Stephen Hawking yanılıyordu: Bu tuhaf kara deliklerin varlığı mümkün olabilir

Bilim insanları evreni anlamak için gözlerini aykırılıklara çeviriyor. Kara delikler bu aykırılıkların en kritik örneklerinden. Albert Einstein’in genel görelilik teorisine göre kara delikler öyle büyük bir kütle çekimine sahip ki, içine düşen ışık bile dışarı çıkamıyor. Fizikçiler ve matematikçiler yıllardır kütle çekimi, uzay ve zaman hakkındaki fikirlerinin sınırlarını bu teoriye göre belirledi.

Ancak kara deliklerin bile kendilerine göre aykırılıkları var. Kara delikler uzayda eksenleri etrafında büyük bir hızla döner. İçlerindeki kütle miktarı arttıkça bu dönüş hızı da artar. Eğer bu kütlenin bir elektrik yükü varsa elektrik yüklü hale de gelebilirler. Bir kara delik teoride kütlesinin elverdiği ölçüde yüke sahip olup inanılması güç bir dönüş hızına ulaşabilir. Böyle bir kara deliğe “ekstremal” yani “aşırının da aşırısı” deniyor.

Bu çeşit kara deliklerin bazı tuhaf özellikleri var. Bu özelliklerden belki en tuhafı bu tür kara deliklerin olay ufkundaki yüzey kütle çekiminin sıfır olması. Bu şu demek oluyor: Yüzeyi artık bir şeyleri çekemeyecek duruma geliyor. Oysa bir parçacığı kara deliğin merkezine hafifçe itecek olsanız kaçması mümkün olmayacak.

Fizik dünyasının önde gelen isimleri Stephen Hawking, James Bardeen ve Brandon Carter 1973 yılında ekstremal kara deliklerin gerçek evrende var olamayacağını, oluşmalarının makul bir yolu olmadığını iddia etti. Yine de son 50 yıldır teorik fizikçiler için ekstremal kara delikler faydalı bir model işlevi gördü. Rhode Island Üniversitesi’nden Gaurav Khanna Quanta Magazine’e bu modellerin hesaplamayı kolaylaştıran bir simetrisi olduğunu söylüyor. Bu sayede fizikçiler kuantum mekaniği ve yerçekimi arasındaki gizemli ilişkiyi de test edebiliyor.

Ama şimdi iki matematikçi Hawking ve meslektaşlarının yanıldığını düşünüyor. Massachusetts Institute of Technology’den Christophe Kehle ve California Üniversitesi’nden Ryan Unger’in yakın zamanda yayınladığı makalelere göre bilinen fizik yasalarında ekstremal kara deliğin oluşumunun önünde hiçbir engel yok.

Tabii var olabilecekleri var oldukları anlamına gelmiyor. Matematikçiler böyle bir cisim varsa ve onu bulabilirsek neyi kaçırdığımızı anlayabileceğimizi söylüyor. Böyle bir keşif epey radikal soruların doğmasına da neden olabilir.

Hawking neden karşı çıkıyordu?

Kehle ve Unger’in kanıtına geçmeden önce Hawking neden ekstremal kara deliklerin var olamayacağına inanıyor ona bir bakalım: 1973 yılında bu üç bilim insanı kara deliklerin davranışlarıyla ilgili ortaya dört yasa attı. Bunlar termodinamik yasalarına benzer, evrenin zamanla daha düzensiz hale geldiğini, enerjinin yoktan yaratılamayacağı ve yok edilemeyeceğini belirten bir dizi ilkeydi.

Fizikçiler çalışmalarında kara delik termodinamiğinin ilk üç yasasını kanıtladı. Son kanıtın da doğru olacağını varsaydılar. Bu yasa tahmin edebileceğiniz gibi kara deliğin yüzey çekiminin sıfıra düşemeyeceği, başka bir deyişle ekstremal bir kara delik yaratmanın hiçbir yolu olmadığıydı.

Üç bilim insanı iddialarını desteklemek için de bir kara deliğin yükü ya da dönüş hızı en uç seviyeye ulaştığında olay ufkunun da tamamen ortadan kalkabileceğini savundular. Olay ufku yoksa kara delikler de var olamazdı. Ayrıca kara deliğin sıcaklığının yüzey kütle çekimi ile orantılı olduğu düşünüldüğünde yüzey kütle çekiminin olmaması sıcaklığın da olmaması anlamına geliyordu. Böyle bir kara delik termal radyasyon yayamaz. Oysa Hawking kara deliklerin mutlaka termal radyasyon yayması gerektiğini savunuyor.

1986’da fizikçi Werner Israel bu tartışmaya son noktayı koymuştu. Madem ki normal kara delikten ekstremal kara delik yaratmak istiyoruz. Öyleyse kara deliğe yüklü parçacık eklemek ya da dönüş hızını artırmak yeterli olacaktı. Israel bu deneyi yaptığında sonuç olumsuzdu; sınırlı sürede yüzey çekim kuvvetinin sıfıra düşemeyeceğini bulmuştu. Ancak Israel’in argümanı da kusurluydu.

Ve son yasanın üstünü çizdiler

Kehle ve Unger ekstremal kara delikleri bulmaya çalışmıyordu aslında. Elektrik yüklü kara deliklerin üstünde çalışırken tesadüfen yapmışlardı bu keşfi. İki matematikçi kütlenin kaldırabileceği kadar yüklü kara delik oluşturabileceğini fark etmişti. Buna ekstrem kara delikler de dahildi.

İkili dönmeyen ve yükü olmayan bir kara delik modelini ele alarak bunu zamanla yüklü hale getirmeye başladılar. Kara deliğe yük eklemek için çevreden dağınık, düşük frekanslı darbeler gönderiliyordu. Kehle ve Unger kara delik modeline yolladıkları yavaş frekanslı ve düşük enerjili elektromanyetik enerji darbeleriyle kara deliğin yükünü kütlesine göre daha hızlı artırabileceklerini fark etmişti. İşte Israel’in yanıldığı nokta buydu. Kara deliğe eklenen yükle kütlesi arasında daha karmaşık bir ilişki vardı.

Matematikçiler ayrıca ekstremal kara deliğin oluşumunun korkulduğu gibi çıplak tekilliğe neden olamayacağını da göstermiş oldu. Çıplak tekillikler genel görelilik teorisinde anormal kabul edilen, evrendeki fiziksel yasaların bozabileceği durumlar olarak kabul ediliyor. Oysa ekstremal kara delikler yükün ne kadar olduğuyla ilgili bir yapı. Yük fazla olursa oluşan bulut dağılır ve kara delik oluşmaz.

Unger şimdi hızlı dönen kara deliklerin de ekstremal olabileceğini matematiksel olarak göstermeye çalışıyor ama burada işi çok daha zor.

Stephen Hawking bir kez daha haklı çıktı