“Kara delikler radyasyon yayabilirler ve zamanla buharlaşıp yok olabilirler.”
Tekillilikteki Tezat : Parlak ve Karanlık mı?
Kara delikler, dev yıldızların çökmesi ile oluşan öylesine yoğun cisimlerdir ki; hızıyla övündüğümüz ışık bile etkisinden kaçamamakta. Onlara “kara” denilmesinin nedeni de budur. Işığı tutsak ediyorlar ve görünmüyorlar. Ama bir fikir ile açılan farklı bir pencere, sınırlarımızı genişletti: Ya kara delikler tamamen karanlık değilse? Ya bir şekilde parlayabiliyorlarsa?
Hawking Radyasyonu
Stephen Hawking’in 1974’te ortaya attığı modeline göre Hawking radyasyonu, kuantum etkileri sonucu bir kara deliğin olay ufku yakınlarında oluşan ve dışarıya yayılan bir tür kara cisim radyasyonudur. Kuantum alan kuramı ile eğri uzay-zaman geometrisini birleştirerek kara delik yakınında vakum durumunun nasıl davranacağını analiz edilir.
Bu modelin anlatımı soyut ve teknik gerekliliklerden ötürü anlamada zorluk çıkardığı için “sanal parçacık çifti” benzetmesi Hawking Radyasyonu’nun altında yatan kuantum etkiyi sezgisel olarak anlatmak için kullanılan bir yoldur. Bu anlatımı açıklayalım:
Kuantum fiziğine göre, boşluk dediğimiz alan aslında tamamen boş değildir. Çıkarılabilecek her şey çıkarılsa bile uzayın sıfırdan farklı kendisine özgü olan enerjisi (vakum enerjisi / sıfır noktası enerjisi) geriye kalacaktır. Bu enerji sayesinde, uzay boşluğunda sürekli olarak sanal parçacık çiftleri ortaya çıkar: bir parçacık ve onun karşıtı (anti-parçacık). Ancak bu olay, bir kara deliğin olay ufku yakınında gerçekleştiğinde sanal parçacıklardan biri olay ufkunun hemen dışında kalırken diğeri kara deliğe düşer ve birbirlerini yok edemezler. Olay ufku dışında kalan parçacık Hawking radyasyonunu oluşturur. (Yukarıda belirtildiği üzere, sanal parçacık çiftlerinin biri kara deliğe düşerken diğerinin kaçması tam anlamıyla fiziksel gerçeklik değildir, anlatımda kolaylıktır.)
Kara Delik Hapsinden “Parıltılı” Kaçışa
Kuantum fiziğine göre, kara deliğin içine düşen parçacık efektif olarak negatif enerji taşıyor gibi davranırken, ondan kaçmayı başaran parçacık ise pozitif enerji taşır. Kara delik etkisinden kaçan parçacık gerçek bir parçacığa dönüşür (ölçülebilir, tespit edilebilir) ve dış uzaya enerji yayar (Hawking radyasyonu). Enerji yoktan var olmaz. Peki bu yayılan enerji nereden geliyor? Tabi ki kara deliğimizden! Yukarıda da belirtilene göre kara deliğin içine düşen parçacık efektif negatif enerjili ise kara deliğin toplam enerjisi azalmış olur. Yani, yayılan bu enerji kara delik enerjisidir.
Enerji azaldıkça kütle de azalmış olur. Hawking’in modelinde belirttiği “Kara delikler radyasyon yayabilirler ve zamanla buharlaşıp yok olabilirler” ifadesindeki “buharlaşmak” kavramı da bunu ifade eder.
Gözlem Eksikliği
Kara deliklerin kütlesi azaldıkça, sıcaklıkları artar. Sıcaklıkları arttıkça daha fazla Hawking ışıması yapar hale gelirler.
HAWKING SICAKLIĞI
T: Kara deliğin sıcaklığı
ℏ: İndirgenmiş Planck sabiti
c: Işık hızı
G: Evrensel çekim sabiti
M: Kara deliğin kütlesi
kB: Boltzmann sabiti
Böylelikle, ufak olan kara delikler Hawking radyasyonu için gerekli kara deliklerdir. Ancak bu tür kara delikleri bulup gözlemlemenin zorluğundan dolayı elde herhangi bir gözlemsel veri yoktur. Bu sebeple, Hawking radyasyonu hala teorik bir öngörü olarak kalmaktadır.
Peki Bu Radyasyon Neden Önemli?
Hawking Radyasyonu, hem kara delikleri hem de evrenimizin sahip olduğu temel yasaları kavramamız konusunda oldukça önemlidir.
Ortaya atılan bu teori ile; kara deliklerin tamamen karanlık olmadıklarını, dışarıya yaydıkları enerji ile bir bakıma dışarı “bilgi” çıkardıklarından her şeyi yutan yapılar olamadıklarını anlayabiliyoruz. Kaybettikleri bu enerji ile kütle kaybederek zamanla küçülüp yok olabileceği fikrine sahibiz. Ve en önemlisi; genel görelilik ile kuantum mekaniğinin birleştirilmesi gerektiği açıkça ortaya konarak, doğanın temel yasalarını bir araya getiren kapsamlı bir teorinin mümkün olabileceğine dair güçlü bir umut yaratmaktadır.
Kara deliklerin sınırına yaklaşmak; zamanın yavaşladığı, gerçekliğin büküldüğü bir eşikte durmaktır. Bu ise yalnızca fiziğin sınırlarını değil, insanın merakını ve cesaretini de irdelemektedir. Sorulacak soru ise: kalmak mı devam etmek mi?
“I love you forever. And I’m coming back.”
“Stay.”
-Interstellar (2014)
Kaynaklar:
- nature.com/articles/248030a0
- Hawking. (1998). A Brief History Of Time
- W. Hawking. (1975). Particle Creation By Black Holes. Communications in Mathematical Physics, sf: 199-220. DOI: 10.1007/BF02345020.
Derleyen: Yaren Doruk
