Ünlü fizikçi İngiliz Stephen Hawking, hiçbir şeyin kaçamadığı “olay ufku” kavramının kuantum teorisi ile uyumlu olmadığını açıkladı.
Çoğu fizikçi için “karadeliklerin olmadığını” iddia eden bir makale yayınlamak cesaret isteyen bir çaba olacaktır. Ancak böyle bir açıklama Stephen Hawking’den geliyor ise bu iddia ister istemez dikkate değer oluyor. Çünkü Cambridge Üniversitesi’nde görev alan Stephen Hawking modern karadelik teorisinin temellerini ortaya koyan fizikçilerden biridir. Hawking’in internet üzerinde yayınladığı bir makalede olay ufku kavramının yani ışık dahil hiçbir şeyin kaçamayacağı görünmez sınır kavramının her karadelik için olmazsa olmaz olduğunu ifade ediyor ama bu kavram yerine, Hawking’in yeni radikal bir önerisi var. Madde ve enerjinin sadece geçici olarak tutulduğu ve eninde sonunda serbest bırakıldığı “belirgin ufuk” kavramını öne sürdü.
Hawking şu ifadeleri kullanıyor: “Klasik teoriye göre bir karadelikten hiçbir şey kaçamaz. Ancak kuantum teorisi ise bir karadelikten bilgi ve enerjinin kaçabilmesine olanak sağlıyor.” Tüm bu sürecin açıklanması ise Hawking’e göre kütleçekimi ile doğanın diğer temel kuvvetlerinin başarılı bir şekilde birleştiren bir teoriyi gerektiriyor. Ancak bu teorinin oluşturulması yaklaşık bir yüzyıldır fizikçiler tarafından başarılmış değil.
Hawking’in bu yeni makalesi 22 Ocak 2014’te arXiv üzerinde yayınlandı. Makalesinin ismi ise şöyle “Karadelikler için hava durumu ve bilgi korunumu”. Bu makalesi 2013 yılının Ağustos ayında California’da Kavli Teorik Fizik Enstitüsü’ndeki bir toplantı sırasında yaptığı bir konuşmaya dayanmaktadır.
Hawking’in yeni çalışması karadelik ateş duvarı paradoksu olarak bilinen bir problemin çözümüne dair yeni bir yaklaşım aslında. Kavli Enstitüsü’nden teorik fizikçi Joseph Polchinski ve arkadaşlarının keşfinden beri iki yıldır bu konuda çalışan fizikçiler için can sıkıcı bir problem hâlini almıştı bu paradoks.
Bir düşünce deneyinde araştırmacılar bir karadelik içine düşen yeterince şansız bir astronota ne olacağını sormuşlardı. Olay ufku ilk olarak 1915 yılının sonlarında Albert Einstein’a bir mektup yazan Alman astronom Karl Schwarzschild tarafından işaret edilmişti ve Einstein’ın genel görelilik teorisinin matematiksel olarak basit sonuçlarından biriydi. Uzun süredir fizikçiler astronotun önce yavaşça içeri doğru çekilip kendisine doğru yaklaşan kıyamete doğru habersizce olay ufkunun içinden sorunsuz olarak geçeceğini ve eninde sonunda karadeliğin varsayılan sonsuz yoğunluklu çekirdeği “tekillikte” ezileceğini kabul ediyorlardı.
Ancak daha sonra bu durumun ayrıntılı analizlerinde, Polchinski’nin araştırma grubu küçük ölçeklerdeki parçacıkların doğasını açıklayan kuantum mekanik yasalarının tamamen bu durumu değiştirdiğini şaşırtıcı bir şekilde buldular. Kuantum teorisi olay ufkunun aslında yüksek enerjili bir bölgeye veya “ateş duvarına” dönüştüğünü söylüyordu. Böylece karadeliğin olay ufkuna düşen astronot yanıyordu!
Bu endişe vericiydi, (astronotun yanması değil elbette). Endişe verici olan “ateş duvarı”nın kuantum mekanik yasalarına uymasına rağmen Einstein’ın genel görelilik teorisine karşı geliyor olmasıydı. Bu teoriye göre serbest düşüşte olan bir kimse, ister bir karadeliğin içine düşsün isterse boş galaksiler arası uzayda yüzsün evrende her yerde özdeş olan fizik yasalarına uymalıdır. Einstein’ın ilgilendiği kadarıyla da, olay ufku sıradan özellikli bir yer olmalıdır.
Şimdi Hawking ise üçüncü bir seçenek öne sürüyor, biraz da hayal kırıklığına uğratarak. Kuantum mekaniği ve genel görelilik bozulmadan kalır bu önerisinde ama karadelikler basitçe, ateşi yakalayan bir olay ufkuna sahip olmazlar. Hawking’in iddiasının anahtar noktası ‘çıkışa’ izin veren keskin bir sınır yüzeyinde dalgalı bir uzay-zamana neden olan karadelik civarındaki kuantum etkilerdir.
Böylelikle olay ufkunun yerine Hawking “belirgin ufuk” olarak nitelediği karadeliğin çekirdeğinden çok uzaklarda ışık ışınlarını askıda tutan/beklemeye alan yeni bir kavram öne sürmüş oldu. Genel görelilikte, değişmeyen bir karadelik için bu iki ufuk da özdeştir, çünkü ışık bir karadeliğin içinde kaçmaya çalışacaktır. Işık ancak olay ufkuna kadar sadece ulaşabilir ve sonra bir koşu bandı üzerinde sıkışmış gibi orada tutulacaktır. Ancak iki ufuk ilkede ayırt edilebilir. Eğer karadelik daha fazla madde alırsa, bu karadeliğin olay ufku şişecektir ve “görünür ufuk”tan daha büyük olacaktır.
Olay ufkunun aksine, belirgin ufuk eninde sonunda çözülebilir. Hawking ekstrem görünen yeni bir senaryoya kapı açmış oluyor. Teoride herhangi bir şey artık karadelikten dışarı çıkabilir. Hawking belirgin ufkun tam olarak nasıl ortadan kaybolacağını makalesinde belirtmese de, kuantum mekaniğin ve kütleçekiminin birleşen etkileri ile belirli bir boyuta “belirgin ufkun” çökebileceği düşünülüyor.
Hawking makalesinde olay ufkunun olmamasının karadelikler yoktur gibi bir anlama geldiğini ifade ediyor. Yani Eğer Hawking haklıysa, karadeliğin çekirdeğinde herhangi bir tekillik o zaman söz konusu olmayabilir. Bunun yerine, madde “belirgin ufuk” bölgesinin ardında sadece geçici olarak tutulmuş olarak kalır. Karadeliğin içerisine yavaşça bir şekilde çekilir ama asla karadeliğin merkezinde çökme gerçekleşmez. Madde hakkındaki bilgi yok edilmez ama oldukça yüksek bir karışıklığın içinde kalır, Hawking ışıması ile serbest bırakılır bu bilgi. Ancak oldukça farklı bir formda olacaktır. Yutulan cisimlerin bir kere daha yerinden çıkması neredeyse imkansızdır.
Görünen o ki, Hawking’in çalışmasına göre karadelikler hakkında bildiklerimiz birçok açıdan değişmek zorunda kalıyor.
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Kaynaklar:
- http://www.nature.com/news/stephen-hawking-there-are-no-black-holes-1.14583
- http://www.popsci.com/article/science/stephen-hawking-says-there-are-no-black-holes?src=SOC&dom=tw
Image: VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty