Kara Deliklerin Yankısı

Sıvının içindeki ses dalgaları, uzaydaki ışık dalgaları gibi esrarengizce davranıyorlar. 
Kara Delikler, akustik kopyalara bile sahipler. 
Uzay-zaman, gerçekten de Einstein öncesi fiziğin ‘eteri’ gibi bir tür sıvı olabilir mi?

Albert Einstein özel teorisi ‘İzafiyet Teorisini’ 1905’de teklif ettiğinde; ışığın varsayımsal ortamın titreşimlerinden, eterden meydana çıktığı fikrini reddetmişti. Işık dalgaları bunun yerine, yaydıkları ortamın titreşimlerine benzer olmayan bir şekilde hiçbir madde tarafından destek görmeden boşlukta seyahat edebilir. Özel İzafiyetin bu özelliğine, modern fiziğin diğer iki temeli olan Genel İzafiyet ve Kuantum Fiziğinde dokunulmamıştır. Galaktikten atomaltına kadar olan bütün deneysel veri, bugüne kadar bu üç teori tarafından başarılı bir şekilde açıklanmıştır. Yine de fizikçiler derin, kavramsal bir problemle karşı karşıyalar.

Bugünlerde de anlaşıldığı gibi, Genel İzafiyet ve Kuantum Mekanik birbirleriyle uyuşmuyorlar. Genel İzafiyetin uzay-zaman sürekliliğinin eğrilmesine dayandırdığı yerçekimi, inatla kuantum temelin içini kapsamakta direnmekte. Kuramcılar, Kuantum Mekaniğin son derece kısa mesafelerde bile tahmin yapmaya yönlendirdiği, sadece uzay-zamanın yüksek eğimli yapısına doğru artan bir ilerlemeye sahipler. Bazı fizikçiler umutları suya düşmüş bir halde kendilerine kılavuzluk yapması için beklenmeyen bir kaynağa; kristaller ve sıvılar gibi sıradan maddeler üzerinde çalışmaya, yani Sıkıştırılmış-Madde Fiziğine geri döndüler.

Uzay-zaman gibi sıkıştırılmış madde, geniş ölçülerde görüntülendiğinde bölünmemiş bir şey gibi gözükür, fakat uzay-zamandan daha farklı olarak Kuantum Mekanik tarafından yönetilen, iyi anlaşılan mikroskobik bir yapıya sahiptir. Daha da fazlası; düz olmayan sıvı akışındaki sesin yayılması, eğimli uzay-zamandaki ışığın yayılmasına çok benzer şekildedir. Çalışma arkadaşlarımız ve biz, ses dalgalarını kullanıp, kara deliğin modeli üzerinde çalışarak bu benzerliği uzay-zamanın mümkün mikroskobik çalışmaları hakkında bir anlayışa sahip olmak için kullanmaya çabalıyoruz. Çalışma, Einstein’ın varsayımlarının aksine; uzay-zamanın madde sıvı gibi tanecikli olabileceğini ve hassas ölçülerde kendini ortaya çıkaran, tercih edilmiş, bir referans yapıya sahip olabileceğini ileri sürmektedir.

Kara Delikten Sıcak Kömüre

Kara delikler kuantum yerçekimi için favori test etme alanıdırlar, çünkü onlar hem Kuantum Mekaniğin hem de Genel İzafiyetin kritik olarak önemli olduğu birkaç yer arasındadır.

İki teorinin birleşmesine dair bir büyük adım; 1974’de Cambridge Üniversitesi’nden Stephen Hawking, Kuantum Mekaniği kara deliklerin ufkuna uyguladığı zaman olmuştur.

Genel İzafiyete göre ufuk; yerçekiminin hiçbirşeyin ondan kaçamayacağı kadar kuvvetli olduğu, kara deliğin içini dışarıdan ayıran bir yüzeydir. O bir madde limiti değildir. Deliğin içine düşen talihsiz yolcular, ufuğu geçen herhangi özel birşey olduğunu idrak etmezler. Fakat bunu bir kere böyle yaptıktan sonra da; buraya geri dönmeyi bırakın, artık dışarıdaki insanlara ışık sinyalleri gönderemeyeceklerdir.

Dışarıdaki bir gözlemci, yolcular oraya geçmeden önce yalnızca yolcular tarafından gönderilen sinyalleri alabilir. Işık dalgaları kara deliğin etrafındaki yerçekimsel kaynaktan tırmandıkça, frekansta vitesi küçülterek ve süreci uzatarak esneme yaparlar. Bundan dolayı da gözlemciye göre, yolcular yavaş bir kıpırtıyla hareket eder gibi gözükeceklerdir ve normalden daha kırmızı olacaklardır.

Yerçekimsel kırmızı-rotasyon olarak bilinen bu etki, kara deliklere özgü değildir. Onların yörüngesinde dönen uydular ve saha istasyonlarındaki frekans ve sinyallerin zamanlaması arasında da değişiklik yaptıklarını söyleyebiliriz. GPS akıllı yön bulma sistemleri tam doğru olarak çalışmayı gözönüne almadırlar. Bununla beraber kara deliklere özgü olan şey, kırmızı-rotasyonun yolcular ufuğa doğru yaklaştıklarında sınırsız olmasıdır. Dışarıdaki gözlemcinin bakış açısından iniş, sınırsız zamanı alıyormuş gibi gözükür. Halbuki yolcular için yalnızca sonlu bir zaman geçer.

Kara deliklerin şu ana kadarki tanımı, ışığı klasik bir elektromanyetik dalga gibi ele almaktadır. Hawking’in yaptığı ise; sınırsız kırmızı-rotasyonun içerdiği anlamı, ışığın kuantum doğası dikkate alındığında tekrar ele almaktı.

Kuantum Teorisine göre, mükemmel bir vakum bile gerçekten boş değildir. O, Heisenberg Belirsizlik Prensibinin sonucu olarak dalgalanmalarla doludur. Dalgalanmalar, varsayılan fotonların çiftlerinin biçimini alırlar. Bu fotonlar varsayılan olarak adlandırılmışlardır, çünkü eğri olmayan uzay-zamanda herhangi bir kargaşanın yokluğunda gözlemlenemez bir şekilde dururlar ve yerçekimsel herhangi bir etkiden uzak, hiç ara vermeksizin görünürler ve kaybolurlar. Fakat kara deliğin etrafındaki eğrilmiş uzay-zamanda, çiftin bir üyesi diğeri dışarıda yaya kaldığında ufuğun içerisinde tuzağa düşürülmüş olabilir. Çift daha sonra, ışığın akışını ve deliğin kütlesindeki azalmayı idare ederek varsayılandan gerçeğe, dışarıya doğru gözlemlenebilir.

Radyasyonun bir uçtan bir uca olan modeli sıcak kömürden gelen gibi kara deliğin kütlesine ters orantılı olarak termaldir. Bu fenomen, Hawking etkisi olarak adlandırılmıştır. Delik, kaybı karşılamak için maddeyi veya enerjiyi yutmadıkça; Hawking radyasyonu onun bütün kütlesini dışarı boşaltacaktır. Sıvı benzeşimlerini kara delikler üzerinde düşündüğümüz zaman kritik olacak önemli bir nokta, kara delik ufkuna çok yakın olan uzayın neredeyse mükemmel kuantum vakumunda durmasıdır. Aslında bu durum Hawking’in iddiasına temeldir. Varsayılan fotonlar, kuantum halinin en düşük enerjisinin özelliğidir veya‘’taban halidir.’’ Varsayılan fotonlar, yalnızca partnerlerinden ayrılma sürecinde ve ufuktan çıktıkları zaman gerçek olurlar.

Temel Mikroskop

Hawking’in analizi, yerçekiminin bütün Kuantum Teorisini kurma teşebbüsünde merkez bir rol oynamıştır. String Teorisi gibi kuantum yerçekimi teorilerine aday olan bir teori için, kopyalama ve açıklama etkisi çok önemli bir testtir. Pekçok fizikçi Hawking’in iddiasını kabul etmelerine rağmen, henüz bunu deneysel olarak teyit edememişlerdir. Yıldızlara ait olan ve galaktik kara deliklerden gelen tahmini yayılmayı görebilmek çok zayıf bir ihtimaldir. Hawking’in radyasyonunu gözlemlemek için tek umut, erken evrenden kalan veya olanaksızı kanıtlayabilecek parçacık hızlandırıcı minyatür deliklerini bulmaktır. Hawking etkisinin deneysel teyid eksikliğinin nedeni; teorinin, fotonun o sınırsız kırmızı-rotasyona maruz kalacağını tahmin edip, bunu engellemesi gibi can sıkıcı olan potansiyel çatlaklara sahip olmasıdır.

Emisyon sürecinin zaman terse çevrildiği zaman görüntülendiğinde neye benzediğini göz önünde tutun. Hawking fotonu deliğe doğru yakınlaştıkça, daha yüksek bir frekansta ve buna bağlı olarak da daha kısa dalgaboyunda mavi-rotasyon yapar. Daha ötede onu takip eden zamana dönüşte, o ufka ne kadar yakınlaşırsa, onun dalgaboyu o kadar kısalır. Dalgaboyu kara delikten çok daha küçük bir hale geldiği zaman, parçacık partnerine katılır ve daha önce söz ettiğimiz varsayılan çift haline gelir. Mavi-rotasyon bir azalma olmadan isteğe bağlı olarak kısa uzaklıklara doğru yoluna devam eder. İzafiyet veya Standard Kuantum Teorisinin parçacığın ne yapacağını tahmin edebileceği, 10-35 metre uzaklıktan daha kısa mesafe olan bu mesafe  Planck mesafesi olarak bilinir.Yerçekiminin kuantum teorisine ihtiyacı vardır. Böylece bir kara delik ufku, gözlemciyi bilinmeyen fizikle kontakt haline geçiren fantastik bir mikroskop gibi davranır.Bir kuramcı için, bu büyültme kaygı vericidir.

Eğer Hawking’in tahmini bilinmeyen fiziğe dayanıyorsa, onun geçerliliğinden şüpheye düşmemeli miyiz? Özellikler, hatta varlık bile, Hawking’in radyasyonunun uzay-zaman mikroskobik özelliklerine dayanabilir mi? Mesela, maddenin sıcaklık kapasitesi veya hızı veya sesi onun mikroskobik yapısı ve dinamiğine dayanır mı? Veya Hawking’in orijinal olarak iddia ettiği tamamen kara deliğin makroskobik özelliklerine göre kararlaştırılmış olan etki, onun kütle ve rotasyonu mudur?

Ses Parçaları

Bu can sıkıcı soruları cevaplamaya British Columbia Üniversitesi’nden William Unruh’un çalışmasıyla gayret sarfedilmeye başlandı. Unruh, 1981’de taşınan sıvının sesinin yayılmasıyla, eğrilmiş uzay-zamandaki ışığın yayılımı arasında yakın bir benzerlik olduğunu açıkladı. Bu benzerliğin Hawking radyasyonunun kaynağındaki mikroskobik fiziğin etkisini değerlendirmede faydalı olabileceğini de ileri sürdü. Daha da fazlası bu, Hawking’e benzer fenomenin deneysel gözlemine de izin verebilir.

Işık dalgaları gibi, akustik dalgalar da frekans, dalgaboyu ve yayılım hızıyla tanımlanmaktadırlar. Ses dalgasının kavramı, yalnızca dalgaboyu sıvının molekülleri arasındaki uzaklıktan çok daha uzunsa geçerli olur. Daha ufak derecelerde, akustik dalgalar varoluşlarını sona erdirirler. Benzerliği ilginç kılan kesin olarak bu sınırlamadır, çünkü bu fizikçilerin mikroskopik bir yapının makroskopik sonuçlarını çalışmalarına izin verebilir. Gerçekten işe yarar olması için, her nasılsa, bu benzerlik kuantum düzeyine uzanmalıdır. Moleküllerin raslantısal olan termal çalkalanmaları, genellikle ses dalgalarının miktarının aydınlatmaya benzer bir şekilde davranmasını önler. Fakat sıcaklık mutlak sıfıra ulaştığında ses;  fizikçilerin ışığın parçacıkları fotonlarla olan benzerliği vurgulamak için ‘’fononlar’’ olarak adlandırdıkları kuantum parçacıkları gibi davranabilir.

Deneyciler, likit helyumdaki gibi yeterli düşük derecelerde sıvı olarak kalan kristallerdeki fononları ve kimyasal maddeleri düzenli olarak gözlemliyorlar. Sıvının içerisinde duran fononların veya homojen bir biçimde taşınan fononların davranışı, yerçekiminin olmadığı düz bir uzay-zamandaki fotonlar gibidir. Böyle olan fononlar propan gazıdır. Bir tanesi düşer; bir diğeri uzağa atlar. Süreçte, sanaldan  gerçeğe doğru giderler. Kuantum etkilerinden dolayı, bir çift sanal foton ufukta gözükür. Yerçekimi, yayılmış olan fotonu yayar. İzafiyet teorisi ufuktaki bir fotonun sınırsız miktarda yayıldığını tahmin etmektedir. Başka bir deyişle, gözlenen bir foton tam kesin olarak neredeyse sıfır bir dalgaboyuyla sanal olarak meydana gelmiş olmalıdır. Bu bayağı zordur, çünkü bilinmeyen kuantum yerçekimi etkileri Planck mesafesi diye bilinen 10-35 metre arasındaki mesafelerden daha kısa mesafelerde egemen olurlar. Bu muamma, fizikçileri kara deliklerin radyasyonu hakikaten de yayıp yaymadıklarını ve nasıl meydana geldiklerini görmek için deneysel, hatırlanabilir benzeşimler yapmaya yönlendirmiştir.

Sıvıda duran veya homojen bir biçimde hareket eden fononların davranışı, yerçekiminin sıfır olduğu uzay-zamandaki fotonlar gibidir. Böyle fononlar düz çizgilerde değişmeyen dalgaboyu, frekans ve süratle yayarlar.

Diyelim ki, bir yüzme havuzundaki veya sakin akan bir nehirdeki ses, kaynağından kulağa direkt olarak seyahat eder. Fakat, homojen  biçimde olmayan bir sıvıda, fononların hızı değiştirilmiştir ve onların dalgaboyu bükülmüş uzay-zamandaki fotonlar gibi yayılmaya başlayabilir. Dar bir kanyona giren nehirdeki bir ses veya bir kanala girdap gibi süzülen bir suyun sesi bozuk çıkar ve bir yıldızın etrafındaki ışık gibi kavisli bir yolu takip eder. Aslında, durum genel izafiyetin geometrik araçlarını kullanarak izah edilebilir. Hatta; bir sıvı akışı, seste bir kara deliğin ışıkta davrandığı gibi davranabilir.

Böyle bir akustik kara deliği yaratmanın yolu, hidrodinamikçilerin Laval enjektörü olarak adlandırdıkları bir aygıtı kullanmaktır. Enjektör, sıvı sesin hızına en dar noktada yetiştiği ve onun ötesinde sesüstü olduğu ana göre ayarlanmıştır. Etkili akustik geometri, kara deliğin uzay-zaman geometrisine çok benzer bir geometridir. Sesüstü bölge, deliğin iç kısmına uymaktadır: Akışın yönüne karşı yayılan ses dalgaları, deliğin merkezine doğru çekilen bir ışık gibi aşağı yönde uzanmaktadır. Ses hızından daha az hızlı giden bölge, deliğin dış tarafıdır: Ses dalgaları ışığın kırmızı-rotasyon olması gibi, yalnızca yayılma sonucunda yukarı yönde yayılabilirler. İki bölge arasındaki sınır, tıpkı bir kara delik ufku gibi davranır.

Atomculuk

Eğer sıvı yeterince soğuksa, benzerlik kuantum düzeyine kadar uzanır. Umruh, sesle ilgili ufkun Hawking radyasyonuna benzer bir şekilde termal fononları yaydığını savunmaktadır. Ufkun yakınındaki Kuantum dalgalanmaları; fonon çiftlerinin belirmelerine yolaçmakta, bir partner sesüstü bölgeye akın ettiğinde ve diğer dalgacıklar yukarı yönde sıvının akışıyla yayıldıklarında asla geri dönmemektedirler. Yukarı yöne yerleştirilen bir mikrofon, belirsiz ıslığı alabilir. Islığın ses enerjisi, sıvı akışının kinetik enerjisinden çekilmektedir. Sesin baskın tonu geometriye dayanmaktadır. Gözlemlenmiş fononların tipik dalgaboyu, akışın süratinin hissedilir şekilde olan değişiklikleriyle karşılaştırılabilir. Bu uzaklık moleküller arasındaki uzaklıktan çok daha büyüktür. Böylece Unruh, orijinal analizini sıvının pürüzsüz ve sürekli olduğunu tahmin ederek yapmıştır. Yine de dalgaboylu, ufuğa yakın meydana gelen fononlar o kadar kısadırlar ki; sıvının tanecikli olma özelliğine hassas olmalıdırlar.

Bu, sonun sonucunu etkiler mi? Gerçek bir sıvı Hawking-benzeri fononları yayar mı, yoksa Unruh’un öngörüsü sürekli olan sıvının idealleşmesinin yapay olgusunun bir tahmini midir? Eğer soru akustik kara delikler için cevaplanabilirse; bu fizikçileri benzeşimle roketlerin sonunda bulunan, hazır benzeşimi kara delik yapan Laval enjektörüne doğru yönlendirebilir. Giren sıvı sesüstüdür. Dar geçit onu sesin hızına doğru hızlanmaya zorlar, böylece dışarı çıkan sıvı sesüstüdür. Sesüstü bölgedeki ses dalgaları yukarı yöne taşınabilirler, fakat sesüstü bölgedeki dalgalar yukarı doğru taşınamazlar. Dar geçit kara deliğin ufku gibi davranır: Ses girebilir fakat sesüstü bölgeden çıkmaz. Dar geçitteki kuantum dalgalanmaları, Hawking’in radyasyonundakine benzer bir şekilde sesi meydana getirmelidir.

Fizikçiler sesötesi sıvı akışının yanında birkaç kara delik benzeşmesi de önermişlerdir. Birşey yalnızca ses dalgalarıyla değil, fakat sıvının yüzeyindeki dalgacıklar veya çok soğuk olduğundan dolayı harekete bütün sürtünme direncini kaybetmiş süpersıvı helyumun katmanlarının arayüzü arasındakilerle de alakalıdır.

Geçenlerde Almanya’daki Dresden Teknik Üniversitesi’nden Unruh ve Ralf Schütz; küçücük, dikkatlice planlanıp düzenlenen elektronik borudan geçen elektromanyetik dalgalar üzerinde çalışmayı teklif ettiler. Boruyla birlikte lazeri yerel dalga hızını değiştirmek için tarayarak, fizikçiler bir ufuk yaratabilirler. Fakat, Hawking-benzeri radyasyonu meydana getiren başka bir fikir de evrenin genişlemesini hızlandırmaya örnek teşkil etmektedir.

Atomların bireysel kimliklerini kaybettikleri soğuk bir gaz olan Bose-Einstein yoğuşma suyu, ya gerçekten saçılarak veya aynı etkiyi vermek için manyetik alan kullanıp, işlenerek genişleyen evrenin ışığa yaptığı gibi sese davranabilir. Fakat henüz deneyciler bu tür aygıtların hiçbirini laboratuarda yaratamadılar. Yöntemler karmaşıktır ve deneyciler onları meşgul edecek diğer düşük-derece fenomenine sahipler. Böylece kuramcılar, problemin üzerinde matematiksel olarak ilerleme yapıp yapamayacaklarını görmek için çalışıyorlar.

Sıvının moleküler yapısının fononları nasıl etkilediğini anlamak son derece karmaşıktır. Neyse ki Unruh, ses dalgalarıyla ilgili benzeşimi teklif ettikten 10 yıl sonra, birimiz (Jacobson) çok kullanışlı bir kolaylaştırma ile karşılaştı. Moleküler yapının temel detayları ses dalga frekansının dalgaboyu şekline dayanarak kapsüle edilmiştir. Saçılma ilişkisi olarak adlandırılan bu bağlılık, yayılmanın süratine karar verir. Büyük dalgaboyları için sürat sabit durmaktadır. Kısa dalgaboyları için, moleküller arası uzaklığa ulaşmada sürat dalgaboyuyla değişebilir.

Üç farklı davranış ortaya çıkabilir. Tip I, saçılma değildir. Dalga, uzun olanlarında yaptığı gibi kısa olanlarında da aynı şekilde davranır. Tip II için, dalgaboyu azaldıkça sürat azalır. Tip III için de, sürat çoğalır. Tip I, izafiyetteki fotonları anlatır. Tip II, fononların içindekini, örneğin, süpersıvı helyumu ve Tip III de sulandırılmış Bose-Einstein yoğuşma suyundaki fononları anlatır.Bu üç tipe ayırma, moleküler yapının makroskobik düzeyde sesi nasıl etkilediğini çözmek için düzenleyici prensibi sağlar.

1995’ten başlayarak, Unruh ve daha sonra da diğer araştırmacılar Tip II ve Tip III yayılmasındaki Hawking etkisini incelediler. Hawking-benzeri fononların geriye doğru olan zamanda görüntülendiğinde nasıl göründüklerini gözönüne alın. Başlangıçta saçılma tipi önemli olmamaktadır. Fononlar belirli bir müddetin başından sonuna kadar dalga boyları azalarak aşağı yönde ufuğa doğru yüzmektedirler. Dalgaboyu moleküller arası uzaklığa yaklaştığı zaman, belirli saçılma ilişkisi önemli olmaya başlar. Tip II için fononlar yavaşlar, daha sonra yönlerini ters yöne çevirirler ve tekrar yukarı yönde yönlenmeye başlarlar. Tip III için hızlandırırlar, sesin uzun dalga boyu hızını bozarlar, daha sonra da ufku geçerler.

Hawking Etkisindeki Enerji Dengesi

‘’Hawking etkisini anlamanın şaşkınlığının alışılagelmiş kaynağı, süreçteki enerji dengesinin nasıl hesaplandığı ve radyasyonun kaynağı olan ‘’sanal çiftlere’’ ne olduğudur. Vakumdan ortaya çıkan, bir tanesi ufuğun dışında pozitif enerjiye sahip olan ve bir diğeri de içeride tam tersi negatif bir enerjiye sahip olan bir çift fotonu düşünün. (Sanal çiftin üyeleri enerjinin her zaman zıt değerlerine sahip olmalılar, çünkü toplam enerji korunmaktadır.)

Negatif-enerji parçacıkları ufuğun dışında varolamazlar, çünkü tanımlamayla vakum en düşük enerji halidir. Bu sebeple, yalnızca pozitif-enerji foton kaçabilir. Halbuki onun negatif enerji partneri, toplam enerjiyi düşürerek ve bu nedenle kara delik kütlesini de düşürerek içeride hapsolmaktadır. Eğer bir negatif-enerji fotonu; ufuğun dışında varolamazsa, içeride nasıl varolabilir? Bu vakumun tanımını da ihlal etmez mi? Neden olmadığını anlamak için, yerel olarak ölçülmüş enerjiyle küresel olarak korunmuş enerjiyi ayırt etmeliyiz. Korunmuş enerjinin alışılagelmiş kavramı; zaman-rotasyon simetrisiyle bağlantılıdır, fakat fiziğin kanunları her zaman için aynıdır.

Korunmuş momentum, uzay-rotasyon simetrisiyle bağlantılıdır. Kara delik uzay-zamanında, ufuğun dışındaki zamana ait rotasyon olan küresel simetri içeride uzamsal bir rotasyon olmaya başlar. Böylece tek korunmuş nicelik, ‘’global enerji’’, dışarıdaki enerjiye ve içerideki momentuma uygun gelir. Hawking etkisinde, ufuğun içindeki foton partnerleri negatif ‘’küresel enerjiye’’ sahiptirler, fakat onların yerel olarak ölçülmüş enerjileri pozitiftir.

Kara deliğin sıvı benzeşiminde, sesle ilgili Hawking radyasyonu için olan enerji, sıvının yığınsal akışının kinetik enerjisinden gelmektedir. Yukarı yöne doğru giden bir ses dalgası akıştan enerjiyi tüketir, fakat dalganın kendi enerjisi bunu karşılar ve böylece de toplam enerji sesin hızından daha az olduğu sürece daha yüksektir.Sesle ilgili ufuğun içerisinde, hızın akışı sesin hızından daha büyüktür. Burada dalga akışta kendisinin taşıdığından daha fazla enerji tüketir, böylece toplam enerji rahatsız olmamış akıştan daha azdır. Böyle bir dalga, negatif enerjiyi kapsayan olarak düşünülebilir.’’ — T.A.J. ve R.P.

Eter Azalma ve Oksidasyonu

Hawking etkisine gerçek benzeşim önemli bir şartı yerine getirmelidir: Sanal foton çiftlerinin kara deliğin etrafında yaptıkları gibi, sanal fonon çiftleri de hayatlarına yeryüzü konumunda başlamalıdırlar. Gerçek bir sıvıda, bu hal kolayca sağlanabilir. Moleküler durum; moleküler düzeydeki olayların gidişiyle karşılaştırıldığında, makroskobik sıvı akış ve uzay-zaman moleküler düzeyinde yavaş değiştiği sürece, sistemin bütünüyle olan enerjisini sürekli olarak en aza indirgemeye ayarlar. Sıvının hangi moleküllerden yapılmış olduğu önemli değildir. Bu şart sağlandığında, Hawking-benzeri radyasyonun hangi üç tip saçılma bağlantıları uygulanırsa uygulansın sıvıyı yaydığı ortaya çıkmıştır.

Sıvının mikroskobik detayları aynı etkiye sahip değildirler. Fononlar ufuktan uzağa seyahat ettikçe iptal olurlar. Buna ilaveten; orijinal Hawking analiziyle başlayan keyfi davranan kısa dalgaboyları, tip II veya tip III, saçılma dahil olduğunda ortaya çıkmamaktadırlar. Bunun yerine moleküller arası uzaklıktaki en düşük seviyeye ulaşan dalga boyları ortaya çıkarlar. Sonsuz kırmızı-rotasyon, son derece küçük olan atomların fiziksel olmayan bir tahmininin simgesidir. Sıvı benzeşimi kara deliklere uygulandığında, Hawking’in sonucunun yaptığı basitleştirmelere rağmen, bunun doğru olduğu desteklenmektedir.

Bundan başka, bu yerçekimsel kara delik ufkundaki sınırsız kırmızı rotasyonun kısa dalgaboyu, ışığın saçılmasının benzer bir şekilde önlenebileceğini ileri sürebilir. Fakat bir yakalama vardır. İzafiyet teorisi temel olarak ışığın vakumda saçılma görmediğini ileri sürmektedir. Fotonun dalga boyu değişik gözlemcilere değişik gözükür; ışığın hızına yeterince yakın taşınan referans resminden görüntülendiğinde ise keyfi şekilde uzundur. Bu nedenle fiziğin kanunları, saçılma ilişkisinin Tip I den Tip II veya Tip III e değiştiği sabit kısa-dalgaboyu kestirme yoluna emir veremez. Her gözlemci farklı bir kestirme yolu algılayacaktır.

Laval enjektörünün yanısıra olan aygıtlar kara delik ufkunun temel özelliğini de kopyalarlar: Dalgalar bir yöne doğru giderler fakat  bir diğerine gitmezler. Herbiri kara deliklere alışılmışın dışında anlayışlar sunarlar. Hepsi Hawking radyasyonunun benzeşimini oluşturmalıdır. Bu deney ses dalgaları yerine, dairesel kanalın etrafında akan likitin yüzey dalgalarını kapsar. Kanal daha sığlaşmaya başladıkça, akıntı hızlanır ve bir noktada dalgalar onları yukarı yönde seyahat etmekten önleyerek geçerler. Böylece kara deliğin benzeşimini yaratır. Turu tamamlamak, ‘’beyaz deliğin’’ ufkudur: O; materyalin içeri değil, dışarı akmasına izin veren bir kütledir. Hawking-benzeri radyasyonu gözlemlemek, Helyum 4 gibi süperserinletilmiş bir sıvıyı gerektirecektir. Patlayıcı, sigara biçimli gaz bulutunun uzun ekseni; hızlanan süratle genişleyen bir-boyutlu evreni taklit edebilir. Böyle bir evren, tersyüz olmuş bir kara delik gibi davranır: Ufukların dışındaki dalgalar iç bölgeye girmek için çabucak yok edilir.

Bir Hawking-benzeri radyasyon içeriye doğru akmalıdır. Uygulamada gaz, Hawking benzeşimini mümkün kılan kuantum özellikleriyle süperserinletilmiş gaz olan Bose-Einstein yoğuşma suyu olabilirdi. Bu deney çubuğa yerleştirilmiş geçen mikrodalgaları çalışır, böylece dalga yayılımının hızı lazer ışınıyla bükülebilir. Çubukla beraber olan ışını yoketmek; çubuğu yavaş- ve hızlı-dalga bölgelerine bölen, taşınan bir ufuk yaratır. Yavaş bölgedeki dalgalar hızlı bölgeye yaklaşamazlar, fakat hızlı bölgedeki dalgalar yavaşa geçebilirler.

Hawking-benzeri radyasyon, belki de sıvı benzeşimlerindekinden daha kuvvetlidir ve daha kolay gözlemlenebilir. Böylece fizikçiler bir muammayla yüzleşiyorlar. Ya Einstein’ın tercih edilen yapının karşısındaki tavsiyesini devam ettirirler ve sınırsız kırmızı-rotasyonu yutarlar, veyahut da protonların sınırsız kırmızı-rotasyona uğramadıklarını varsayarlar ve tercih edilen yapıyı sunarlar. Bu yapı, izafiyeti ister istemez ihlal eder mi? Bunu henüz kimse bilmiyor.Belki de tercih edilen yapı; izafiyeti uygulayan, yalnızca kara delik ufukları yakınında genel olarak ortaya çıkan bir yerel etkidir. Bir başka deyişle; belki de tercih edilen yapı, sadece kara deliklerin yakınında değil (bu durumda izafiyet, yalnızca doğanın daha derin teorisine yakın olan birşeydir) fakat heryerde varolmaktadır. Deneyciler henüz böyle bir yapı görmediler, fakat varolmayan sonuç yeterli doğruluk isteği için olabilir.

Fizikçiler uzun zamandır Genel İzafiyetin Kuantum Mekanikle olan uzlaşmasının belki de Planck derecesiyle bağlantılı olduğu, kısa-mesafe kestirme yolu içerdiği konusunda şüphe etmekteler. Akustik benzeşimi de bu şüpheyi desteklemektedir.

Uzay-zaman belirsiz ve sınırsız kırmızı-rotasyonu yumuşatmak için her nasılsa tanecikli olmalıdır. Eğer öyleyse, ses ve hafif yayılım arasındaki benzeşim, Unruh’un orijinal düşündüğünden hatta daha bile iyi olabilirdi. Genel İzafiyet ve Kuantum Mekaniğin birleşmesi, bizi sürekli olan uzay ve zaman ve uzay-zamanın ‘’atomlarını’’ keşfetmekten vazgeçmeye yöneltebilir.

Einstein; ölümünden önceki sene olan 1954’de, yakın arkadaşı Michele Besso’ya yazdığı zaman benzer düşüncelere sahip olmuş olabilir:’’ Fiziğin alan kavramına, yani sürekli olan yapılar üzerine gerçekten de kurulu olamayacağını göz önünde bulundurmaktayım.’’ Fakat bu da fiziğin en temelini derinden sarsabilirdi ve şu anda bilimadamları bir yedek için belirli bir adaya sahip değiller. Gerçeği söylemek gerekirse, Einstein bir sonraki cümlesinde, ‘’Madem öyle, İzafiyet teorisi de dahil, modern fiziğin tamamından ve benim tüm şatomdan geriye hiçbirşey kalmaz,’’ demiştir. Elli yıl sonra, geleceği belirsiz de olsa, şato bozulmamış olarak hâlâ ayakta durmaktadır.
Kara delikler ve onların akustik benzeşimleri belki de patikayı ve yolu aydınlatmış gibi görünmektedirler.

Kaynak: Theodore A. Jacobson – Renaud Parentani (Scientific American Dergisi, 2007 Özel Baskısı – sayfalar 12-19)
Çeviri : Esin Tezer

Check Also

Güney Koreliler Neden Kendileri İçin Sahte Cenaze Düzenliyor?

Güney Koreliler Neden Kendileri İçin Sahte Cenaze Düzenliyor? Ebedi yaşam arayışı eskiden beri süregelen bir ...