Karadelikler aslında maddenin mutlak sıfır durumundaki üst üste binmiş tanecikler olabilir mi?

Merhabalar, cevabı alt başlıklar kullanarak açıklamaya çalışacağım.

Kara Delikler Birbirinin Üstüne Binmiş Parçacıklar Değildir

Bu iddia aslında onların gerçek doğasını yanlış anlamaktan kaynaklanıyor. Kara delikler, uzayzamanın öyle yoğun kütleçekim alanları sergileyen bölgeleridir ki, ışık bile kaçamaz. Bunu bilmeyen yok. Bunlar sadece parçacıkların üst üste yığılması değil genel görelilikte Einstein'ın alan denklemlerinin çözümleridir.

Kara Deliklerin Oluşumu ve Doğası

Bir büyük kütleli yıldız nükleer yakıtını tükettiğinde, dışa doğru olan termal basınçla yerçekimini dengeleyemez ve yerçekimsel çöküşe uğrar. Eğer kalan kütle yeterliyse, çekirdek nötron yıldızı aşamasını da geçerek bir kara delik oluşturur.

Buradaki anahtar kavram dönmeyen ve yüksüz bir kara deliğin olay ufkunu tanımlayan Schwarzschild yarıçapı 'dir:

, kütleçekim sabiti

, cismin kütlesi

, ışık hızı

Bir cismin yarıçapı Schwarzschild yarıçapının içine sıkıştırıldığında bir kara delik haline gelir. Bu süreç aslında parçacıkların sadece aynı uzayı işgal etmesinden ziyade uzayzamanın eğriliğini içerir.

Kuantum Mekaniği ve Pauli Dışlama Prensibi

Kuantum mekaniğinde Pauli Dışlama Prensibi iki özdeş fermiyonun (elektron, proton ve nötron gibi parçacıklar) aynı kuantum durumunu aynı anda işgal edemeyeceğini belirtir. Bu prensip parçacıkların nötron yıldızlarındaki aşırı basınç altında bile aynı konum ve durumda üst üste binmesini engeller.

Tekillik ve Genel Görelilik

Kara deliğin merkezinde, uzayzaman eğriliğinin sonsuz hale geldiği ve kütleçekim kuvvetlerinin sonsuza yaklaştığı bir tekillik bulunur. Genel görelilik bu tekilliği öngörür, ancak kuantum kütleçekim etkilerinin (henüz tam olarak anlaşılmamış) çok küçük ölçeklerde bu davranışı değiştirmesi beklenir.

Kara Delikler Mutlak Sıfırda Değildir

Kara deliklerin mutlak sıfır sıcaklıkta olduğu iddiası da yanlıştır. Kara delikler olay ufku yakınındaki kuantum etkileri nedeniyle Hawking radyasyonu olarak bilinen bir ışıma yaparlar. Bu ışıma da kara deliklerin sonlu bir sıcaklığa sahip olduğunu gösterir.

Hawking Radyasyonu ve Kara Delik Sıcaklığı

Stephen Hawking kara deliklerin kütlelerine ters orantılı olarak bir kara cisim ışıması yaydığını türetti. Hawking sıcaklığı şu şekilde verilir:

, indirgenmiş Planck sabiti

, Boltzmann sabiti

Bu formül kütle arttıkça sıcaklığın azaldığını ancak kütle sonsuz olmadıkça mutlak sıfıra ulaşmadığını gösterir.

Örnek Hesaplama Yapalm

Güneş'in kütlesine eşit bir kara delik için :

Yani bu sıcaklık son derece düşüktür ancak mutlak sıfır değildir.

Yukaridaki sıcaklığı celciusa çevirelim ve kısaca özetleyelim:

Antarktika'daki sıcaklıklar bile yalnızca civarına kadar düşebiliyor. Uzayın boşluğu ise yaklaşık ’dir. Ancak bu sıcaklık uzaydaki boşluktan bile çok daha soğuk bir seviyeyi temsil ediyor. İnsanlar için hayal etmesi gerçekten çok zor. Atomların neredeyse tamamen hareketsiz olduğu bir duruma çok yakın bir durum.

Entropi ve Kara Delikler

Kara deliklerin ayrıca Bekenstein-Hawking entropisi ile verilen bir entropisi vardır:

A, olay ufkunun alanıdır

Entropi ve sıcaklığın varlığı kara deliklerin mutlak sıfırda olmadığını ve termodinamik nesneler olduğunu pekiştirir.

Genel itibarıyla özetleyecek olursam:

Kara delikler birbirinin üstüne binmiş parçacıklar değildir ve mutlak sıfırda değillerdir. Onlar genel görelilik ve kuantum mekaniği ile tanımlanan karmaşık astrofiziksel nesnelerdir. Oluşumları dev yıldızların olay ufku ile çevrili tekilliklere çökmesini içerir. Kara deliklerin son derece düşük olsa da Hawking radyasyonu nedeniyle sonlu sıcaklıkları vardır ve entropiye sahiptirler; bu da mutlak sıfırda olmadıklarını gösterir.