Enformasyon Paradoksu: Kara Delikler Evreni Siler mi?

Kara delikler bir yıldızı bile atomlarına ayırıp yutabilir ve kara deliklerin içinden ışık bile kaçamaz. Oysa bu gizemli gökcisimlerinin çok daha tehlikeli bir gücü var: Evrendeki bütün veriyi bilgisayara format atar gibi silebilirler. Peki bunu önleyerek enformasyon paradoksunu çözmenin bir yolu var mı?

Kara deliğe düşen astronota ne olur?

Kara deliklerin evreni silme gücünü anlamak için kara delik fiziğine kısaca göz atalım: Büyük miktarda madde uzayda çok küçük bir noktaya sıkıştığı zaman kara delik oluşuyor.

Kara deliklerin merkezinde yerçekiminin sonsuza yaklaştığı bir tekillik bulunuyor ve tekilliğe ya da yıldız kütleli bir kara deliğin olay ufkuna çok yaklaşan her şey temel parçacıklarına ayrılarak (nihai şekilde parçalanarak) yok oluyor.

Işık bile kara deliklerden kaçacak kadar hızlı gitmediği için bunları dışarıdan bakınca karanlık küreler halinde görüyoruz (kara deliği saran gaz ve toz bulutlarının saçtığı ışığı saymazsak).

İşin ilginci süper kütleli (dev) kara deliklerin içine düşerseniz bir süre boyunca başınıza kötü bir şey gelmez. Kara deliğin dış sınırı olan olay ufkundan rahatça geçer ve ancak merkezdeki tekilliğe yaklaştığınız zaman parçalanırsınız.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Olay ufku nedir?

Kara delikler hiçbir şeyi ışıktan hızlı olarak kendine çekmez: Uzay hariç! Öyle ki olay ufkunun arkasında ve kara deliğin içinde, evrenin dokusu olan uzay merkezdeki tekilliğe ışıktan hızlı akıyor. Tabii uzayda yer alan astronotlar ve gezegenler gibi cisimleri de beraberinde ışıktan hızlı sürüklüyor.

İşte bu yüzden kara deliğe çok yaklaşmak şelaleden dökülmek üzere hızla akan bir ırmakta akıntıya karşı yüzmek gibi. Nehirde şelaleye yaklaşana kadar rahatça yüzebilirsiniz; ama çok yaklaşırsanız ne kadar hızlı yüzerseniz yüzün şelaleden aşağı düşmekten kurtulamazsınız.

Kara deliklerde geri dönüşü olmayan bu noktaya olay ufku diyoruz. Bu yüzden olay ufkunun kara deliklerin içini evrenin geri kalanından kesinkes ayırdığını söyleyebiliriz. Olay ufkundan içeri girince bir daha dışarı çıkamayız.

Öbür dünya

Kısacası kara delikler öbür dünya tasarımı gibidir: Nasıl ki ölenlerden bir daha haber alamıyoruz, kara deliklerin içine düşen astronottan da yaşıyor olsa bile bir daha haber alamayız. Bu açıdan kara delikleri evrenimizin içindeki bebek evrenler veya cep evrenler olarak tanımlayan teoriler de var.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Enformasyon paradoksu

Kara deliklerin içine 100 kilo kitap, 100 kiloluk bir politikacı veya 100 kilo demir atsak bile dışarıdan bakınca bunların arasındaki farkı göremeyiz. Kara deliğin dışarıdan görülebilen sadece 4 özelliği var: Kütlesi, çapı, kendi çevresinde dönüyorsa spini (dönüş yöne-hızı) ve elbette ki bu durumda oluşan elektrik yükü.

Sonuçta kara deliklerin içine atılan kitaplar, politikacılar ve demir külçeler birbirine eşitleniyor. Bilim insanları işte bu yüzden kara deliklerin evrendeki veriyi sildiğini düşünüyor. Buna enformasyon paradoksu deniyor. Özellikle de 100 kilo kitabı yutan bir kara delik 100 trilyon yıl sonra buharlaşarak yok olduğu zaman yuttuğu kitapların bilgisini de yok ettiğini düşünen fizikçiler var.

İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız

 

Peki doğru mu?

Kara deliklerin evrendeki verileri (enformasyonu) gerçekten silip silmediği tartışmalı bir konu. Bunu görmek için kara deliklerin dış sınırına yakından bakalım; çünkü içini göremeyiz ama olay ufkunu dışarıdan görebiliyoruz. Enformasyon paradoksu diye bir şey varsa olay ufkunda gerçekleşiyor.

Kara delikler kaynar çaydanlıktaki su gibi buharlaşarak azar azar kütle kaybediyor ve buharlaşma sürecine Hawking radyasyonu diyoruz. Ancak bu çok yavaş işleyen bir süreç: Güneş kütlesindeki bir kara deliğin kütlesini tümüyle eritmesi 10 milyon trilyon trilyon trilyon trilyon yıl sürerdi.

Ancak merak etmeyin: Yarı tanrı statüsüne erişmiş olası bir gelişmiş uygarlığın üyeleri bile bu kadar süre beklemek zorunda değiller. Kara deliklerin buharlaşması gittikçe hızlanıyor. Bir kara delik ne kadar kütle kaybedip zayıflarsa o kadar hızlı buharlaşıyor.

Dolayısıyla evrendeki ilk kara deliklerin (evrenin oluşumundan kalma küçük ilkin kara deliklerin) 100 trilyon sonra buharlaşmasını bekliyoruz ki bu da evrendeki bütün yıldızların 1 ila 100 trilyon yılda öleceği tahminiyle çakışıyor. Her durumda kara delikler yok olurken yuttukları şeylerin de verisini silip enformasyon paradoksuna yol açabilirler.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Öyleyse enformasyon nedir?

Enformasyon gözle görülür, elle tutulur bir şey değil ve genellikle temel parçacıkların kuantum özellikleri ile uzay-zamandaki dizilişleri olarak tanımlanıyor (orada, şu anda duran tahta masanın atomlarının sıcaklığı 24 derece demek gibi).

Enformasyonu anlamak için bir grup karbon atomu hayal edin. Bunları belirli bir şekilde düzenlerseniz kömür elde edersiniz. Başka türlü düzenlerseniz elmas olur. Atomlar aynı kalıyor. Değişen tek şey enformasyon: Örneğin karmaşıklığı artırarak birkaç atom daha eklersek muz elde ederiz. Atomları tekrar düzenlersek bu kez sincap çıkar.

Atomları ve radyasyonu oluşturan temel parçacıklar evreninin her yerinde aynı parçacıklar. Dolayısıyla enformasyonda önemli olan harfler değil, harflerin düzeni ve bu harflerle üretilen kelimelerle cümlelerdir. Bu cümlelerden çıkan anlamlardır.

Kısacası karbon atomları kahvede, kuşta veya insan vücudunda olup olmadıklarına aldırmaz. Enformasyon olmasaydı cisimlerin birbirinden farkı kalmazdı.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Enformasyonu silemezsiniz

İşte enformasyon paradoksunun ilk işareti burada çıkıyor: Kuantum fiziğine göre evrendeki enformasyonu silemezsiniz. Enformasyon şekil değiştirebilir (İngilizce, İtalyanca, hatta aritmetik diliyle yazılır. Kağıda, taşa, tahtaya, sabit disk sürücüsüne yazılır ama asla silinmez).

Örneğin her ne kadar pratikte imkansız olsa da bir kağıt parçasına not alıp kağıdı yaktığınız zaman çıkan külleri analiz ederek kağıtta ne yazdığını öğrenmeniz fizikte mümkündür. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam bu klasik fizikte mümkün. Belirsizlik ilkesi yüzünden kuantum fiziğinde imkansız: Kuantum fiziğinde hiçbir şeyi kesin bilemeyiz.”

Aslında gerçek biraz farklı: Kuantum fiziğinde bir sistem hakkında elde edebileceğiniz enformasyon sınırlıdır. Bu yüzden kesin bilgi yoktur ve belirsizlik vardır diyoruz; ama bu küllerden kağıdı türetmenizi fiziksel olarak engellemiyor.

Neden derseniz: Siz kağıdın küllerinden sadece yazıyı çıkaracaksınız. Kağıdın atomlarının yanmadan hemen önce tam olarak hangi konumda bulunduğunu öğrenmeye çalışmayacaksınız. Belirsizlik ilkesi detaylı kesin bilgiye erişmenizi engelliyor fakat yazıya erişmenizi engellemiyor.

İlgili yazı: Mars Ay Kadar Büyük Olmayacak

 

Enformasyon ile veri aynı şey değil

Bahçeşehir Üniversitesi’ndeki İngilizce e-işletmeler ve internet pazarlama dersimde anlattığım gibi, veri ve enformasyon ayrı şeyler. Kuantum fiziğindeki belirsizlik veriye kesin olarak ulaşmanızı engelliyor. Öte yandan enformasyon verinin fiziğin izin verdiği ölçüde elde edilebilen halidir.

Özetle verinin ulaşabildiğimiz kadarına enformasyon deniyor. Nitekim felsefede olaylara basitçe olay demiyoruz (event). Bunun yerine görüngü diyoruz (fenomen); yani her ne oluyorsa biz olayı ancak bize göründüğü / görebildiğimiz kadarıyla algılıyoruz (tabii felsefedeki fenomenlerin Twitter fenomenleriyle ilgisi yok 🙂 ).

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Niye detaya girdin?

Enformasyon paradoksu konusunu anlamak için bu farkı bilmemiz gerekiyor; çünkü birazdan kara deliklerin evrendeki veriyi gerçekten silip silmediği sorusuna geleceğiz. O zaman enformasyon-veri ayrımı işimize yarayacak.

Bu bağlamda yanmış kağıdın küllerini oluşturan karbon atomlarını dikkatle toplarsak ve dumanla yanan kağıdın çıkardığı ısının özelliklerini yüksek kesinlikle ölçersek kağıdı aslına uygun şekilde (büyük ölçüde) yeniden oluşturabiliriz. Bu durumunda üstüne yazdığımız notu da okuyabiliriz.

Oysa bunu yapmak pratikte imkansız; çünkü evren çok karmaşık bir sistem. Örneğin rüzgar külleri bahçeye dağıtabilir. Bunun yanında, laboratuar ortamında bile elimizde kağıdı yeniden oluşturacak kadar hassas ölçüm ve inşa cihazları bulunmuyor. Kısacası bunu yapacak enerjimiz, zamanımız ve dikkatimiz yok.

Nitekim matematikteki determinist kaos teorisine göre, salt kuantum belirsizlik yüzünden değil; ama evren sayısız parametreye dayanan çok karmaşık bir sistem olduğu için sonsuz zaman harcamadan (sınırlı ve makul sürede) kağıdı yeniden oluşturamayız. O zaman enformasyon paradoksunu anlamak için şunu da soralım:

İlgili yazı: Güneş Sistemi’ndeki Kayıp 9. Gezegen ve Kardeşleri

 

Enformasyon gerçekten yok oldu mu?

Aslında biz yanmış kağıdı küllerinden Anka kuşu gibi yeniden yaratamasak da enformasyon evrende fiziksel olarak varlığını koruyor. Sadece artık erişemeyeceğimiz kadar karışık ve dağınık bir halde bulunuyor. Tıpkı kağıda bir yazı yazıp üstünü karalarsanız artık yazıyı okuyamayacağınız gibi.

Her durumda evrendeki tüm atomları, parçacıkları ve radyasyon dalgalarını ölçebilseydik evrende kayıtlı bulunan bütün enformasyonu görüp izini sürebilirdik. Varsayımsal olarak evrenin bütün tarihini büyük patlamaya kadar izleyebilirdik.

Ancak, determinist kaos teorisi bunun için evrenin yaşından, hatta ömründen çok daha uzun bir süre geçmesi gerektiğini söylüyor. Kısacası evren hem kuantum belirsizlik içeriyor hem de asla bilemeyeceğimiz kadar karmaşık bir sistem olarak çalışıyor. Özetle:

İlgili yazı: LIGHTS Kızılötesi Kablosuz Şarj Cihazı Geliyor

 

Enformasyonun tamamına erişebiliriz

Ancak, asla evrendeki enformasyonun tamamını okuyamayız (evrenin geçmişini tam olarak bilemez ve geleceğini tam olarak öngöremeyiz). Doğrusu kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesi evrendeki enformasyonun tamamına erişmemizi engellemiyor.

Öte yandan, hem belirsizlikteki rastlantısallık yüzünden hem de evrenin kendi ömrü içerisinde tümüyle ölçülemeyecek kadar karmaşık olması yüzünden, erişebildiğimiz enformasyonun tamamını okuyamayız.

Demek ki 10 milyar yaşında bir uygarlık olsak bile enformasyonun tamamını bilgiye dönüştüremeyiz. Şimdi buna belirsizlik ilkesi uyarınca atomaltı parçacıkların aşırı hassas olduklarını ve kuantum durumlarının onları ölçtüğümüz anda değiştiğini ekleyelim.

İşte o zaman evrendeki her şeyi kesin olarak bilmenin neden imkansız olduğunu görüyoruz. Ancak, kara delikler ve enformasyon paradoksu açısından veri ile enformasyon terimlerinin farkını da açıklamamızın zamanı geldi:

İlgili yazı: Kızıl Gezegen Mars Hakkında Bilmediğimiz 3 Gizem

 

Enformasyon ve verinin farkı

Enformasyon ham nedenselliği temsil eden verinin ulaşabildiğimiz halidir (belirsizlik ilkesindeki rastlantısallık yüzünden, verinin tamamının enformasyona dönüşmesi mümkün değil). Bir sistemden çıkarabileceğimiz maksimum enformasyon miktarını da entropi belirliyor.

Determinist kaos ve belirsizlik ilkesi ise erişebildiğimiz enformasyonun ne kadarını kağıttaki not gibi okuyarak bilgiye dönüştürebileceğimiz belirliyor. Ancak durun; daha işimiz bitmedi. Şimdi size kuantum fiziğine göre neden evrenin geçmişini kesin olarak bilemeyeceğimizi anlatacağım.

Ne de olsa dikkatli okurlarım şöyle düşünebilir: Tamam, determinist kaosa göre bu evren makul sürede bilemeyeceğimiz kadar karmaşık.

Peki özellikle kuantum fiziğindeki dolanıklık ilkesini kullanarak laboratuarda yaratabileceğimiz küçük ve basit evrenlerin geçmişini tam olarak bilebilir miyiz? En azından deneysel evrenlerin geçmişini film gibi geri sararak okuyabilir miyiz? Bunun için kuantum fiziğindeki zamanda dolanık kavramına bakmamız gerekiyor.

İlgili yazı: İki Yılda Plüton ve Uydusunda Neler Keşfettik?

 

Zamanda dolanıklık

Dolanıklığın ne olduğunu Einstein’ın büyük yanılgısı, Işınla beni Scotty ve kuantum internet yazılarında anlatım. Bu yüzden sadece şuna dikkat edelim:

Atomlar ve parçacıklar hem uzayda hem de zamanda dolanık olabiliyor. Bu nedenle evrenin geçmişini tam olarak bilmek için geleceğini de tam olarak bilmek gerekiyor. Öte yandan, evrendeki bütün parçacıklar gelecekte gözlemlenecek başka parçacıklarla dolanık değil!

Bu yüzden pratikte evrendeki bütün enformasyonu okumamız ve bilmemiz olanaksız. Belirsizlik ilkesi nedeniyle şimdiki zamanın sonsuz geleceği yüzde 100 belirlemesi de imkansız. Bu durum küçük ve basit bir deneysel evren için de geçerli. Bunu lokal düzeyde şöyle açıklıyoruz:

Parçacıklar çok hassas ve onları ölçtüğümüz anda değişiyorlar. Uzaydaki bir gaz bulutunda yer alan parçacıklar da çok hassas ve birbirleriyle rastgele etkileşerek makroskobik ölçekte dolanıklığı bozuyorlar. Bu da dolanıklık yoluyla evrenin kendi geleceğini tamamen etkilemesini engelliyor.

İlgili yazı: Amerika’da Yüzyılın Güneş Tutulması Bugün

 

Kuantum fiziği ve entropi

Henüz kuantum fiziğini yerçekimine yol açan kütleçekim kuvvetini tanımlayan görelilik teorisiyle birleştiremedik. Bu yüzden determinist kaos matematik teorisini, kuantum fiziği ve termodinamik yasalarıyla da birleştiremedik.

Ancak, evrendeki enerji transferini tanımlayan termodinamik yasalarının da evrenin geçmişini ve geleceğini tam olarak bilmemizi engellediğini söylemeliyiz. Neden derseniz enformasyon paradoksuna yol açtığı söylenen kara delikler, evrende maksimum entropiye sahip gökcisimleridir!

İlgili yazı: Türkler Jüpiter Benzeri Öte Gezegen Keşfetti

 

Öyleyse entropi nedir?

Termodinamik yasalarını Kuantum Fiziğinde Klonlama Yasak ve Zaman Kristalleri yazılarında anlattım. Burada dikkat etmemiz gereken noktaya gelince: 1) Termodinamik yasaları yüzünden evrende entropi (düzensizlik) sürekli artıyor.

2) Entropi bu bağlamda fiziksel bir sistemden çıkarabileceğimiz maksimum enformasyon miktarıdır. Entropi arttıkça bir sistemden çıkarabileceğimiz enformasyon miktarı da azalıyor; yani düzensizlik artıyor ve evren gittikçe kaotik bir hal alıyor (determinist kaos derken kast ettiğimiz süreç bu).

İlgili yazı: NASA Türkiye’de Deprem Tahmin Merkezi Açmadı

 

Her şeyi bilemeyiz

İşte bütün bu sebeplerden dolayı 1) Evrendeki bütün enformasyona erişebiliriz. 2) Ancak, enformasyonun tamamını asla okuyarak bilgiye dönüştüremeyiz ve bu yüzden evrenin geçmişiyle geleceğini kesin olarak bilemeyiz (belki de özgür irade bu yüzden var).

Halk arasında buna evrenin sırlarını çözmeye ömrün yetmez diyoruz. Kısmen doğru bir ifade: Evreni tanımlamayan bütün fizik yasalarını bulabiliriz; ama bu evrendeki her şeyi bilmemizi sağlamaz. İyi de kara delikler enformasyonu, evreni siliyor mu, silmiyor mu? Şimdi konunun özüne gelelim:

Enformasyon cisimlerin farkını yaratan ve farkını ortaya koyan şeydir: Kozan 1,72 boyunda, Aysel ise 1,63 gibi. Enformasyon aynı zamanda bize cisimlerin eskiden ne olduğunu ve gelecekte ne olduğunu söylüyor: 1975’te doğdum ve muhtemelen bir gün öleceğim.

İlgili yazı: NASA Mars’a nükleer roket teknolojisiyle gidecek

 

Kara delikler ise farkları yok ediyor

Kara deliğe düşen bütün politikacıların, demir külçelerin ve kitapların içindeki bilgiler dahil, dışarıdan bakınca sadece kütle, spin ve elektrik yükü olarak görülebileceğini söyledik. Kara delikler yumurtayı ve hamuru karıştırıp birbirinden ayırt edilemez bir krema yaratan blender gibi çalışıyor.

Mademki enformasyon bir şeyin başka şeyden farkıdır ve mademki kara delikler yuttukları bütün cisimlerin farkını ortadan kaldırıyor; öyleyse kara delikler evrendeki enformasyonu yavaş yavaş siliyor olabilir mi?

Nitekim kuantum fiziğinde enformasyonun tamamına teorik olarak erişebilmemiz gerektiğini söyledik. Oysa kara deliğe düşen astronot tekrar dışarı çıkamıyor. Bu durumda kara delikler enformasyonu gözlerden saklıyor mu, yoksa siliyor mu?

İlgili yazı: Kuzey Kore İle Sınırlı Nükleer Savaş Açlık Getirir

 

Enformasyon paradoksu budur

Kara delikler enformasyonu saklıyorsa enformasyon paradoksu yok. Siliyorsa var. İşi de enformasyon yok olsa ne olur?

Enformasyonun ham nedensellikteki verinin ulaşabileceğimiz kadarı olduğunu söyledik. Evrenin var olması ve fizik yasalarının işlemesi için de neden-sonuç ilişkisinin korunması; yani her şeyin bir nedeni olması lazım.

Şimdi siz enformasyonu silerseniz neden-sonuç ilişkisini tanımlayan veriyi; yani nedenleri ve sonuçları da silmiş olursunuz. Bu da çelişkiye yol açar. Sebepsiz evren olur mu? Hem mantığa, hem fiziğe, hem de matematiğe aykırı. Bu yüzden enformasyonun fizik yasalarının temeli olduğunu söyleyebiliriz.

Enformasyon olmazsa her şey görelidir. Tıpkı çarpık sirk aynalarında görülen çarpık görüntünüz gibi. Bir ayna sizi şişman gösterir, öbürü zayıf; ama gerçek halinizi bilmezsek hangi aynanın sizi olduğu gibi gösterdiğini de bilemeyiz!

İlgili yazı: İnternet Parçalanıyor ve Splinternet Geliyor

 

Bir şeyi baştan söyleyelim

Enformasyon yok oluyorsa bizim evreni tanımlamak için hiç bilmediğimiz yeni bir fizik geliştirmemiz gerekiyor. Hiç bilmediğimiz, dolayısıyla mevcut bilgilerimizden türetemeyeceğimiz bir fizik. Bu yüzden yazıda söz konusu seçeneği ele almayacağız.

Fizikçilerin enformasyonun yok olduğu bir evrende varlığımızı nasıl sürdürebileceğimiz hakkında hiçbir fikri yok.

İlgili yazı: Kuantum Tünelleme ile Işıktan Hızlı İletişim

 

Kara delikler enformasyonu saklıyor

İşte bunu tartışabiliriz. Bununla ilgili fizik teorileri var. Kara delikler enformasyonu nasıl saklıyor olabilir? Belki kara deliklerin bir parçası kopup bizim evrenimizden tümüyle bağımsız olan ve asla ulaşamayacağımız, bilgi alışverişinde bulunamayacağımız bir bebek evren doğuruyordur.

Belki de enformasyon saklanıyorsa aslında bebek evrene taşınıyordur. Ancak, daha önce anlattığım entropi zehirlenmesi nedeniyle bu tür evrenlerin ölü doğması gerektiğinden (kara delikten bizden çaldıkları enformasyonla kopup oluşmaları imkansız) bu ihtimal mümkün görünmüyor.

Belki de Hawking Radyasyonunu bulan Stephen Hawking’in dediğinin tersine, kara delikler asla tümüyle buharlaşmayacak. Enformasyon paradoksu sorusunun bu şıkkını unutmayalım: Kara delikler enformasyonu yok etmek yerine sadece yutup gözlerden saklıyorsa gelecekte buharlaşıp yok oldukları zaman enformasyona ne olacak? Enformasyon da kara deliklerle birlikte yok olacak mı?

İlgili yazı: Karanlık Madde Kara Delik mi?

 

Üçüncü halin olanaklılığı

Mantıkta üçüncü halin olanaksızlığı vardır; ama bu bazen geçerli değil. Bazen üçüncü bir şık geçerli olabilir: Ya kara delikler enformasyonu silmiyor veya saklamıyor ve bunun yerine, sadece dışarıdan bakınca okuyamayacağımız şekilde (okunaksız şekilde) gözlerden gizliyorsa?

Bu durumda kara delikler buharlaşınca sakladıkları enformasyon evrene geri dönecektir; çünkü ne silindi, ne de başka bir evrene kaçtı. Peki buharlaşan kara deliklerin yuttukları enformasyonu yok etmeden evrene geri kusmalarını sağlayan bir fizik kuralı var mı?

İlgili yazı: Kara Deliklerin Tersi Ak Delikler ve Sırları

 

Kara delikler enformasyonu nerede depoluyor?

Üçüncü şık doğruysa bu sorunun bir cevabı olmalı. Nitekim kara delikler enformasyonu Planck ölçeğindeki noktalar halinde depoluyor. Planck ölçeği evrendeki fizik yasalarının geçerliği olduğu en kısa mesafe (1,616229(38) × 10^-35) ve en kısa zaman aralığı (5,39 × 10⁻⁴⁴ saniye) olarak tanımlanıyor.

Kısacası kara delikler yuttukları şeylere ait enformasyonu koruyorsa bunları evrendeki mümkün olan en küçük alanda depoluyor olmalı. Karşılaştırma açısından, Seagate’in 2015 tarihli sabit disk sürücülerinde 6,5 santimetrekarelik alana 1,34 terabit veri depolanabiliyor.

Bu çok küçük bir yüzey alanı; ama kara deliklerin Planck karelik birim depolama alanının yanında dev gibi kalıyor. Ancak, uzay-zaman Planck sabitinin ötesinde var olmadığı ve evreni sonsuz küçüklükteki noktalara bölemeyeceğimiz için kara deliklerin bir noktada sonsuz enformasyon depolaması imkansız.

İlgili yazı: Bazı Kara Delikler Evrenden Eski

 

Enformasyonun tanımına geri dönelim

Enformasyon fizikte bir parçacığın serbestlik dereceleridir. Bir atom sağa sola kaç santimetre oynayabiliyor, ne kadar hızlı titreşebiliyor, hangi kuantum durumlarına girebiliyor? İşte bunlar hep serbestlik dereceleri.

Öte yandan kara delikler enformasyon bitlerini en yüksek sıkıştırma oranıyla en küçük alana kaydediyor. Kısacası kara deliklerdeki enformasyon maksimum entropi düzeyinde karalanmış, karıştırılmış, dağıtılmış ve maksimum düzeyde okunaksız hala gelmiş durumda.

Başka bir deyişle kara deliklerde depolanan enformasyonun hiç hareket alanı yok. Yazımızın sonuna gelirken bunu aklımızda tutalım ve şuna da dikkat edelim:

Kara delikler her zaman birim alanda maksimum entropi içerdikleri, maksimum enformasyon depoladıkları için kara deliğe yeni bir astronot attığımız zaman, kara delik içindeki yeni astronota yer açmak için büyümek zorunda kalıyor: Kısacası kara deliğin kütlesi arttıkça çapı genişliyor.

İlgili yazı: Gezegen Doğuran Süper Kütleli Kara Delik

 

Kara deliğin entropisi yüzey alanına eşit

Yapılan araştırmalar gösterdi ki bir kara deliğin entropisi (depolayabildiği maksimum enformasyon miktarı) hacmine göre değil, yüzeyine göre artıyor. Bu da biz insanlar gibi üç boyutlu cisimlerin aslında kara deliğin dış sınırı olan olay ufkundaki 2B hologramlarla tanımlanabileceğini gösteriyor.

Bu buluş fizikçilerin holografik evren ilkesini ortaya atmasını sağladı. Buna göre kütleçekim kuvvetiyle birlikte 4 temel fizik kuvveti içeren evrenimizi aslında evrenin dış sınırındaki 2B boyutlu kabukta kütleçekim kuvvetini içermeyen 3 temel fizik kuvvetiyle tanımlayabiliriz. İşte buna hologram diyoruz:

Nasıl ki iki boyutlu hologramlara bakınca yassı oldukları halde içlerinde 3B cisimler görüyoruz; evrenimiz de 3 boyutlu görünmesine rağmen aslında iki boyutlu bir yanılsama olabilir. Elbette holografik evren ilkesini geliştiren fizikçilerden biri olan Leonard Susskind’in dediği gibi evren gerçekten içi boş bir hologram değil.

Evren sadece matematiksel olarak 2 boyutlu bir hologram olarak tanımlanabilir. Nitekim bir cismin enformasyonu o cismin kendisi değil; sadece o cismin tanımıdır. Bu bağlamda kara deliklerin içine düşen cisimlerin enformasyonu da kara deliklerin 2B yüzeyinde iki boyutlu olarak saklanıyor olabilir.

İlgili yazı: Kara Delik Resmi Çeken Dünya Boyunda Teleskop

 

Olay ufkunu okuyamayız

Ancak, olay ufkundaki enformasyonun hiçbir serbestlik derecesi olmadığını hatırlayalım. Bu yüzden kara delikler yuttukları şeylerin enformasyonunu saklıyor ve teorik olarak bizler bu enformasyona erişebiliriz; ama asla okuyup bilgiye dönüştüremeyiz.

Kara deliklerin enformasyonu yüzeylerinde iki boyutlu olarak nasıl sakladıklarını holografik evren ve evren içi boş bir hologram mı yazılarında anlattım. Ancak, enformasyon paradoksu işte burada bize son darbeyi indiriyor; çünkü holografik evren ilkesi doğru olsa bile kara deliklerin enformasyonu yok etme ihtimali var.

İlgili yazı: İçinde Kara Delik Olan Yarım Yıldızlar

 

Ateş duvarı

Nasıl ki bilgisayarlardaki verilere izinsiz erişimi engelleyen güvenlik duvarları var, kara delikleri saran Hawking radyasyonu da olay ufkunda saklanacak olan enformasyonu kalıcı olarak silen bir enerji alanı olabilir. Fizikçiler buna ateş duvarı diyor.

2012-2014 arasında kara delikleri saran ateş duvarının enformasyonu sildiği ve enformasyon paradoksu sorununu çözmenin imkansız olduğu söylendi. Ancak, Leonard Susskind kara deliğe giren parçacıkların olay ufkunun hemen dışındaki parçacıklarla dolanıklığa girebileceğini gösterdi:

İlgili yazı: Sürpriz! Evrende yeni kara delik türü bulundu

 

Solucandelikleri ve kuantum dolanıklık

Bu doğruysa Hawking radyasyonu olay ufkundaki parçacıkları yok etse bile bunlara ait enformasyon evrenimizle dolanıklığa girdiği için korunuyor. Her durumda kara delikler buharlaşana dek enformasyonu saklıyor (bunun için dolanıklığın iki parçacık arasında yer alan ve ışıktan hızlı yolculuğa izin veren mikroskobik solucandelikleriyle gerçekleştiğini kabul ediyoruz).

Bu durumda buharlaşarak yok olan kara deliklerin de sakladığı enformasyonu evrene geri yayınlaması mümkün oluyor (tabii tümüyle okunaksız olarak). Ancak, enformasyon paradoksu sorununu bu şekilde çözmek için holografik evren ilkesini ve buna temel olan süpersicim teorisini kabul etmek zorundayız.

Oysa CERN parçacık hızlandırıcısı protondan ağır yeni bir parçacık keşfetmesine rağmen, süpersicim teorisinin temeli olan süper simetrik parçacıkları bulamadı.

Bu yüzden sicim teorisi yanlış olabilir ve enformasyon paradoksu çözümsüz kalabilir (paradoksun sicim teorisi içermeyen çözümlerini ayrıca yazacağım). Peki çarpışan kara delikler enformasyonu siliyor mu ve bu durum yeni doğan evrenleri nasıl etkileyecek? Onu da çoklu evren yazısında okuyabilirsiniz.

Enformasyon paradoksu

¹Violation of unitarity by Hawking radiation
²A Black Hole Mystery Wrapped in a Firewall Paradox