Hawking’in kara delik paradoksu çözülmüş olabilir

Robert Lea

Fizikçi Stephen Hawking’in en tanınmış paradokslarından biri en sonunda çözülecek gibi görünüyor: Sonuçlanan yeni araştırmalar, kara deliklerin, esasında 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 hikayeyi yeniden yazmak için ulaşılabilir durumda olduğunu iddia ediyor. Bu bulgular, en nihayetinde, Hawking’in hayatının son döneminde üzerinde çalıştığı çetrefilli bir soruna çözüm sunabilir.

Stephen Hawking’in çalışmasına göre, radyasyon, kara deliklerden, “Hawking radyasyonu” diye bilinen termal enerji biçiminde ağır ağır sızar. Buna karşın termal yapısı yüzünden bu radyasyon türü bilgiyi taşıyamaz. Bu durum, kara delikler buharlaşırken, onları yaratan yıldızlara bağlantılı 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 yasalarına aykırıdır. Bu sorun, kozmologları onlarca yıldan beridir rahatsız ediyor ve “Hawking bilgi paradoksu” adıyla 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; zira artık bilginin bozunan bir kara delikten dışarı kaçmasına yol açan fiziksel olguyu kesin biçimde anlıyoruz” diyor. Hawking radyasyonu hususunda, radyasyonu “termal enerji üretmeyen” bir hale getiren ve böylece bilgiyi kara deliğin son anlarından uzağa taşıyabilen bir değişiklik öneriyor.

Kara delikler öylesine büyük cisimlerdir ki, hiçbir şey, hatta ışık dahi onun kütleçekimsel etkisinden kaçamaz. Devasa yıldızların yakıtı tükendiği ve kendi üzerlerine çöktüğü zaman ortaya çıkarlar. Calmet, klasik fizikte, kara deliklerin “çok basit nesneler” olduğunu ifade ediyor: “O kadar basitlerdir ki, kütleleri, açısal momentumları ve elektrik yüklerinden oluşan üç değerle 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 basit olsa bile onu yaratan orijinal yıldızın, yıldızın kimyasal bileşimini meydana getiren elementleri oluşturacak biçimde bir araya gelen kaotik bir proton, elektron ve nötron karışımından oluşan kafa karıştırıcı bir astrofizik nesnesi olduğunu ifade ediyor.

Kara delikler, bir zamanlar parçası oldukları yıldızların “hafızasını” barındırmazken, kuantum fiziğinin kuralları, bilginin evrenden öyle kolayca yok olamayacağını ifade eder. 1976 yılında Hawking, bu bilginin dış evrende, uzaklarda ve kapalı haldeki kara deliklerin içinde sonsuza dek yaşayamayacağını ortaya koyarak bu kozmik çözüme bir sorun ekledi. Kuantum mekaniğinin kurallarını kara deliklere uygulayan Hawking, sonradan ‘Hawking radyasyonu’ diye anılmaya başlayan bir tür termal radyasyon yaydıklarını iddia etti. Çok uzun süreler boyunca bu radyasyonun dışarı sızması, kara deliklerin tamamen buharlaşmasına yol açar ve ardında yalnızca bir boşluk bırakır. Böyle olunca da bilgi geri getirilemez bir şekilde yok olur.

Calmet, “Ne var ki, bu kara deliğin ‘yaşamını’ anlatan filmin geri sarılabileceğini ileri süren kuantum fiziği, buna imkân tanımıyor” diyor: “Radyasyondan yola çıkarak, orijinal kara deliği ve en nihayetinde de yıldızı yeniden yapılandırabilmemiz gerekir.”

KARA DELİĞİN ‘SAÇINI’ BULMAK

Calmet, ABD’deki Michigan Eyalet Üniversitesi’nde teorik fizik profesörü olan meslektaşı Steve Hsu ile beraber 2021 yılından beridir Hawking’in paradoksuna bir çözüm üretmek amacıyla çalışıyor. Ekip, Mart 2022’de yayınlanan daha eski bir araştırmada, kara deliklerin, onları kuşatan kütleçekimi alanlarında gerçekten de benzersiz bir kuantum izi şeklindeki “kuantum saçlına” sahip olduğunu savunmuştu.

Yeni araştırmalarında, ekip, Hawking’in 1976 tarihli hesaplamalarını gözden geçirdi; fakat bu defa Hawking’in yapmadığı bir şeyi yaparak “kuantum kütleçekiminin” -kütleçekiminin kuantum mekaniği ilkeleri uyarınca tanımlanmasının- etkilerini izah etti.

Calmet, “Bu kuantum kütleçekimi düzeltmeleri küçük olsa bile, kara deliğin buharlaşması açısından büyük önem taşıyorlar” diyor: “Bu etkilerin Hawking radyasyonunu termal olmayacak biçimde değiştirdiğini ortaya koyabildik. Farklı şekilde söylersek, kuantum kütleçekimini hesaba kattığımızda, radyasyon bilgiyi barındırabilir.”

Calmet ve Hsu’nun bir önceki araştırmalarında önerdikleri ‘kuantum saçları’ soyut bir matematiksel kavram olsa bile, artık ekip, bilginin Hawking radyasyonu sayesinde kara delikten kaçmasını sağlayan fiziksel olguyu ve bunun bir dış gözlemci tarafından nasıl geri alınabileceğini tam olarak tespit etti. Henüz baştan sona teorik bir önerme olan ‘Hawking radyasyonunu’ tespit edecek düzeyde hassas bir araç gerektireceği için, bunu yapmak şimdilik mümkün değil.

Calmet, astrofizikçilerin, araştırmacıların ileri sürdüğü etki çok küçük olduğu için şimdilik ölçmelerinin gerçek bir yolu olmadığını kabul ediyor. Bu teoriyi geliştirmenin yollarından birinin, bundan ziyade, Dünya’da bulunan laboratuvarlardaki kara delik simülasyonlarını gözlemlemek olduğunu ifade ediyor. Ekibin Hawking radyasyonu ve kara deliklere dair matematiksel modellemesi, bu simülasyonlar açısından paha biçilemez olabilir.

Araştırma makalesi 6 Mart’ta Physics Letters B adlı bilimsel dergide yayınlandı.

Yazının orijinali Space sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)