Enformasyon Paradoksu: Kara Delikler Evreni Siler mi?
Kara delikler bir yıldızı bile atomlarına ayırıp yutabilir ve kara deliklerin içinden ışık bile kaçamaz. Oysa bu gizemli gökcisimlerinin çok daha tehlikeli bir gücü var: Evrendeki bütün veriyi bilgisayara format atar gibi silebilirler. Peki bunu önleyerek enformasyon paradoksunu çözmenin bir yolu var mı?
Kara deliğe düşen astronota ne olur?
Kara deliklerin evreni silme gücünü anlamak için kara delik fiziğine kısaca göz atalım: Büyük miktarda madde uzayda çok küçük bir noktaya sıkıştığı zaman kara delik oluşuyor.
Kara deliklerin merkezinde yerçekiminin sonsuza yaklaştığı bir tekillik bulunuyor ve tekilliğe ya da yıldız kütleli bir kara deliğin olay ufkuna çok yaklaşan her şey temel parçacıklarına ayrılarak (nihai şekilde parçalanarak) yok oluyor.
Işık bile kara deliklerden kaçacak kadar hızlı gitmediği için bunları dışarıdan bakınca karanlık küreler halinde görüyoruz (kara deliği saran gaz ve toz bulutlarının saçtığı ışığı saymazsak).
İşin ilginci süper kütleli (dev) kara deliklerin içine düşerseniz bir süre boyunca başınıza kötü bir şey gelmez. Kara deliğin dış sınırı olan olay ufkundan rahatça geçer ve ancak merkezdeki tekilliğe yaklaştığınız zaman parçalanırsınız.
Olay ufku nedir?
Kara delikler hiçbir şeyi ışıktan hızlı olarak kendine çekmez: Uzay hariç! Öyle ki olay ufkunun arkasında ve kara deliğin içinde, evrenin dokusu olan uzay merkezdeki tekilliğe ışıktan hızlı akıyor. Tabii uzayda yer alan astronotlar ve gezegenler gibi cisimleri de beraberinde ışıktan hızlı sürüklüyor.
İşte bu yüzden kara deliğe çok yaklaşmak şelaleden dökülmek üzere hızla akan bir ırmakta akıntıya karşı yüzmek gibi. Nehirde şelaleye yaklaşana kadar rahatça yüzebilirsiniz; ama çok yaklaşırsanız ne kadar hızlı yüzerseniz yüzün şelaleden aşağı düşmekten kurtulamazsınız.
Kara deliklerde geri dönüşü olmayan bu noktaya olay ufku diyoruz. Bu yüzden olay ufkunun kara deliklerin içini evrenin geri kalanından kesinkes ayırdığını söyleyebiliriz. Olay ufkundan içeri girince bir daha dışarı çıkamayız.
Öbür dünya
Kısacası kara delikler öbür dünya tasarımı gibidir: Nasıl ki ölenlerden bir daha haber alamıyoruz, kara deliklerin içine düşen astronottan da yaşıyor olsa bile bir daha haber alamayız. Bu açıdan kara delikleri evrenimizin içindeki bebek evrenler veya cep evrenler olarak tanımlayan teoriler de var.
Enformasyon paradoksu
Kara deliklerin içine 100 kilo kitap, 100 kiloluk bir politikacı veya 100 kilo demir atsak bile dışarıdan bakınca bunların arasındaki farkı göremeyiz. Kara deliğin dışarıdan görülebilen sadece 4 özelliği var: Kütlesi, çapı, kendi çevresinde dönüyorsa spini (dönüş yöne-hızı) ve elbette ki bu durumda oluşan elektrik yükü.
Sonuçta kara deliklerin içine atılan kitaplar, politikacılar ve demir külçeler birbirine eşitleniyor. Bilim insanları işte bu yüzden kara deliklerin evrendeki veriyi sildiğini düşünüyor. Buna enformasyon paradoksu deniyor. Özellikle de 100 kilo kitabı yutan bir kara delik 100 trilyon yıl sonra buharlaşarak yok olduğu zaman yuttuğu kitapların bilgisini de yok ettiğini düşünen fizikçiler var.
Kara delikler Hawking Radyasyonu ile buharlaşıyor. Peki buharlaşarak tümüyle yok olacaklarsa yuttukları şeylere ait enformasyonu da silip yok edecekler mi? 5 şık var: 1) Enformasyon yok olmuyor, ama kayboluyor, 2) enformasyon siliniyor, 3) enformasyon geçici olarak saklanıyor ama kara delik buharlaşınca yok oluyor, 4) enformasyon kara delik buharlaşınca evrene geri dönüyor, 5) kara delikler asla tümüyle buharlaşıp yok olmuyor.
Peki doğru mu?
Kara deliklerin evrendeki verileri (enformasyonu) gerçekten silip silmediği tartışmalı bir konu. Bunu görmek için kara deliklerin dış sınırına yakından bakalım; çünkü içini göremeyiz ama olay ufkunu dışarıdan görebiliyoruz. Enformasyon paradoksu diye bir şey varsa olay ufkunda gerçekleşiyor.
Kara delikler kaynar çaydanlıktaki su gibi buharlaşarak azar azar kütle kaybediyor ve buharlaşma sürecine Hawking radyasyonu diyoruz. Ancak bu çok yavaş işleyen bir süreç: Güneş kütlesindeki bir kara deliğin kütlesini tümüyle eritmesi 10 milyon trilyon trilyon trilyon trilyon yıl sürerdi.
Ancak merak etmeyin: Yarı tanrı statüsüne erişmiş olası bir gelişmiş uygarlığın üyeleri bile bu kadar süre beklemek zorunda değiller. Kara deliklerin buharlaşması gittikçe hızlanıyor. Bir kara delik ne kadar kütle kaybedip zayıflarsa o kadar hızlı buharlaşıyor.
Dolayısıyla evrendeki ilk kara deliklerin (evrenin oluşumundan kalma küçük ilkin kara deliklerin) 100 trilyon sonra buharlaşmasını bekliyoruz ki bu da evrendeki bütün yıldızların 1 ila 100 trilyon yılda öleceği tahminiyle çakışıyor. Her durumda kara delikler yok olurken yuttukları şeylerin de verisini silip enformasyon paradoksuna yol açabilirler.
Öyleyse enformasyon nedir?
Enformasyon gözle görülür, elle tutulur bir şey değil ve genellikle temel parçacıkların kuantum özellikleri ile uzay-zamandaki dizilişleri olarak tanımlanıyor (orada, şu anda duran tahta masanın atomlarının sıcaklığı 24 derece demek gibi).
Enformasyonu anlamak için bir grup karbon atomu hayal edin. Bunları belirli bir şekilde düzenlerseniz kömür elde edersiniz. Başka türlü düzenlerseniz elmas olur. Atomlar aynı kalıyor. Değişen tek şey enformasyon: Örneğin karmaşıklığı artırarak birkaç atom daha eklersek muz elde ederiz. Atomları tekrar düzenlersek bu kez sincap çıkar.
Atomları ve radyasyonu oluşturan temel parçacıklar evreninin her yerinde aynı parçacıklar. Dolayısıyla enformasyonda önemli olan harfler değil, harflerin düzeni ve bu harflerle üretilen kelimelerle cümlelerdir. Bu cümlelerden çıkan anlamlardır.
Kısacası karbon atomları kahvede, kuşta veya insan vücudunda olup olmadıklarına aldırmaz. Enformasyon olmasaydı cisimlerin birbirinden farkı kalmazdı.
Enformasyonu silemezsiniz
İşte enformasyon paradoksunun ilk işareti burada çıkıyor: Kuantum fiziğine göre evrendeki enformasyonu silemezsiniz. Enformasyon şekil değiştirebilir (İngilizce, İtalyanca, hatta aritmetik diliyle yazılır. Kağıda, taşa, tahtaya, sabit disk sürücüsüne yazılır ama asla silinmez).
Örneğin her ne kadar pratikte imkansız olsa da bir kağıt parçasına not alıp kağıdı yaktığınız zaman çıkan külleri analiz ederek kağıtta ne yazdığını öğrenmeniz fizikte mümkündür. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam bu klasik fizikte mümkün. Belirsizlik ilkesi yüzünden kuantum fiziğinde imkansız: Kuantum fiziğinde hiçbir şeyi kesin bilemeyiz.”
Aslında gerçek biraz farklı: Kuantum fiziğinde bir sistem hakkında elde edebileceğiniz enformasyon sınırlıdır. Bu yüzden kesin bilgi yoktur ve belirsizlik vardır diyoruz; ama bu küllerden kağıdı türetmenizi fiziksel olarak engellemiyor.
Neden derseniz: Siz kağıdın küllerinden sadece yazıyı çıkaracaksınız. Kağıdın atomlarının yanmadan hemen önce tam olarak hangi konumda bulunduğunu öğrenmeye çalışmayacaksınız. Belirsizlik ilkesi detaylı kesin bilgiye erişmenizi engelliyor fakat yazıya erişmenizi engellemiyor.
Kuantum fiziğindeki belirsizlik veriye kesin olarak ulaşmanızı engelliyor. Öte yandan enformasyon verinin fiziğin izin verdiği ölçüde elde edilebilen halidir.
Özetle verinin ulaşabildiğimiz kadarına enformasyon deniyor.
Enformasyon paradoksu konusunu anlamak için bu farkı bilmemiz gerekiyor; çünkü birazdan kara deliklerin evrendeki veriyi gerçekten silip silmediği sorusuna geleceğiz. O zaman enformasyon-veri ayrımı işimize yarayacak.
Bu bağlamda yanmış kağıdın küllerini oluşturan karbon atomlarını dikkatle toplarsak ve dumanla yanan kağıdın çıkardığı ısının özelliklerini yüksek kesinlikle ölçersek kağıdı aslına uygun şekilde (büyük ölçüde) yeniden oluşturabiliriz. Bu durumunda üstüne yazdığımız notu da okuyabiliriz.
Oysa bunu yapmak pratikte imkansız; çünkü evren çok karmaşık bir sistem. Örneğin rüzgar külleri bahçeye dağıtabilir. Bunun yanında, laboratuar ortamında bile elimizde kağıdı yeniden oluşturacak kadar hassas ölçüm ve inşa cihazları bulunmuyor. Kısacası bunu yapacak enerjimiz, zamanımız ve dikkatimiz yok.
Nitekim matematikteki determinist kaos teorisine göre, salt kuantum belirsizlik yüzünden değil; ama evren sayısız parametreye dayanan çok karmaşık bir sistem olduğu için sonsuz zaman harcamadan (sınırlı ve makul sürede) kağıdı yeniden oluşturamayız. O zaman enformasyon paradoksunu anlamak için şunu da soralım:
Enformasyon gerçekten yok oldu mu?
Aslında biz yanmış kağıdı küllerinden Anka kuşu gibi yeniden yaratamasak da enformasyon evrende fiziksel olarak varlığını koruyor. Sadece artık erişemeyeceğimiz kadar karışık ve dağınık bir halde bulunuyor. Tıpkı kağıda bir yazı yazıp üstünü karalarsanız artık yazıyı okuyamayacağınız gibi.
Her durumda evrendeki tüm atomları, parçacıkları ve radyasyon dalgalarını ölçebilseydik evrende kayıtlı bulunan bütün enformasyonu görüp izini sürebilirdik. Varsayımsal olarak evrenin bütün tarihini büyük patlamaya kadar izleyebilirdik.
Ancak, determinist kaos teorisi bunun için evrenin yaşından, hatta ömründen çok daha uzun bir süre geçmesi gerektiğini söylüyor. Kısacası evren hem kuantum belirsizlik içeriyor hem de asla bilemeyeceğimiz kadar karmaşık bir sistem olarak çalışıyor. Özetle:
Enformasyonun tamamına erişebiliriz
Ancak, asla evrendeki enformasyonun tamamını okuyamayız (evrenin geçmişini tam olarak bilemez ve geleceğini tam olarak öngöremeyiz). Doğrusu kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesi evrendeki enformasyonun tamamına erişmemizi engellemiyor.
Öte yandan, hem belirsizlikteki rastlantısallık yüzünden hem de evrenin kendi ömrü içerisinde tümüyle ölçülemeyecek kadar karmaşık olması yüzünden, erişebildiğimiz enformasyonun tamamını okuyamayız.
Demek ki 10 milyar yaşında bir uygarlık olsak bile enformasyonun tamamını bilgiye dönüştüremeyiz. Şimdi buna belirsizlik ilkesi uyarınca atomaltı parçacıkların aşırı hassas olduklarını ve kuantum durumlarının onları ölçtüğümüz anda değiştiğini ekleyelim.
İşte o zaman evrendeki her şeyi kesin olarak bilmenin neden imkansız olduğunu görüyoruz.
Kara delikler ise farkları yok ediyor
Kara deliğe düşen bütün politikacıların, demir külçelerin ve kitapların içindeki bilgiler dahil, dışarıdan bakınca sadece kütle, spin ve elektrik yükü olarak görülebileceğini söyledik. Kara delikler yumurtayı ve hamuru karıştırıp birbirinden ayırt edilemez bir krema yaratan blender gibi çalışıyor.
Mademki enformasyon bir şeyin başka şeyden farkıdır ve mademki kara delikler yuttukları bütün cisimlerin farkını ortadan kaldırıyor; öyleyse kara delikler evrendeki enformasyonu yavaş yavaş siliyor olabilir mi?
Nitekim kuantum fiziğinde enformasyonun tamamına teorik olarak erişebilmemiz gerektiğini söyledik. Oysa kara deliğe düşen astronot tekrar dışarı çıkamıyor. Bu durumda kara delikler enformasyonu gözlerden saklıyor mu, yoksa siliyor mu?
Enformasyon paradoksu budur
Kara delikler enformasyonu saklıyorsa enformasyon paradoksu yok. Siliyorsa var. İşi de enformasyon yok olsa ne olur?
Enformasyonun ham nedensellikteki verinin ulaşabileceğimiz kadarı olduğunu söyledik. Evrenin var olması ve fizik yasalarının işlemesi için de neden-sonuç ilişkisinin korunması; yani her şeyin bir nedeni olması lazım.
Şimdi siz enformasyonu silerseniz neden-sonuç ilişkisini tanımlayan veriyi; yani nedenleri ve sonuçları da silmiş olursunuz. Bu da çelişkiye yol açar. Sebepsiz evren olur mu? Hem mantığa, hem fiziğe, hem de matematiğe aykırı. Bu yüzden enformasyonun fizik yasalarının temeli olduğunu söyleyebiliriz.
Enformasyon olmazsa her şey görelidir. Tıpkı çarpık sirk aynalarında görülen çarpık görüntünüz gibi. Bir ayna sizi şişman gösterir, öbürü zayıf; ama gerçek halinizi bilmezsek hangi aynanın sizi olduğu gibi gösterdiğini de bilemeyiz!
Bir şeyi baştan söyleyelim
Enformasyon yok oluyorsa bizim evreni tanımlamak için hiç bilmediğimiz yeni bir fizik geliştirmemiz gerekiyor. Hiç bilmediğimiz, dolayısıyla mevcut bilgilerimizden türetemeyeceğimiz bir fizik.
Fizikçilerin enformasyonun yok olduğu bir evrende varlığımızı nasıl sürdürebileceğimiz hakkında hiçbir fikri yok.[1]
Umarım yardımcı olabilmişimdir iyi günler dilerim.
Kaynaklar
- kozand. Enformasyon Paradoksu: Kara Delikler Evreni Siler Mi? » Kozan Demircan. (28 Ağustos 2017). Alındığı Tarih: 16 Kasım 2022. Alındığı Yer: Kozan Demircan | Arşiv Bağlantısı
