Robert Lea
Fizikçi Stephen Hawking’in en tanınmış paradokslarından biri en sonunda çözülecek üzere görünüyor: Sonuçlanan yeni araştırmalar, kara deliklerin, temelinde onları yaratan devasa yıldızlar hakkında bilgileri barındırabileceğini düşündürüyor.
Son araştırma, bu bilginin kara deliklerin etrafındaki -‘kuantum saçı’ diye de anılan- radyasyonda gizlenebileceğini ve teorik olarak kara deliklerin kökenlerine dair öyküyü yine yazmak için ulaşılabilir durumda olduğunu sav ediyor. Bu bulgular, en nihayetinde, Hawking’in hayatının son devrinde üzerinde çalıştığı çetrefilli bir probleme tahlil sunabilir.
Stephen Hawking’in çalışmasına nazaran, radyasyon, kara deliklerden, “Hawking radyasyonu” diye bilinen termal güç biçiminde ağır ağır sızar. Buna rağmen termal yapısı yüzünden bu radyasyon çeşidi bilgiyi taşıyamaz. Bu durum, kara delikler buharlaşırken, onları yaratan yıldızlara ilişkili bilgilerin tamamını metodik biçimde yok ettikleri manasına gelir. Bu sonuç, bilginin asla yok edilemeyeceğini ve bir cismin son durumunun, başlangıç durumuyla ilgili ipuçlarını barındırabileceğini öne süren kuantum mekaniği maddelerine karşıttır. Bu sorun, kozmologları onlarca yıldan beridir rahatsız ediyor ve “Hawking bilgi paradoksu” ismiyle biliniyor.
İngiltere’de bulunan Sussex Üniversitesi’nde fizik profesörü ve araştırmanın başyazarı olan Xavier Calmet, Live Science sitesine e-posta yoluyla verdiği demeçte, “Bu araştırma paradoks açısından tabuttaki son çivi; çünkü artık bilginin bozunan bir kara delikten dışarı kaçmasına yol açan fizikî olguyu kesin biçimde anlıyoruz” diyor. Hawking radyasyonu konusunda, radyasyonu “termal güç üretmeyen” bir hale getiren ve böylelikle bilgiyi kara deliğin son anlarından uzağa taşıyabilen bir değişiklik öneriyor.
Kara delikler öylesine büyük cisimlerdir ki, hiçbir şey, hatta ışık dahi onun kütleçekimsel tesirinden kaçamaz. Devasa yıldızların yakıtı tükendiği ve kendi üzerlerine çöktüğü vakit ortaya çıkarlar. Calmet, klasik fizikte, kara deliklerin “çok kolay nesneler” olduğunu söz ediyor: “O kadar basitlerdir ki, kütleleri, açısal momentumları ve elektrik yüklerinden oluşan üç kıymetle tanımlanabilirler.”
Tanınmış fizikçi John Wheeler, bu ayırt edici özelliğin yokluğunu “Kara deliklerin saçları yoktur” diye izah ediyor. Bununla birlikte Calmet, en nihayetinde kara delik çok kolay olsa bile onu yaratan yepyeni yıldızın, yıldızın kimyasal bileşimini meydana getiren elementleri oluşturacak biçimde bir ortaya gelen kaotik bir proton, elektron ve nötron karışımından oluşan baş karıştırıcı bir astrofizik objesi olduğunu tabir ediyor.
Kara delikler, bir vakitler modülü oldukları yıldızların “hafızasını” barındırmazken, kuantum fiziğinin kuralları, bilginin kozmostan o denli basitçe yok olamayacağını söz eder. 1976 yılında Hawking, bu bilginin dış cihanda, uzaklarda ve kapalı haldeki kara deliklerin içinde sonsuza dek yaşayamayacağını ortaya koyarak bu kozmik tahlile bir sorun ekledi. Kuantum mekaniğinin kurallarını kara deliklere uygulayan Hawking, sonradan ‘Hawking radyasyonu’ diye anılmaya başlayan bir cins termal radyasyon yaydıklarını sav etti. Çok uzun mühletler boyunca bu radyasyonun dışarı sızması, kara deliklerin büsbütün buharlaşmasına yol açar ve gerisinde sırf bir boşluk bırakır. Bu türlü olunca da bilgi geri getirilemez bir halde yok olur.
Calmet, “Ne var ki, bu kara deliğin ‘yaşamını’ anlatan sinemanın geri sarılabileceğini ileri süren kuantum fiziği, buna imkân tanımıyor” diyor: “Radyasyondan yola çıkarak, yepyeni kara deliği ve en nihayetinde de yıldızı tekrar yapılandırabilmemiz gerekir.”
KARA DELİĞİN ‘SAÇINI’ BULMAK
Calmet, ABD’deki Michigan Eyalet Üniversitesi’nde teorik fizik profesörü olan meslektaşı Steve Hsu ile birlikte 2021 yılından beridir Hawking’in paradoksuna bir tahlil üretmek maksadıyla çalışıyor. Takım, Mart 2022’de yayınlanan daha eski bir araştırmada, kara deliklerin, onları kuşatan kütleçekimi alanlarında hakikaten de eşsiz bir kuantum izi biçimindeki “kuantum saçlına” sahip olduğunu savunmuştu.
Yeni araştırmalarında, takım, Hawking’in 1976 tarihli hesaplamalarını gözden geçirdi; ama bu kere Hawking’in yapmadığı bir şeyi yaparak “kuantum kütleçekiminin” -kütleçekiminin kuantum mekaniği unsurları uyarınca tanımlanmasının- tesirlerini izah etti.
Calmet, “Bu kuantum kütleçekimi düzeltmeleri küçük olsa bile, kara deliğin buharlaşması açısından büyük değer taşıyorlar” diyor: “Bu tesirlerin Hawking radyasyonunu termal olmayacak biçimde değiştirdiğini ortaya koyabildik. Farklı formda söylersek, kuantum kütleçekimini hesaba kattığımızda, radyasyon bilgiyi barındırabilir.”
Calmet ve Hsu’nun bir evvelki araştırmalarında önerdikleri ‘kuantum saçları’ soyut bir matematiksel kavram olsa bile, artık takım, bilginin Hawking radyasyonu sayesinde kara delikten kaçmasını sağlayan fizikî olguyu ve bunun bir dış gözlemci tarafından nasıl geri alınabileceğini tam olarak tespit etti. Şimdi baştan sona teorik bir önerme olan ‘Hawking radyasyonunu’ tespit edecek seviyede hassas bir araç gerektireceği için, bunu yapmak şimdilik mümkün değil.
Calmet, astrofizikçilerin, araştırmacıların ileri sürdüğü tesir çok küçük olduğu için şimdilik ölçmelerinin gerçek bir yolu olmadığını kabul ediyor. Bu teoriyi geliştirmenin yollarından birinin, bundan fazla, Dünya’da bulunan laboratuvarlardaki kara delik simülasyonlarını gözlemlemek olduğunu söz ediyor. Grubun Hawking radyasyonu ve kara deliklere dair matematiksel modellemesi, bu simülasyonlar açısından değer biçilemez olabilir.
Araştırma makalesi 6 Mart’ta Physics Letters B isimli bilimsel mecmuada yayınlandı.
Yazının yepyenisi Space sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)