Bir önceki yazımızda Zamanın tanımını yapmıştık. Sonrasında Newton’un Merkür gezegenin yörüngesiyle ilgili yaptığı hesaplamalardaki hatalardan bahsetmiş, bu hataları Einstein’ın Genel göreliliğiyle düzeltildiğine değinmiştik. Einstein’ın özel göreliliğinde zamanın göreceli olduğunu da Hafele Keating deneyi ile anlatmıştık. Bu yazımızda Einstein’ın Genel göreliliğinin ayrıntılarına değineceğiz.
Kütle çekimi ve Uzay zaman
Einstein’a göre uzay ve zaman kavramı birbirinden ayrı düşünülemez bunun sebebi de Işık foton paketçiklerinden oluşan bir enerjidir e=mc^2 formülüne göre enerji aynı zamanda kütledir ve ışık zamanı böyle büker. Uzay zamanı bu yüzden birbirlerinden ayrı kavramlar olarak düşünemeyiz fizikçiler zamanı bu yüzden üç boyutlu evrenimizde dördüncü boyut olarak kabul ederler. Uzayı gergin bir Çarşaf olarak ele alırsak Büyük kütleli cisimler uzayı Kütle çekimleriyle bükmesini gergin bir şekilde serdiğimiz çarşafın üzerine irili ufaklı bilyeler koyarak görebiliriz bilyeler çarşafın icine göçmesine sebep olur kütle çekimi dolayısıyla enerji de Uzay zamanı böyle büker.
Karadelikler
Uzay zamanı geri kalan bütün gök cisimlerinden daha fazla büken Gök cismi. Kara delikler; füzyon tepkimesini gerçekleştiremeyen büyük kütleli yıldızların hidrostatik dengesinin bozularak kendi içlerine çökmesiyle oluşur. Bir yıldız kara deliğe dönüşürken yıldızın hacmi küçülerek kütle çekiminin etkisinde kalır ve kendi içine çöker karadeliklerin kendi etraflarında olan uzay zamanda bükülmelere yol açacak kadar kütle çekimine bu sayede sahip olurlar. Yıldızlar; ağırlıklı olarak hidrojen ve helyumdan oluşur. Plazma şeklinde görünürler ve Füzyon tepkimesini kullanarak ışınım yani radyasyon yayarlar. Yıldızlarda oluşan Füzyon tepkimesi; Hidrojen ve benzeri küçük atom numaralı elementlerin yüksek ısı ve basınç altında aynı atom numarasına sahip elementlerle kaynaşarak yüksek atom numaralı elementlerle dönüşmesidir. Bu kaynaşmayla etrafa büyük miktarda atom ve enerji saçılır. Yıldızın bu bitmeyen tepkimeler sonucunda tek parça halinde durabilmesinin sebebi yıldızın sahip olduğu kütle çekimidir. Bu denge durumuna hidrostatik denge adı verilir. Örnek ve açıklamada bahsedildiği üzere yıldızlar hidrojen ve helyumdan oluşurlar ve oluşturdukları füzyon tepkimesinde de iki hafif element ağır elementlere dönüşür. Yıldız enerjisini sahip olduğu hidrojen atomu kadar sağlar. Sahip olduğu hidrojen bitince hidrostatik denge bozulur ve yıldız kütle çekimine yenik düşerek kendi içine çöker. Bu durumda yıldızın atomları kütle çekiminin etkisiyle sıkışır. sahip olduğu kütle çekimi öyle muazzamdır ki ışık dahi ondan kaçamaz. Kara delik artık Etrafındaki her maddeyi içine çekecektir. Kara deliklerin yoğunluğu o kadar fazladır ki uzay zamanı geri kalan bütün cisimlerden daha çok bükerler bu durumu gergin bir çarşaf üzerine 500 kilogramlık bir bilyeyi bıraktığınızda ne olacağını hayal ederek görselleştirebilirsiniz. Yoğunluğun ne olduğunu lise bilgilerinden hatırlayabilirsiniz yoğunluk kütlenin hacme bölünmesiyle elde edilir yani kütleyle yoğunluk doğru orantıdır hacim ile yoğunluksa ters orantılı. Şöyle düşünebilirsiniz; güneşten milyarlarca hatta katrilyonlarca büyük yıldızları bulunduğunuz şehrin bir ucundan diğerine sığdırdınızı düşünün hacim düştükçe kütle yoğunluğu artacak bununla doğru orantılı bir şekilde kütle çekimi de bizim hayal edebileceğimiz düzeyde yukarda verilen örnekteki boyutlara ulaşacaktır. Bizim hayal edebileceğimiz diye belirtilmesinin sebebi dört boyutlu uzayın iki boyuta indirgenmiş haliyle bir örnek vermiş olmasıdır zira yaşadığımız üç boyutlu evrende dört boyutlu uzay zamanda oluşan bükülmeyi tasvir etmek hayal gücümüzün sınırlarını pek de zorlanmadan aşacaktır. Karadeliğin merkezinde tekillik denen bir olgu vardır. Bu olgu şu şekilde tanımlanır; Tekillik, uzay zaman da bulunan çok küçük bir hacimsel alanda çok yoğun oranda kütle bulunması sonucu, kütle çekiminin sonsuz olduğu noktaya verilen isimdir. Kara delikler bu yüzden kütleçekimsel tekillik denilen bir kütleye sahiptir. Kütlesi güneşin kütlesiyle eşit olan bir kara deliğin yarı çapı sadece üç kilometrekaredir. Bunun sebebi de tekilliğin kütle çekiminin sonsuz olmasıdır. Kara deliklerin kütle çekiminin etki alanına olay ufku denir. Kara deliklerin olay ufkundan var olan hiçbir madde kaçamaz. Kara delikten uzaktaki bir parçacık herhangi bir yönde hareket edebilir. Madde kara deliğe yaklaştıkça uzay zaman maddeyi (parçacığı) deforme etmeye başlar. Olay ufkundaysa bütün yollar parçacığı kara deliğin merkezindeki tekilliğe sevk eder. Bu noktadan sonra Kara deliğin olay ufkuna girip atomlarına ayrılmış parçacıklar için kaçış ihtimali söz konusu değildir.
Karadeliklerin Keşfi ve Tarihi
Kara deliklerin Var olabileceği fikrini ilk olarak iki bilim insanı 18. Yy sonlarında birbirlerinden ayrı şekilde ortaya atmışlardır. Bu bilim insanlarından biri john michell diğeriyse pierre-simon laplace’tir. Kara delik kavramı ilk olarak 18. yüzyıl sonunda, Newton’un evrensel çekim kanunu kapsamında doğmuştur denebilir. Fakat o dönemde mesele yalnızca kaçış hızı ışık hızından daha büyük olmasını sağlayacak derecede kütleli cisimlerin var olup olmadığını bilmekti. Kara delik kavramı ancak 20. yüzyılın başlarında ve özellikle Albert Einstein’ın genel görelilik kuramının ortaya atılmasıyla fantastik bir kavram olmaktan çıkmıştır. Einstein’ın çalışmalarının yayımlanmasından kısa süre sonra, Karl Schwarzschild tarafından, Einstein alan denklemlerinin merkezî bir kara deliğin varlığını içeren bir çözümü yayımlandı. Kuasarlar keşfedildi. Kuasarlar, evrenin en uzak köşelerinde yüksek bir enerjiyle parlayan gökadalara verilen addır. Evrenin genç ve çalkantılı dönemindeyken oluştukları bilinmektedir. 1916 da Kara delikler genel görelilik teorisinden yararlanılarak ortaya çıkmıştır. Genel göreliliğe göre hiçbir şey, hatta ışık bile olay ufkundan kaçamaz.
Bu ilke kullanılarak kara delik, tekillikleri olan, hacimleri sıfır olan ve içinde zamanın yavaş aktığı, hatta hiç akmadığı tahmin edilen kozmik bir cisim olarak tanımlanmıştır. Kara delikler üzerine ilk temel çalışmalar, varlıkları hakkındaki ilk sağlam belirtilerin gözlemlerini izleyen 1960’lı yıllara dayanır. Kara delik terimi aynı yıllarda Amerikalı fizikçi John Wheeler vasıtasıyla ortaya atılmıştı. 1964 yılında Mikrokuasar GRS 1915+105 keşfedildi. 1965 yılında Bir kara delik içerdiği bilinen ilk astrofizik cismi Cygnus X-1 bulundu. 1967 yılında Werner Israel saçsızlık kuramını ileri sürdü. Kara deliklerin yaşadığımız evrendeki tanımları yalnızca üç parametreye bağlıdır: Kütle, elektriksel yük ve açısal momentum. Kara deliklerin tüm diğer parametreleri (boyu, biçimi vs.) bunlarla belirlenir. 1967’de Werner Israel tarafından ortaya atılan “saçsızlık kuramı’na borçluyuz. Bu, uzun mesafeli temel kuvvetlerinin yalnızca kütle çekim ve elektromanyetizma oluşunu da açıklamaktadır; kara deliklerin ölçülebilir özellikleri yalnızca, bu kuvvetleri tanımlayan parametrelerle, yani kütle, elektriksel yük ve açısal momentumla verilir. 1969 yılında İngiliz matematikçi Roger Penrose kozmik sansür denilen hipotezi ortaya attı. Bu hipotez hiçbir fiziksel sürecin kozmosta çıplak tekillerin doğmasına imkân vermeyeceğini ileri sürmekteydi. İngiliz fizikçi Stephen Hawking, hangi tür kara delikte olursa olsun, olay ufkunun yüzeyinin asla küçülmediğini gösterdi. Kara delik içeren bir cismin ilk gözlemi, 1971’de Uhuru uydusu tarafından yapıldı. Uydu Kuğu takımyıldızının en parlak yıldızı olan Cygnus X-1 çift yıldızında bir X ışınları kaynağı olduğunu saptamıştı Henüz kara deliklerin varlığını doğrulayan gözlemlerin yapılmamış olduğu bir dönemde, ‘tekillik kuramları’ ileri sürülmüştür. Orta kütleli kara deliklerin küresel yıldız kümelerinde oluştuğu hipotezi ortaya atılmış, fakat bu hipotezi destekleyecek hiçbir gözlem elde edilememişti. Stephen Hawking ve Bernard Carr kara deliklerin ilksel kozmosdaki oluşum mekanizması üzerine çalıştılar ve kara delik kavramını geliştirerek mini kara delik adı verilen kara deliklerin bol miktarda bulunduğu sonucuna vardılar. 1974 yılında Hawking, kuantum mekaniğini kullanarak kara deliklerin radyasyon yaydığını/ışıma yaptığını gösterdi (Hawking Işıması).
Hawking’e göre, kuantum mekaniğine göre tüm kara deliklerin ışın yayması gerekiyor. Bu yorum kara deliklerin, yakın çevresindeki ışık dahil tüm madde ve enerjiyi yuttuğu düşüncesinin çok doğru olmadığını gösterdi. Stephen Hawking kuantum alan teorisini genel görelilikteki eğrilmiş uzay-zamana uyguladı ve klasik mekanik tarafından öngörülenin aksine, kara deliklerin aslında, günümüzde Hawking radyasyonu adıyla bilinen bir ışınım (termik ışınıma yakın bir ışınım) yaymakta olduğunu keşfetti. 2000’ li yılların başında Parlaklık-ötesi veya aşırı parlak X ışını kaynaklarının varlığı ortaya çıktı. 12,7 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir galaksinin merkezinde Q0906+6930 adı verilen bir dev kara delik keşfedildi (Haziran 2004). Galaksimizde orta kütleli ilk kara deliğin keşfedilmiş olduğu açıklandı (kasım 2004) aynı yıl Stephen Hawking karadeliklerden bilginin kaçabildiğini kabul etti. SDSS J090745.0+24507 adlı dev bir mavi yıldızın Samanyolu galaksimizden çıkacak şekilde yol aldığı gözlemlendi. Hızı ve çizdiği yörünge incelendiğinde dev bir kara deliğin çekimsel etkisiyle fırlatılmış olduğu anlaşıldı (Şubat 2005). Ertesi yıl kütlelerine bağlı olarak dört kara delik sınıfı belirlendi. 2012 yılında Kaçan bilgi ateş duvarının alev almasına neden olur; çünkü, ateş duvarı söz konusu olduğunda sonsuz tekillikte bir şeylerin olay ufkundan kaçmaması gerekiyordu. Bu durumda ateş duvarı genel görelilikle uyuşmadı, yeni bir paradoks daha ortaya çıkmış oldu. 2014 yılında Olay ufku, biraz olsun ışığın kaçmasına izin veren görünür ufukla yer değiştiriyor; bunun sonucunda ateş duvarı kavramı anlamsız kalıyor. Hawking, ateş duvarı paradoksunu böylelikle çözmüş oluyordu.
