Kara deliğin diğer tarafında (muhtemelen) var olabilecek şey budur

Geçtiğimiz on yılın belki de en şaşırtıcı bilimsel keşfi, evrenin kara deliklerle dolu olmasıdır.

Bu delikler farklı ve şaşırtıcı boyutlarda gözlendi: Bazıları Güneş’in kütlesinden biraz daha büyük, diğerleri ise milyarlarca kat daha büyük bir kütleye sahip. Ayrıca farklı şekillerde de gözlemlendiler: deliğe düşen malzemeden kaynaklanan radyo emisyonları yoluyla; Ve çevresinde dönen yıldızlara olan etkisi sayesinde; Birleşmeleri sırasında yayılan yerçekimi dalgaları sayesinde; Ve bunun neden olduğu ışığın son derece tuhaf bozulması yoluyla (kısa bir süre önce uluslararası gazetelerin ön sayfalarını süsleyen, Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli kara delik olan Yay A*’nın görüntülerinde görünen Einstein Yüzüğünü hatırlayın).

Yaşadığımız alan pürüzsüz değil, gökyüzündeki süzgeç gibi deliklerle dolu. Einstein’ın genel görelilik teorisi, tüm kara deliklerin fiziksel özelliklerini iyi bir şekilde öngördü ve açıkladı.

Bu tuhaf nesneler hakkında bildiğimiz her şey şu ana kadar Einstein’ın teorisiyle tamamen tutarlı. Ancak Einstein’ın teorisinin cevaplayamadığı iki ana soru var.

İlk soru şu: Madde kara deliğe girdiğinde nereye gidiyor? İkinci soru ise şu: Kara delikler nasıl sona eriyor? İlk olarak Stephen Hawking tarafından birkaç on yıl önce anlaşılan ilgi çekici teorik argümanlar, uzak gelecekte, boyutuna bağlı bir yaşamdan sonra, bir kara deliğin şimdi sıcak radyasyon yayarak büzüleceğini (ya da fizikçilerin dediği gibi “buharlaşacağını”) öne sürüyor. Hawking’in radyasyonu olarak biliniyor.

Bu, deliğin çok küçülene kadar giderek küçülmesine neden olur. Peki bundan sonra ne olacak? Bu iki sorunun henüz cevaplanmamış olmasının ve Einstein’ın teorisinin bir cevap vermemesinin nedeni, her ikisinin de uzay-zamanın kuantum yönlerini içermesidir.

Bu, her ikisinin de kuantum kütleçekimini içerdiği anlamına gelir, ancak henüz sağlam bir kuantum kütleçekim teorisine sahip değiliz.

Cevaplamayı dene

Ama umut var çünkü deneme niteliğinde teorilerimiz var. Bu teoriler henüz deney veya gözlemlerle desteklenmediğinden henüz kanıtlanamamıştır.

Ancak bize bu iki önemli soruya geçici yanıtlar sağlayacak kadar ileri düzeydedirler. Bu nedenle, bu teorileri olup bitenler hakkında bilinçli bir tahminde bulunmak için kullanabiliriz.

Tanımlanmamış

Belki de kuantum uzay-zamanın en ayrıntılı ve gelişmiş teorisi, döngü kuantum yerçekimi veya LQG’dir – 1980’lerin sonlarından bu yana istikrarlı bir şekilde gelişen deneysel bir kuantum yerçekimi teorisi.

Bu teori sayesinde bu sorulara ilginç bir cevap ortaya çıktı. Bu cevap aşağıdaki senaryoda gösterilmektedir. Kara deliğin içi, kuantum etkilerinin hakim olmaya başlayacağı aşamaya ulaşıncaya kadar gelişir.

Bu, çöken kara deliğin iç dinamiklerini yansıtan ve onun “sıçramasına” neden olan güçlü bir itici kuvvet yaratır. Kuantum kütleçekimi teorisinin tanımladığı bu kuantum aşamasından sonra, deliğin içindeki uzay-zaman yine Einstein’ın teorisine uyar; ancak kara delik artık büzülmek yerine genişliyor.

Kara deliklerin genişleme olasılığı, tıpkı kara deliklerin öngördüğü gibi, aslında Einstein’ın teorisi tarafından da öngörülüyordu. Bu onlarca yıldır bilinen bir olasılık; Uzay-zamanın bu karşılık gelen bölgesinin bir adı bile var: “beyaz delik.”

Devamını oku:

Aynı fikir ama tersi

İsim, beyaz deliğin bir anlamda kara deliğin zıttı olduğu fikrini yansıtıyor. Bunu, yukarı doğru seken bir topun, düştüğünde izlediği yolun tersi olan yukarı doğru bir yol izlemesi gibi düşünebiliriz.

Beyaz delik, kara deliğe benzeyen ancak zamanın tersine döndüğü bir uzay-zaman yapısıdır. Bir kara deliğin içinde her şey düşer; Ama beyaz deliğin içinde işler dışarıya doğru hareket ediyor. Kara delikten hiçbir şey çıkamaz; Aynı şekilde beyaz deliğe hiçbir şey giremez.

Dışarıdan bakıldığında ise, kütlesinin büyük bir kısmını buharlaştırdığı için artık küçük olan kara delik, buharlaşma sürecinin sonunda küçük bir beyaz deliğe dönüşüyor. LQG, bu tür yapıların kuantum etkileriyle neredeyse kararlı hale geldiğini ve bu nedenle uzun süre hayatta kalabileceğini belirtiyor.

Beyaz delikler bazen “kalıntılar” olarak adlandırılır çünkü bunlar, kara delik buharlaştıktan sonra geriye kalanlardır. Kara delikten beyaz deliğe geçiş “kuantum sıçraması” olarak değerlendirilebilir. Bu, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr’un, elektronların enerjilerini değiştirdiklerinde bir atomik yörüngeden diğerine atladığı kuantum sıçramaları kavramına benzer.

Kuantum sıçramaları atomların foton yaymasına neden olur, bunlar da nesneleri görmemizi sağlayan ışığın yayılmasına neden olur. Ancak kuantum yerçekimi teorisi bu küçük kalıntıların boyutunu tahmin ediyor. Dolayısıyla ayırt edici bir fizik sonucu: geometri kuantizasyonu. Özellikle kuantum yerçekimi teorisi, herhangi bir yüzeyin alanının yalnızca belirli ayrık değerlere sahip olabileceğini öngörür.

Beyaz delik kalıntı ufkunun alanı, kaybolmayan en küçük değere göre belirlenmelidir. Bu, bir mikrogramın çok küçük bir kısmı kadar bir kütleye sahip beyaz bir deliğe karşılık gelir: kabaca insan saçının ağırlığı.

Bu senaryo daha önce sorulan iki soruyu yanıtlıyor. Buharlaşma sürecinin sonunda olan şey, kuantum kara deliğin küçük, uzun ömürlü bir beyaz deliğe atlamasıdır. Kara deliğe düşen madde daha sonra bu beyaz delikten dışarı çıkabilir.

Maddenin enerjisinin çoğu, Hawking radyasyonu (kara deliğin buharlaşmasına neden olan kuantum etkileri nedeniyle kara delik tarafından yayılan düşük enerjili radyasyon) tarafından zaten salınmış olacak. Beyaz delikten çıkan şey, içine düşen maddenin enerjisi değil, geri kalan düşük enerjili radyasyondur ve yine de içine düşen madde hakkında kalan tüm bilgileri taşır.

Bu senaryonun ortaya çıkardığı ilgi çekici olasılıklardan biri, gökbilimcilerin gökyüzünde izlerini gördüğü gizemli karanlık maddenin aslında tamamen veya kısmen eski, buharlaşan kara deliklerin oluşturduğu küçük beyaz deliklerden oluşmuş olabileceğidir. Bu delikler evrenin ilk aşamalarında, belki de kuantum kütleçekim teorisinin de öngördüğü Büyük Patlama’dan önce ortaya çıkmış olabilir.

Bu, karanlık maddenin doğasına ilişkin gizeme yönelik çekici bir potansiyel çözümdür çünkü karanlık maddenin yalnızca genel görelilik ve kuantum mekaniğine (doğanın köklü iki yönüne) dayalı olarak anlaşılmasını sağlar. Ayrıca, karanlık maddeyle ilgili çoğu alternatif deneysel hipotezin yaptığı gibi, rastgele alan parçacıkları veya yeni dinamik denklemler eklemiyor.

Sonraki adımlar

Peki beyaz delikleri tespit edebilir miyiz? Beyaz delikleri doğrudan gözlemlemek zor olacak çünkü bu küçük nesneler uzayla ve onları çevreleyen maddeyle neredeyse benzersiz bir şekilde, son derece zayıf olan yerçekimi yoluyla etkileşime giriyor.

Bir kılı yalnızca yer çekimini kullanarak tespit etmek kolay değildir. Ama belki de teknoloji ilerledikçe bu artık imkansız olmayacak. Bunun kuantum teknolojisine dayalı dedektörler kullanılarak nasıl yapılacağına dair fikirler zaten önerildi.

Eğer karanlık madde beyaz delik kalıntılarından oluşuyorsa, basit bir tahmin, bu türden birkaç nesnenin her gün büyük bir oda büyüklüğündeki bir alandan uçabileceğini gösteriyor. Şimdilik, teknolojinin bu nesneleri doğrudan tespit etmemize yardımcı olmasını beklerken, bu senaryoyu ve bunun evren hakkında bildiklerimize nasıl uyduğunu incelememiz gerekiyor.

Ancak şaşırtıcı bir şekilde bu senaryo daha önce dikkate alınmamıştı. Bunun nedeni, sicim teorisinde geçmişi olan birçok teorisyenin benimsediği bir hipoteze kadar uzanabilir: “holografik” hipotez olarak adlandırılan hipotezin güçlü bir versiyonu.

Bu hipoteze göre, küçük bir kara deliğin içindeki bilgi zorunlu olarak küçüktür ve bu da yukarıdaki fikirle çelişmektedir. Hipotez, sonsuz kara delikler fikrine dayanmaktadır: teknik olarak, bir kara deliğin ufkunun zorunlu olarak bir “olay” ufku olduğu fikri (bir “olay” ufku, tanımı gereği sonsuz bir ufuktur). Ufuk sonsuzsa, o zaman içeride olup bitenler fiilen sonsuza dek kaybolur ve bir kara delik, dışarıdan görülenden benzersiz bir şekilde farklıdır.

Ancak kuantum çekimsel fenomen, ufkun küçülmesiyle onu bozuyor ve sonsuz olmasını engelliyor. Dolayısıyla kara delik ufku bir “olay” ufku olamaz. Ufuk küçük olsa bile içerdiği bilgi büyük olabilir ve kara delik aşamasından sonra beyaz delik aşamasında kurtarılabilir.

İlginçtir ki kara delikler teorik olarak incelendiğinde ve kuantum özellikleri göz ardı edildiğinde, sonsuz ufuk onların tanımlayıcı özelliği olarak görülüyordu. Artık kara delikleri gökyüzündeki gerçek nesneler olarak anladığımıza ve onların kuantum özelliklerini araştırdığımıza göre, ufuklarının sonsuz olması gerektiği fikrinin sadece bir ideal olduğunu anlıyoruz.

Gerçek daha incelikli. Belki de hiçbir şey sonsuz değildir, hatta bir kara deliğin ufku bile.

Devamını oku: