Hawking Radyasyonu Nedir? Kara Delikler Zamanla Buharlaşıp Yok Oluyor Olabilir mi?

Hawking radyasyonu, bir kara deliğin olay ufku ve civarında oluşan hipotetik parçacıklar yoluyla yaptıkları kara cisim ışımasını tarif eder. Hawking radyasyonu, ortalamada kara deliklerin kütlesini azaltan bir ışıma türüdür ve bu bakımdan kara deliklerin sıra dışı bir özelliğidir. Hawking radyasyonu, kara deliklerin sıcaklıklarının kütleleriyle ters orantılı olduğunu söyler. Bir diğer deyişle, bir kara delik ne kadar küçükse, o kadar çok ışıma yapacaktır, o kadar sıcak parlayacaktır ve o kadar hızlı buharlaşacaktır.

Bugüne kadar hiç direkt olarak gözlemlenmemiş olmasına ve gözlenmesinin çok zor olmasına rağmen Hawking radyasyonu, Genel Görelilik Teorisi ve kuantum mekaniğinin birleşik modelleri tarafından desteklenen bir tahmindir. Bu radyasyona "Hawking Radyasyonu" denme nedeni, 1974'te büyük fizikçi Stephen Hawking’in "Black hole explosions?" ("Kara Delik Patlamaları?") başlıklı makalesinde, bu tür bir radyasyonun var olup olamayacağını sorgulayan ilk isim olmasıdır.^[1]

Stephen Hawking, aslında çok temel bir soru soruyordu: Kara deliklerden ışık bile kurtulamıyor; ancak kara delikler, ısı yayıyor olabilir mi? Bu sorunun cevabı muazzam büyük öneme sahiptir; çünkü eğer Hawking radyasyonunun gerçek olduğu kanıtlanırsa, kara deliklerin doğasına ve ömürlerine yönelik bilgilerimiz kökten değişecektir: Eğer kara delikler, eskiden sanılanın aksine gerçekten de ışıma yapıyorlarsa, zaman içerisinde küçülüyorlar demektir. Halihazırda aşırı yoğun cisimler olan kara deliklerin bu ışıma yoluyla daha da küçülmesi sonucunda, en küçük kara delikler en ufak bir ısı temasında şiddetle patlayacaktır; daha büyük olanlarsa trilyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş buharlaşacak ve yok olacaktır.

Kara Delikler Neden Işımalı?

Bir madde kara deliğe girdiğinde, artık Evren'in geri kalanından tamamen izole olmuş demektir. Hawking'den önce bilim insanları, kara deliğe düşen cisimlerin bir daha asla kurtulamadığını, dolayısıyla kara deliklerin tek yönlü bir yol olduğunu düşünüyorlardı. Onlara göre kara delikler, etrafa hiçbir madde, enerji veya bilgi saçmıyorlardı. Ancak bu durum, fizikçilerin entropi adını verdiği düzensizlik ölçüsünün de ortadan kalkması anlamına gelmektedir. Kara delikler içinde maddelerin yok olabilmesi, Evren'i daha az düzensiz (veya daha düzenli) hale getirdiği için, kara deliklerin bu özelliğinin termodinamiğin ikinci yasasını çiğnediği düşünülüyordu.

Hawking, bu görüşe katılmıyordu. Hawking'e göre kara delikler, termodinamiğin ikinci yasasına uyuyorlardı ve entropileri zamanla artmak zorundaydı. Bu kritik bir kabuldü; çünkü entropisi olan her şeyin bir sıcaklığı olmak zorundadır!^[2] Bir diğer deyişle entropi, her zaman radyasyon yayan ısı enerjisini tarif etmenin başka bir yolundan ibarettir. Eğer olay ufku entropiye sahip olsaydı, bir şekilde parlamalıydı. Yani kara delikler, göründükleri kadar siyah olamazdı.

Ancak Hawking, kara delik problemini çözmeye çalışan tek fizikçi de değildi. O zamanlar Princeton Üniversitesi'nde bir fizik öğrencisi olan Jacob Bekenstein, bir madde bir kara deliğe düştüğünde, kara deliğin inanılmaz kütleçekiminden en çok etkilenen bölge olan olay ufkunun yüzey alanının bir miktar büyümesi gerektiğini gösterdi. Bu yüzey alanındaki değişimin, aksi takdirde kaybolacak entropiyle eşdeğer olduğunu gösterdi ve bu öneri, paradoksu çözebilirdi.

Ne var ki Hawking, bu açıklamadan da çok emin değildi. Bu nedenle Hawking, yaptığı hesaplamalar ile kara deliklerin sıcaklığını belirlemeye çalıştı. Bunu yapmak için, Einstein'ın büyük ölçeklerde kütleçekiminin nasıl çalıştığını izah eden Genel Görelilik Teorisi ile, Evren'in en küçük ölçekte nasıl çalıştığını tarif eden kuantum mekaniğinin öngörülerini birleştirdi. Bu iki teori, günümüzde halen tam olarak birleştirilebilmiş değildir ve fizikçilerin en büyük hayallerinden birisi, Evren'i en küçükten en büyüğe kadar tek seferde açıklayabilecek olan Her Şeyin Teorisi'ne ulaşmaktır. Hawking, bu iki teoriden de yararlanmak zorunda kaldı; çünkü her iki teori de kara deliklerin olay ufkunda olan bitenlerin nasıl çalıştığını izah etmemizi sağlamaktadır.

Bekenstein'ın görünüşte absürt önerisini çürütmeye yönelik çabalarında Hawking, bu konuyu diğer fizikçilerle tartıştı ve mümkün olmadığını göstermek için matematiksel modeller kullanmayı denedi. Fakat Hawking, Bekenstein'ı çürütmek bir yana dursun, kara deliklerin gerçekten de bir çeşit "soğuk ışık"la parladığını buldu. Hatta bunu, şu ölümsüz cümlelerle kitlelere ulaştırdı:

Kara delikler, bir zamanlar sandığımız gibi sonsuz hapishaneler değildir. Kara deliklerin içinden bir şeyler kaçabilmektedir; hem dışarıya, hem de belki diğer evrenlere... Dolayısıyla eğer kendinizi bir kara deliğin içinde gibi hissediyorsanız, vazgeçmeyin. Bir çıkış yolu var!

Kara Delikler Hawking Radyasyonunu Nasıl Üretiyor?

Bir kara deliğin civarındaki olay ufkundan parçacıkların dışarıya yayılmasının ardındaki fiziksel süreç oldukça karmaşıktır ve kuantum alan teorisinin matematiksel altyapısının sağlam bir şekilde anlaşılmasını gerektirir.

Ancak basite indirgeyerek anlatmaya çalışacak olursak, öncelikle şunu anlamanız gerekir: Uzay boşluğu, birçok yönden hiç de boş değildir! Elbette, tüm maddeyi, tüm radyasyonu, tüm enerji kuantumlarını uzayın bir bölgesinden tamamen çıkarmayı hayal edebilirsiniz, ta ki geriye kalan bu Evren'den çıkarabileceğimiz her şey "hiçbir şeye" yakın olana kadar.

Ancak bu durumda bile, o boş uzayın enerjisinin "sıfır noktası", yani kuantum mekaniğine dayalı bir sistemin sahip olabileceği en düşük enerji seviyesi (İng: "zero-point energy"), sıfır değildir. Çıkarabileceğiniz her şeyi çıkarsanız bile, uzayın kendisine özgü, sıfırdan farklı bir miktarda enerjisi bulunur.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Bunu kavramsal olarak anlamanın ve gözümüzde daha iyi canlandırabilmemizin bir yolu, parçacık-karşıt parçacık (İng: "antiparticle") çiftleridir. Dikkat edin: Bu sanal parçacıklar, gerçek parçacıklar değillerdir; sadece kavramsal olarak sıfırdan farklı vakum enerjisini tahayyül etmenin bir yolundan ibarettir. Ancak kuantum mekaniğine göre, parçacıklar ve antiparçacıklar durmaksızın var olup yok olduğu söylenir. Bu konuyu birazdan tekrar vurgulayacağız.

Normalde bu sanal parçacık çiftleri, var olmaya başladığında, pek uzun süre varlıklarını koruyamazlar ve ikili, birbirlerini kısa sürede yok ederler. Zaten Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra, bilinmeyen bir nedenle antimaddeden daha çok miktarda madde üretildiği için, Evren'de bir şeyler var olabilmiştir. Bu dengesizlik hali olmasaydı, Evren kısa sürede kendi kendini yok edecekti.

Kara deliklerin sınırındaysa işler normalde olduğu gibi işlemez.

Ulf Leonhardt | University of St Andrews

Bir kara deliğin civarında bu parçacık-antiparçacık çiftlerinin ortaya çıktığı üç bölgeniz vardır:

1. Parçacık çiftlerinin her ikisinin de kara deliğin olay ufkunun dışında ortaya çıktığı, var olduğu ve birbirini yeniden yok ettiği bir bölge.
2. Parçacık çiftlerinin her ikisinin de kara deliğin olay ufkunun içinde ortaya çıktığı, var olduğu ve birbirini yeniden yok ettiği bir bölge.
3. Parçacık çiftlerinin her ikisinin de kara deliğin olay ufkunun dışında ortaya çıktığı, ancak birinin kara deliğin içine düştüğü, diğerininse kaçtığı bir bölge.

Evet, bu aşırı basitleştirilmiş bir anlatımdır. Ancak bu anlatım, her ne kadar Hawking radyasyonunun nereden geldiğini veya enerji spektrumunun ne olduğunu tam olarak tanımlamasa da, nitel özellikleri doğru açıklayan en basit görselleştirmelerden biridir.

Hawking, kendi teorisini, oldukça popüler olan kitabında, aşırı miktarda kütleçekiminden etkilenen sanal parçacıkların, bu güçlü kütleçekiminden dolayı negatif enerji kazanan parçacık çiftlerinden bir tanesinin karadelikten kaçarak kütle yitimine neden olduğu şeklinde açıklar.^[4]

Kara deliğin içine düşenin, efektif olarak negatif enerjiye sahbip olduğu söylenir. Kara delikten kaçan ise pozitif enerjiye sahiptir. İşte kara delikten kaçmayı başaran parçacık, Hawking Radyasyonu dediğimiz şeyin sebebidir. Kara deliğe düşen parçacık çiftinin enerjisi de efektif olarak negatif olduğu için, bir yerde kara delikten enerji kaçıyor demektir; bir diğer deyişle, kara deliğin enerjisi (ve dolayısıyla kütlesi) giderek azalmaktadır.

Ethan Siegel

Tekrar ediyoruz: Bu noktada unutmamanız gereken şey, sözünü ettiğimiz bu "çiftlerin" aslında fiziksel olarak gerçek olmadıklarıdır. Gerçekte, kara delikten dışarı çıkan şey, bir kara cisim ışıması spektrumudur. Bu spektrum, karadeliğin olay ufkunun boyutuyla ilgilidir. Ayrıca saçılan spektrum, çoğunlukla son derece düşük enerjili fotonlar formundadır ve daha küçük kara delikler daha hızlı ışıma gerçekleştirir. Dolayısıyla bir kara delik buharlaşıp küçüldükçe giderek daha da hızlı buharlaşır.

Bunun önemi şudur: Kara deliğin içinde ortaya çıkan bir parçacık çifti, kara deliğe kütle ekleyemez, çünkü oradaki toplam enerji her zaman aynıdır. En nihayetinde, parçacık-antiparçacık çiftlerinin enerjisi, etraflarındaki uzaydan gelmektedir. Ancak dışarıdaki uzaydan kaynaklanarak kara delikten uzaklaşan gerçek radyasyonla sonuçlanan bir enerjiniz varsa, bu enerjinin kara deliğin kendisinden gelmesi ve kütlesini düşürmesi gerekir. Hawking radyasyonu bu şekilde çalışır ve bu yüzden kara delikler giderek buharlaşırlar.

NASA; Jörn Wilms (Tübingen); ESA

Özetle Hawking Radyasyonu, birbirine zıt olan ve normal zamanlarda uzay-zaman dokusunun içinde yoktan var olup vardan yok olan parçacık-antiparçacık çiftlerinden birinin kara deliğe düşmesi, diğerinin kara delikten kaçması yoluyla oluşur. Bu parçacıklar devasa bir kütleçekim farkıyla birbirinden ayrıldıkları için, birbirlerini yok edemezler ve böylece kara deliğin kütlesi üzerine etki etmiş olurlar.^[3]

Kara Delik Buharlaşması Nasıl Yaşanır?

Söylediğimiz gibi, eğer kara delikler Evren'in geri kalanına ışıma yapıyorsa, bir noktadan sonra "buharlaşmaları" ve yok olmaları kaçınılmaz olacaktır. Kara delikten saçılan bu spektrumu, kara deliğin termal denge halini ve olay ufkuna çok yakın yerlerde meydana gelen aşırı kırmızıya kayma olaylarını inceleyerek tespit etmek mümkündür (burada, kuantum dolanıklık olgusunu da hesaba katmak gerekmektedir).

Kara deliğe çok yakın bir yerde kuantum etkileri altında meydana gelen sanal parçacıklar, neredeyse her zaman bir foton çifti olarak var olurlar. Bu fotonlardan birisi olay ufkunu geçemez ve kara delik içine hapsolur; diğeriyse kara delikten kaçarak Evren'in geri kalanına doğru yola çıkar.

Bu olaya biraz daha yakından bakarsak, gördüğümüz şudur:^[5] Kara deliğin olay ufkunda oluşan fotonda abartılı bir kırmızıya kayma olayı yaşanır. Bu sırada kara delikten kaçan foton, neredeyse "parçalanacaktır". İlginç bir şekilde, kara delikten kaçan bu fotonun şiddeti birazcık artar. Bu şiddet artışı, negatif enerji taşıyan partner dalga adı verilen bir parçacığın oluşmasına neden olur ve bu parçacık, kara deliğin güçlü kütleçekimine kapılıp, kara deliğin içine düşer. Kara delikten kaçan foton, Evren'in geri kalanına pozitif enerji ekler; ancak dikkat ederseniz, kara deliğin içinden madde dışarı çıkmamıştır. Öte yandan, kara deliğin içine düşen partner dalga, korunum yasalarına tabidir ve bu nedenle kaçan foton ile birebir aynı kara cisim ışımasına tabidir. Dolayısıyla bu dalganın ışıması, kara deliğin iç koşulları hakkında hiçbir bilgi taşımaz.

Agora Bilim Pazarı

Cerrahi Teknik Atlası - Endokrin Cerrahi

ISBN: 9786054414192
Sayfa Sayısı: 249
Ebatlar: 13.5×20 cm
Basım Yılı: 2011

Devamını Göster

₺1,000.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Hawking Işıması yapan kara deliklerin kütlesi ve dönüş enerjisi (rotasyonel enerjisi) zamanla azalır ve kara delik buharlaşması denen bir olayla yok olurlar. Dolayısıyla dışarıdan kütle almayan kara delikler, bir süre sonra yok olmak zorundadır. Çok küçük kara delikler haricindeki tüm kara delikler için bu buharlaşma olayı, inanılmaz yavaş yaşanmaktadır.

Kara Delikler, Buharlaştıklarından Daha Hızlı Büyüyebilirler mi?

Kara delikler, bilinen evrendeki en büyük tekil nesnelerdir. Güneş'ten daha büyük (bazen milyonlarca hatta milyarlarca kat daha büyük) ultra-kütleli yıldızların ve kalıntılarının kendi üzerine çökmesiyle oluşurlar. Olay ufkunu geçen her şey, kara deliğin merkezindeki tekilliğe ulaşarak, kara deliğin kütlesini daha da artırmaya mahkumdur. Ancak bize uzay-zaman dokusunun kütle tarafından nasıl büküldüğünü söyleyen genel görelilik ve kendi haline bırakılan boş uzayın kendiliğinden nasıl davrandığını söyleyen kuantum alan teorisini bir arada değerlendirmemiz sayesinde, kara deliklerin sonsuza kadar olduğu gibi kalmadığını, bozunduğunu öğreniyoruz. Hangisi galip gelecek: büyüme mi yoksa buharlaşma mı?

Hawking Işımasıyla Buharlaşma Hızı

Bu bozunma hızını ve radyasyonun sıcaklığını ölçebiliriz böylece kara deliklerin muazzam derecede yavaş bir oranda kütle kaybettiklerini bulabiliriz! Hawking'in hesaplarına göre, $M$ kütlesine sahip bir kara deliğin siyah cisim ışıması miktarının $\frac{6\times 10^{-8}}{M}\text{Kelvin}$ olmalıdır. Görebileceğiniz gibi, sadece en küçük kara delikler (yani $M$ değeri en küçük olan cisimler), en yüksek ışıma sıcaklıklarına sahip olacaktır.

Üstelik kara delikler, küçüldükçe daha çok ışıma yaparlar ve bu nedenle zaman içerisinde yok olma hızları artar. Nihayetindeyse tıpkı bir hidrojen bombası gibi patlayarak yok olurlar! Hawking'in hesaplarına göre, kütlesi $M$ olan bir kara deliğin ömrü, $10^{71}{M}^3$ saniye olacaktır. Örneğin;

• Güneş kütlesindeki bir kara delik için, Hawking radyasyonunun mevcut sıcaklığı 62 nanoKelvin olacaktır ve buharlaşması 10⁶⁷ yıl alacaktır.
• Galaksimizin merkezindeki kara delik (Sagittarius A*), 15 femtokelvinde ışıma yapmaktadır ve buharlaşması 10⁸⁷ yıl sürecek.
• Tüm kara deliklerin en büyüğünün buharlaşması ise 10¹⁰⁰ yıl sürecektir!

Dolayısıyla bir kara deliğin yok olduğu anları kolay kolay gözlemek pek mümkün değildir. Böyle bir sona denk gelmek, muazzam bir tesadüf olacaktır.

Madde Yutarak Büyüme Hızı

Ancak tüm bu zaman boyunca, söz konusu kara delik tarafından yutulan şeyler (malzemeler) de vardır.

Diğer yıldızlardan, kozmik tozdan, yıldızlararası maddeden, gaz bulutlarından ve hatta Büyük Patlamadan kalan radyasyon ve nötrinolardan gelen materyallerin tümü, kara deliğin kütlesine katkıda bulunabilir. Araya giren karanlık madde de, kara delikle çarpışarak kütlesini artıracaktır. Radyasyon kaybının kütle eşdeğeri, herhangi bir kara delik tarafından bu şekilde soğurulan (yutulan) şeylerin miktarından çok daha düşüktür.

Ama yutulabilecek şeylerin de bir sınırı vardır: Madde soğurma hızının Hawking radyasyonunun hızının altına düşmesi yaklaşık 10²⁰ yıl, yani Evren'in şu anki yaşının on milyar katı bir zaman alabilir. Yine de bu, eninde sonunda olacaktır. Ve bir kez gerçekleştiğinde, kara delik bozunması üstün gelmeye başlayacaktır. Bugün Evren'de bildiğimiz her kara delik hala büyümeye devam etmektedir, ancak bu büyüme sonlu bir gelecekte, maksimuma ulaşacaktır. O noktadan sonraysa Hawking radyasyonu galip gelecektir.

Hawking radyasyonu yavaş başlar ancak özellikle kara deliğin kütlesi önemli ölçüde küçülmeye başladığında zamanla artacaktır. Bir kez bir tekillik oluşturduğunuzda, bir tekillik olarak kalırsınız ve olay ufkunun varlığını sürdürürsünüz - ta ki kütleniz sıfıra inene kadar.

Bununla birlikte, bir kara deliğin yaşamının bu son saniyesi, çok spesifik ve çok büyük bir enerji salınımı ile sonuçlanacaktır. Bir kara deliğin kütlesi 228 tona düştüğünde, bu, kara deliğin ömründe geriye sadece ve tam olarak 1 saniyenin kaldığını gösterir. O sırada olay ufku boyutu 340 yoktometre veya 3.4 × 10^-22 metre olacaktır: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (İng: "Large Hadron Collider") şimdiye kadar ürettiği herhangi bir parçacıktan daha büyük bir enerjiye sahip olan bir fotonun dalga boyunun boyutu kadar... Ancak o son saniyede, beş milyon megaton TNT'ye eşdeğer toplam 2.05 × 10²² Joule enerji salınacaktır. Sanki uzayın küçücük bir bölgesinde bir anda milyonlarca nükleer füzyon bombası patlamış gibi... Bu, gelecekte o kadar çok gerçekleşecektir ki, böyle bir ışık parlaması meydana geldiğinde tüm Evren'de görünen tek şey olacaktır!

Teoriyle İlgili Problemler

Bu teoriyle ilgili bir sorun şudur: Hiçbir fizikçi, bugüne kadar bu olayın yaşandığını gözlemeyi başaramamıştır. Bunun en büyük sebeplerinden birisi, daha ufak olan kara deliklerin daha fazla ışıma yapacak olması, dolayısıyla bu ışımanın küçük kara deliklerde daha kolay gözlenecek olması, ancak küçük kara delikleri bulmanın ve gözlemenin de çok daha zor olmasıdır.

Tüm bu ikna ediciliğine rağmen bazı fizikçiler, bu parçacıkların hayali bir çizgi üzerinde parçalandığına dayanan "yerelleştirilmiş" tanımın hatalı olduğunu savunmaktadırlar.^[4]Eleştirmenlerine göre sanal parçacıkların var olup yok olmaları, bilgisayar modelleriyle ve elimizdeki hesaplamalarla uyumlu değildir.

Bogoliubov Transformasyonları ve Parçacık-Antiparçacık Çiftleri

Hawking, ulaştığı sonuçlara ulaşabilmek için Bogoliubov transformasyonları denen bir yönteme başvurmaktadır. Buradaki fikir, örneğin elektromanyetik alanı kuantize etmeye çalıştığınızda, Maxwell'in klasik denklemlerinin çözümlerini alıp, onları pozitif-frekans ve negatif-frekanslı çiftler halinde yazmaktır. Yüzeysel olarak yorumlandığında bunlardan ilki size parçacıkları, ikincisi ise antiparçacıkları verecektir. Daha dikkatli bakıldığındaysa bu ayrışma, teorinin kuantum versiyonundaki vakumun örtük bir tanımından ibarettir. Bir diğer deyişle, ayrışmayı bir şekilde veya öteki şekilde yapmak, bunlardan hangisinin vakum durumu olduğuna dair bakış açımızı değiştirmektedir.

Ancak bu, şaşırtıcı bir sonuçtur; çünkü vakum dediğimiz şey, en nihayetinde, en düşük enerji hali olarak yorumlanabilir. Eğer farklı bir koordinat sistemi kullanıyorsak, farklı zaman kavramlarımız ve farklı enerji kavramlarımız var demektir; en nihayetinde kuantum teorisinde enerji, $H$ adı verilen bir operatör iler tanımlanır ve bu operatörün zamana bağlı değişimi $e^{-itH}$ olarak verilir. Dolayısıyla bir yandan $w$ parametresinin işaretine bağlı olarak "pozitif" veya "negatif" olarak isimlendirilen frekansları tanımlayan klasik alan teorisindeki çözümleri kullanıyoruz - ki bu işaret, $t$ zamanının koordinatlarına yönelik seçimlerimize dayanıyor. Diğer yandansa en düşük enerjili durumla ilgili farklı tanımlara sahip olacağımız oldukça aşikardır.

Eğer tüm bunları aşina olduğumuz Minkowski uzayında yaparsak, yani Özel Görelilik Teorisi'ni kullanırsak, Lorentz transformasyonlarıyla tanımlanan bir dizi "eylemsiz çerçeve" tanımlayabiliriz. Bunlar farklı koordinatlar verirler; ancak bu koordinat düzlemlerinin hiçbiri, Maxwell'in denklemlerinin çözümlerini farklı şekilde verecek kadar farklı değildir. Benzer şekilde, bu koordinat sistemlerini kullananlar, en düşük enerji durumuyla ilgili olarak hiçbir zaman anlaşmazlığa düşmeyeceklerdir. Dolayısıyla tüm eylemsiz gözlemciler, neyin parçacık neyin antiparçacık neyin vakum olduğunda hemfikir olacaktır.

Öte yandan eğri bir uzay-zaman düzleminde "en iyi koordinat düzlemi" diye bir düzlem yoktur; sadece eylemsiz olanlar vardır. Dolayısıyla en makul koordinat tercihleri bile, parçacıklar ve antiparçacıklar konusunda veya neyin vakum olduğu konusunda anlaşmazlıklar yaratacaktır. Bu anlaşmazlıklar, "her şeyin göreli" olduğu anlamına gelmez; çünkü bu farklı koordinat sistemlerinin tanımları arasında geçiş yapmamızı sağlayan iyi tanımlanmış denklemler vardır. İşte bunlara, Bogoliubov transformasyonları demekteyiz.

Bogoliubov transformasyonları sırasında gerçekten de parçacık ve antiparçacık çiftleri oluşturulabilir; fakat eleştirmenlere göre, bunların matematiksel altyapısı ile fiziksel gerçekliği arasındaki köprü oldukça muğlaktır.

Bilgi Paradoksu

Hawking Radyasyonu'nun sebep olduğu en tuhaf sonuçlardan birisi, kara deliğe giren bilgiyi tamamen siliyor olmasıdır. Bunu şöyle düşünün: Eğer bir karadeliğe 1 ton demir fırlatacak olsanız, diğer bir karadeliğeyse 1 ton pamuk fırlatacak olsanız, her iki kara deliğin de saçacağı radyasyon birebir aynı olacaktır. Ancak bu, Evren'in bildiğimiz kurallarını ihlâl etmektedir.

Kuantum mekaniğine göre, bir parçacığın Evren içerisinde kat ettiği yolun tamamını tespit edebilmemiz gerekmektedir. Dolayısıyla kara deliğin için 1 ton demir attığınızda, o demirin tam olarak nasıl parçalandığını tamı tamına takip edebilmeniz gerekir. Örneğin demirin dış katmanlarını kaplayan tekil atomların nasıl dağıldığını hesaplayabilmelisiniz. Kuantum mekaniği, Evren'deki tüm parçacıkların hesaplanabilir olduğunu ve dolayısıyla hiçbir zaman bilginin kaybolamayacağını öngörür.

Ancak bir kara deliğin içinde, bilgi kaybolabilir. Hawking Radyasyonu, kara deliklerin kütle kaybettiğini söylemektedir. Ama bu kütle kaybı ile kara deliğe fırlattığımız 1 ton demir arasındaki ilişki muğlaktır. Bu muğlaklık giderilmediği sürece, Evren'deki fiziğe yönelik algılarımızı tam olarak çerçevelendirmemiz mümkün olmayacaktır. Kara deliklerde bilgi paradoksuyla ilgili daha fazla bilgiyi buradaki yazımızdan alabilirsiniz.

Sonuç

Sonuç olarak Hawking'in teorisi, kara delikler etrafında bükülen kıvrımlı uzay-zaman dokusunun, olay ufkuna yakın alanlardaki kuantum özelliklerinin karışımını nasıl bozabileceğini göstermektedir. Öyle ki kara delikler, bazı özellikleri etrafa saçarken, bazılarını bozulmadan koruyabilmektedir. İşte bu özellikler, "radyasyon" adını verdiğimiz ışımanın spesifik sıcaklıklarına benzemektedir ve kara deliklerin zaman içerisinde küçülmesine neden olmaktadır.

Bugün kara delikler buharlaşabileceklerinden daha hızlı büyüyor olsalar da, bu sonsuza kadar sürmeyecektir. Kara delik tarafından yutulabilecek hiçbir şey kalmadığında veya büyüme hızı Hawking radyasyonunun hızının altına düştüğünde, geriye kalan tek şey bozunmadır ve bu, son derece kalıcıdır.

Ama üzülmeyin! Kara delikler büyüdüklerinden daha hızlı buharlaşmaya başlamadan önce, önümüzdeki milyarlarca yıl boyunca büyümeye devam edecektir ve bir kez Hawking radyasyonu galip geldiğinde bile, yok olmadan önce inanılmaz uzun bir süreye sahip olacaklardır. Ancak yeteri kadar beklersek, Evren'deki en büyük kara delik bile buharlaşacaktır. Hawking radyasyonu, Evren'deki her kara deliğin kaçınılmaz kaderidir.

Her ne kadar Hawking radyasyonu bugüne kadar hiç gözlenememiş olsa da, Hawking'in matematiksel ispatı öylesine ikna edicidir ki, fizikçilerin neredeyse tamamı kara deliklerin bir çeşit ışıma yaptığı konusunda hemfikirdir. Yine de bu etkileşimi tam olarak haritalandırmak için, kuantum mekaniğinde kütleçekiminin rolüyle ilgili tamamlanmış bir teoriye ihtiyacımız var; ancak Hawking'in çıkarımları, böyle bir birleşik teorinin mümkün olabileceği konusunda umut vaadediyor. Çünkü eğer Hawking'in teorisi doğruysa, görelilik ile kuantum mekaniği en azından kara deliklerin etrafındaki fiziği açıklamak üzere bir araya gelebiliyor demektir. Ve eğer bu iki büyük teori kara deliklerin etrafında bir araya gelerek bize bir açıklama sunabiliyorsa, Evren'in başka nerelerinde bir araya gelerek, ne tür açıklamalar sunabilir dersiniz?