Kara Deliklerin Tarihi ve Bilgi Paradoksu

Evrendeki en tuhaf nesneler arasında yer alan kara delikler hakkında hala çok az şey biliyoruz. Bilim insanları, karadeliklerin uzay-zamanda yarattığı devasa dalgalanmaları inceleyerek ve nasıl oluştuklarını öğrenerek, bu akıl almaz nesneler hakkında daha fazla şey öğrenmeye çalışıyorlar. Ancak insanlığın karadelik anlayışının kısa tarihi, çeşitli zorluklarla yüz yüze geldi.

Kara deliklerin varlığı neredeyse kesin olsa da, sadece yarım yüzyıl önce uzmanlar o kadar da emin değildi. Waterloo Üniversitesi'nde kara delikler ve kuantum bilgileri üzerine çalışan bir fizikçi olan Robert Mann, 1970'lerde yüksek lisans öğrencisiyken “profesörler gerçekten şüphe duyuyorlardı” diyor.

Kara deliklerin var olduğuna dair ilk işaretler ise aslında çok eskidir. 1783'te İngiliz bir bilim insanı olan Rahip John Michell, kara delikleri "karanlık yıldızlar" olarak tasarladı. Michell, bir yıldızın kütle çekiminden kurtulmak için gereken hızın "ışıktan daha hızlı" olması gerekecek kadar büyük bir kütle çekimi olsaydı nasıl görüneceğini sordu.

Michell'in sorusu iyi bir soruydu. Ancak birkaç yıl sonra, 1790'larda, ünlü Fransız matematikçi Pierre-Simon Laplace ve diğer öncü düşünürler, bilim camiasını ışığın bir dalga gibi davrandığına ve bu nedenle yerçekiminden etkilenmediğine ikna etti. Bu yeni ışık anlayışı, Michell'in teorisinin alakasız görünmesine neden oldu.

Ancak bu fikir, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisini önerdiği 1915'ten sonra yeniden canlandı. Teori, kütlesi olan herhangi bir nesnenin uzay-zamanda ne kadar ağır olduğuyla orantılı olarak eğrildiğini ve belirli bir miktarda maddenin o kadar yoğun hale gelmesine izin verdiğini, böylece tekillik adı verilen sonsuz yoğun bir noktaya - bir kara deliğin kalbine - çökeceğini belirtti.

Kara deliklerin temel özelliklerini incelemek için X-ışınlarını kullanan Caltech'te astrofizikçi Javier Garcia, insanlar genellikle Einstein'ın kara delikleri öngördüğünü söylüyorlar, ancak bu pek doğru değil, diyor. Garcia, varlıkları için gerekli olan teoriyi Einstein'ın geliştirdiğini, ancak karadelikleri tahmin etmediğini söylüyor.

1915'te Einstein, Merkür'ün güneş etrafındaki hareketini açıklamak için genel göreliliği kullandı. Einstein'ın teorisinin bu ve diğer başarılı uygulamaları, bilim insanlarını bununla ilgili daha derin sonuçları keşfetmeye teşvik etti.

Mann'ın dediği şekilde, "Alman ordusunda zorunlu olarak teğmen, ancak meslek olarak teorik bir astronom" olan Karl Schwarzschild, bir yıl içinde Einstein'ın teorisini duydu. Einstein'ın bir tekilliğin oluşabileceğini ve çok yakınlaştığında hiçbir şeyin tekilliğin çekiminden kaçacak kadar hızlı hareket edemeyeceğini gösteren denklemlerine bir çözüm bulan ilk kişiydi.

Daha sonra, 1939'da fizikçiler Rober Oppenheimer ve Hartland Snyder, bir yıldızın Schwarzschild'in kulağa imkânsız gelen nesnesini yaratıp yaratamayacağını bulmaya çalıştılar. Yeterince büyük bir toz küresi verildiğinde, yerçekiminin kütlenin çökmesine ve bir tekillik oluşturmasına neden olacağını düşündüler ve bunu hesaplarıyla gösterdiler. Ancak İkinci Dünya Savaşı patlak verdiğinde, bu alandaki ilerleme, insanların Einstein'ın teorilerini yeniden test etmeye başladığı 1950'lerin sonlarına kadar durdu.

Fizikçi John Wheeler, bir kara deliğin etkileri hakkında düşünürken, lisansüstü öğrencilerinden Jacob Bekenstein'a 1950'lerin sonlarında bilim dünyasını şaşırtan bir soru sordu: "Bir kara deliğe sıcak çay dökerseniz ne olur?"

Cevap, elbette kara delik onu yutar olur. Ancak sıcak çay bir paradoksa neden olur. Sıcaklığı olan her şey ısı yayar. Ve sıcak ve soğuk nesneleri karıştırmak bir ısı değişimine neden olur. Örneğin, buz küplerini sıcak bir banyoya koyduğunuzda, buz küpleri ısınır ve banyo soğur. Bir kara delik her şeyi yutar ve hiçbir şey yaymazsa, bu, ısı yaymadığı ve sıfır sıcaklığa sahip olması gerektiği anlamına gelir. Mann, sıcak maddeyi emen ve asla daha fazla ısınmayan bir kara delik "termodinamik hakkında bildiğimiz her şeyle çelişiyor" diyor.

1960'lara gelindiğinde, bu nesnelerin artık akılda kalıcı bir adı vardı, "kara delik". Terim iki özelliği açıklıyordu: Nesnelerin içlerine düşebileceği ama asla kaçamayacağı anlamına gelen deliklerdi ve herhangi bir gözlemciye tamamen karanlık görüneceklerdi.

Wheeler'ın öğrencisi Bekenstein, kara deliklerin aslında enerji yaydığını bulmak için Stephen Hawking ile çalışmaya devam etti. Uzaydaki kuantum dalgalanmalarının neden olduğu bu radyasyon, yalnızca çok küçük bir miktar enerji açığa çıkarır. Ancak araştırmaları, kara deliklerin ısıya sahip olduğunu kanıtladı ve Wheeler'ın 10 yıl önce sorduğu soruyu kesin olarak yanıtladı.

Mann, kuantum fiziğinin kara deliklere girişlerinin bir paradoksu çözdüğünü, ancak bir başkasını yarattığını söylüyor. Kuantum mekaniği, bilginin yok edilememesini gerektirir. Ve şu anda, yaydığı küçük radyasyondan kara deliğe giren şeyler hakkında herhangi bir şey söylemenin bir yolu yok, bu bilgi kayboluyor.

Mann, "Bu sorunun nasıl çözüleceği konusunda hala bir gelişme yok" diyor, ancak bazı araştırmacılar sorunu çözmeye yakın olduklarına inanıyor.

Hawking, başından beri kara delikler ile ilgili merak edilen başka bir gizemin çözülmesine yardımcı oldu. Schwarzschild'in 20. yüzyılın başlarında bulduğu kara delik çözümü sadece ışığın kaçmasını engellemedi. Aynı zamanda kara deliğin merkezindeki uzay-zamanda bir delik de içeriyordu - tekillik. Ancak o zamanlar bilim insanları, bunun genel bir karadelik davranışı mı yoksa sadece Schwarzschild ve daha sonra Oppenheimer ve Snyder'ın kullanmayı seçtiği belirli sistemlerin bir tuhaflığı mı olduğundan emin değildi.

Hawking ve Roger Penrose, Schwarzschild'in bir tekillik yaratan çözümünün, imkânsız yuvarlak yıldızlar için tek seferlik bir çözüm olmadığını gösterdi, ancak yeterince büyük bir kütle bunu yapabilirdi.

Potansiyel kara deliklerin X-ışını gözlemleri on yıllar boyunca birikmişti, ancak 2016'da açıklanan ilk LIGO tespitlerine kadar, gökbilimcilerin kara deliklerin var olduğuna dair doğrudan kanıtları yoktu.

Bilim insanları hala bilgi paradoksu veya tekillikler hakkında ne yapacaklarını bilmiyorlar. “Yine de bu nesneleri görüyoruz. Hatta bir tanesinin fotoğrafını da çektik,” diyor Mann, 2019 yılında Event Horizon Teleskobu tarafından çekilen bir kara deliğin etrafındaki parlayan maddenin ilk görüntüsüne atıfta bulunarak.

Yeni teleskoplar, evrenin en karanlık nesnelerine ışık tutmaya devam ediyor. Event Horizon Telescope ekibi, hazır olduklarında bir kara deliğin ilk videosunu çekmeyi umuyor.