Kara Deliklere Düşünce Neden Dışarı Çıkamazsınız?
Kara delik nedir, nasıl oluşur ve kara deliklere düşünce neden dışarı çıkamazsınız? Kara deliklerle ilgili doğru bilinen yanlışları düzelterek görelim. Yeterince küçük bir hacme yeterince büyük kütle sıkıştırırsanız kara delik olur. Diyelim ki Güneş’ten en az 20 kat kütleli bir yıldız var. Bu yıldız süpernova olarak patladıktan sonra çekirdeği kendi ağırlığıyla içe çökerek kara delik olacaktır.
17 Güneş kütlesindeki materyal ise patlamada uzaya savrulacaktır. Kara deliğin kütlesi çekirdek kütlesine bağlıdır ve bu şekilde oluşabilecek en hafif kara delik +2,7 Güneş kütlesindedir. Peki kara deliklerden kurtulamama sebebi kaçış hızının ışıktan hızlı olması mı? İlgisi yok ve nedenine gelince:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Kara deliklere çok yaklaşmayın
Güneş’ten 20 kat kütleli bütün yıldızlar süpernova halinde patlamaz. Bazıları kimyasal bileşimine bağlı olarak direkt kara delik halinde çöker. Bu tür kara deliklerin 3 Güneş kütlesinden büyük olmasını bekleriz; çünkü yıldız kütlesinin çok daha büyük bir kısmı çökmüştür. Yine de mümkün olan en küçük yıldız kütleli kara delikler süpernova kalıntısı çekirdeklerden türeyecektir.
Bu sırada yıldız çekirdeği hızla büzülerek nötron yıldızına dönüşür. Atomların çevresindeki elektronlar sıkışarak çekirdeğe iner ve protonlarla birleşip nötronları oluşturur. Atomların yüzde 99’unun boşluk olmasına rağmen nötronlar atom çekirdeğini oluşturan parçacıklardan biridir ve atomlardan küçük olduğundan daha çok sıkışabilir. Birbirine değecek kadar yaklaşan nötronlar daha fazla büzülmeye direnir ama çekirdek kütlesi +2,7 Güneş kütlesinde ise yerçekimi nedenli çökmeyi hiçbir şey durduramaz ve bir kara delik oluşur. Öte yandan yerçekimi uzay VE zamanı büker (aklınızda tutun).
Nötron yıldızı çökerken yerçekimi o kadar artar ki artık neredeyse sonsuz küçüklük ve yoğunlukta bir tekilliğe dönüşen nötron yıldızı çevresinde olay ufku denilen kusursuz bir köpük oluşur. İşte bu kara deliktir: Kendi çevresinde dönmeyen teorik bir kara delikse olay ufku kusursuz bir küredir. Kendi çevresinde dönen doğal kara delikse dönme yönünde basık olan bir oval şeklindedir
Kara delik üç boyutlu ama o kadar siyahtır ki küre olduğunu anlayamazsınız ve uzayda daire şekilli siyah bir delik gibi görünür. Adını da buradan alır. Kara delikler Einstein 1915’te geliştirdiği genel görelilik teorisinin çözümlerinden biridir ama kara delik terimi ilk kez 1964’te Ann Ewing tarafından kullanılmış ve 1967’de John Wheeler bu terimi bilimsel konferansta kullanan ilk fizikçi olmuştur.
Kara deliklere tarihsel bakış
İlk kara delik adayı ve doğrulanan ilk kara delik Cygnus X-1 adındaki ikili X-ışını yıldız sisteminin bileşenidir. Bilim insanları bu sistemde bir kara deliğin komşu yıldızdan gaz çektiği fark ettiler. Öyle ki sıcak gazlar kara deliğe düşerken aşırı ısınarak X-ışınları yayıyordu. Kuğu takımyıldızında bulunan ve 1971’de keşfedilen sistemdeki mavi süper dev yıldızın kara delik yoldaşı Güneş’ten 14,8 kat kütleliydi. Birbirine çok yakın olan süper mavi dev yıldız ve kara delik birbiri çevresinde 5,6 günde dönüyordu. Fizikçiler sistemin gerçek bir kara delik olduğunu 1972’de doğruladılar.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Kara deliklere girerken
Kara deliğin kara delik olmasının sebebi büyük kütleli olması değil, kütlenin çok küçük bir hacme sıkışmasıdır. 2,7 Güneş kütlesindeki bir kara delik de öncül nötron yıldızından daha küçüktür. Dolayısıyla süpernovadan sağ çıkan gezegenler yeni oluşan kara deliğin çevresinde güvenli bir uzaklıkta dönmeye devam edecektir. Unutmayın ki bunlar kara delikten çok daha büyük yıldızın çevresinde de güvenli uzaklıkta dönüyordu.
Oysa süpernovalar genellikle en yakın gezegenleri yok eder. Bu yüzden kara deliğin çevresinde dönen gezegenler varsa bunlar genellikle patlamadan sonra ortaya çıkan gaz diskinin içinde oluşmuştur. Ayrıca kara delikler cisimleri kendine çeken bir vakumlu elektrik süpürgesi değildir! Yalnızca çok yaklaşan cisimler kara deliğin içine düşer (kara delikten kaçış hızı derken bunu da aklınızda tutun).
Biz de kara delikten neden kaçamayız konusuna devam etmeden önce kendi çevresinde dönmeyen teorik kara deliklerden söz edeceğimizi belirtelim; çünkü kendi çevresinde dönen kara delikler konuyu anlamanızı zorlaştıracaktır (dönen kara delikleri fizik bozan çıplak tekillikler yazısında okuyabilirsiniz).
Ezcümle, kendi çevresinde dönmeyen bir kara delikte fark edeceğiniz ilk şey foton küresidir. Kara deliğin dış sınırı olan olay ufkunda yerçekimi o kadar güçlüdür ki ışık kara delik çevresinde yörüngeye girerek kara deliği saran bir foton küresi oluşturur. Kürenin içindeki cisimler kara deliğe düşerler. Kürenin hemen dışındaki cisimler ise uzaklığına bağlı olarak talihsiz bir şekilde kara deliğe veya şansı varsa uzaya savrulabilir. Bunun ötesinde ise kara delik çevresindeki en dar kararlı yörüngeler vardır.
Foton küresi ne kadar büyük?
Foton küresi olay ufkundan 1,5 kat büyüktür. 3 Güneş kütlesindeki bir kara delik 17,71 km ve foton küresi de 26,5 km çapındadır. Kara delik yerçekiminin ışığı bükmesiyle oluşan kütle gölgesi ise kara deliğin 2,6 katıdır ve bu örnekte 46 km çapında olacaktır. Aslında foton küresini göremezsiniz; çünkü ışık kara delik yörüngesinde olup gözünüze ulaşmaz ama bazen foton küresi dışındaki ışık ışınları kara delik çevresinde 2-3 kez döndükten sonra uzaya savrulur. İşte bunu foton halkası olarak görürsünüz. Peki kara deliklerin dış sınırına neden olay ufku deriz?
İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?
Kara deliklere savrulan madde
Nasıl ki Dünya yuvarlak olduğu için ufkun arkasında kalan olayları göremezsiniz kara deliğin içinde gerçekleşen olayları da dışarıdan bakınca göremezsiniz. Bunlar bizim evrenimizin bir parçası değildir. Evet, kara deliğin yerçekimi evreni etkileyecek, cisimleri kendine çekecektir ama içinde gerçekleşen olaylar bizi etkilemeyecektir. Kara delikler yuttukları cisimlere dair hiçbir bilgiyi sızdırmaz. Bu nedenle kara deliklerle aramızda neden sonuç ilişkisi yoktur (Bkz. Hawking radyasyonu).
İşte bu yüzden kara delik gerçekte nedir diye sorarsanız evrenin içinde ve olay ufkunun ardında kaybolan bir uzay-zaman parçasıdır demek teknik olarak en doğru ifade olur. Kara deliğe düşünce neden çıkamazsanız sorusunu yanıtlamak için bu noktadan yola çıkmamız gerekir. Biz de ışıktan örnek verelim. Işığın kütlesi yoktur peki neden kara delikten dışarı çıkamıyor?
İlgili yazı: Yerçekimi Uzayla Zamanı Nasıl Büküyor?
Kara deliklere giren ışık
Işığın kütlesi yoktur ama yerçekiminden etkilenir; çünkü görelilik teorisine göre yerçekimi cisimleri kendine çeken bir kuvvet değildir. Yerçekimi uzay-zamanın bükülmesiyle ortaya çıkar. Kütle uzayda üç boyutlu bir çukur oluşturur ve ışık bu çukurun içine düşer. Uzay bükülünce ışığı da bükerek yolunu uzatır ve uzay-zaman bir bütün olduğu için biz bunu zamanın yavaşlaması olarak algılarız. Dolayısıyla ışığın kara deliğin içinden kaçamaması yerçekiminin kaçamaması gibidir.
Kara deliğin kütlesi dış uzayı bükerek yerçekimi yaratır. Bir de kara deliğin içinde kalıp evrenimizden kopuk olan bir uzay-zaman parçası vardır. Yerçekimi orada aynen işler; yalnızca kara deliğin içindeki yerçekimi dış uzayı etkilemez. Dış uzayı etkileyen yerçekimi olay ufkundan kaynaklanır. Elbette olay ufkunu oluşturan şey kara deliğin merkezindeki tekilliğin yerçekimidir fakat olay ufku kara delikten kaçış hızının ışık hızına ulaştığı sınırdır. Bu yüzden kara delikten ışık bile kaçamaz.
Bu kolay anlaşılan bir örnektir ve ben de böyle anlatırım ama tam olarak doğru değildir; çünkü kara delikten kaçış hızı diye bir şey yoktur. Olay ufkunda kaçış hızı ışık hızına eşittir demek ışıktan hızlı gidebilirseniz kara deliğin dışına çıkabileceğiniz izlenimini yaratır ancak bunu yapamazsınız. Kara deliğin içinde ışıktan hızlı gitseydiniz bile sadece merkezdeki tekilliğe daha hızlı ulaşırdınız. Tekillikten uzaklaşmaya çalıştıkça tekilliğe daha çabuk varırdınız. Peki bu nasıl olabilir? Bu bir çelişki değil mi?
İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?
Kara deliğe göre değil
Bunun için resimdeki Schwarzchild Metriğine bakın. Bu metrik kara deliğin uzay-zamanı nasıl büktüğünü gösteriyor. Denklemin solundaki yarıçap (r) ile sağındaki yarıçap (r) aynı şey gibi görünüyor fakat ikisi farklıdır. Denklemin solunda yarıçap sıfır olursa fiziksel tekilliği elde edersiniz (kara deliğin içindeki tekillik). Sağ tarafında ise koordinat tekilliğini elde edersiniz ki kara deliğin dış sınırı olan olay ufku da yerkabuğu gibi somut bir sınır değil, soyut bir sınır, yani koordinat tekilliğidir. Peki bu ne demek?
Olay ufku sadece kara deliğin içindeki olayların dış dünyayı etkileyemeyeceği sınırdır. Başka hiçbir özelliği yoktur. Nitekim siz kara deliğe düşen astronotun kara deliğe girdiğini göremezsiniz (Bkz. Kara deliğe düşen astronota ne olur?). Oysa astronot kara deliğin içine girdiğini görür ama girdiği anda dış dünya ile iletişimi kesilir. Hatta kara deliğin içi karanlık değil tekilliğin ışığı ve dış uzaydan içeri düşen ışığın aydınlığıyla bembeyazdır. Öyleyse neden kaçış hızı yok?
İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?
Kara deliklere sınır olan çizgi
Olay ufku yerkabuğu gibi fiziksel bir yüzey olmadığı için yeryüzü gibi yerçekimi üretmez. Her ne kadar kara deliğin yerçekimi olay ufkundan itibaren evrenimizi etkiliyor olsa da yerçekiminin kaynağı kara delik merkezindeki tekilliktir. Bu nedenle Dünya’dan kaçış hızının olması gibi olay ufkundan kaçış hızı yoktur. İkincisi kara deliğe düşen bir sincap düşünün:
Resimdeki gibi bunun kara deliğin içine giren bir ışık konisi vardır. Işık konisi sincabın geleceğini temsil eder. Öte yandan kara delik hem uzayı hem de zamanı aşırı büker (hatırlayın demiştim 😉). Bu nedenle sincap kara deliğe düşünce kara delik sadece sincabı değil onun geleceğini de yutar. Bunu kara deliğin içinde uzay ve zamanın yer değiştirmesiyle gösteririz. İşte bu yüzden sincap ışıktan hızlı gitse bile dışarı çıkamaz ve sadece merkezdeki tekilliğe ulaşabilir.
Öyleyse kara delikler ışığı yakalamaz. Işık hızı nedenselliğin hızı olduğu için bizzat geleceği yakalar. Kara deliklerden kaçış hızı yoktur. Bunlar evren içinde evrenden kopuk cep evreni oluşturan çarpık uzay-zaman parçalarıdır. Peki yerçekimi uzay ve zamanı nasıl büküyor? Onu da şimdi okuyabilir, kara delikten karanlık madde olur mu diye sorabilir ve zamanuzaya hemen göz atabilirsiniz. Hızınızı alamayarak kara deliklerin gerçek olduğunu gösterdiği için 2020 Nobel Fizik Ödülünü alan Roger Penrose’un evrenden eski kara delikler teorisine de bakabilirsiniz. Keyifli bir hafta sonu dilerim.
Kara deliğe giriş ve olay ufku
1The Black Hole in Three Dimensional Space Time
2Black Hole Time Scales: Thermalization, Infall and Complexity
3On strategies of motion under the black hole horizon
Hocam “gelecegi yutar” “gelecegi yakalar ” gibi ifadeleri biraz daha acsaniz. Ote yandan bu ifadelerin gosterdigi anlam mantiksal tutarliligin bittigini gosteriyor gibi gorunmekte. O halde bu durum evren normal sartlarda (yani kara delik gibi bizim icin erisilmz uzay zaman sinirlari disinda) mantiksal tutarliliga uygun davraniyor demektir ki evrenin bizdeki mantiksal tutarliliga uygun davranmasini beklememiz icin hic bir sebep yok. Bir cok kisiye mantiksal tutarlilik beklentisi dogacilik naturalistlik gibi gelse de aslinda bu dogru degil. Bu gibi kisiler mantiksal tutarliliga cok dogal bir fenomen gibi yaklasan ve doganin dahi mantiksal tutarlilga uygun olma beklentisine cok fazla kapilip evrene esasen oldukca da antropik ilkeyle bakan ama cogu zaman da bunun farkinda olmayan kisilerdir. Isin tuhafi ve trajik yanı naturalistler antropik ilkeye siddetle de karsi cikarlar cunku temel felsefi goruslerine hic bir sekilde bu ilke uygun degildir. Insan bilinci ve icindekilerle ile doga arasina cok sert bir cizgi cekerler cunku. Bu ikisi arasinda asla bir iliski kurmayi da savunmaz ve dusunmezler. Aslinda Mantıksal tutarlilik bizim bilincimizin sinirlariyla hatta kavrayis sinirlarimizla belirleniyor ozunde. Bunun otesinde evrende bu bilincimizle ilgili tutarlilik beklentimizin karsiligini gormek zorunda degiliz. Ama bu tutarliligin evrende oldugunu goruyoruz. Tutarliligin bittigi yerleri ise evren adeta bizden “gizliyor”. Gercekligin anlamli olma halini yitirdigi ornegin evrenin herhangi bir mekan icinde genislemedigi Cunku evrenin kendisinden once bir mekan veya yerden bahsedemeyecegimiz bir durumda evrenin nasil olup da mutlak hiclikte genislesledigi ve genislemeye devam ettigi gibi aklimizin kavrayis sinirlarinin bittigi durumlar bize mantiksal kavrayis sinirlarimizi zaten evrenin aştigini esasen gosteriyor ama mantiksal tutarliligin bittigi bu “urkutucu” tablolar acikcasi insani idrak edilemez bir noktaya goturuyor. Peki bu durumda insan nasil mantiksal tutarliligin sona erdigi bu ornekleri veya sinirlari gorerek mantiksal tutarlilga tutkuluca bagli olmayi surdurebilir ki.