Stephen Hawking haklıydı: Kara delikler buharlaşabilir

Fizikçi Jeff Steinhauer ve Hayfa’da bulunan Technion - İsrail Teknoloji Enstitüsü’ndeki meslektaşları, ötesine hiçbir şeyin kaçamayacağı görünmez bir sınır olan ‘kara delik olay ufkunu’ modellemek için, ‘Bose-Einstein yoğunlaşması’* denilen bir yöntem dahilinde, aşırı düzeyde soğuk bir gaz kullandılar. Bir ‘uçurumdan’ aşağı akıtarak, bu gaz akışından bir ‘gaz şelalesi’ oluşturdular; gaz şelalesi uçurumdan aşağı düşerken, ses hızından daha hızlı akması için yeterli olacak düzeydeki potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye çevirdi.
Stephen Hawking.

Meredith Fore

Stephen Hawking, 1974 yılında en meşhur öngörülerinden birinde bulundu: Kara delikler, sonunda tamamen buharlaşacak.

Hawking’in teorisine göre, kara delikler kusursuz biçimde “kara” değiller; aslında uzaya parçacıklar yayarlar. Hawking, bu radyasyonun, en nihayetinde onları yok edecek biçimde kara deliklerden yeterince enerji ve kütle çekebileceğine inanıyordu. Teorinin genel olarak doğru olduğu kabul ediliyor; fakat bir zamanlar kanıtlanmasının neredeyse olanaksız olduğu düşünülüyordu.

Bununla birlikte, fizikçiler, ilk kez bu anlaşılması zor Hawking radyasyonunun varlığını en azından bir laboratuvarda kanıtladılar. Hawking radyasyonu, kullandığımız araçlar vasıtasıyla uzayda tespit edilemeyecek kadar zayıf olsa da şimdi fizikçiler bu radyasyonu, ses dalgaları ve evrendeki en soğuk ve en tuhaf madde kullanılarak yaratılan bir kara delik örneğinde gözlemlediler.

PARÇACIK ÇİFTLERİ

Kara delikler, ışık hızında hareket eden bir fotonun bile kaçamayacağı inanılmaz derecede güçlü bir yerçekimi kuvveti uygular. Uzay boşluğu çoğunlukla ‘boş’ olarak düşünülürken, kuantum mekaniğinin belirsizliği, bir boşluğun, madde-karşı madde çiftlerinde var olan ve var olmayan sanal parçacıklarla dolu olmasını gerektirir. (Karşı-madde parçacıkları, madde muadilleriyle aynı kütleye sahiptir, fakat karşıt bir elektrik yüküne sahiptirler.)

Normalde, bir çift sanal parçacık ortaya çıktıktan hemen sonra birbirlerini yok eder. Diğer yandan, bir kara deliğin yakınındayken, aşırı seviyedeki yer çekimi kuvvetleri parçacıklara çekim uygular, bir parçacık kara delik tarafından emilirken diğeri uzaya fırlatılır. Emilen parçacık, kara deliğin enerji ve kütlesini eksilten negatif enerjiye sahiptir. Zamanla bu sanal parçacıklar yeteri oranda yutulur ve sonunda kara delik buharlaşır. Kara delikten kaçan parçacıklarsa, ‘Hawking radyasyonu’ diye adlandırılır.
Bu radyasyon, şu anda uzayda gözlemlememizin imkânsız olduğu oranda zayıf ama fizikçiler onu laboratuvar ortamında ölçmek için gayet yaratıcı yollar düşündüler.

‘GAZ ŞELALESİNDEN’ BİR OLAY UYKU

Fizikçi Jeff Steinhauer ve Hayfa’da bulunan Technion – İsrail Teknoloji Enstitüsü’ndeki meslektaşları, ötesine hiçbir şeyin kaçamayacağı görünmez bir sınır olan ‘kara delik olay ufkunu’ modellemek için, ‘Bose-Einstein yoğunlaşması’ denilen bir yöntem dahilinde, aşırı düzeyde soğuk bir gaz kullandılar. Bir ‘uçurumdan’ aşağı akıtarak, bu gaz akışından bir ‘gaz şelalesi’ oluşturdular; gaz şelalesi uçurumdan aşağı düşerken, ses hızından daha hızlı akması için yeterli olacak düzeydeki potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye çevirdi.

Araştırmacılar, gaz akışında madde ve karşı-madde parçacıkları yerine ‘fonon** çiftleri’, yani ‘kuantum ses dalgaları’ kullandılar. Yavaş taraftaki fonon, şelaleden uzakta gaz akışına karşın gezinebilirken, hızlı taraftaki fonon bunu yapamayarak, süpersonik gazın ‘kara deliği’ tarafından tuzağa sürüklendi.

Steinhauer, Live Science dergisine verdiği demeçte, “Sanki yüzebildiğinizden daha hızlı hareket eden bir akıntıya karşı yüzmeye çalışıyormuşsunuz gibi” diye açıklıyor. “İlerliyormuş gibi hissedersiniz ama aslında geriye gidersiniz. Bu durum, kara deliğin içinden çıkmaya çalışan ama yerçekimi tarafından ters yöne doğru çekilen bir fotonun haline benzer.”

Hawking, parçacıkların yaydığı radyasyonunun kesintisiz dalga boyları ve enerji spektrumunda bulunacağını öngörmüştü. Yanı sıra, sadece kara deliğin kütlesine bağlı olan tek bir ısı derecesi aracılığıyla tespit edilebileceğini de ifade etmişti. Yapılan bu son deney, ses dalgalarından oluşan bir kara delik aracılığıyla, bu tahminlerin her ikisini de doğruladı.

Güney Paris Üniversitesi’nin Teorik Fizik Laboratuvarı’nda teorik fizikçi olarak görev yapan Renaud Parentani, “Bu deneyler aşırı derecede zorlayıcı” diyor. Yeni çalışmaya dahil olmayan Parentani, örnek kara delikleri teorik bir açıdan inceliyor. “Bu, çok kesin bir deney. Jeff Steinhauer, günümüzde, deneysel kara delik fiziğini araştırmak için soğuk atomları kullanma konusunda dünya üzerindeki en öncü uzman.”

Yanı sıra, Parentani, bu çalışmanın “uzun bir yolda ileri atılan bir adım” olduğunu belirtiyor. Çalışma, fonon çiftlerinin, Hawking’in öngörülerinin bir diğer önemli kısmı olan kuantum seviyesiyle bağlantısını ise göstermedi.

Parentani, “Bu hikaye sürecek” diyor. “Henüz sona gelinmedi.”

*Bose-Einstein yoğunlaşması; parçacıkları bozonlardan oluşan maddelerin en alt enerji seviyesinde yoğunlaştığı, kuantum etkilerinin gözlenebildiği, maddenin bir halidir.

**Fonon; bir kristal örgüsünde bulunan atomların ortak titreşimlerinin özelliğidir. Fiziksel olarak bir parçacık olmamaları sebebiyle, genellikle ‘parçacığımsı’ diye adlandırılırlar. Optik ve akustik fonon olmak üzere iki çeşidi bulunur.

*** Yazının aslı Live Science sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)