27 Eylül 2020

Kara delikler ve Hawking Radyasyonu

Stephen Hawking, motor-nöron hastalığı teşhisi konduğunda daha 21 yaşındaydı. Doktorlara göre 3 yıllık ömrü kalmıştı. Ama o, tüm doktorları yanıltacak ve bir mucizeyi gerçekleştirecekti

Ünlü İngiliz fizikçi Profesör Stephen Hawking, kara deliklerin zaman içinde küçülerek yok olacağını, deyim yerindeyse "buharlaşacağını" söylüyor.

Hawking, uzay bilimi, kara delikler ve kuantum fiziğiyle ilgili çalışmalarıyla tanınan bir bilim insanı. 1975 yılında yayınlanan makalesinde kara deliklerin parçacık yaydığını ve bu yolla kütle kaybederek küçüldüğünü ileri sürdü ve elbette bu öngörü bilim dünyasında şok etkisi yarattı.

Neden mi?

Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı'na göre kara delikler küçülemezler, yani olay ufuklarının alanı azalamazdı. Hawking'in öngörüsü bu nedenle fazlasıyla şaşırtıcıydı.

Hawking, kara deliklerin küçülme hikayesini anlatırken "sanal parçacıklar"ı adresliyor.

Peki, nedir bu sanal parçacıklar ya da sanal parçacık çiftleri?

Sanal Parçacıklar (Virtual particles)

Biliyorsunuz, Kuantum Kuramı'na göre boş uzay aslında boş değil, kuantum parçacıkları ile dolu.

Orası bir kuantum parçacık çorbası gibidir. Bu anlamda evren, vakum dalgalanmalarının olduğu sürekli aktif bir okyanusa benzer.

'Sanal parçacıklar', vakum dalgalanmalarının bir ürünü; parçacık çiftleri şeklinde aniden ortaya çıkmaları ve ortaya çıktıkları gibi çok hızlı bir şekilde yok olmaları ile tanımlı parçacıklar. Süreç çok hızlı olduğundan enerjileri saptanamaz. Bu nedenle onlara 'sanal parçacıklar' denilmekte.

Bu parçacık çiftlerinden biri maddeyi diğeri de karşıt maddeyi oluşturuyor. Parçacık çiftleri arasındaki tek fark yükleri; yani tüm diğer özellikleri aynı, tek fark birinin negatif diğerinin pozitif elektrik yükü taşıyor olması. Bu parçacık çiftleri uzay boşluğunda bir araya geldiklerinde çok hızlı bir şekilde birleşerek yok olmaktadırlar.

Parçacık çiftlerinin boş uzayda durmaksızın gerçekleşen bu çok hızlı ortaya çıkışları ve ani çok hızlı bir şekilde yok oluşları "sanal geçişler" olarak adlandırılır.

Sanal geçişler yapan bu parçacıklar, bir ağustos gecesi ani ve hızlı yanıp sönen ağustos böcekleri ışıltıları gibi uzayı doldururlar.


Sanal parçacıklar

Hawking Işıması

Hatırlayın, boş uzay sanal parçacıklarla doluydu. Şimdi farzedin ki bir kara deliğin yakınında bir yerdeyiz.

Kara deliklerin çok güçlü çekim kuvvetleri olduğunu biliyoruz, onlardan ışık fotonları bile kaçamaz.

Hawking soruyor: Eğer bir sanal parçacık çifti bir kara deliğin yakınına, yani olay ufkuna yakın bir yerde oluşursa ne olur?

Artık biliyoruz, parçacık çiftleri arasındaki tek fark yükleri; bu iki parçacığın sanal geçişlerle hızlı bir şekilde birleşerek yok olacağını da biliyoruz.

Ancak bir kara delik yakınında durum farklı gelişiyor.

Kara deliğin olağanüstü çekim gücü, parçacık ile karşıt parçacığı birbirinden ayırmayı başarıyor.


Kara delik yakınında oluşan sanal parçacık çifti ve bir parçacığın kara delik tarafından yakalanması

Bu parçacıklardan kara deliğin yakınında olan, yani olay ufkuna yakın olan parçacık kara delik tarafından yakalanarak kara deliğe çekilecek; uzakta olan parçacık kara delikten kaçabilecektir.

Enerji korunumu göz önüne alındığında, kara delik tarafından negatif enerji taşıyan parçacık yakalanmıştır ve diğer parçacık ise kaçarak uzayda yoluna devam edecektir.

Hawking, bunun bir anlamda 'sanal'dan gerçeğe geçiş olduğunu söylüyor.

Öte yandan her yakalanan negatif enerjili parçacık kara deliğin enerjisini ve dolayısıyla kütlesini azaltırken kara delik küçülüyor ve zamanla enerjisini yitirerek yok oluyor.

Bu olaya Hawking ışınımı ya da Hawking radyasyonu denilmekte.

Kara delikler ortadan kaybolana kadar Hawking ışıması devam eder. Teknolojik sınırlamalar nedeniyle bizler için kara deliklerin radyasyon salınımını uzayda gözlemlemek oldukça zor.

Bu süreç ne kadar zamanda sonlanır derseniz, trilyonlarca yıl sürebileceği öngörülüyor.

Kara delikler sessizce yok olmuyorlar; olay ufkunun alanı küçüldükçe sıcaklık yükseliyor, sonunda bir milyon megaton atom bombası gücünde bir enerji ile patlayarak ortadan kalkıyorlar.

Nature bilim dergisinde yayınlanan bir çalışmada, Hawking'in öngörüsünün laboratuvarda yapılan bir deney ile ilk kez doğrulandığı rapor edildi. Bilim insanı Jeff Steinhauer ve ekibi, bu olayı laboratuvarda ölçümleyen ilk kişiler oldular.

Stephen Hawking, motor-nöron hastalığı teşhisi konduğunda daha 21 yaşındaydı. Doktorlara göre 3 yıllık ömrü kalmıştı. Ama o, tüm doktorları yanıltacak ve bir mucizeyi gerçekleştirecekti.

Ömrünün son 50 yılını, tutkuyla "gerçeğe, yalnızca gerçeğe" ulaşmaya adayan bu olağanüstü insanın, bir tekerlekli sandalye üzerinde gerçekleştirdiği bilinmeyene yolculuğu, her adımda bilim dünyasının evren algısını değiştirdi.

2018 yılında 76 yaşında iken Einstein sonrası dönemin en dahi ve en popüler bilim insanı olma tacını da giyerek aramızdan ayrıldı.

Evrim, türümüzü sürdürmek üzere bizleri kısa yaşam süreleri içine hapsetmiş; yaşamımızın bu kısa süre içinde nasıl ve ne zaman sonlanacağına ise beynimiz karar veriyor. Buna karar verirken evrimin bize yüklediği görevimizin bitmiş olduğuna inanması gerek.

Eğer siz beyninizi yapacak daha çok şeyiniz olduğuna samimi olarak inandırabilirseniz beyniniz bu kararını erteleyecektir: Stephen Hawking'in yaşamı bize bu mesajı veriyor.

Hawking, ölümünden 7 yıl önce, 2011 yılında Guardian gazetesine verdiği röportajda "Son 49 yıldır erken bir ölüm olasılığı ile birlikte yaşadım. Ölümden korkmuyorum ama ölmek için acele de etmiyorum. Daha yapmak istediğim çok şey var" diyordu.

Hatırlarsanız, doktorlar ona 3 yıl zaman vermişlerdi ama o 52 yıl fazlasını yaşadı, tam bir "yarım yüzyıl".

Bilime olan tutkusunun ona bu şansı vermiş olduğunu söyleyebilir miyiz?


Kaynakça

Yazarın Diğer Yazıları

Kilonovalar ve insanın ölümcül tutkusu "altın"

Altın, tüm zamanlarda ihtişamın, zenginliğin, soyluluğun, zalimliğin, insanın bitmez tükenmez açgözlülüğü ve hırsının sembolü olmuştur. Bu güdülerinin esiri altında insan çılgınca bu elementin peşinde koşmuş, uğruna savaşlar çıkarmış, cinayetler işlemiş...

Zihnimizdeki resimler ve Dorian Gray'in Portresi

Kişiler gözümüzün önünde onların aynadaki görüntüleri ile değil, beynimizde yüklü özellikleri ile canlanır. Nasıl görünürlerse görünsünler zihinlerdeki resim bu algılara göre şekillenir

Tek elektron evren

Wheeler haklıysa, bizler bilinçli gözlemciler olarak gerçekliğimizin yaratıcıları mı oluyoruz? Ya da evreni görselleştirme sürecinin katılımcıları mı, tabii kapasitemiz ölçüsünde!