KARA DELİKLER VE WORMHOLE KURAMI
Bilinmeyen korku verir insana... Ve bu korku çekiciliği de beraberinde getirir hep... İnsan içgüdüsel olarak alışılmışın dışındakilere ilgi duyar. Tarih boyunca insanoğlu açıklayamadığı, anlayamadığı şeylerden korktu hep; ancak bilinmeyenin peşinden koştu ve gizemli olanı açıklamaya çalıştı. Ne var ki, son yıllarda sokaktaki adamdan tutun da ilkokul çocuklarına kadar pek çok kişinin hakkında az çok bir şeyler bildiği kara delikler için "gizemli" kelimesi biraz hafif kalır... Kara delikler evrenin en gizemli, en güçlü, en akıl almaz fenomenleridir... Bir küre düşünün! Kapkara bir küre ki içine giren hiç bir şeyin, bugüne kadar bilinen en hızlı şey olan ışığın bile çıkamayacağı kadar güçlü bir kütleçekimine sahip... Asıl inanılmaz olan ise kara deliğin merkezindeki noktacık; kara deliğin evrenden yuttuğu herşeyin bir daha geri dönmemek üzere yok olduğu yer...
Son yıllarda kara delikler fiziğin gündeminde baş köşedeki yerlerini koruyorlar... Teknolojinin elverdiği ölçüde yapılan araştırmalar sürekli yeni kuramların ortaya çıkmasına olanak sağlıyor... Kimileri, ulaşılması mümkün olmayan uzaklıklara hatta başka evrenlere kapılarımızı açabilecek olan "kurt delikleri"nden (Worm Hole) umutlu. Ancak fizikçilerin asıl peşinden koştukları şey kara delikler sayesinde Kuantum yasalarıyla Einstein'ın kütleçekim kuramını birleştirebilecek olan "Genel Kuramı", "her şeyin kuramı" ya da daha doğru bir ifadeyle "kütleçekimin kuantum kuramını" elde edebilmek...
Aslında yeni öngörüler ve karmaşık kuramlar olmadan da kara delikler basit mantığın sınırlarını zorlayacak derecede karmaşık yapıdalar... Kara deliklerin bir türü, çok büyük kütleli yıldızların merkezlerindeki hidrojen yakıtlarını kısa sürede tüketmeleri ve çökmeleriyle oluşuyor. Evrende var olan süpernovalar birkaç milyar yıl boyunca etraflarına enerji yaydıktan sonra "kırmızı dev" adı verilen süper dev yıldızlara evrimleşirler. Bir çoğu enerjilerini yakarak tüketir ve doğanın akıl almaz gücüne dönüşürler... Kabullenilmesi zor olan şey Güneş'ten kat kat büyük olan bu yıldızların inanılmaz boyutlara küçülmesi; yani çok büyük bir kütlenin, inanılmayacak kadar küçük bir hacme sıkışması ve sonuçta çok büyük yoğunluklara ulaşılması...
Bir kara deliğin teorik olarak şekli diğer yıldızlar ve gezegenler gibi küreseldir. Her cisim gibi kara deliklerin de kütle çekim alanları vardır. "Olay Ufku" (Event Horizon) denilen bu alanlar içine düşen hiçbir şeyin kaçamayacağı bölgelerdir. Olay ufkunun içine giren her türlü madde kürenin merkezinde bulunan "tekillik"e (singularity) düşmeye mahkumdur. Asıl kara delik çapı bile olmayan ve matematiksel bir noktayla ifade edilen bu "tekillik"tir. Bir örnekle somutlaştırmak gerekirse Güneş'ten 10 kat büyük bir yıldızın çökmesiyle oluşacak olan kara deliğin olay ufku sadece 60 km. çapında olacaktır. Kara deliklerin sadece çok büyük yıldızlardan oluşmasının nedeni ise maddenin böylesine muazzam ölçülerde sıkışabilmesi için gerekli olan koşulların büyük yıldızlarda kendiliğinden var olması... Bir kara deliğin kütlesi ne kadar büyükse buna bağlı olarak, uzayda kapladığı yer de o ölçüde büyük oluyor. Yani "Schwarzschild yarıçapı" denilen olay ufkunun yarı çapıyla, kara deliğin kütlesi birbiriyle doğru orantılı.
Biraz da hayal dünyasına geçiş yapalım ve fantezilerden söz edelim. Tutun ki bir uzay gemisiyle bir gökadanın merkezine seyahat ediyoruz ve farkında olmadan büyük bir kara deliğin olay ufkunun içine düşüyoruz. Artık kesin olan bir şey var; o da asla ve asla dışarı çıkamayacağımız. Hiçbir şekilde buraya düştüğümüzü dışarıdakilere bildirmemize de imkan yok; çünkü olay ufkundan dışarı ne ışık ne de radyo dalgaları çıkabilir. İlk anlarda her şey yolunda görünüyor. Olay ufkunun içine ışığın girişi serbest olduğu için dışarıda olup bitenleri görebiliyoruz, sadece müthiş kütleçekimden kaynaklanan eğilme ve bükülmeler var. Ancak bu ilginç yolda ilerledikçe durum vahimleşiyor ve tekilliğe erişemeden önce çoktan parçacıklarımıza ayrışmış oluyoruz. Bu sırada dışarıdan bizi gözleyenler ise olay ufkuna yaklaştıkça bizi yavaşlıyormuş gibi algılıyor ve onlara göre olay ufkuna girmeden hemen önce bir anda yok oluyoruz. Bunun nedeni o andan itibaren bizden giden ışığın gözlemcilere ulaşamıyor olması...
Tüm bu varsayımların açıklaması ise Einstein'ın kütleçekim kuramında saklı. "Genel göreleliğe" (theory of general relativity) göre; kütlesi olan her cisim, uzay-zaman dediğimiz dört boyutlu dokuyu tıpkı üzerinde ağır bir top konmuş esnek bir kumaş gibi çukurlaştırıyor. Bu çukurun üzerinden geçen herhangi bir cisim, hatta ışık, çukurun büktüğü düzlemden geçtiği için biraz eğrileşecek, ya da bükülecekti. Kara delikler ise çok büyük kütleli cisimler olduklarından, uzay-zamanda oluşturdukları çukurlar da adeta dipsiz kuyuları andırıyor; yani çukurun kenarından içeri düşen bir cisim, hatta hızlı bir ışık fotonu bile, karşı duvara ulaşıp eğriyi tırmanarak yeniden düze ulaşamıyor. Einstein'a göre uzayla zaman aslında aynı şey olduklarından bu denli büyük bir kütle zamanı da bükmüş oluyor. Diğer bir deyişle bir kara deliğin yakınındaki biri için zaman diğerlerine göre çok daha yavaş geçiyor. Hatta eğer yeterli teknolojiye sahip olup birbiriyle eş özellikler taşıyan iki kara delik yaratabilseydik, belki de bir çeşit zaman tüneli ya da ışınlama sistemi oluşturabilecektik. İşte kuramın bu yönü science-fiction yapımcıları için bir ilham kaynağı oluşturuyor ve zamanda yolculuk hikayeleri kafamızı kurcalamaya devam ediyor. Buna benzer bir zaman yolculuğu fikri Star Trek IV filminin ana konusunu oluşturmaktadır.Star Trek IV'teki zaman yolculuğu düşüncesi temelde bir yıldızın yerçekimsel uzay/zaman eğriliği sapmasının kullanılarak uzay gemisinin zamanda geriye doğru sıçratılması ilkesine dayanmaktaydı.
Kütleçekim kuramının yanında kara deliklerle ilgili bir başka model de Stephen Hawking'in kuantum mekaniğinden yararlanarak ortaya sunduğu kara delik ışınımı. Modele göre kara delikler kütleleri nedeniyle bir ışınım saçıyorlar. Kuantum Mekaniği'nin temel önermelerinden olan Belirsizlik İlkesi uyarınca enerjinin korunumu yasası kısa sürelerle de olsa çiğnenebiliyor ve "boşluk dalgalanmaları" denen kuantum mekaniksel bir süreç sonucu boşluktan bir parçacık ve (ters elektrik yüklü) karşı parçacığı doğuyor. Bunlar birbirlerini hemen yok ediyorlar. Bir kara deliğin olay ufku yakınlarındaki yoğun kütleçekimsel alan bu parçacıkların oluşabilmesi için gerekli kritik eşiği aşıyor. Eğer oluşum olay ufkunun hemen dibinde gerçekleşirse, parçacıklardan biri olay ufkunun içine, diğeri ise dışına düşüyor. Sonuçta bir gözlemci tarafından kara delik bir parçacık yayımlamış gibi algılanıyor. Işınım nedeniyle delik "kara" olma özelliğini yitiriyor ve bazı araştırmacılar tarafından "gri" olarak nitelendiriliyor. Bu ışınım enerjisini kara delikten alıyor. Dolayısıyla kara delik gittikçe küçülüyor. Cismin kütlesi azaldıkça ışınım arttığından, kara delik giderek daha şiddetle ışınım saçıyor ve kütle kaybetme hızı da aynı oranda artıyor ve sonunda tümüyle yok oluyor.
Kara deliklerin bir başka rengiyse kuramsal olmanın ötesinde, tümüyle matematiksel bir varlık olan Ak delikler. Ak delikler, genel görelelik denklemlerinden kaynaklanıyor. Einstein'ın kütleçekim denklemlerinin bir özelliği, zaman içinde simetrik olmaları; yani bir denklemin çözümünü alıp zamanın yönünde ters çevirdiniz mi, aynı derecede geçerli bir başka çözüm elde edebiliyorsunuz. Bunu kara delikleri tanımlayan çözümlere uyguladığınızda, ak delik denen bir sanal varlık ortaya çıkıyor. O halde kara delik, uzay-zamanın içinden hiçbir şeyin kaçamayacağı, nesneleri yutan bir bölgesi olduğuna göre, zıt olarak ak delik de içine hiçbir şeyin giremeyeceği ve nesneleri püskürten bir oluşum.
Kara deliklerle ilgili yapılan bir başka sınıflandırmaysa dönen ya da dönmeyen, elektrik yükü olan ya da olmayanlarına göre. Bu sınıflandırmada ilginç olan ise Yeni Zelanda'lı fizikçi Roy Kerr tarafından varlığı öne sürülen "dönen kara delikler". Dönme, açısal momentumun korunması yasasının bir sonucu. Kara deliği oluşturan kütle, çökmesinden önce ekseni etrafında dönüyorsa, bu dönme hareketi oluşumundan sonra kara deliğe aktarılıyor.
Bu kara deliklerin dönme hızları bazen öylesine büyük olabiliyor ki, olay ufku, ekvatorunda şişiyor. Bu kara deliklerin ilginçlikleri tekilliklerinde ortaya çıkıyor. Hızlı dönüşlü kara deliklerde tekillik artık bir nokta olmaktan çıkarak bir halka biçimine dönüşüyor. Kuramsal olarak bu halka tekillikten geçen bir yolculukla madde, Evren'in başka bir bölgesine, hatta başka bir evrene geçebiliyor. Ak delik ve kurt deliği kavramlarının dayandırıldığı temel kuram da işte burada ortaya çıkıyor. Kuramcılara göre dönen ve elektrik yüklü olan kara deliğin içi, kendine karşılık gelen bir ak delikle birleşebiliyor. Ve içine düşen madde, atomlarına ayrılmadan ak delikten fırlayıp çıkıyor. Kara ve ak delikleri birleştiren tünelse "kurt deliği" (worm hole) adını alıyor. Bazen ak delikler uzay-zamanda çok farklı yerlerde hatta geçmişte ya da gelecekte yer alabiliyorlar. Bu alanda ise bilim daha ihtiyatlı davranıyor ve yorumu bilim kurguya bırakıyor. Bugünkü bulgulara dayanarak söyleyebileceğimiz tek şey bilinen kara deliklerin kurt deliği oluşturamayacakları. Hem oluştursalar bile bunların çok kararsız şeyler olacağı ve en ufak bir dış etken sonucunda çökecekleri. Anlaşılan 1988 yılında Carl Sagan'ın "Contact" (Mesaj) adlı bilimkurgu romanında sözü edilen kurt deliklerindeki yolculuklar için henüz hazır değiliz.
Kara deliklerle ilgili pek çok etkileyici ve heyecan verici kuramın yanında bazı bilim adamları çok daha mütevazı araştırmalar yaparak somut bulgular elde etmeye çalışıyorlar. Kara delikleri keşfetmek. Kara deliklerin özelliklerinden biri de üzerlerinde yapılan tartışmalara, konu oldukları sayısız makaleye rağmen hala gözlenemiyor olmaları. Kara delikleri ancak çevrelerinde yarattıkları şiddet nedeniyle gözleyebiliyoruz. Özellikle gökadaların merkezlerinde bulunan süper kütleli delikler çevrelerindeki gazı yutarken ya da yıldız kökenli kara delikler "ikili sistemlerdeki" (binary systems) yıldız eşlerini yavaş yavaş soyarken; yani onlardan kütle çalarken etraflarında kütle aktarım diskleri oluşturuyorlar. Kara deliğin güçlü kütle çekim alanında dönen gaz sürtünme ve parçacık çarpışmaları nedeniyle ısınıyor ve enerjik gama ışınları, X-ışınları ve radyo dalgaları yayınlıyor. Bu ışınımlar süper teleskoplarla algılanarak kara deliğin varlığından haberdar olunuyor. Ancak bu aşamada Nötron Yıldızları bir sorun olarak karşımıza çıkıyor. Nötron yıldızları (Neutron Stars) da büyük kütleli yıldızların çöküşlerinin ürünü. Madde kütleçekim altında o denli sıkışıyor ki, atomlarda bulunan elektron ve protonlar birleşerek muazzam yoğunlukta ve bir kent büyüklüğünde bir nötron topu oluşturuyorlar. Nötron yıldızlarının da son derece büyük kütleçekim alanları var. Çevrelerinde yakaladıkları yıldızları soyuyorlar ve X-ışınımı yayıyorlar. Ancak kara deliklerle aralarında göz ardı edilemeyecek bir ayrım var: Nötron yıldızlarının katı bir yüzeyleri var ve bu yüzeyin üzerinde madde birikebiliyor. Oysa kara deliklerde böyle sert bir yüzey yok. Olay ufkunu geçen madde ya da ışınım evreni terk ediyor. Bu özellik her iki cismin yakınlarından yayılan ışınımı farklı kılıyor.
Kara deliklerin büyük çekim alanları, onları doğanın en güçlü enerji santralleri haline getiriyor. Olay ufku, ışık hızıyla bile hareket etse hiçbir cismin kaçamayacağı bir yüzey. Dolayısıyla dışarıdaki madde de bu ufuk yakınlarına ışık hızına yakın hızlarla çekiliyor ve yolda öteki parçacıklarla çarpışıp parçalanıyor. Ortaya çıkan etkiyle, olay ufku yakınlarında madde ısınıyor. Işık hızına yakın hızlardan bahsedildiği için de, ısıya dönüşecek kinetik enerjileri de, durağan halde kütlelerinin taşıyacağı enerjiye (E= mc2 ) yakın oluyor. Bu anlamda, kara delikler, durağan kütleyi termal enerjiye dönüştüren birer santral işlevi görüyorlar. Bu dönüşümün hangi oranda gerçekleştiği ise kara deliğin dönme hızına bağlı. Kara deliğin parçası haline geldiğinde maddenin kaybetmediği nadir özelliklerden bir tanesi, açısal momentumu (angular momentum), yani dönme hızı. Madde, bu hızı kara deliğe transfer ediyor. Maksimum hızda dönmekte olan bir kara delik, içine düşen maddenin % 42' sini enerjiye dönüştürür. Dönmeyen, statik bir kara delik için bu oran yalnızca % 6 dır. Karşılaştırılacak olursa, yıldızların merkezlerindeki termonükleer tepkimelerde maddenin enerjiye dönüşme oranı % 0,7. Uranyum çekirdeğinin parçalanmasıyla elde edilen değer ise % 0,1
Çarş. Mart 21, 2007 3:54 pm