Kara Deliğin Diğer Tarafında Ne Var? Son on yılın en şaşırtıcı bilimsel keşfi, belki de Evren’in kara deliklerle dolu olduğunun ortaya çıkmasıdır. Bu kara delikler şaşırtıcı çeşitlilikte boyutlarda tespit edildi: bazıları Güneş’ten biraz daha büyük kütlelere sahipken, diğerleri milyarlarca kez daha büyük. Farklı şekillerde tespit edildiler: deliğe doğru düşen maddenin radyo emisyonlarıyla, yörüngelerinde dönen yıldızlar üzerindeki etkileriyle, birleşmelerinde yayılan kütleçekim dalgalarıyla ve neden oldukları tuhaf ışık bozulmasıyla. Örneğin, Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli kara delik olan Sagittarius A*’nın fotoğraflarında görülen ‘Einstein halkası’ gibi.
İçinde bulunduğumuz uzay, bu kara delikler tarafından bir kevgir gibi delik deşik edilmiştir. Tüm kara deliklerin fiziksel özellikleri Einstein’ın Genel Görelilik teorisi tarafından öngörülmüştür ve bu teoriyle iyi tanımlanmıştır.
Bu garip nesneler hakkında bildiğimiz her şey, şimdiye kadar Einstein’ın teorisiyle oldukça uyumludur. Ancak, Einstein’ın teorisinin cevaplamadığı iki temel soru vardır.
Birincisi: madde kara deliğe girdiğinde nereye gider? İkincisi: kara delikler nasıl son bulur? Stephen Hawking tarafından yıllar önce öne sürülen teorik argümanlar, kara deliklerin zamanla küçülüp sonunda Hawking radyasyonu olarak bilinen bir tür radyasyon yayarak buharlaştığını göstermektedir.
Bu süreç, kara deliğin küçülmesine ve sonunda çok küçük hale gelmesine neden olur. Peki, sonra ne olur? Bu iki sorunun henüz cevaplanmamış olmasının ve Einstein‘ın teorisinin bir cevap sağlamamasının nedeni, her ikisinin de uzay-zamanın kuantum yönlerini içermesidir. Yani, her ikisi de kuantum çekimini içerir ve henüz kuantum çekiminin yerleşik bir teorisine sahip değiliz.
Bir Cevap Girişimi – Kara Deliğin Diğer Tarafında Ne Var?
Ancak umut var çünkü geçici teorilerimiz var. Bu teoriler henüz deneyler veya gözlemlerle desteklenmemiş olsa da, bu iki önemli soruya geçici cevaplar verebilirler.
Kuantum uzay-zamanının en ayrıntılı ve gelişmiş teorisi, 1980’lerin sonlarından beri geliştirilen geçici bir kuantum kütle çekimi teorisi olan döngü kuantum kütle çekimi veya LQG’dir.
Bu teori sayesinde bu sorulara ilginç bir cevap ortaya çıktı. Bir kara deliğin içi, kuantum etkilerinin baskın olmaya başladığı bir faza ulaşana kadar evrimleşir. Bu, çöken kara deliğin iç dinamiklerini tersine çeviren güçlü bir itici kuvvet yaratır ve onu ‘geri sıçratır’. LQG tarafından tanımlanan bu kuantum fazından sonra, kara deliğin içindeki uzay-zaman bir kez daha Einstein’ın teorisi tarafından yönetilir, ancak bu kez kara delik daralmak yerine genişlemektedir.
Genişleyen bir deliğin olasılığı, tıpkı kara deliklerin öngörüldüğü gibi, Einstein’ın teorisi tarafından öngörülmüştür. Bu, onlarca yıldır bilinen bir olasılıktır; hatta bu uzay-zaman bölgesine ‘beyaz delik’ adı bile verilmiştir.
Aynı Fikir, Ancak Tersi
Bir beyaz deliğin bir anlamda kara deliğin tersi olduğu fikri, tıpkı yukarı doğru sıçrayan bir topun, düştüğünde izlediği aşağı doğru yörüngenin tersini izlemesi gibi düşünülebilir. Beyaz delik, kara deliğe benzeyen ancak zamanı ters olan bir uzay-zaman yapısıdır. Bir kara deliğin içinde şeyler içeri düşer; ancak bir beyaz deliğin içinde şeyler dışarı doğru hareket eder. Hiçbir şey kara delikten çıkamaz; aynı şekilde, hiçbir şey bir beyaz deliğe giremez.
Dışarıdan bakıldığında, buharlaşmasının sonunda, kütlesinin çoğunu kaybetmiş olan bir kara delik, küçük bir beyaz deliğe dönüşür. LQG, bu tür yapıların kuantum etkileriyle yarı kararlı hale geldiğini ve bu nedenle uzun süre yaşayabildiklerini göstermektedir.
Beyaz delikler bazen ‘kalıntılar’ olarak adlandırılır çünkü bunlar bir kara deliğin buharlaşmasından sonra kalanlardır. Siyahtan beyaz deliğe geçiş, bir ‘kuantum sıçraması’ olarak düşünülebilir. Bu, elektronların enerji seviyelerini değiştirdiklerinde bir atom yörüngesinden diğerine atladığı kuantum sıçramaları kavramına benzer.
Kuantum sıçramaları atomların foton yaymasına neden olur ve bu da nesneleri görmemizi sağlar. LQG, bu minik kalıntıların boyutunu öngörür. Bu, yüzeylerin alanlarının yalnızca belirli ayrık değerlere sahip olabileceği anlamına gelir. Beyaz delik kalıntısının ufuk alanı en küçük sıfır olmayan değerle verilmelidir. Bu, bir mikrogramın kesri kadar kütleye sahip bir beyaz deliğe karşılık gelir: kabaca bir insan saçının ağırlığı.
Bu senaryo, daha önce sorulan iki soruyu da yanıtlar. Buharlaşmanın sonunda, bir kara delik kuantum sıçramasıyla uzun ömürlü küçük bir beyaz deliğe dönüşür. Bir kara deliğe düşen madde daha sonra bu beyaz delikten çıkar. Maddenin enerjisinin çoğu, Hawking radyasyonu tarafından yayılmış olacaktır. Beyaz delikten çıkan şey, içine düşen maddenin enerjisi değil, içine düşen madde hakkında kalan bilgileri taşıyan düşük enerjili radyasyondur.
Bu senaryonun açtığı ilgi çekici bir olasılık, gökbilimcilerin gökyüzünde etkilerini gördükleri gizemli karanlık maddenin aslında tamamen veya kısmen, eski buharlaşmış kara delikler tarafından üretilen minik beyaz delikler tarafından oluşturulmuş olabileceğidir. Bu, Evrenin erken evrelerinde, muhtemelen LQG tarafından öngörüldüğü gibi, Büyük Patlama öncesi evrede üretilmiş olabilir.
Bu, karanlık maddenin doğası gizemine çekici bir çözüm sunar çünkü karanlık maddeyi anlamak için yalnızca Genel Görelilik ve kuantum mekaniğine dayanır. Ayrıca, karanlık madde hakkındaki alternatif geçici hipotezlerin çoğunun yaptığı gibi, yeni parçacıklar veya dinamik denklemler eklemez.
Sonraki Adımlar – Kara Deliğin Diğer Tarafında Ne Var?
Peki, beyaz delikleri tespit edebilir miyiz? Beyaz deliğin doğrudan tespiti zor olurdu çünkü bu minik nesneler etraflarındaki uzay ve maddeyle zayıf olan yerçekimi aracılığıyla etkileşime girerler. Ancak teknoloji ilerledikçe bu imkansız olmayabilir. Kuantum teknolojisine dayalı dedektörler kullanılarak bunun nasıl yapılacağına dair fikirler zaten önerildi. Eğer karanlık madde beyaz delik kalıntılarından oluşuyorsa, bu nesnelerden birkaçının her gün büyük bir oda büyüklüğündeki bir uzayda uçabileceğini gösteriyor.
Şimdilik bu senaryoyu ve Evren hakkında bildiklerimizle uyumluluğunu incelemeli ve bu nesneleri doğrudan tespit etmemize yardımcı olacak teknolojiyi beklemeliyiz. Ancak bu senaryonun daha önce düşünülmemiş olması şaşırtıcıdır. Bunun bir nedeni, sicim teorisinde geçmişi olan birçok teorisyen tarafından benimsenen ‘holografik’ hipotezin güçlü bir versiyonudur. Bu hipoteze göre, küçük bir kara deliğin içindeki bilgi zorunlu olarak küçüktür ve bu da yukarıdaki fikirle çelişir.
Ancak kuantum kütleçekimsel fenomenler, ufuk küçüldüğünde onu bozar ve ebedi olmasını engeller. Bu yüzden bir kara deliğin ufku bir ‘olay’ ufku olmaktan çıkar. İçerdiği bilgi, ufuk küçük olduğunda bile büyük olabilir ve kara delik evresinden sonra, beyaz delik evresi sırasında kurtarılabilir.
Kara delikleri teorik olarak incelediğimizde ve kuantum özelliklerini göz ardı ettiğimizde, ebedi ufuk onların tanımlayıcı özelliği olarak kabul edilmiştir. Şimdi kara delikleri gerçek nesneler olarak anladığımıza ve kuantum özelliklerini araştırdığımıza göre, ufuklarının ebedi olması gerektiği fikrinin sadece bir idealleştirme olduğunu fark ediyoruz. Gerçeklik daha inceliklidir. Belki de hiçbir şey sonsuz değildir, bir kara deliğin ufku bile.