Akdelikler

Kara deliklerin garip olduğunu düşünüyorsanız, ak delikler aklınızı başınızdan alacak!

DİĞER TARAFTAN MERHABA

Bir kara deliğin merkezinde gerçekten neler oluyor?

Fizikçi Carlo Rovelli’nin olası bir cevabı var;

Büyük bilim insanları tarafından yazılmış olsalar bile, ders kitaplarına ASLA güvenmeyin. Nobel ödüllü fizikçi Steven Weinberg, 1972 yılında yazdığı meşhur Gravitasyon ve Kozmoloji kitabında, “evrende bilinen herhangi bir nesnenin kütle çekimi alanında hiçbir ‘kara delik’ yoktur”, yazarak, karadeliklerin varlığını “çok varsayımsal” olarak nitelendirdi. Tamamen yanlıştı. Radyo astronomları, farkında olmadan on yıllar boyunca kara deliklerin içine düşen maddenin sinyallerini algılamaya başlamışlardı bile. Bugün gökyüzünün onlarla dolu olduğuna dair birçok kanıtımız var.

Hikâye şimdi de kendini, esasında tersine kara delikler olan ak deliklerle tekrar ediyor olabilir. Başka bir ünlü ders kitabında, dünyanın önde gelen izafiyet teorisyeni Bob Wald, “evrenin herhangi bir bölgesinin bir ak deliğe karşılık geldiğine inanmak için hiçbir neden olmadığını” yazdı – ve bugün hâlâ hâkim olan görüş bu. Ancak Marsilya’daki grubum da dahil olmak üzere, dünyadaki birçok araştırma grubu, kuantum mekaniğinin bu ak deliklerin oluşması için bir kanal açması ihtimalini araştırmaya başladı. Gökyüzü bu ak deliklerle de dolu olabilir.

Ak deliklerin varlığından şüphelenilmesinin nedeni, onların, bir karadeliğin merkezinde neyin olup bittiğinin sırrını çözebileceğidir. Kara deliklerin etrafında dönerek hareket eden ve içine düşen çok miktarda madde görüyoruz. Düşen tüm bu maddeler, deliğin yüzeyini, “ufkunu” ya da geri dönüşü olmayan noktayı geçiyor, merkeze doğru dikine düşüyor ve sonra? Kimse bilmiyor.

En iyi kütle çekimi tanımımız olan Einstein’ın genel izafiyet teorisi, düşen maddenin, sonsuz bir yoğunluğa sahip tek bir merkezî nokta üzerine yoğunlaşacağını öngörmektedir. Bu durum, tekillik(singularity) olarak adlandırılmaktadır.  Bu, gerçekliğin bir nevi sonudur, öyle bir nokta ki zamanın kendisi durur ve her şey hiçlik içinde ortadan kaybolur. Ancak bu öngörü güvenilir değildir, çünkü deliğin merkezi, Einstein’ın büyük teorisinin etkinlik alanının dışındadır. Burada kütle çekimi o kadar güçlüdür ki kuantum etkileri artık ihmal edilemez. Ne olduğunu anlamak için bir kuantum kütle çekimi teorisine ihtiyacımız var.

Kuantum teorisi bu tür problemleri çözme alışkanlığına sahiptir. 20. yüzyılın başında, klasik teori, atom çekirdeğinin yörüngesinde dönen bir elektronun enerjisinin, düzenli bir biçimde sonsuza dek düşeceğini öngördü. Kuantum teorisi bunun neden gerçekleşmeyeceğini açıklığa kavuşturdu. Kuantum teorisine göre bu; enerjinin ayrıklığı tarafından yasaklanmıştır. Elektronun enerjisi yalnızca belirli miktarlarda değişebilir ve sonlu bir alt seviyeye sahiptir.

Kuantum etkileri, benzer şekilde, bir kara deliğin merkezinde sonsuz yoğunluğun oluşmasını engelleyebilir. Bu durumda, döngüsel kuantum kütleçekimi gibi (üzerinde çalıştığım) kuantum kütle çekim teorileri tarafından tahmin edilen uzay-zamanın kendi ayrıklığı, numarayı yapar. Yoğunluğun sonsuz olabileceği sonsuz küçük noktalar yoktur. Uzay, küçük ama sonlu olan bireysel birimlerden veya kuantlardan oluşur. Düşen madde, Planck yıldızı olarak adlandırılan süper yoğun bir duruma sıkışabilir, ancak daha fazlası olamaz. Ya sonra? Sonrasında madde, maddenin düşüşten sonra genelde yaptığını şeyi yapar: sıçramak.

Madde, cisimlerin yalnızca aşağıya doğru hareket edebildiği kara delik içinde sıçrayamaz. Ama işte sihir: kuantum yerçekimi, kara deliğin tüm uzay-zaman geometrisinin sıçramasına izin verir – yani kara deliğin merkez noktasından, ayrı ve yeni bir uzay-zaman bölgesine doğru devam etmeye izin verir. Bu noktada sadece madde değil aynı zamanda bütün uzay-zaman sıçrıyor. Buna ak delik diyoruz.

Sıçrayan bir top, düşüşünün çekildiği bir filmin geriye doğru oynatıldığındaki gibi bir yörünge izler. Bir ak delik, geriye doğru projekte edilen bir kara delik filmi gibidir. Dışarıdan bakıldığında çok farklı değildir: tıpkı bir kara delik gibi kütleye sahiptir, bu yüzden etrafındaki şeyleri kendine doğru çeker ve bu şeyler ak deliğin yörüngesinde dönebilirler. Ancak bir kara delik içeri girmenin mümkün ancak içeriden çıkmanın mümkün olmadığı bir ufukla çevrili iken, bir ak delik içeriden çıkmanın mümkün ancak içeri girmenin mümkün olmadığı bir ufukla çevrilidir.

Tersyüz

Ak deliklerin teorik olasılığı, genel izafiyet tarafından öngörülmektedir. Ak delikler, teorinin denklemlerinin tam çözümleridir. Fakat uzun zamandır gerçek bir şeyi temsil etmeyen matematiksel değerler olarak görülüyorlardı.Tam da geçmişte kara deliklerde olduğu gibi, çünkü onların nasıl meydana geldiğini görmek zordu.

Bununla birlikte, 1930’ların başlarında, İrlandalı fizikçi John Lighton Synge, genel izafiyet denklemlerinin çözümündeki küçük bir düzenlemenin, bir kara deliğin iç geometrisinin bir ak deliğin içine devam edebilme olasılığını sağlayabileceğini gördü. Kuantum mekaniği böyle bir düzenlemeye izin verebilir.

Peki kız evlat ak delik nerede yer alacaktı? Çok uzaklarda mı, yoksa bir solucan deliğiyle bağlı olarak mı, veya farklı bir evrende mi? Hayır, saçma spekülasyonlara ihtiyacımız yok. Ak delik, kara deliğin bulunduğu aynı yerde, sadece kara deliğin geleceğinde olacak. Einstein’ın teorisi ile anlaşıldığı gibi, uzay-zamanın kendine has esnekliği nedeniyle, “merkezin diğer tarafı”, deliğin geleceğinde olabilir. Bunu görselleştirmek zor, ancak sonuç basit: yaşamının ilk bölümünde delik siyahtır ve madde deliğin içine düşer; ancak yaşamının ikinci bölümünde, kuantum geçişinden sonra, ak renktedir ve madde delikten dışarı sıçramaktadır.

Bunun gerçekleşmesi için, ufkun, kara delik ufkundan ak delik ufkuna geçtiği bir an olması gerekir. Yine burada, kuantum teorisi, kuantum tünelleme olarak iyi bilinen bir fenomen sayesinde, bunun gerçekleşmesine izin vermekte. Kuantum tünelleme, standart, klasik fizik denklemlerinin kısa ve öz bir ihlalidir. Öyle ki güçlü kuantum fenomenlerinin gerçekleşmesini ummadığınız durumlarda bile, düşük olasılıkla meydana gelebilmektedir.

Tünelleme, örneğin nükleer radyoaktiviteye sebebiyet veren şeydir. Klasik mekaniklere göre, atom çekirdeğinin içine hapsolmuş bir parçacık kaçamaz; ancak kuantum teorisi, parçacığın, kendini hapseden potansiyel duvarın “altına tünellenmesine” ve böylece de çekirdeğin dışına ışımasına izin verir.

Tünelleme zaman alır. Radyoaktif maddeler, bin yıl boyunca yarı kararlı kalır. Benzer şekilde, kara deliklerin uzun ömürleri vardır. Klasik teoriyi alacak olsaydık, bir karadelik sonsuz olurdu. Ama hiçbir şey sonsuz değildir. Stephen Hawking gösterdi ki, kuantum teorisi, kara deliklerin yavaşça buharlaştığına ve küçüldüğüne işaret etmekte. Küçülürken bir ak deliğe tünellenme yapma olasılığı artar. Bir noktada da bu gerçekleşir. Ve yine önemli olan şey, uzay-zamanın kendi geometrisidir – tünellenen şey budur. Klasik genel izafiyet denklemlerine göre evrimleşmek yerine, aniden kara delik ufkundan ak delik ufkuna tünellenir.

Bu resmin kafa karıştırıcı bir yönü var. Milyonlarca yıllık kara delikler görüyoruz, bu nedenle büyük bir kara deliğin bir ak deliğe tünellenmesi için çok uzun bir zamana ihtiyaç var. Ancak deliğe düşen madde birkaç saniye içinde hızla merkeze ulaşır. Tekrar sıçraması da aynı şekilde hızlı olacaktır. O halde, bir ak deliğin oluşması bu kadar uzun zaman alıyorken, maddenin ak delikten çıkması nasıl bu kadar çabuk olabiliyor?

Cevap büyüleyici. Genel izafiyette zaman inanılmaz derecede esnektir. Deniz seviyesinde (dünyanın merkezine daha yakın olduğundan) dağlara göre daha yavaş geçtiğini biliyoruz. Büyük bir yıldıza veya bir kara deliğe yaklaşırken daha da yavaşlar. Ve bu durum bulmacayı çözer: deliğin içindeki çok kısa bir zaman, dışarıdaki çok uzun bir zamana denk gelebilir. Dışarıdan bakıldığında, deliğin iç evrimi bir sıçrama gibi görünür, ancak bu süper yavaş çekimde görünür. Gökyüzünde gördüğümüz delikler, dışardan aşırı yavaş çekimde algıladığımız, çöken ve geri sıçrayan nesneler olabilirler.

Bu senaryonun bir hediyesi de, ünlü kara delik enformasyon paradoksunu çözmesidir – enformasyonun doğada asla tamamen kaybolmayacağını umuyoruz, ancak bir kara deliğin içinde zaman sona ererse, enformasyon kaybolur. Çözüm basit: eğer bir şey sıçrayarak dışarı çıkarsa, enformasyon kurtarılır.

Net olmak gerekirse, enformasyon paradoksu bundan biraz daha derindir. Nedeni ise, ufuk alanının, deliğin içindeki şeylerin olası farklı konfigürasyon sayısını sınırlandığı yönündeki yaygın bir inançtır. Çok az sayıda konfigürasyon mevcutsa, düşen maddenin ayırt edici özellikleri kaybolur ve enformasyon da kaybolmuş olur.

Ancak ben, bu inanışın yanlış olduğuna ikna oldum. Bu inanış, deliğin dış davranışını yöneten dışarıdan ayırt edilebilen konfigürasyon sayısı ile iç kısımdan ayırt edilebilen ve hatta ufuk küçüldüğünde sayısı artan daha fazla sayıdaki iç konfigürasyon sayısını birbirine karıştırmakta. Kara deliğin içi, ufku küçük olsa bile büyük olabilir (boynu küçük olsa bile bir şişenin büyük olabilmesi gibi) ve daha sonra ak delik tarafından serbest bırakılacak olan çok büyük miktarda enformasyon içerebilir.

Bütün bunlar, bir karadeliğin tam yaşam evrimi için çekici bir senaryo sunuyor. Deliğin içerisinde tekillik yoktur, uzay-zamanın bittiği yer yoktur ve bir kara deliğin dışından görüldüğüne göre, delik sonsuz değildir. Aksine, bazı zamanlarda kara delik beyazlaşır ve içine düşen her şey kaçar.

Senaryo teorik olarak güzel. Bu, gökyüzünün gerçekten de ak deliklerle dolu olduğu anlamına mı geliyor? Ve eğer öyleyse, onları görebilir miyiz?

Cevap henüz tam olarak anlamadığımız şeylere bağlı. Gökyüzünde gördüğümüz kara deliklerin çoğu bir yıldızın çöküşüyle oluşur. Bunlar zaten ak deliklere tünellenemeyecek kadar genç ve büyükler – büyük delikler daha uzun yaşar. Ancak, büyük patlamadan kısa bir süre sonra, erken evrenin şiddetli ortamında küçük kara delikler oluşmuş olabilir. Bu en eski kara delikler zaten ak deliklere tünellenmiş veya bugün tünelleniyor olabilirler. Fakat sayılarından emin değiliz ve bu durum ak deliklerle ilgili mevcut öngörüleri belirsiz hale getiriyor.

Bir başka belirsizlik kaynağı da bir kara deliğin ömrüdür. Döngüsel kuantum kütleçekimi kullanılarak ayrıntılı hesaplamalar yapıldı, ancak bunlar tahminlere bağlı ve henüz kesin değiller. Yine de, Hawking’in buharlaşma zamanıyla sınırlı olan bir maksimum “uzun” yaşam süresi ve kuantum olaylarının başlaması için gereken minimum “kısa” yaşam süresi arasında oldukça sağlam bir aralığımız var. Bu, bazı ön sonuçlar çıkarmamıza izin veriyor.

Eğer yaşam süresi uzunsa, sadece en eski küçük delikler halihazırda ak deliğe dönüşmüş durumdadır. Bu, şu anda gökyüzünde bulunan ak deliklerin çoğunun minimum boyutta olması gerektiği anlamına gelir. En küçük ak delik büyüklüğü Planck ölçüsündedir, yani bir mikrogram civarında veya yarım inç uzunluğundaki tek bir insan saçı telinin ağırlığı kadardır.

Bu ilginç bir olasılık çünkü bu büyüklükteki ak delikler nispeten istikrarlı olabilirler ve gök bilimcilerin gökyüzünde (dolaylı olarak) algıladıkları gizemli karanlık maddenin bir bileşeni olabilirler. Karanlık maddenin yapısı hakkındaki çoğu diğer hipotezler, iyi yapılandırılmış fizik yasalarının değiştirilmesini gerektirir. Örneğin, süper simetrik parçacıklar denilen yeni varlıkları öngören teorilere bel bağlıyorlar. Ancak bu tür parçacıkları tespit etmedeki başarısızlıklar, bu teorileri sorgulanır hale getirdi.

Bunun yerine, karanlık maddenin küçük kara deliklerden oluşma olasılığı, mevcut oturmuş fizikten yani genel izafiyet ve kuantum teorisinden başka bir şey gerektirmez ve hiçbir gözlemle göz ardı edilmez. Eğer bu doğruysa, ak delikleri zaten gözlemledik demektir: ak delikler karanlık maddedir!

Şiddetli sinyaller

Alternatif olarak, eğer kara deliğin ömrü kısa ise, günümüzde tünellenen en eski kara delikler, küçük bir gezegenin kütlesine sahip olmalıdırlar ve kütlelerinin çoğunu yayılan radyasyona dönüştürerek şiddetli bir şekilde patlayabilirler. Bu patlama bize, çok fazla enerjiye sahip olan kozmik ışınlar ve, mikrodalga veya radyo bandında kısa ve şiddetli sinyaller göndermelidir. Sonuncusu özellikle ilgi çekici, çünkü benzer sinyaller zaten tespit edilmiş durumda: yakın zamanda radyo teleskopları tarafından gizemli ve hızlı patlamalar gözlemlendi . Tekrar etmek gerekirse, ak delikleri zaten görmüş olabiliriz.

Sadece birkaç saptama ile bu sinyallerin gerçekten ak deliklerden geldiğini doğrulayamıyoruz çünkü başka kaynaklar da mümkün olabilir. Ancak, büyük bir örnek üzerinde arayacağımız bir işaret var: düzleştirilmiş kırmızıya kayma (flattened redshift). Daha uzak ve bu nedenle daha genç ak deliklerden yayılan sinyaller, yakınlarındaki daha eski olan ak deliklerden yayılanlara göre daha kısa dalga boyları üretmelidir. Bu, yeterli veriye sahip olduktan sonra, yüksek enerjili kozmik ışınlarda veya hızlı radyo patlamalarında görebileceğimiz bir şeydir. Eğer görebilirsek, ak deliklerin var olduğuna dair bir kanıtımız olacak.

Gökyüzündeki ak deliklerin kanıtlarını bulmak, evreni anlamada çok güzel bir adım olacaktır. İş başındaki kuantum kütleçekiminin doğrudan ilk gözlemini temsil edebilirler ve böylece temel fiziğin en büyük sorunu olan, uzay-zamanın kuantum yönlerini anlama problemi için bir pencere açabilirler.

Çok spekülatif son bir fikirden bahsederek bitiriyorum. Evrenimiz büyük patlamada doğmamış olabilir: çökmekte olan daha önceki bir fazdan sıçramış olabilir. Bu olasılığa, döngüsel kuantum kütleçekimi ve diğer teorik yapılar izin verir. Kozmik sıçramanın kuantum mekanizması, kara delikten ak deliğe sıçramaya benzer. Bugünün karanlık maddesindeki Planck ölçekli ak delikler, sıçramadan önce oluşmuş olabilirler. Eğer öyleyse, sıçramadaki uzay-zaman geometrisi, geleneksel kozmolojinin önerdiği gibi homojen değildi, fakat oldukça buruşuktu, çünkü her ak delik uzay-zaman geometrisinde dışarı çıkan uzun bir sivri uca benziyor.

Bu durum zamanın okunun gizemiyle ilgili olabilir – zamanın neden sadece bir yöne gittiği sorusu. Zamanın oku, genel olarak inanıldığı gibi evrenin başlangıçtaki durumunun “özel” (yani, düşük entropi) olmasından kaynaklanmıyor olabilir. Bunun yerine, biz gözlemcilerin çok “özel” olan konumuyla ilgili perspektifsel bir fenomen olabilir: bu “özel” konuma göre bizler tüm deliklerin dışındayız.

Ak delikler, neredeyse tamamen keşfedilmemiş olmasına rağmen, makul bir olasılığa sahip. Henüz birini tanımlayamadık, fakat kara deliklerin de uzunca bir zaman farkına varamamıştık.

Çeviren : Gültekin METİN
https://www.newscientist.com/article/mg24032080-100-if-you-think-black-holes-are-strange-white-holes-will-blow-your-mind/

Check Also

Joe Dispenza: Epifiz Bezinin yüksek frekans çözümü ve nefes tekniği