Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Karadelikler ve Bilgi Paradoksu: Kara Delikler, Enerjinin Korunumu Yasası'nı İhlal Ediyor Olabilir mi?

Kara Deliklere Giren Cisimlerin Bilgileri, Evrende Kayıp mı Oluyor?

Karadelikler ve Bilgi Paradoksu: Kara Delikler, Enerjinin Korunumu Yasası'nı İhlal Ediyor Olabilir mi?
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Diyelim ki oyuncak bir kamyonunuz var ve sorunlu bir çocukluk geçirdiğiniz için bir balyoz kullanarak kamyonu bir vuruşta paramparça ettiniz. Balyozu kaldırdığınızda, yüzlerce ufak parçaya ayrılmış olsa da, vurmadan öncesiyle aynı kütlede kamyon parçalarınız olur, değil mi? Peki ya şunu söylesek: Balyozu kaldırdınız ve parçaların bazılarının ortadan tamamen yok olduğunu gördünüz...

Bunun doğru olamayacağını düşünüyorsunuz, çünkü okullarınızda kütlenin yaratılamayacağını ve yok edilemeyeceğini öğrenip durdunuz. Örneğin meşhur Terminatör 2 filmindeki başrolde bulunan T-1000 robotu, filmin sonunda lavlara girdiğinde aslında yok olmuyordu, sadece lav onu atomlarına kadar ayrıştırıyordu. Benzer bir şey, bir göktaşı bir kara delik tarafından yutulduğunda da olur. Her ne kadar bir kara deliğin içini görmesek de, kütlenin yok olamayacağını varsayarak gök taşının atomlarına kadar ayrıştığını, dolayısıyla kara deliğin kütlesinin de 1 gök taşı kadar arttığını söyleriz.

Şimdiye kadar söylediklerimiz ne kadar da mantıklı geliyor, değil mi? Ancak kara delikleri incelediğimizde, bu mantık silsilesini altüst eden bir durumla karşılaşıyoruz. Kara delikler, yuttukları onca şeyle birlikte "buharlaşıp" yok oluyorlar ve o kadar kütlenin nereye gittiğine dair hiçbir fikrimiz yok.

Kara Delikleri ve Olay Ufkunu Anlamak

Kara delikler, 1950-60’lı yıllardan beri üzerinde çalışılan ve fizikçiler başta olmak üzere birçok bilim insanının dikkatini çekmiş yapılardır. Bildiğimiz üzere bu yapılar, ölen devasa yıldızların, sonsuz yoğunluktaki bir noktaya çökmesiyle oluşur. Bu noktaya tekillik denir ve dev yıldızlar bu küçücük noktaya sıkıştırılır. Çöken devasa yıldızların tekillikte sıkıştırılacağını ileri süren kuramı, Roger Penrose, 1965 yılında matematiksel olarak ispatlamıştır. Tekillik, uzay-zamanın artık var olmadığı ve klasik fiziğin genel görelilik kuramının da artık geçerli olmadığı noktadır.

Stephen Hawking, 1970’li yıllardan beri kara delikler üzerinde (özellikle tekillikler konusunda) yaptığı çalışmalarıyla ünlenmişti. 1974’te, kara deliklerin aslında ‘’tamamen kara’’ olmadıklarını ve kütlelerine bağlı sıcaklıkta radyasyon yaydıklarını ileri sürmüştü. Bunu nasıl açıklayabiliriz?

Gözünüzün önüne bir kara delik getirin. Kara deliğin olay ufku, ışığın kaçamayacağı bir nokta olsun. Bunu bir örnekle şöyle açıklayabiliriz: büyük bir şelalede kayıktasınız ve kürek çekiyorsunuz. Şelalenin sonuna yaklaştıkça, akıntı sizi gittikçe daha büyük bir etkiyle aşağıya doğru çekiyor. Eğer yeterince hızlı kürek çekmeyi başarırsanız, buradan kurtulabilirsiniz. Şelalenin belirli bir noktasına vardığınızda ise, hızlı kürek çekmek de artık sizi kurtaramaz. İşte kara deliklerde bu nokta olay ufku olarak adlandırılır. Bu noktadan sonra kara delik, etrafındaki cisimleri ve ışığı, ışık hızından daha hızlı çeker ve böylece hiçbir şey bundan kurtulamaz.

Bir kara deliğin en temel özelliği “artık geriye dönüşün mümkün olmadığı noktası” veya daha teknik bir dille ifade edersek, onun “olay ufku”dur. Herhangi bir şey (ki bu bir yıldız veya bir parçacık olabileceği gibi, çılgın bir insan da olabilir!) olay ufkunu geçerse, kara deliğin o muazzam kütleçekimi onu o kadar büyük bir kuvvetle içine çeker ki artık kaçış mümkün olmaz. Diğer bir deyişle, o nesneye veya kişiye dair geriye en ufak bir bilgi kırıntısı dahi kalmaz. En azından, bu, hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceğini söyleyen genel göreliliğe dayalı geleneksel kara delik modellerinde böyle. 

Hawking Işıması

Hawking radyasyonu veya ışınımına sebep olan şey, olay ufkunun etrafında gerçekleşen kuantum olayları. Kuantum teorisine göre, uzaydaki vakum ortamlarda sanal parçacıklar olarak adlandırılan yapılar bulunur. Bunlar, atom altı bir parçacık ve onun anti-parçacığından meydana gelir. Anti-parçacıklar diğer parçacıklarla aynı kütleye, farklı elektrik yüklerine sahiptirler. Normalde, bir çift sanal parçacık oluştuğu zaman, birbirlerini hemen yok ederler.

Bir kara deliğin yakınında ise durum farklıdır: kara deliğin güçlü kütleçekimi bu parçacıklardan birini kendine doğru çeker, diğer parçacık ise "kurtulur". Uzay boşluğunda olan parçacık pozitifken, kara delik tarafından çekilen parçacığın negatif yükü vardır; bu ise kara deliğin kütlesinin ve enerjisinin gittikçe azalmasına neden olur. Evrendeki devasa kara deliklerin trilyonlarca yıl yaşayabileceği tahmin edilse de, içine yeterince negatif parçacık çektikten sonra buharlaşacakları ve kütlelerini tamamen kaybedecekleri biliniyor. Kara delikten kaçabilen pozitif parçacıklar ise ‘’Hawking radyasyonu’’ olarak adlandırılıyor. Bu radyasyon o kadar zayıf ki, uzayda gözlemlenmesi imkansız; bu yüzden bilim insanları bu konu üzerinde çalışmalarını laboratuvar ortamında yürütmüşerdi ve 2018-2019 yıllarında yapılan deneyler, Hawking’in bu konudaki tahminlerini doğrulamıştı.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Olay ufkunun içinde uzay, ışık hızından daha hızlı çekiliyor.
Olay ufkunun içinde uzay, ışık hızından daha hızlı çekiliyor.
Yerel BT

Ancak bir sorun var: Hawking radyasyonu sahiden geçerliyse, bu, kara deliklerin ‘’fiziksel verilerinin’’ yani kara deliğin içine çekilmiş parçacıkların yapı ve özelliklerinin, evrende tamamen kaybolacağı anlamına geliyor. Oysa bu olay, evrende bir bilginin kaybolamayacağını savunan fizik yasalarına aykırı.

Başta Stanford Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Leonard Susskind olmak üzere birçok bilim insanı yıllardır bu konuya dikkat çekmiş olsa da, Hawking 30 yıl boyunca görüşünü savunmaya devam etmişti; 2004 yılında ise, Leonard Susskind ile arasında geçen ‘’kara delik savaşında’’ tıpkı başarılı bir bilim insanından beklendiği gibi hatalı olduğunu kabul etmişti. Leonard Susskind, bilginin korunmasının ne kadar önemli olduğunun altını çizmek için buna ‘’fiziğin eksi birinci kuralı’’ demişti; çünkü dediğine göre her şeyden önce gelen bir ilkeydi.

Peki bu kural nasıl çalışır? Bir bakalım.

Kara Delikler ve Bilgi Paradoksu

Diyelim ki, beğenmediğiniz bir fotoğrafınız var ve ondan kurtulmak istiyorsunuz. Onu ateşin içine atarak yok edebilirsiniz. Ne o şimdi de ağlayıp fotoğrafı yok ettiğinize pişman mı oldunuz? Hiç üzülmeyin çünkü kuantum teorisi size bir şekilde bilginin tekrar bir araya getirilmesinin mümkün olduğunu söylüyor. Şayet fotoğrafınızdan sonsuza dek kurtulmak istiyorsanız, tek yapmanız gereken onu bir kara deliğin içine atmaktır!

Acaba öyle mi?

İşte tam da bu noktada karşımıza “Bilgi Paradoksu” çıkıyor. Çünkü “Enerjinin Korunumu” yasasına göre, enerji ne yok olur ne de yoktan var edilir; sadece enerjinin türü değişebilir. 

Şimdi, kara deliğin içine giren bilginin gerçekten kaybolmamış olduğunu, belki de bir yerlerde kapalı kaldığını veya erişimimize kapalı olduğu söyleyeceksiniz. Fizikçiler de aynen böyle düşünüyordu! Ta ki 1975’te Stephen Hawking, kara deliklerin aslında tam anlamıyla “kara” olmadığını ve dönerek düzensiz radyasyon (ışınım) yaydığını söyleyene kadar.

Hawking, olay ufkunda yaratılan parçacık ve karşıt parçacık çiftlerinin ayrılabileceğini, bir parçacığın kara deliğin içine girerken diğerinin dışarıya kaçacağını ve böylelikle ışınım yayabileceğini gösterdi. Bu ışınım sayesinde, bir kara deliğin kazandığından daha hızlı kütle kaybederek, en sonunda patlayıp her şeyiyle beraber yok olacağını öne sürdü. Hawking’e göre, Tanrı sadece zar atmakla kalmıyor, bazen onları göremeyeceğimiz yerlere sallıyordu. Ancak, Hawking’in bu teorisi, hiçbir şeyin, bilginin bile, asla kaybolamayacağını söyleyen kuantum teorisiyle çelişiyordu. 

Paradoksun Olası Çözümleri

Şu ana kadar, bu paradoksu çözebileceğini söyleyen pek çok iddia ortaya atılageldi. Bunlara bir bakış atalım.

Holografik Prensip (Holografi İlkesi)

Bunlardan biri, ilkin Gerard ‘t Hooft tarafından ortaya atılan, daha sonra Leonard Susskind tarafından sicim teorisi yorumuyla son şekli verilen “Holografik Prensip”. Bu ilkeye göre, kara deliğe düşen her cismin verileri aslında kara deliğin olay ufku denilen yerinde kalıp, burada korunuyor. Böylece, cisimlerin üç boyutlu hallerinin verileri, olay ufkunda "kodlanmış" oluyor. Bu da bir nevi holograma benziyor.

Gerard’t Hooft, Leonard Susskind ve Charles Thorn tarafından geliştirilmiş bu kuram, Susskind ve Hawking gibi iki değerli fizikçinin arasında geçen bu bilimsel çekişmeye bir son vermiştir; Hawking, sonradan bu fikre olumlu yaklaşmıştır.

İki boyutlu yüzeyde kodlanmış üç boyutlu cisimlerin verileri, üç boyutlu hologramlar oluşturuyor.
İki boyutlu yüzeyde kodlanmış üç boyutlu cisimlerin verileri, üç boyutlu hologramlar oluşturuyor.
Medium

Holografi İlkesi, yalnızca kara delikler için geçerli değildir. Evrenin tamamında, -biz de dahil olmak üzere- üç boyutlu cisimlerin aslında iki boyutlu verilerin ‘’hologramı’’ olabileceğini gösterir. Bu ilkeye göre, herhangi bir yüzeyin yakınındaki alanda, maksimum miktarda bilgi mevcuttur. Buna göre bir odanın içindeki bilgi odanın hacmine değil, alanına bağlıdır. Henüz matematiksel olarak ispatlanmamış olan bu ilke, kara deliklerin bilgiyi nasıl koruduğu hakkında önemli ve ilginç bir fikir sunmuştur.

Belki de yaşadığımız evren, sahiden de iki boyutlu yüzeylerdeki veriler tarafından oluşturulan üç boyutlu hologramlardan ibarettir. Bu konuda daha fazla bilgiyi buradaki yazımızdan alabilirsiniz.

Kara Delik Tamamlayıcılığı İlkesi

Getirilen diğer bir çözüm ise “kara delik tamamlayıcılığı” iddiası. Bu fikir, kara deliğe düşen bir parçacığın (bu parçacığa Bob diyelim) ve bunu uzaktan gözleyen bir parçacığın (Alice) tamamıyla farklı şeyler görmesine dayanıyor. Dışarıdaki parçacık yani Alice, olay ufkunda donup kalmış olan Bob’u görüyor ve onun aslında kara deliğe düştüğünü, yani olay ufkundaki son halini, biliyor. Ne var ki, Bob’un kara deliğin içindeki halini gösteren bilgiye ise sahip değil. 

Paradokslarımızı Bitti mi Sandınız?

Şimdi de şöyle bir durumu hayal edin: dolanık olan ikinci parçacık da birkaç saniye sonra tıpkı ikizi gibi kara deliğe düşüyor. Böyle bir durumda, hem Hawking Işınımı olarak bize kendi bilgisini gösterecek hem de olay ufku üzerinden, kara deliğe düşen ve dolanık olduğu ikizinin içerideki bilgisini “yansıtacak”. Bu da aynı parçacığa ait “iki farklı bilgiye” sahip olmamız yani iki adet dolanıklığa sahip olmamız demek. Fizikçilere göre bu bir paradoks. İşte bu sorunu çözmek adına, fizikçiler, kara deliğin içindeki ve dışındaki dolanıklığı bozmak için, adına “ateş duvarı” (firewall) dedikleri, olay ufkunda bir tür enerji alanı olduğu fikrini ortaya attılar. Şayet ateş duvarı fikri doğruysa, bu durumda, fiziğin üç temel direğinden biri yanlış demektir: 

  1. Bilginin kaybolamayacağı ilkesi. 
  2. İvmeli hareket ile kütle çekiminin birbirinden ayırt edilemeyeceğini söyleyen Einstein’ın Eşdeğerlik İlkesi. 
  3. Kuantum Alan Teorisi. 

Görüldüğü gibi, bunlardan bir tanesinin yanlış olabileceğini düşünmek bile fizikçilerin aklını kaçırmaya yetebilir!

Sakin Olun, Paradoksa Gerek Yok!

Yakın zamanda yapılmış bir araştırmada, fizikçiler Ahmed Farag Ali, Mir Faizal ve Barun Majunder, "Gökkuşağı Kütleçekimi Teorisi" olarak adlandırılan Einstein’ın kütleçekim kuramının yeni bir genellemesine dayanarak, olay ufkunun konumunu net bir şekilde belirlemenin mümkün olmadığını gösterdiler. Şayet olay ufku belirlenemiyor ise, bilgi kaybından bahsetmenin bir anlamının olmadığını, Ahmed Faraq Ali şu sözlerle açıklıyor:

Gökkuşağı Kütleçekimi Teorisi'nde uzay, belli bir asgari uzunluğun altında var ol(a)maz. Keza, zaman da belli bir asgari zaman aralığının altında var ol(a)maz. Bu sebeple, uzayda var olan ve herhangi bir zamanda meydana gelen tüm nesneler, o belli uzunluğun ve zaman aralığının altında var ol(a)mazlar (ki bu belli uzunluk ve zaman aralığı Planck ölçeği ile alakalıdır). Olay ufku, uzay-zamanda bir yer olduğu için, belli bir ölçeğin (Planck ölçeğinin) altında var olamaz… Efektif bir ufkun yokluğunda, kara deliklerden dışarı bilginin sızmasını önleyecek hiçbir şey yok… Bu durumda, bilgi kaybından bahsetmek de anlamsızdır.

Öyle görünüyor ki, bir karadeliğin içine bile atsak, beğenmediğimiz fotoğraflardan kurtulmak imkansız gibi. Kim bilir, bu duruma bizlerden ziyade, fizikçiler daha çok seviniyordur!

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 5
  • Bilim Budur! 3
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 3
  • İnanılmaz 3
  • Merak Uyandırıcı! 3
  • Muhteşem! 2
  • Umut Verici! 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • L. Zyga. Black Holes Do Not Exist Where Space And Time Do Not Exist, Says New Theory. (2015, Ocak 30). Alındığı Tarih: 01 Haziran 2019. Alındığı Yer: Phys.org | Arşiv Bağlantısı
  • K. Becker. Do Black Holes Destroy Information?. (2013, Aralık 02). Alındığı Tarih: 01 Haziran 2019. Alındığı Yer: PBS | Arşiv Bağlantısı
  • D. Overbye. A Black Hole Mystery Wrapped In A Firewall Paradox. (2013, Ağustos 12). Alındığı Tarih: 01 Haziran 2019. Alındığı Yer: The New York Times | Arşiv Bağlantısı
  • K. Becker. Do Black Holes Destroy Information. (2013, Aralık 02). Alındığı Tarih: 25 Mayıs 2020. Alındığı Yer: PBS | Arşiv Bağlantısı
  • Stephen Hawking. (2016). Kara Delikler. Yayınevi: Alfa Yayınları.
  • NASA. The Holographic Principle. (2017, Nisan 23). Alındığı Tarih: 25 Mayıs 2020. Alındığı Yer: NASA | Arşiv Bağlantısı
  • C. Adami. Black Holes Aren't Totally Black, And Other Insights From Stephen Hawking's Groundbreaking Work. (2018, Mart 16). Alındığı Tarih: 25 Mayıs 2020. Alındığı Yer: Phys.org | Arşiv Bağlantısı
  • World Science Festival. What Is The Holographic Principle?. (2015, Aralık 30). Alındığı Tarih: 25 Mayıs 2020. Alındığı Yer: YouTube | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 12/07/2020 10:28:37 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/3268

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Teyit
Genetik
Neandertal
Doğal Seçilim
Adaptasyon
Sars Mers
Deri
Mikroevrim
Uzay Görevleri
Sars-Cov-2 (Covid19 Koronavirüs Salgını)
Yiyecek
Hayvanlar
İspat Yükü
Doğa Olayları
Mantar
Örümcek
Biyografi
Mars
Çocuk
Maskeler
Kedigiller
Böcekler
Elektron
Ses Kaydı
Bebek
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Birçok insanda, Dünya’nın evrenin merkezinde ve kendilerinin de tüm türlerin merkezinde olduklarına inanmalarını sağlayan büyük bir ego vardır.”
Ann Druyan
Geri Bildirim Gönder