Karadelikten Son Bakış

Dünyaca tanınan teorik fizikçi Stephen Hawking, 14 Mart tarihindeki ölümüne dek karadeliklerin gizeminin peşini bırakmadı.

Karadeliğe düşen cisimlere, daha bilimsel ifadeyle onların fiziksel bilgilerine ne oluyordu? Çünkü, fizik kurallarına göre hiçbir şey yoktan var edilemez, var olan hiçbir şey de yok olamazdı. Öyleyse, karadeliğe giren ve karadelik tarafından “yutulan” bilgi nasıl yok olabiliyordu? Yok oluyor muydu? Hawking’in 43 yılını verdiği konu, yıllar içinde “bilgi paradoksu” adıyla anılır oldu.

Hawking’in bilgi paradoksu üzerine yayınladığı üçüncü ve son makalesi, geçtiğimiz ay Sasha Haco, Stephen W. Hawking, Malcolm J. Perry ve Andrew Strominger’in imzalarıyla yayımlandı. Makaleye konu olan araştırma Hawking’in ölümünün henüz birkaç gün öncesinde tamamlanmıştı. Başlık ise şöyleydi: “Black Hole Entropy and Soft Hair”, “Karadelik Entropisi ve Yumuşak Saçlar”. “Yumuşak saçlar”, elbette ahenkle dans eden saçlarımız değildi, ilerleyen satırlarda detaylarını okuyacağınız foton saçaklarıydı.

Karadelik neydi?

Karadelik, kabaca, dev yıldızlar ömrünü tamamlayıp kendi içine çöktüğünde ortaya çıkan aşırı yoğun, uzay-zamanda bükülmeye yol açan “şeydi”. Klasik fiziğe göre, hiçbir şey, ışığın kendisi bile karadelikten kaçamazdı, kurtulamazdı. Fakat 1970’lerde Hawking, karadeliklerin bir sıcaklığa sahip olabileceği ve içerdikleri kuantum parçacıklarını yavaşça sızdırabilecekleri tezini ortaya attı. Bu sızdırma daha sonra “Hawking radyasyonu” olarak adlandırıldı. Yani karadelikler, buharlaşıp yok olabilir ve yaşam süresince ne yemiş yutmuş olurlarsa olsunlar, geride her bir karadelik için birbirine eş bir vakum / boşluk bırakabilirlerdi.

Peki o zaman, buharlaşıp yok olan karadeliğin yuttuğu bilgi, cisim de yok olmuyor muydu? İşte bütün mesele buydu. Paradoks da…

Saçlar…

2016’da Hawking ve ekibi, karadeliklerin fotonlardan, yani ışık zerrelerinden, parçacıklarından ya da gravitonlarından (kütleçekim kuvvetini ilettiği varsayılan parçacıklar) oluşan “yumuşak saçları” olabileceğini öne sürdü. Bu foton parçacıkları karadeliklerin olay ufkunu; hiçbir şeyin, ışığın bile kurtulamayacağı sınırı çevreliyordu. Karadeliklerin içine giren bilgi, işte bu saçlara takılıp kalabilirdi.

Ekibin son makalesi, buldukları yeni mekanizma üzerine. Yumuşak saçların taşıyabileceği bilgi miktarını hesaplayabilen bir mekanizma bu. Henüz kanıtlanamamış varsayımlarını bu mekanizma ile açıklıyorlar.

Üstelik, Stephen Hawking’in mezar taşına kazılmış olan ünlü formüle, karadeliklerin Hawking radyasyonunu nasıl dışarı yaydığını açıklayan “Hawking eşitliği”ne dayanıyor bu mekanizma.

Bu da şu: Karadelik herhangi bir cismi, bilgiyi yuttuğunda, sıcaklığı ve aynı nedenle entropisi veya parçacıklarının düzensizliği de değişir. Yüksek sıcaklık dereceleri parçacıkların daha hızlı hareket etmesine yol açacağından, daha fazla düzensizliğe de neden olur. Son makalede, Hawking ve ekibi, “yumuşak saçların” karadelikteki entropiyi de kaydedebildiğini gösteriyor!

Makalenin yazarlarından teorik fizik profesörü Malcolm Perry diyor ki: “Hawking, araştırmanın sonucuna ulaştığımızı biliyordu. Ölümünden birkaç gün önce ona bulgularımızı aktardığımda kocaman gülümsedi.”

Neden önemli?

Makalenin odağındaki mekanizma, keşif neden mi önemli? Yine Malcolm Perry’nin ifadeleriyle…

“Diyelim ki, doktora gittiniz ve ateşinizi ölçmek için koltuk altınıza bir termometre yerleştirdi. Kızılötesi algılayıcılı bir termometre vücudunuzun ürettiği ısıl ışımayı saptayarak ateşinizi ölçer. Ateşe tutulan metal parçası da ısıl ışıma yaydığı için kızarır.

Karadeliklerde de durum farklı değil. Belli bir sıcaklıkları var, radyasyon üretiyorlar. Sıcaklığı olan her cismin entropisi de vardır. Entropi dediğimiz de, bir cismin kendi mikroskobik içeriği ile ne kadar farklı biçimlerde üretilip yine de aynı gözükebileceğini hesaplayan ölçüdür. Sıcak kıpkırmızı bir metal parçasının atomlarının, tıpkı gördüğünüze benzeyen kaç metal parçası üretebildiğini söyleyen rakam. Stephen’ın karadeliklerin sıcaklığı için geliştirdiği formül de karadeliklerin entropisini hesaplamaya yarıyordu.

Sorumuz şuydu: Madem bütün karadelikler birbirine benziyor, bu entropi nereden kaynaklanıyor? Entropinin kaynağı işte bu bilgi paradoksunun da merkezindeydi.

Yaptığımız ise şu: Matematikteki bir boşluğu ortaya çıkardık. Bu boşluk da, karadeliklerin tamamen çıplak, yani saçsız oldukları fikriydi. Oysa 2016’da Stephen, Andy ve ben, karadeliklerin “yumuşak saç” dediğimiz sonsuz bir birikime sahip olduklarını ortaya çıkardık. Bu keşif sayesinde karadelikler bizi fizik kurallarını alt üst edebilecek sorulara götürebilir.”