanlar konuları tartışılana kadar, bu kuvvetlerin nedenini veya sorunlarını tartışmadan uzaktan etki tabanlı modellerle ele alır. Örneğin, kütleçekim üzerine *[[The Feynman Lectures on Physics|Feynman Fizik Dersleri]]*'ne bakınız.

## Tarihçe

### Hareket üzerine erken sorgulamalar

Fiziksel bir kavram olarak uzaktan etki; nesnelerin, mesafelerin ve bunların hareketlerinin tanımlanmasını gerektirir. Antik çağda, doğal dünya hakkındaki fikirler bu terimlerle organize edilmemişti. Hareket halindeki nesneler canlı varlıklar olarak modellenmişti. 1600 civarında bilimsel yöntem kök salmaya başladı. René Descartes, teolojiden bağımsız madde ve eylem fikirleri geliştirerek daha temel bir görüşe sahipti. Galileo Galilei, düşen ve yuvarlanan nesnelerin deneysel ölçümleri hakkında yazdı. Johannes Kepler'in gezegensel hareket yasaları, Tycho Brahe'nin astronomik gözlemlerini özetledi. Elektrikli ve manyetik malzemelerle yapılan birçok deney, kuvvetler hakkında yeni fikirlere yol açtı. Bu çabalar, Newton'ın kuvvetler ve kütleçekim üzerine çalışmaları için zemin hazırladı.

### Newton kütleçekimi

1687'de Isaac Newton, kendi hareket yasalarını, Kepler'in ampirik sonuçlarını yeniden üretebilen yeni bir matematiksel analizle birleştirdiği *[[Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica|Principia]]*'yı yayımladı. Açıklaması bir evrensel kütleçekim yasası biçimindeydi: Herhangi iki cisim, kütleleriyle doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle birbirini çeker. Böylece gezegenlerin hareketleri, büyük mesafeler üzerinden çalışan kuvvetler varsayılarak tahmin edildi.

Kuvvetin bu matematiksel ifadesi bir neden ima etmiyordu. Newton, uzaktan etkiyi kütleçekim için yetersiz bir model olarak görüyordu. Newton, kendi sözleriyle, uzaktan etkiyi şöyle değerlendiriyordu:

1700'lerin başındaki metafizik bilim insanları, Newton'ın teorisindeki açıklanmamış uzaktan etkiye şiddetle itiraz ettiler. Gottfried Wilhelm Leibniz, kütleçekim mekanizmasının "görünmez, soyut ve mekanik olmadığını" belirterek şikayet etti. Ayrıca, astronomik verilerle yapılan ilk karşılaştırmalar olumlu değildi. 1700'ler boyunca matematiksel teknikler geliştikçe, teori artan bir başarı gösterdi; Halley Kuyruklu Yıldızı'nın dönüş tarihini tahmin etti ve 1846'da Neptün gezegeninin keşfine yardımcı oldu. Bu başarılar ve 19. yüzyıla doğru bilimin giderek artan ampirik odaklanması, uzaktan etkiye duyulan hoşnutsuzluğa rağmen Newton'ın kütleçekim teorisinin kabul edilmesini sağladı.

### Elektriksel uzaktan etki

Elektriksel ve manyetik fenomenler de 1600'lerin başlarında sistematik olarak araştırılmaya başlandı. William Gilbert, bir tür elektrik atmosferi olan "elektrik eflüviyumu" (*electric effluvia*) üzerine erken teorisinde, "maddenin temas dışında hiçbir eylem gerçekleştiremeyeceği" gerekçesiyle uzaktan etkiyi reddetti. Ancak daha sonraki deneyler, özellikle Stephen Gray tarafından yapılanlar, mesafeler üzerinden elektriksel etkileri gösterdi. Gray, doğrudan temas olmadan elektrik aktarımını gösteren "elektrikli çocuk" adlı bir deney geliştirdi.

Franz Aepinus, 1759'da elektrik için bir uzaktan etki teorisinin, elektrik eflüviyumu teorisinin yerine daha basit bir alternatif sağladığını gösteren ilk kişi oldu. Bu başarıya rağmen, Aepinus'un kendisi kuvvetlerin doğasını açıklanmamış olarak görüyordu: "Uzaktan etki olasılığını varsayan doktrini onaylamadığını" belirterek, eter (*aether*) temelli teorilere geçiş için zemin hazırladı.

1785 yılına gelindiğinde Charles-Augustin de Coulomb, durgun haldeki iki elektrik yükünün, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvete maruz kaldığını gösterdi; bu sonuç günümüzde Coulomb yasası olarak adlandırılır. Kütleçekim ile olan çarpıcı benzerlik, en azından matematiksel bir model olarak uzaktan etki savını güçlendirdi.

Matematiksel yöntemler, özellikle Pierre-Simon Laplace, Joseph-Louis Lagrange ve Siméon Denis Poisson'un çalışmalarıyla geliştikçe, daha sofistike matematiksel yöntemler bilim insanlarının düşüncelerini etkilemeye başladı. Küçük test parçacıklarına uygulanan potansiyel enerji kavramı, uzaydaki kuvvetleri temsil eden matematiksel bir model olan skaler alan kavramına yol açtı. Bu matematiksel model mekanik bir ortam olmasa da, böyle bir alanın zihinsel resmi bir ortamı andırıyordu.

### Alternatif olarak alanlar

Michael Faraday, uzaktan etkinin (matematiksel) bir potansiyel alan biçiminde bile olsa, elektrik ve manyetik kuvvetleri açıklamakta yetersiz olduğunu öne süren ilk kişiydi. Ampirik bir deneyci olan Faraday, elektriksel kuvveti ileten bir ortamı desteklemek için üç neden öne sürdü: 1) bir yalıtkan üzerindeki elektrostatik endüksiyon yalıtkanın doğasına bağlıdır, 2) yüklü bir yalıtkanı kesmek her iki yarıda zıt yüklerin ortaya çıkmasına neden olur ve 3) elektrik boşalma kıvılcımları bir yalıtkanda kavis çizer. 

Bu nedenlerden dolayı, yalıtkanın parçacıklarının kutuplanmış olması ve her parçacığın sürekli eyleme katkıda bulunması gerektiği sonucuna vardı. Ayrıca mıknatıslarla deneyler yaparak demir tozlarıyla görünür hale gelen kuvvet çizgilerini gösterdi. Ancak her iki durumda da, alan benzeri modeli uzaktan etki yoluyla etkileşen parçacıklara dayanıyordu: Mekanik alan benzeri modelinin, uzun menzilli merkezi alan modelinden daha temel bir fiziksel nedeni yoktu.

Faraday'ın gözlemleri ve diğer çalışmalar, James Clerk Maxwell'i 1865'te çığır açan bir formülasyona götürdü; bu, hem statik hem de dinamik elektrik ve manyetizmayı birleştiren ve elektromanyetik radyasyonu (ışığı) içeren bir dizi denklemdi. Maxwell ayrıntılı mekanik modellerle işe başladı ancak sonunda dinamik vektör alanlarını kullanan tamamen matematiksel bir yaklaşım üretti. Bu alanların ışığı yaymak için titreşmesi gerektiği hissi, bir yayılma ortamı arayışını başlattı; bu ortama ışık saçan eter (*luminiferous aether*) veya eter (*aether*) adı verildi.

1873'te Maxwell, uzaktan etki konusunu açıkça ele aldı. Faraday'ın kuvvet çizgilerini gözden geçirdi ve Faraday'ın kendisinin bu çizgiler için bir ortam açısından mekanik bir model sunmadığına dikkatlice işaret etti. Yine de bu kuvvet çizgilerinin birçok özelliği, bu "çizgilerin yalnızca matematiksel soyutlamalar olarak görülmemesi gerektiğini" ima ediyordu. Faraday'ın kendisi bu kuvvet çizgilerini bir model, deneyciye "değerli bir yardımcı" ve daha fazla deney önermek için bir araç olarak görüyordu. 

Farklı eylem türlerini ayırt etmede Faraday üç kriter önerdi: 1) ek maddi nesneler eylemi değiştiriyor mu?, 2) eylem zaman alıyor mu? ve 3) alıcı uca bağlı mı? Faraday, elektrik eylemi için her üç kriterin de karşılandığını biliyordu, ancak kütleçekimin yalnızca üçüncü kriteri karşıladığı düşünülüyordu. Maxwell'in zamanından sonra, enerjinin iletimi olan dördüncü bir kriter eklendi ve bunun da elektriğe uygulandığı ancak kütleçekime uygulanmadığı düşünüldü. Yeni kütleçekim teorilerinin ortaya çıkmasıyla, modern açıklama kütleçekime ek nesnelere bağımlılık dışındaki tüm kriterleri verecektir.

### Alanların uzay-zamana dönüşmesi

Maxwell'in alan denklemlerinin başarısı, 19. yüzyılın sonlarında elektrik, manyetik ve kütleçekimsel alanları öncelikle mekanik modellerle temsil etmek için çok sayıda çabaya yol açtı. Mevcut fenomenleri açıklayan hiçbir model ortaya çıkmadı. Özellikle, Dünya'nın bağıl hızıyla yıldızların konumundaki kayma olan yıldız sapıncı için iyi bir model yoktu. En iyi modeller, Dünya hareket ederken eterin durağan olmasını gerektiriyordu, ancak Dünya'nın eter içindeki hareketinin etkisini ölçmek için yapılan deneysel çabalar hiçbir etki bulamadı.

1892'de Hendrik Lorentz, Maxwell'in kesinlikle makroskopik sürekli teorisi yerine, gelişmekte olan mikroskobik moleküler modele dayanan değiştirilmiş bir eter teorisi önerdi. Lorentz, durağan bir eter içindeki hareketli tekil elektronların karşılıklı etkileşimini araştırdı. Maxwell denklemlerini bu şekilde yeniden türetti ancak kritik bir şekilde, süreç içinde denklemleri hareketli elektronların koordinatlarında dalgayı temsil edecek şekilde değiştirdi. Dalga denklemlerinin, belirli bir ölçekleme faktörü kullanılarak dönüştürülmesi durumunda aynı forma sahip olduğunu gösterdi:
\gamma = \frac{1}{\sqrt{1-(u^2/c^2)}}.
Burada u hareket eden elektronların hızı ve c ışık hızıdır. Lorentz, bu faktörün durağan bir eter içindeki hareketli maddeye bir uzunluk büzülmesi (*length contraction*) olarak uygulanması durumunda, deneylerle uyumlu olarak eter içindeki hareketin herhangi bir etkisini ortadan kaldıracağını belirtti.

1899'da Henri Poincaré, eter modelinin savunucuları tarafından varsayılan mutlak hareketin görelilik ilkesi tarafından yasaklandığını göstererek eterin varlığını sorguladı. Lorentz tarafından kullanılan dönüşümü Lorentz dönüşümü olarak adlandırdı ancak bunu u bağıl hızına sahip iki eylemsiz referans sistemi arasındaki bir dönüşüm olarak yorumladı. Bu dönüşüm, elektromanyetik denklemlerin her düzgün hareket eden eylemsiz sistemde aynı görünmesini sağlar. Daha sonra 1905'te Albert Einstein, zamanın eşzamanlılığına ve sabit ışık hızına uygulanan görelilik ilkesinin Lorentz dönüşümünü kesin olarak öngördüğünü gösterdi. Bu özel görelilik teorisi hızla modern uzay-zaman kavramı haline geldi. Böylece başlangıçta uzaktan etkiden çok farklı olan eter modeli, yavaşça basit boş uzayı andıracak şekilde değişti.

1905'te Poincaré, bir cisimden yayılan ve ışık hızında ilerleyen kütleçekimsel dalgaların, Lorentz dönüşümleri gereği gerekli olduğunu öne sürdü ve ivmelenen bir elektrik yükünün elektromanyetik dalgalar üretmesine benzer şekilde, göreli bir kütleçekim alan teorisindeki ivmelenen kütlelerin de kütleçekimsel dalgalar üretmesi gerektiğini öne sürdü. Ancak 1915'e kadar kütleçekim, hala uzaktan etki ile tanımlanan bir kuvvet olarak ayrı duruyordu. O yıl Einstein, görelilik ile tutarlı bir uzay-zaman alan teorisi olan genel göreliliğin kütleçekimi açıklayabileceğini gösterdi. Bu teoriden kaynaklanan yeni etkiler kozmoloji için dramatik olsa da, gezegen hareketleri ve Dünya üzerindeki fizik için küçüktü. Einstein'ın kendisi de Newton'ın "muazzam pratik başarısına" dikkat çekmiştir.

## Modern uzaktan etki

20. yüzyılın başlarında, Karl Schwarzschild, Hugo Tetrode ve Adriaan Fokker birbirlerinden bağımsız olarak özel görelilikle tutarlı, anlık olmayan uzaktan etki modelleri geliştirdiler. 1949'da John Archibald Wheeler ve Richard Feynman, yeni bir alansız elektromanyetizma teorisi geliştirmek için bu modellerin üzerine inşa ettiler. Maxwell'in alan denklemleri genel olarak başarılı olsa da, hareketli bir elektronun alanla etkileşime girdiği Lorentz modeli matematiksel zorluklarla karşılaşır: Alan içindeki hareketli nokta yükün öz enerjisi sonsuzdur. Elektromanyetizmanın Wheeler-Feynman soğurucu teorisi bu öz enerji sorununu ortadan kaldırır. Onlar, elektron ivmesine direnen görünür kuvvet olan Abraham-Lorentz kuvvetini, evrendeki diğer tüm mevcut yüklerden geri dönen gerçek bir kuvvet olarak yorumladılar.

Wheeler-Feynman teorisi, zaman oku ve kuantum yerelsizliğinin doğası hakkında yeni düşüncelere ilham verdi. Teorinin kozmoloji için çıkarımları vardır; kuantum mekaniğine genişletilmiştir. Benzer bir yaklaşım, genel görelilikle tutarlı alternatif bir kütleçekim teorisi geliştirmek için de uygulanmıştır. John G. Cramer, kuantum mekaniğinin işlemsel yorumunu (*transactional interpretation*) oluşturmak için Wheeler-Feynman fikirlerini genişletti.

## "Uzaktan hayaletvari etki"

Albert Einstein kuantum mekaniğinin gelişiminde çok önemli bir rol oynamasına rağmen, teoriyi hiçbir zaman tam olarak kabul etmedi. Doğru tahminler yaptığını kabul etse de, doğanın daha temel bir tanımının mümkün olması gerektiğine inanıyordu. Yıllar boyunca bu yönde birçok argüman sundu, ancak en çok tercih ettiği argüman 1930'da Bohr ile yaptığı bir tartışmaya dayanıyordu. Einstein, iki nesnenin etkileşime girmesine ve ardından birbirlerinden çok uzak bir mesafeye ayrılmasına izin verildiği bir düşünce deneyi önerdi.

İki nesnenin kuantum mekaniksel tanımı, dalga fonksiyonu olarak bilinen matematiksel bir varlıktır. Etkileşimlerinden önce iki nesneyi tanımlayan dalga fonksiyonu verilirse, Schrödinger denklemi etkileşimlerinden sonra onları tanımlayan dalga fonksiyonunu sağlar. Ancak daha sonra kuantum dolanıklığı (*quantum entanglement*) olarak adlandırılacak durum nedeniyle, bir nesneyi ölçmek, ne kadar uzakta olursa olsun diğer nesneyi tanımlayan dalga fonksiyonunda anlık bir değişikliğe yol açacaktır. Dahası, ilk nesne üzerinde hangi ölçümün yapılacağının seçimi, ikinci nesne için hangi dalga fonksiyonunun ortaya çıkabileceğini etkileyecektir.

Einstein, hiçbir etkinin ilk nesneden ikinciye anlık olarak (ışık hızından hızlı) yayılamayacağını savundu. Aslında, fiziğin bir şeyi diğerinden ayırt edebilmeye bağlı olduğunu ve bu tür anlık etkilerin bunu sorgulanır hale getireceğini savundu. İkinci nesnenin gerçek "fiziksel durumu"nun ilkine yapılan bir eylemle hemen değiştirilemeyeceği için Einstein, dalga fonksiyonunun o gerçek fiziksel durum olamayacağı, yalnızca eksik bir tanımı olduğu sonucuna vardı.

1947'de Einstein, Max Born'a yazdığı bir mektupta kuantum teorisinden duyduğu memnuniyetsizliği dile getirdi. "Kuantum mekaniğine ciddi olarak inanamıyorum" diye yazdı, "çünkü teori, fiziğin zaman ve uzayda, uzaktan hayaletvari etkilerden (ya da *uzaktan ürkünç etkiler*den; *spooky actions at a distance*) arınmış bir gerçekliği temsil etmesi gerektiği fikriyle bağdaştırılamaz."

1964'te John Stewart Bell, Bell teoreminin ilk versiyonunu kanıtlayarak kuantum dolanıklığı analizini çok daha ileri taşıdı. Bell teoremi bağlamında "yerel", bir parçacığın yalnızca yakın çevresinden etkilenebileceği ve fiziksel alanlar aracılığıyla gerçekleşen etkileşimlerin ışık hızından daha hızlı yayılamayacağı fikri olan yerellik ilkesi anlamına gelir. "Saklı değişkenler", kuantum teorisine dahil olmayan ancak yine de deneylerin sonucunu etkileyen, kuantum parçacıklarının varsayılan özellikleridir. Bell'in sözleriyle, "Eğer [bir saklı değişken teorisi] yerel ise kuantum mekaniği ile uyuşmayacaktır ve eğer kuantum mekaniği ile uyuşuyorsa yerel olmayacaktır."

Orijinal makalesinde Bell, dolaşık bir çiftin iki ayrı parçacığı üzerinde bağımsız olarak ölçümler yapılırsa, sonuçların her bir yarıdaki saklı değişkenlere bağlı olduğu varsayımının, iki ölçümdeki sonuçların nasıl ilişkili olduğuna dair matematiksel bir kısıtlama ima ettiğini çıkarsadı. Böyle bir kısıtlama daha sonra Bell eşitsizliği olarak adlandırılacaktı. Bell daha sonra kuantum fiziğinin bu eşitsizliği ihlal eden korelasyonlar öngördüğünü gösterdi. Orijinal makalesini takip eden yıllarda, farklı varsayımlar kullanılarak ve farklı Bell (veya "Bell tipi") eşitsizlikler elde edilerek Bell teoreminin birçok varyasyonu ortaya atıldı.

"Uzaktan hayaletvari etki" ifadesi, Bell eşitsizliklerinin ihlalini tanımlamak için benimsenmiştir. Bu fenomenlerin *gerçek* bir uzaktan etki içerip içermediği, yani saklı değişken modellerindeki yerelsizlik (*non-locality*) ihtiyacının doğada gerçek bir yerelsizlik anlamına gelip gelmediği tartışma konusudur.

## Kuantum alan teorisinde kuvvet

Kuantum alan teorisi uzaktan etkiye ihtiyaç duymaz. En temel düzeyde sadece dört kuvvete ihtiyaç vardır. Her kuvvet, belirli bozonların değiş tokuşundan kaynaklanıyor olarak tanımlanır. İkisi kısa menzillidir: mezonlar aracılığıyla gerçekleşen güçlü etkileşim ve zayıf bozon aracılığıyla gerçekleşen zayıf etkileşim; ikisi uzun menzillidir: foton aracılığıyla gerçekleşen elektromanyetizma ve graviton aracılığıyla gerçekleştiği varsayılan kütleçekim. 

Ancak ileri modern parçacık fiziğinde tüm kuvvet kavramı ikincil öneme sahiptir. Enerji, fiziksel modellerin temelini oluşturur ve eylem (*action*) kelimesi bir kuvveti ima etmekten uzaklaşarak belirli bir teknik anlama, potansiyel enerji ile kinetik enerji arasındaki farkın integraline kaymıştır.

## Ayrıca bakınız
* Merkezi kuvvet
* Yerellik ilkesi
* Kuantum yerelsizliği

## Kaynakça

## Dış bağlantılar
*