10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

kara_delik-kara_delikler-astronot

Kara deliğe düşünce ölürüm diye düşünebilirsiniz. Belki ölürsünüz, ancak ölmeden önce sizi garip bir kader bekliyor. Önceki yazılarımızda kara deliklerin içine düşen astronotları, kitapları, kedileri ve atomaltı parçacıkları gerçekten yok edip etmediğini araştırdık.

Hatta kuantum fiziğindeki klonlama yok prensibinden hareketle, Heisenberg’in belirsizlik ilkesini örnekleyen ve aynı zamanda kuantum fiziğinin alametifarikası olan Schrödinger’in kedisi kara deliğe düşerse ne olacağını bile araştırdık.

Ancak bu yazıların üzerinden bir yıl geçti ve bilim adamları yeni gelişmeler ışığında kara deliğe düşen astronotların başına ne gelir diye tekrar soruyor. Yeni teoriler kara deliklerin enformasyonu gerçekten yok edip etmediğini sorguluyor. İşte size 10 adımda kara deliğe düşen astronotun sıra dışı sonu.

kara_delik-kara_delikler-astronot 

1 Kara delik birinde yaşadığınız, diğerinde öldüğünüz iki farklı gerçeklik yaratıyor

Gelecekte herkesin başına gelebilir. Belki insan türü için yeni bir yaşanabilir gezegen bulmak isteyeceksiniz veya uzay gemisiyle bir kara deliğe çarpacaksınız. Bu yazının amacı için bir şekilde kara deliğe düştüğünüzü varsayalım: Kara deliğin olay ufkundan içeri girerseniz ne olur?

Kara deliğin güçlü yerçekimi etkisiyle ezileceğinizi düşünebilirsiniz, fakat gerçekte başınıza çok daha garip şeyler gelecek. Çünkü kara delik gerçekliği ikiye ayırıyor. Birinde kara deliğe düşüyor ve yanıp kül oluyorsunuz. Diğerinde ise hiç zarar görmeden kara deliğin içine giriyorsunuz ve kara deliğin merkezindeki tekilliğe düşene kadar hiçbir acı hissetmiyorsunuz.

Üstelik fizikteki tamamlayıcılık ilkesine göre iki fiziksel gerçeklik de evrende aynı zamanda yaşanıyor. Birbirinin tersi iki gerçeklik aynı anda nasıl var olabilir derseniz bunun sebebi, kara deliğin merkezindeki tekillikte fizik yasalarının işlemez hale gelmesi.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Garip ama gerçek

Einstein bize yerçekiminin uzayı büktüğünü öğretmişti. Bu durumda yeteri kadar kütleli ve yoğun bir gökcismi Evren’in dokusunu oluşturan uzay-zamanı koparırcasına bükebilir ve uzay boşluğunda delik açabilir. Buna kara delik diyoruz.

Kara delikler ömrünü süpernova patlamasıyla tamamlayan büyük kütleli yıldızların çekirdek kalıntılarından oluşuyor. Yıldız kendi içine çökerken uzay-zamanı da çökertiyor. Yıldızın yerçekimi alanının gücü o kadar artıyor ki ışık bile kaçamıyor ve böylece kara delik oluşuyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Olay ufkunun yandan görünüşü

 

Geri dönülmez nokta

Kara deliğin dış sınırına olay ufku deniyor ve kara deliğin çekiminden kaçmak için ışıktan hızlı gitmek gerekiyor. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceği için ışık da kara deliğin içine düşmekten kurtulamıyor. Olay ufku geri dönüşü olmayan noktayı gösteriyor.

Öte yandan Stephen Hawking olay ufkunun karanlık olsa da güçlü bir radyasyon alanı oluşturduğunu gösterdi: Kuantum etkileri, olay ufkunun kenarından dışarı doğru akan sıcak parçacıklardan oluşan güç akımları meydana getiriyor.

Kara delikler bu şekilde uzaya radyasyon yayıyor. Adını Stephen Hawking’den alan Hawking radyasyonu kara deliklerin zamanla kütle kaybederek buharlaşmasına yol açıyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot 25

Kara deliğin olay ufkunu geçen uzay dokusu, kara deliğin içine ışıktan hızlı ir şekilde düşüyor, lavabo deliğinden ışıktan hızlı akan su gibi.

 

Uzay ışıktan hızlı akıyor

Kara deliğin içine düştükten sonra kaçmak için neden ışıktan hızlı gitmemiz gerektiğini merak ettiniz mi? Bunun sebebi, cisimlerin değil ama bizzat uzayın kara deliğin içine doğru ışıktan hızlı olarak akması ve üstündeki cisimleri de tıpkı şelaleden düşen kano gibi beraberinde sürüklemesi.

Kara delikler uzayı bükerek gerçek birer delik açıyor. Bu da uzayın ışıktan hızlı bir şekilde kara deliğin içine düşmesine neden oluyor. Kara deliğin merkezinde uzayın bükülme katsayısı sonsuza ulaşıyor. Bilim adamları kara deliğin merkezindeki sonsuzluğu tekillik olarak adlandırıyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

2. Uzay yok oluyor, zaman duruyor

Tekillikte ne var? Tekillik başka evrenlere açılan bir kapı mı? Yoksa her şeyin sonu mu? Yaratıcıya inanıyorsanız Tanrı’nın ikametgahı mı, yoksa gizemler kitabının arka yüzü mü? Bunu bilmiyoruz.

Ancak dikkat ederseniz ilk iki adımda kara deliğin içine düşünce başınıza ne geleceğini neden bilmediğimizi anlatmaya çalıştık, ama bu bilim adamlarını fikir yürütmekten alıkoymuyor. Biz de kara deliğe düşen astronata ne olur sorusunu tekrar soralım ve bu kez tahmin yürütelim.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Ferhat’la Şirin

Kahraman astronotumuz Şirin bir delilik yaptı ve kendine fazla güvenerek kara deliğe çok yaklaştı. Hızını alamayan Şirin şimdi kaçınılmaz bir şekilde kara deliğe doğru düştüğünü görüyor. Bu arada uzay gemisindeki astronot sevgilisi Ferhat da oturduğu yerden çaresizce onu izliyor. Peki Ferhat neden çaresiz ve Şirin neler görecek?

Şirin olay ufkuna yaklaşırken talihsiz astronotun bacakları ve gövdesi Ferhat’ın bakış açısına göre spagetti gibi uzayıp çarpılmaya başlıyor. Aslında Ferhat, Şirin’in ışığının sanki dev bir büyütecin arkasından geçer gibi çarpıldığını görüyor.

Yalnız Şirin’in başına gelenler bununla sınırlı değil: Ferhat’a göre Şirin olay ufkuna yaklaştıkça yavaşlıyor. Hem kara deliğe doğru daha yavaş düşüyor hem de Ferhat’tan imdat istemek için çırpınırken kolları gittikçe daha yavaş hareket etmeye başlıyor. Çünkü Einstein’ın görelilik teorisi uyarınca kara delikler hem uzayı hem de zamanı büküyor. Bu nedenle kara deliğin güçlü yerçekimi alanında zamanın akışı da Ferhat’a göre yavaşlıyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Şirin’i uyarabilir, ona yetişebilir misiniz?

Ferhat, Şirin’e bağırıp kara deliğe düşmekte olduğunu ve hemen oradan uzaklaşması gerektiğini söyleyemez çünkü uzayda hava yok. Elbette elindeki iPhone’un flaşıyla Şirin’e Mors alfabesiyle kodlanmış bir görsel uyarı mesajı gönderebilir (evet, iPhone’da böyle bir uygulama var) veya telsizle ona ulaşmaya çalışabilir.

Bu noktada Şirin’in Ferhat’ın uzay gemisinden ışık hızına yakın bir hızla uzaklaşmakta olduğunu hatırlamamız gerekiyor (Aslında kara deliğin içine düşmek bir anda olup bitiyor, ama konuyu anlatabilmek için tüm adımların üzerinden yavaş çekimde geçiyoruz 🙂 ).

Sonuç olarak ister telsiz olsun, ister lazer flaşı; Ferhat’ın sözleri Şirin’e gittikçe daha yavaş ulaşıyor, kelimelerin, hatta seslerin arasındaki mesafe uzuyor: “Tamam sakin ol, s a k i n o l …”

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

3. Şirin olay ufkuna ulaştığı anda parçalanıp küle dönüyor

Ferhat’a göre Şirin tam olay ufkuna ulaştığı anda donup kalıyor. Sanki biri Şirin’in kamera kaydını duraklatmış gibi. Şirin’in atomları kara deliğin güçlü çekim alanının etkisiyle birbirinden kopmadan ve parçalanmadan önce Şirin’in bedeni kara deliğin yuvarlak yüzeyine sakız gibi gerilerek yayılıyor.

Ardından hızla artan sıcaklık astronotu kızartmaya başlıyor. Olay ufkunda zaman donduğu için Ferhat tam o sırada Şirin’in nasıl yok olduğunu görmüyor. Ancak olay ufkuna erişene kadar nasıl spagetti gibi uzayıp ısındığını ağır çekimde görüyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

4. Şirin sapasağlam bir şekilde kara deliğin içine düşüyor!

Ancak cenaze için acele etmeyin ve lütfen Şirin’in kötü sonunu bir an için aklınızdan çıkararak 2. adımda yazdıklarımızı hatırlayın:

Kara delikler fiziksel gerçekliği ikiye bölüyor. Az önce birinci gerçeklikte Şirin’in sonunu anlattık. Şimdi ikinci gerçeklikte en azından tekilliğe ulaşana dek nasıl hayatta kaldığını anlatalım.

Yazıda işimizi kolaylaştırmak için kendi çevresinde dönmeyen, yuvarlak şekilli bir yıldız kütleli kara deliği ele aldık. Normalde bu tür bir kara delikte olay ufkunu geçip tekilliğe ulaşmanız bir saniyeden kısa sürer ama dediğim gibi yavaşlatarak anlatıyoruz. Öyleyse ikinci gerçeklikte Şirin’in başına ne geldiğini söyleyebiliriz: Hiçbir şey. Kadın hiçbir şey olmadan ve zarar görmeden olay ufkundan geçip kara deliğe giriyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Kara delik uzayda açılan bir deliktir. Uzay-zamanı büküyor.

 

5. Büyük kara delikte hayatınızı normal şekilde sürdürebilirsiniz

Yıldız kütleli aktif bir kara deliğin güçlü çekim etkisi ve yoğun radyasyonu sizi daha olay ufkuna yaklaşırken öldürecektir. Ancak Ferhat için Şirin ölmemiş sayılır, çünkü Ferhat için Şirin yok olmadan önce zaman dondu.

Olay ufkundaki Şirin’in görüntüsü donup kaldı. Şirin, Evren’in sonuna kadar hayatını bir saniye yaşlanmadan sürdürecek. Bu noktayı aklınızda tutun çünkü kara deliğin enformasyonu (fizikte bilginin karşılığı) yok edip etmediği tartışmaları açısından önemli.

Ancak bir de Interstellar filminde olduğu gibi Güneş Sistemi büyüklüğünde süper kütleli kara delikler var. Aslında bütün galaksilerin merkezinde bunlardan en az bir tane bulunuyor. Süper kütleli kara deliklerin uzun menzilli yerçekimi alanı galaksi diskindeki yıldızları bir arada tutarak uzaya savrulup dağılmasını önlüyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Interstellar filminde Gargantua Güneş Sistemi boyunda, aktif olmayan ve kendi çevresinde dönmeyen, oldukça zararsız bir süper kütleli kara delik. Gargantua aynı zamanda yazımızdaki deneyin konu mankeni.

 

Güneş sistemi büyüklüğünde

Konumuz açısından aktif olmayan bir süper kütleli kara deliği ele alalım. Bu kara delik sürekli madde yutmadığı için sarmallar çizerek içine düşen ve X ışınları yayan milyonlarca derece sıcaklıktaki ölümcül bir gaz diskiyle kuşatılmış değildir.

Pasif süper kütleli kara delikler yalnızca Hawking radyasyonu yayıyor. Ancak bunların çapı 800 milyon ila 1 milyar km, yani buradan Jüpiter’e kadar. Dolayısıyla yüzey alanı çok geniş ve metrekareye düşen Hawking radyasyonu sınırlı.

İşte Şirin olay ufku böyle soğuk olan bir kara deliğin içine düşseydi hiç zarar görmezdi. Kara deliğin merkezindeki tekilliğe ulaşması haftalar sürerdi. Kara delik aktif olmadığı için iç olay ufku, yani tekilliğin çevresindeki bölge de radyasyon saçmazdı.

Konu mankeni olarak Interstellar filmindeki Gargantua adlı süper kütleli kara deliği seçtik. İçine Şirin’den ve seyrek atomlardan başka bir şey düşmediğini varsayıyoruz. 🙂

kara_delik-kara_delikler-astronot

Dönen bir kara deliğe dik değil, ancak sarmallar çizerek düşebilirsiniz. Tabii önce parçalanırsınız. X-ışınları yayan 10 milyon derece sıcaklığındaki bir gaz akışına dönüşürsünüz.

 

Şirin’e geri dönelim

Şirin en ufak bir sarsıntı geçirmeden düşüyor, çünkü Einstein’ın dediği gibi serbest düşüş halinde; yani ne hızlanıyor ne de yavaşlıyor: Süper kütleli kara delik, Şirin’i yıldız kütleli dönen bir kara delik gibi şiddetle çekiştirmiyor.

Şirin’in süper kütleli kara deliğe zarar görmeden girmesinin sebebi, olay ufkunun sokaktaki tuğla duvarlardan farklı olması. Karşımızda üzerinde “Olay Ufku, girmek yasaktır” yazan bir duvar yok. Sonuçta olay ufku sadece kara delikten kaçmak için ışıktan hızlı gitmeniz gereken bir sınır, uzaydaki geri dönülmez nokta.

Aynı sebepten Şirin de olay ufkuna dışarıdan bakarsa kara deliğin içini göremiyor. İşte bu nedenle fizikçiler kara deliklerin içine çektiği maddeyle birlikte o maddeyi tanımlayan bilgiyi de (enformasyonu) yuttuğunu söylüyor. Kara delikler enformasyonu yok ediyor mu tartışması buradan çıkıyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

7. Şirin’i tekilliğe uzay değil, zaman çekiyor

Einstein’ın görelilik teorisi maddenin enerjiye ve enerjinin de maddeye dönüşebildiğini söylüyor. Ünlü E=mc2 formülünün anlamı bu (Popular Science Türkiye Nisan 2015 sayısındaki yazımda okuyabilirsiniz). Öte yandan bu durum uzayın zamanla ve zamanın da uzayla ifade edilebilmesi demek. Uzayı büken kara deliğin zamanı da bükmesi demek.

Ve ne kadar tekrarlasak azdır, kara deliğin içindeki çekim alanı ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü. Bu nedenle kara deliğin içinde uzay ve zaman geometrik olarak yer değiştiriyor.1 Bu yazıda detaya girmeyeceğim, ama resimde gördüğünüz mavi çizgi uzay ve gri yüzey de zamandır.

Kara delikten kurtulmak için ışıktan hızlı gitmek zorunda olmanızın sebebi de bu. Işıktan hızlı gitmek zamanda geçmişe gitmek demektir. Ancak ışıktan hızlı gidemezsiniz, zamanda geçmişe gidemezsiniz, nedensellikte sonuçlar sebeplerden önce gelmez ve kara delikten dışarı çıkamazsınız.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Kendi çevresinde dönen aktif bir kara delik.

 

Tek boyutlu uzay (tekillik)

Sonuç olarak uzay üç boyutludur ve zaman da tek boyutlu. Kara deliğin içinde ise ikisi yer değiştirdiği için bu kez uzay tek boyutludur. Kara deliğin içinde tek boyutlu uzay resimdeki mavi çizgidir ve zaman da asla geriye akmaz. Bu yüzden mavi çizginin dışına çıkamazsınız (tek boyutlu uzayda yana gitmek diye bir kavram yok).

Zaman da hep geleceğe aktığı için tek boyutlu uzay çizgisi üzerinde ancak mavi çizginin zaman düzlemiyle kesiştiği tekillik noktasına doğru hareket edebilirsiniz (mavi ok uzaydaki yolunuzu ve kırmızı ok da zamandaki yolunuzu gösteriyor). Şimdi Şirin’in öyküsüne kaldığımız yerden devam edelim.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Şirin’e gerçekte ne oluyor?

Bir senaryoya göre Şirin olay ufkunda parçalanıp kızararak yok oldu. İkinci senaryoda ise kara deliğin içinde yaşamaya devam ediyor. Ferhat’a göre birinci gerçeklik doğru, Şirin’e göre ikinci gerçeklik doğru. Peki hangisi rüya görüyor?

Aslında her iki gerçeklik de doğru. Ferhat’a göre Şirin öldü, ortada bir illüzyon yok. Hatta sevgilisinin olay ufkunun dışında kalan küllerini toplayıp sevdiklerine gönderebilir. Bunun sebebi fizikte enformasyon ve enerjinin korunumu yasası. Enerjiyi yoktan var edemeyiz ve mevcut enerjiyi yok edemeyiz, Evren’in toplam enerjisi sabit kalmak zorunda.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

7. Peki Şirin aynı zamanda nasıl hayatta kalıyor?

Burada 5. adıma geri dönelim. 5. adımda Ferhat’a göre Şirin’in olay ufkunda donup kaldığını ve evren yok olana dek varlığını uyuyan prenses gibi sürdüreceğini söylemiştik. Şimdi ise Ferhat’a göre Şirin’in yok olduğunu, hatta Ferhat’ın isterse kızın küllerini ailesine geri götürebileceğini söylüyoruz. Bu ne yaman çelişki?

Leonard Susskind ve meslektaşlarının geliştirdiği fizikteki tamamlayıcılık ilkesi tam burada devreye giriyor. Öncelikle olay ufkunda zamanın donduğunu hatırlayalım. Dolayısıyla Ferhat’ın Şirin’in tam olay ufkundaki halini görmesi imkansız. Çünkü zamanla birlikte ışık da olay ufkunda donup kaldı. Şirin’den Ferhat’a ışık ulaşmıyor.

Ancak yıldız kütleli kara deliğin güçlü çekimi alanı ve radyasyonu yüzünden Şirin’in olay ufkuna ulaşmadan hemen önce, saniyenin milyarda biri gibi çok ufak bir kesrinde parçalanarak ve yanarak yok olması gerekiyor. Bu aşamayı da yavaş çekimde anlattık.

Sonuçta Ferhat, Şirin’in olay ufkuna ulaşmadan hemen önce parçalanmasından arta kalan, ama kara deliğin içine düşmemiş olan külleri toplayarak ailesine geri gönderebilir. Ferhat, Şirin’in zaman donmadan önceki son haline erişebilir.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Süper kütleli kara delikler ve zamanın donması

Bu çelişkiyi çözdük. Sırada süper kütleli kara deliğin içine düşme çelişkisi var: Süper kütleli kara deliğin olay ufku bildiğiniz gibi zararsız. Şirin olay ufkundan zarar görmeden geçecek. Ferhat da Şirin’in son ana kadar sapa sağlam olduğunu görecek.

Ancak, Şirin’in görüntüsü geri dönüşü olmayan olay ufkundan geçerken yine donacak. Ferhat ise yukarıda belirttiğimiz gibi donma anını göremeyecek, fakat kızın donmadan önce yaptığı hareketlerin gittikçe yavaşladığını fark edecek.

Çekim alanından kurtulmak için gereken hız ışık hızına yaklaştıkça Şirin’in görüntüsünü oluşturan ışık dalgaları kırmızıya kayarak solacak. Ferhat da bunu izleyecek. Yine de Şirin’in olay ufkunda yok olmadığını bildiğinden, Şirin’in olay ufkunda donup kaldığını bilecek. Fizikteki tamamlayıcılık ilkesinin kaçınılmaz sonucu bu.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Sıra Şirin’de

Einstein’ın görelilik teorisi gereğince Şirin de süper kütleli kara deliğin ufkundan zarar görmeden, hızlanmadan ve ısınmadan geçmek zorunda. Yoksa serbest düşüş ilkesine aykırı davranmış olur ve bu da Einstein’ın tadını kaçırır.

Kısacası yıldız kütleli kara delik söz konusu olduğunda, Ferhat için Şirin olay ufkuna gelmeden önce yok oluyor ve parçacıklarının bir kısmı olay ufkunda kalarak görünmez oluyor, geri kalanı da uzaya kaçıyor. Şirin’in bakış açısından ise yok olan kızın parçacıklarının büyük kısmı kara deliğin içine girerek tekilliğe doğru düşüyor.

Süper kütleli kara delik söz konusu olduğunda ise Ferhat olay ufkuna yaklaşan Şirin’in hareketlerinin yavaşlamaya başladığını görüyor. Ancak Şirin açısından hiçbir şey değişmiyor: Kız olay ufkundan zarar görmeden geçip kara deliğe giriyor. Bizi de özellikle süper kütleli kara delikteki çelişki ilgilendiriyor. Çünkü kara deliklerin enformasyonu yok edip etmediği sorusunu süper kütleli kara deliklerle cevaplamak daha kolay.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

8. Enformasyon paradoksu nedir?

Fizik yasalarına ve Ferhat’ın bakış açısına göre (ister ölsün ister yaşasın) Şirin’e ait atomların bir kısmı olay ufkunda donup kalıyor. Yine fizik yasalarına göre, Şirin ya sapasağlam olarak veya parçalanarak olay ufkundan geçip kara deliğe düşüyor.

Kafanız karıştıysa üzülmeyin. Bu paradoks uzun yıllar boyunca fizikçileri rahatsız etti. Hatta Stephen Hawking, kara deliklerin Hawking radyasyonu ile kütle kaybederek zamanla buharlaşıp yok olduğunu kanıtlayınca durum daha da zorlaştı.

Hawking kara deliklerin zamanla buharlaşıp yok olduğunu söylüyordu. Bu durumda Şirin açısından kara deliğin yuttuğu enformasyona ne oluyordu? Kara delik buharlaşıp yok olduğu zaman içindeki ve olay ufkundaki enformasyon da yok olacak mıydı?

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Uzak bir galaksinin merkezinde aktif süper kütleli kara delik. Temsili, yandan görünüş.

 

9. Holografik ilke

Fizikçi Leonard Susskind tamamlayıcılık prensibinden yola çıkarak bu sorunu çözmek için holografik ilkeyi geliştirdi. Detayları diğer yazılarda açıkladığımız için burada kısa geçelim: Holografik ilkeye göre, kara deliğin içine düşen cisimlerin kusursuz bir görüntüsü kara deliğin olay ufkunda duvar boyası gibi kalıyor.

Kuantum fiziğindeki belirsizlik ve olay ufkunu saran radyasyon yüzünden biz olay ufkunda ne yazdığını okuyamıyoruz, ama teorik olarak kara deliğin olay ufku kara deliğin içine düşen her şeyin bilgisini içeriyor.

Kara delik buharlaşıp yok olduğu zaman yuttuğu enformasyon da buharlaşan olay ufkuyla birlikte Evren’e geri dönüyor. Böylece Evren’in toplam enerjisi azalmıyor ve enformasyon yok olmuyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Oyunbozan ateş duvarı

Daha doğrusu öyle olduğunu sanıyorduk ama fizikçi Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joe Polchinski ve James Sully olay ufkunda enformasyonun yok olduğunu gösterdiler!

Bu buluş fizik dünyasını sarstı ve en azından Polchinski’nin kısmen kendinden nefret etmesine yol açtı. Polchinski yeni buluşu fizik dünyasına duyurduğu konferansta, olay ufkunun enformasyonu yok ettiğini bulmuş olmaktan büyük üzüntü duyduğunu ifade etti.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Ateş duvarı nedir?

Konuyu 4 bölümlük Kara Delik Savaşları dizisinde anlatmış olduğum için yine kısa geçeceğim: Ateş duvarı Hawking radyasyonundan kaynaklanıyor. Hawking radyasyonu bir kara deliğin yuttuğu parçacıkları geri kusmadan buharlaşmasına izin veriyor (parçacıklar ışıktan hızlı gidemeyeceği için kara deliklerin yuttuğu atomları kusması fiziğe aykırı olurdu).

Ancak bu kez çelişki yok. Her şey kuantum fiziği sayesinde çözülüyor. Kuantum fiziğindeki Heisenberg’in belirsizlik ilkesi yüzünden uzay boşluğunda rastgele parçacık ve anti parçacık çiftleri yaratılıyor. Anti madde ve madde birbirine değince yok olduğu için bu çiftler de daha gerçeklik dünyasına adım atmadan birbirini yok ediyor.

Bu yüzden bunlara sanal parçacık diyoruz ve kara deliğin olay ufkunda da sanal parçacıklar oluşuyor. Ancak, belirsizlik ilkesi nedeniyle bazen bu parçacıklardan biri eşinden koparak gerçek parçacığa dönüşüyor ve kara deliğin çekimine kapılıp içine düşüyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Kara delikler Hawking radyasyonu ile kütle kaybediyor

Kuantum fiziğine göre bunlar dolanık parçacıklar olduğu için, kara deliğe düşen parçacık, kendi momentumunu kara deliğin dışında kalan ve uzaya kaçıp kurtulan eşine aktarıyor (Klasik mekanikte momentum bir nesnenin kütlesi ve hızının çarpımıdır: p = mv).

Bu açıdan bakarsanız bir parçacık kara deliğe düşerken, olay ufkunun dışındaki eşi de içeri düşen parçacığın momentumunu çalarak uzaya kaçıyor. Ancak momentum kütle ve hızın çarpımına eşit olduğundan, uzaya kaçarken aslında kara deliğin kütlesini de çalmış oluyor!

Sonuçta kara delikler Hawking radyasyonu ile maksimum 100 trilyon yıl içinde önemli ölçüde kütle kaybediyor. Kütlesi azalan kara deliklerin yerçekimi alanı zayıflıyor. Sonunda kara delikten kaçma hızı ışık hızının altına düşüyor ve kara delik buharlaşarak yok oluyor.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Hawking radyasyonu ile Şirin’in ne ilgisi var?

Öyle ya, Hawking radyasyonu spontane radyasyon. Kara deliğin içine düşen Şirin’le ilgili değil. Kara deliğin içine düşen sanal parçacıklarla ilgili. Ancak, Susskind holografik ilkeden ve kuantum fiziğindeki dolanıklık durumundan yola çıkarak bilginin Ferhat açısından bakıldığında olay ufkunda aynen korunduğunda ısrar ediyordu.

Susskind’e göre bilginin kara deliğin içine düşmüş olması önemli değildi (Şirin’in bakış açısı). Nihayet biz kara deliğin içinde Şirin’in başına ne geldiğini görmüyorduk. Şirin tekillikte yok olabilirdi (enformasyonu da yok olabilirdi). Ancak bunu görmüyorduk.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Hawking radyasyonu

 

Özünde, kara deliğin içi gözlemlenebilir evrenin dışındaydı ve gözlemlenebilir evrenin dışındaki hiçbir şeyi göremeyeceğimiz gibi, Evren’in dışında fizik yasalarının farklı olması da bizi bağlamazdı.

Bizim açımızdan enformasyon olay ufkunda korunuyordu çünkü kara deliğin enerjisini, kütlesi ve enformasyonunu holografik ilke uyarınca 2 boyutlu bir yüzey olan olay ufkunda saklamak mümkündü.

Bu nedenle ortada enformasyon paradoksu yoktu. Hem Şirin hem Ferhat haklıydı, iki gerçeklik de doğruydu. Üstelik birbirimizle iletişim kuramıyorduk. Öyleyse fizik yasalarıyla çelişen bir durum yoktu.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Polchinski: Ortalığı karıştıran adam.

 

Polchinski’ye göre olay ufku enformasyonu yok ediyor

Polchinski ve ekibi basit bir mantıktan yola çıktı ve Hawking radyasyonu olay ufkundaki enformasyonu yok edecek kadar sıcaktır dedi. Böylece 2012 yılında kıyamet koptu. Ancak 60’lı yıllarda sicim teorisini geliştiren bilim adamlarından biri olan Susskind yılmadı ve enformasyon paradoksunu açıklamak için ertesi yıl yaratıcı bir görüş ortaya attı.

Dedi ki kuantum fiziğindeki uzaktan etkiyi, yani dolanıklığı solucandelikleriyle açıklayabiliriz. Uzaktan etkiye göre iki parçacık aralarında 10 milyar ışık yılı uzaklık olsa bile birbirini anında etkileyebilir. Sanki aralarında ışıktan hızlı etkileşim varmış gibi.

Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemiyorsa bu nasıl olabilir? Susskind’in çözümü dahiceydi: Susskind Evren’de mikroskobik solucandelikleri olabileceğini biliyordu ve bundan yola çıkarak 10 milyar ışık yılı uzaklıktaki iki dolanık parçacığın aslında birbirine ince bir solucandeliği tüpüyle bağlı olduğunu söyledi. Bu yüzden dolanık parçacıklar birbiriyle ışıktan hızlı gitmeden anında etkileşim kurabilir. Çünkü solucandelikleri Evren’de ışıktan hızlı gitmeden ışıktan hızlı yolculuk etmeye izin veriyor. 🙂

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Kuantum fiziğinde dolanıklık. Temsili.

 

9. Ateş duvarını delmek

Gerisi çorap söküğü gibi geldi. Hawking radyasyonunun olay ufkunda yol açtığı ateş duvarı kara deliğe düşen cisimlerin enformasyonunu yok etmiyordu. Çünkü bu cisimlerdeki parçacıklar kara deliğin dışında, sıcak olay ufkundan güvenli bir uzaklıkta yer alan parçacıklarla mikroskobik solucan delikleriyle bağlantı kuruyordu.

Örneğin, Şirin’in bir atomu olay ufkundaki bir atomla ve o da olay ufkunun dışındaki başka bir atomla dolanık olacaktı. Dolanıklık uzaydan ve zamandan bağımsız olduğu için Şirin kara deliğin içinde yok olsa bile kara deliğe düşen cisimlerin bilgisi Evren’le kara delik arasındaki dolanıklıkta korunacaktı. Ateş duvarı bu nedenle bilginin korunmasını engelleyemeyecekti.

Dikkat ederseniz kara deliğin içindeki parçacıklar dışarı çıkmıyor, ama olay ufkundaki parçacıkları aracı olarak kullanarak dış uzayla dolanıklık yoluyla etkileşim halinde kalıyor.

 

Leonard Susskind: Ortalığı toparlayan fizikçi.

Leonard Susskind: Ortalığı toparlayan fizikçi.

 

Öyleyse neden kara deliğin içini dolanıkla göremiyoruz?

Az önce yaptığım tarif aslında kuantum ışınlamanın tarifi. Ancak, kuantum ışınlama ışıktan hızlı iletişim kurmaya izin vermiyor. Bunu kara deliğe ve Şirin’e uyarlayacak olursak durumu çözebiliriz.

Evet, Şirin’in parçacıkları dış uzayla dolanık. Ancak bizim bu kodu çözüp bilgiyi okuyabilmemiz için Şirin’in normal yollarla, yani ışık hızında giden radyo dalgalarını kullanarak bizimle iletişim kurması ve “Ben buradayım ve iyiyim!” demesi gerekiyor.

Ancak bu bilgiye sahip olursak uzaydaki hangi parçacığa ne gözle bakacağımızı bilebilir ve dolanıklıkta saklı olan enformasyonu okuyabiliriz. Oysa kara delikten ışık bile kaçamaz ve Şirin içeride ne halde olduğunu bize söyleyemez. Kısacası Susskind’in ilk açıklamasında enformasyon olay ufkundaki parçacıklarda korunuyordu.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

Kara deliğin güçlü yerçekimi arkadaki yıldızların ışığını mercek gibi büküyor ve çarpıtıyor.

 

10. Tekilliğin sırrı

Böylece 10 adımda kara deliğe düşen astronota ne olur yazımızın son maddesine geldik. Bu kez olay ufkunu kale almayacağız ve doğrudan kara deliğin içine dalıp tekilliğe bakacağız. Tekillikte ne var, neler oluyor? Şirin tekilliğe ulaşınca ne olacak?

Öncelikle tekillikte yerçekimi sonsuza ulaşıyor. Bu yüzden tekilliğe ulaşan her şey yok oluyor Ancak, her ne kadar tekillikte fizik yasaları geçerli olmasa da tekilliğin hemen dışında yasalar geçerliliğini koruyor.

Bu yüzden talihsiz Şirin fizik yasaları tekillikte geçersiz diye kurtulamaz. Süper kütleli kara deliğin içine zarar görmeden girse bile tekilliğe yaklaştığı anda yok olacaktır.

 

Samir Mathur: Arabulucu.

Samir Mathur: Arabulucu.

 

Şeytan’ın avukatı

Leonard Susskind’in sıkıntı yok dese bile içinden çıkamadığı bir sonuç var. O da bize göre bir şey değişmese de gözlemlenebilir evrenin dışında, yani kara deliğin merkezindeki tekillikte Şirin’in taşıdığı enformasyonla birlikte yok olduğu gerçeği.

Fizikte Susskind’in geliştirdiği tamamlayıcılık ilkesi Şirin’in kara delikte yok olduğunu kabul ediyor: Bize göre Şirin hayatta ve kara deliğe göre Şirin öldü. İkisi de gerçek, ama biz olaya sadece kendi açımızdan bakabildiğimiz için bu pratikte sorun oluşturmuyor.

 

Oysa bu çelişkiyi çözmüyor

Ancak, pratikte olmasa da teoride bir çelişki var ve bu kuantum fiziğine aykırı: Kuantum fiziğinde enformasyonun klonlanması, yani kusursuz şekilde kopyalanması yasak. Hem dikkat ederseniz enformasyonun korunduğunu söylemek için enformasyonun klonlandığını kabul etmek zorunda kaldık!

Oysa kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesi nedeniyle bir şeyin kusursuz kopyasını çıkarmak imkansız. Üstelik enformasyonun klonlaması enerjinin korunumu yasasına aykırı. Nasıl ki enformasyonun yok olması Evren’deki toplam enerji miktarını azaltıyor, enformasyonun klonlanması da toplam enerjiyi artırıyor. Her ikisi de kabul edilemez.

Dönen aktif bir kara deliğin tekilliğin hemen çevresindeki iç olay ufkunu gösteren bilgisayar simülasyonu. Simit şekilli sarı gaz halkasının patlama enerjisi büyük patlamadan güçlü olabilir. Şansımıza bunun kara deliğin dışına çıkması imkansız. Çünkü süper sıcak gazlar ışıktan hızlı şekilde kara deliğin dışına savrulmak isterken, ışıktan hızlı şekilde kara deliğin içine düşen yeni gaz akışıyla çarpışıp iç olay ufkunda kalıyor! Böylece iç olay ufkunun çevresinde simit şekilli ve girdaplı bir plazma akışı oluşuyor.

Dönen aktif bir kara deliğin tekilliğin hemen çevresindeki iç olay ufkunu gösteren bilgisayar simülasyonu. Simit şekilli sarı gaz halkasının patlama enerjisi büyük patlamadan güçlü olabilir. Şansımıza bunun kara deliğin dışına çıkması imkansız. Çünkü süper sıcak gazlar ışıktan hızlı şekilde kara deliğin dışına savrulmak isterken, ışıktan hızlı şekilde kara deliğin içine düşen yeni gaz akışıyla çarpışıp iç olay ufkunda kalıyor! Böylece iç olay ufkunun çevresinde simit şekilli ve girdaplı bir plazma akışı oluşuyor.

 

Öte yandan, kara delikte enformasyon paradoksunu çözmemizi ve ateş duvarını aşmamızı sağlayan holografik ilke ve Susskind’in dolanıklığı solucandelikleriyle açıklayan özel yorumu enformasyonun klonlandığını söylüyor.

Öyleyse ne yapıyoruz? Bunca şeyi boşuna mı anlattık? Klonlamanın imkansız olması yüzünden enformasyon paradoksunu çözemeden başa mı döndük? Hayır, endişelenmeyin. Fizikçiler kara deliklere bakış açısını değiştirerek bunu da çözdü ve kara deliklerle ilgili bu yeni gelişmeyi hemen aşağıda okuyabilirsiniz.

kara_delik-kara_delikler-astronot

Schrödinger’in kedisi kara deliğe düşerse ne olur? Zaman paradoksu yazımda okuyun. 🙂

 

Kusursuzluğun kusuru

Ohio Eyalet Üniversitesi’nden fizik profesörü Samir Mathur’a göre, kara deliklerin enformasyonu yok eden ateş duvarıyla kuşatıldığı fikri yanlış. Enformasyonun holografik ilke uyarınca kusursuz olarak klonlandığı fikri de yanlış.

Mathur bunu göstermek için yeni bir formül geliştirdi. Aslında Mathur kara deliklerin olay ufkuna değen her şeyi Susskind’in dediği gibi bir holograma dönüştürdüğünü kabul ediyor. Ancak ona göre bu kusursuz bir hologram değil, biraz kusurlu bir hologram. Kara deliğin içindeki Şirin de kara deliğin dışındaki halinin kusurlu bir klonu.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

Mathur buna tamamlayıcılık ilkesi açısından da bakabiliriz diyor. Kara deliğin içindeki Şirin kara deliğin dışını artık göremiyor. Sadece kara deliğe düşen maddenin yol açtığı parlak ışığı görüyor, öyle ki aktif bir kara deliğin içindeyseniz dışarısı size ak delik gibi görünür. Kara deliğe düşmekte olan maddeyi bir parçacık şelalesi olarak görürsünüz.

Yine de bir an kara delikteki astronot Şirin’in içeriden dışarı baktığını ve olay ufkuna girmeden önceki son halini Ferhat gibi görebildiğini varsayalım. Bu durumda da kusursuz klonlama yok. Evet, kara delikteki Şirin kara deliğin dışında bulunan klonunu görecek. Ancak bu kez de kara delikteki Şirin açısından dışarıdaki klon biraz kusurlu olacak.

Böylece hem tamamlayıcılık ilkesi hem de holografik ilke geçerli olacak. Olay ufkunda sadece kusurlu bir enformasyon klonu saklanacak. Böylece holografik ilkeyi korumak için Susskind’in yaptığı gibi dolanıklığı solucandelikleriyle açıklamaya gerek kalmayacak ve olay ufkunda kusursuz klon olmadığından ateş duvarının yıkıcı etkisinden korkmayacağız.

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

En doğru çözüm en basit çözüm

Mathur konuyu şöyle açıklıyor2: “Kusursuz kara delik diye bir şey yoktur, çünkü her kara delik farklıdır.” Mathur’a göre sorun bizim kusursuzluk takıntımız. Einstein’ın görelilik teorisini kuantum fiziğiyle birleştiren kuantum kütleçekim kuramından yola çıkarak kara deliklerin kusurlu hologramlar yarattığını düşünebiliriz.

Mathur’a göre bu gerçekten düz mantık yürütmeyi gerektiriyor: “Aynadaki görüntünüzün sadece bir yansıma olduğunu biliyorsunuz. Peki ayna görüntünüz kusursuz bir klon değil diye Evren’in size ait enformasyonu yok ettiğini düşünüyor musunuz? Hayır. Öyleyse kara deliklerin de olay ufkunda kusurlu hologramlar yaratmasına şaşmamak lazım.”

 

kara_delik-kara_delikler-astronot

 

“Ayrıca kara deliklerin yüzeyinde ateş duvarı olduğu fikri yanlıştır. Öyle olsaydı Evren’in [sadece matematiksel olarak var olan 5 boyutlu Anti-de Sitter uzayında] bir hologram olarak tanımlanması da imkansız olurdu. Basit bir fikir aslında: Kusursuzluğu kabul ediyor musunuz, etmiyor musunuz?”

Mathur ve meslektaşları kusurlu holografik ilke teorisini internette yayınladı ve bu makaleye yazının altında erişebilirsiniz. Tahmin edebileceğiniz gibi konuya gelecek bölümde geri döneceğiz. 🙂

 

Amanda Peet: Enformasyon paradoksu nedir?

Susskınd: Tamamlayıcılık ilkesi

1http://www.jimhaldenwang.com/black_hole.htm
2Samir D. Mathur. A model with no firewall. arXiv:1506.04342v1 [hep-th] (open access)

2 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*