Kara Delikler Hakkinda Bilmedikleriniz!
Kara delik, en basit ifadesiyle, yakınındaki nesnelerin kendi çekim alanından kaçıp kurtulmasına izin vermeyecek kadar büyük bir kütlenin yoğunlaştığı uzay bölgesidir. Çekim konusunda eldeki en iyi teori Einstein'ın Genel Relativite Teorisi (GRT) olduğuna göre kara delikleri anlamak için bu teorinin bazı sonuçlarını incelememiz gerekir. Bunun için çekimi oldukça basit bir durumda inceleyelim.
Bir gezegenin üzerinde durduğunuzu düşünün. Düşey yukarıya doğru bir taş atıyorsunuz. Çok hızlı atmadığınızı kabul edersek, taş bir süre yükselecek ve gezegenin çekimi nedeniyle oluşan zıt yönlü ivmenin etkisiyle yavaşlayıp duracak ve geriye düşmeye başlayacaktır. Taşı yeterince hızlı atarsanız, taşın gezegenin çekim etkisinden tamamen kurtulmasını sağlayabilirsiniz. Artık hep yükselir.
Taşın gezegenin çekim etkisinden kurtulmasına yetecek en küçük fırlatma hızına kaçış hızı denir. Tahmin edeceğiniz gibi, kaçış hızı gezegenin kütlesine bağlıdır: Gezegenin kütlesi çok büyükse, çekim çok kuvvetli ve kaçış hızı çok yüksektir. Hafif bir gezegenden kaçış hızı da küçüktür.
Kaçış hızı gezegenin merkezinden ne kadar uzak olduğunuza da bağlıdır: Merkeze ne kadar yakınsanız, kaçış hızı o kadar büyüktür. Yeryüzünden kaçış hızı 11.2 km/s'dir (atmosfer sürtünmeleri hariç). Yani, herhangi bir cismi yeryüzeyinden yukarıya doğru saniyede 11.2 km hızla atmayı başarabilirseniz, cisim size geri dönmez. Ay'da kaçış hızı 2.4 km/s'dir.
Şimdi, yüzeyindeki kaçış hızının ışık hızından da (saniyede 300 000 km) büyük olduğu, küçük bir yarıçapa yığılmış muazzam bir kütle hayal edin. Hiç bir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre, bu kütlenin çekim alanından hiç bir şey kaçamaz. Bir ışık demeti bile çekim etkisiyle durdurulup geri çekileceğinden, bu kütleden ışığın kaçması mümkün olmaz.
Işığın bile kaçamayacağı kadar yoğun kütle yığını fikri 18. yüzyılda yaşamış olan Laplace'a kadar uzanır. Einstein'ın genel relativiteyi geliştirmesinden neredeyse hemen sonra Karl Schwarzschild bu teorinin matematik denklemlerinin böyle bir nesneyi tanımlayan çözümlerini keşfetti. Çok daha sonraları, 1930'larda Oppenheimer, Volkoff ve Snyder gibi kimselerin çalışmalarıyla insanlar evrende böyle nesnelerin gerçekten var olabileceği olasılığını ciddi ciddi düşünmeye başladı. Bu araştırmacılar, yeterince büyük bir yıldızın yakıtı bitince, kendisini kendi çekim etkisine karşı destekleyemeyeceğini ve bir kara deliğe çökeceğini gösterdiler.
Genel relativitede çekim uzayzamanın eğriliğinin bir manifestasyonudur. Büyük kütleli cisimler uzay ve zamanı çarpıtır, eğrileştirir ve büker; böylece geometrinin bildik kuralları oralara uygulanamaz olur. Bir kara delik yakınlarında uzayın çarpıklığı aşırılaşır ve kara deliklerin bazı çok acayip davranışlar göstermelerine neden olur. Örneğin bir kara deliğin olay ufku bulunur. Bu, kara deliğin sınırlarını işaretleyen küresel bir yüzeydir. Bu ufuktan içeriye geçebilir fakat dışarıya çıkamazsınız. Aslında, ufku bir kez geçtiniz mi kaderiniz geri dönüşsüz bir şekilde kara deliğin merkezindeki tekillik (singularite) noktasına yaklaşmaktır.
Bu ufku kaçış hızının ışık hızına eşit olduğu yer olarak düşünebilirsiniz. Ufkun dışında kaçış hızı ışık hızından küçüktür, dolayısıyla roketlerinizi yeterince güçlü çalıştırabilirseniz kaçma şansınız olabilir. Fakat kendinizi olay ufkunun içinde bulursanız, geçmiş ola, roketleriniz ne kadar güçlü olursa olsun kaçamazsınız.
Bu ufkun acayip geometrik özellikleri vardır. Kara delikten uzaklarda durmakta olan bir gözlemciye göre bu ufuk hoş, statik ve hareketsiz bir yüzey gibi görünür. Ancak ona yaklaştığınızda onun çok büyük bir hızının olduğunu fark edersiniz. Aslında o dışarı doğru ışık hızıyla hareket etmektedir! Bu durum, ufku içeri doğru geçmenin niçin kolay fakat dışarı çıkmanın niçin imkansız olduğunu açıklar. Ufuk dışarı doğru ışık hızıyla hareket ettiğinden onu dışarıya doğru geçmek için ışıktan hızlı hareket etmeniz gerekir. Işıktan hızlı gidemezsiniz ve bu nedenle de kara delikten kaçamazsınız.
Bunlar size çok acayip gibi geliyorsa, endişelenmeyin: Gerçekten acayiptir. Ufuk bir anlamda sakin durmaktadır, fakat başka bir anlamda ışık hızıyla hareket etmektedir. Birazcık "Aynanın İçinden"deki Alice'in durumuna benzer: Orada sadece aynı yerde kalmak için bile hızlı koşması gereken bir yerde bulur kendini Alice.
İçeri girdiniz mi, uzayzaman, yarıçapsal uzaklığı ve zamanı tanımlayan koordinatların rollerini takas etmelerini gerektirecek kadar çarpıklaşır. Yani, merkezden ne kadar uzak olduğunuzu tanımlayan r koordinatı zaman-gibi, zamanı gösteren t koordinatı uzay-gibi haline gelir. Zamanı cetvelle, uzaklığı da saatle ölçmek zorunda kalırsınız.
Bu da şu demektir: Şu anda bulunduğunuz yeri (uzaydaki yerinizi = mekan koordinatlarınızı) istediğiniz gibi değiştirebilirsiniz ya da isterseniz aynı yerde durabilirsiniz; ama zamanı durduramaz, geri döndüremez veya zamanda yolculuk yapamazsınız. Bir kara deliğin olay ufkunun içindeyse, bulunduğunuz yeri değiştirme imkanınız yoktur. Oradaki mekan buradaki zaman gibi belli bir yönde akar. Ancak zamanınızı istediğiniz gibi değiştirebilir, geçmişe veya geleceğe gidebilirsiniz. Hatta zaman şimdiki mekan boyutları gibi üç boyutlu hale gelirse, zamanda yukarıya, aşağıya, sağa, sola, öne ve arkaya hareket etmeniz mümkün olur -- bütün bunlar zamansal olarak ne demekse!
Bunun sonucu olarak da, şu andaki normal şartlarda geleceğe gitmeyi, yaşlanmayı engelleyemediğiniz gibi, bir kara deliğin olay ufkunun içinde r'nin git gide küçük değerler almasının, yani merkeze doğru düşmenizin önüne geçemezsiniz. Nihayet r = 0'daki tekillik noktasına ulaşırsınız. Bu sondan kurtulmak için roketlerinizi ateşleyebilirsiniz, fakat yararsız: Nereye dönerseniz dönün geleceğinizden kaçamazsınız -- burada yaşlanmaktan kaçamadığınız gibi. Olay ufkunu geçtikten sonra bir kara deliğin merkezindeki tekillik noktasından kaçmaya çalışmak gelecek pazartesiden kaçmaya çalışmak gibidir.
Bu arada kara delik adı John Archibald Wheeler tarafında uyduruldu, daha cazip olması nedeniyle de önceki isimlerin (mesela, donmuş yıldızlar veya David Finkelstein'ın tek yönlü zar) tahtına oturdu.
--------------------------------------------------------------------------
Bir kara delik ne kadar büyüktür?
Bir şeyin ne kadar büyük olduğunu anlatmanın en az iki yolu vardır: Ne kadar kütlesi olduğunu veya uzayda ne kadar yer kapladığını söyleyebiliriz.
İlke olarak, bir kara deliğin sahip olacağı kütlenin alt ve üst sınırı yoktur. Prensipte her miktarda maddeyi yeterince küçük bir hacme sıkıştırabilirseniz bir kara delik elde etmeniz mümkündür. Orada uzakta gerçekten kara delikler varsa, onların büyük kütleli yıldızların ölümleriyle üretildikleri sanılıyor. Buna göre bir kara deliğin kütlesi sulbünden geldiği yıldızın kütlesi kadardır. Böyle bir yıldız kara deliği için tipik kütle Güneş kütlesinin 10 katı veya 1031 kilogram kadardır. (1'den sonra 31 tane sıfır, yani, 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.) Astronomlar, bir çok galaksinin çok büyük kütleli kara delikleri merkezlerinde barındırdıklarından da kuşkulanıyorlar. Bunların kütlelerinin Güneş kütlesinin bir milyon katı veya 1036 kilogram kadar olduğu düşünülüyor.
Bir kara deliğin kütlesi ne kadar büyükse uzayda kapladığı yer de o kadar büyüktür. Aslında Schwarzschild yarıçapı (yani, olay ufkunun yarıçapı) ve kütle birbirleriyle doğru orantılıdır: Bir kara delik diğerinden on kat daha kütleliyse, onun yarıçapı da ötekinin on katıdır. Güneş kütlesi kadar kütleye sahip bir kara deliğin çapı 3 kilometre kadar olurdu. O halde on Güneş kütleli tipik bir kara deliğin çapı 30 kilometre ve bir galaksinin merkezindeki bir milyon Güneş kütleli kara deliğin çapı 3 milyon kilometre filandır. 3 milyon kilometre çok büyük bir şeymiş gibi gelebilir, ama astronomik standartlara göre o kadar da büyük değildir. Mesela Güneş'in yarıçapı 700,000 kilometredir; o halde süper kütleli bir kara deliğin çapı Güneş'inkinin sadece üç katı kadardır.
Kara delikler nasıl buharlaşır?
1970'lerde Stephen Hawking kara deliklerin tamamen kara olmadıklarını gösteren bir takım teorik argümanlar getirdi: Kara delikler quantum mekaniksel etkiler nedeniyle radyasyon yayınlarlar. Bu radyasyonu üreten enerji kara deliğin kütlesinden gelir. Sonuçta kara delik azar azar çeker (büzülür). Kütle azaldıkça radyasyon oranının arttığı belirlenmiştir; böylece kara delik git gide daha şiddetli ışıma yaparken, muhtemelen tamamen ortadan silininceye kadar, gittikçe daha hızlı bir şekilde çeker.
Gerçekte bir kara delik buharlaşmasının son safhalarında neler olup bittiğinden kimse emin değildir: Bazı araştırmacılar geride ufak ve kararlı bir artığın kalacağını sanıyor. Eldeki teoriler öyle mi yoksa böyle mi olduğunu kesinlikle söyleyebilecek kadar iyi değil. Bu nedenle kara delik buharlaşmasının tamamen spekülatif olduğunu eklemek gerek. Bu konu, eğri uzayzamanda quantum mekaniksel (ya da daha doğrusu, quantum alan teorisel) hesaplamaların nasıl yapılacağını anlamayı gerektiriyor; bu da çok zor bir iştir, üstelik çıkan sonuçları deneysel ve gözlemsel olarak esastan test etmek de mümkün değildir. Fizikçiler kara delik buharlaşmasıyla ilgili kestirimler yapmak için doğru teorilere sahip olduklarını, fakat deneysel testler olmadığından emin olmanın mümkün olmadığını düşünüyorlar
Bir gezegenin üzerinde durduğunuzu düşünün. Düşey yukarıya doğru bir taş atıyorsunuz. Çok hızlı atmadığınızı kabul edersek, taş bir süre yükselecek ve gezegenin çekimi nedeniyle oluşan zıt yönlü ivmenin etkisiyle yavaşlayıp duracak ve geriye düşmeye başlayacaktır. Taşı yeterince hızlı atarsanız, taşın gezegenin çekim etkisinden tamamen kurtulmasını sağlayabilirsiniz. Artık hep yükselir.
Taşın gezegenin çekim etkisinden kurtulmasına yetecek en küçük fırlatma hızına kaçış hızı denir. Tahmin edeceğiniz gibi, kaçış hızı gezegenin kütlesine bağlıdır: Gezegenin kütlesi çok büyükse, çekim çok kuvvetli ve kaçış hızı çok yüksektir. Hafif bir gezegenden kaçış hızı da küçüktür.
Kaçış hızı gezegenin merkezinden ne kadar uzak olduğunuza da bağlıdır: Merkeze ne kadar yakınsanız, kaçış hızı o kadar büyüktür. Yeryüzünden kaçış hızı 11.2 km/s'dir (atmosfer sürtünmeleri hariç). Yani, herhangi bir cismi yeryüzeyinden yukarıya doğru saniyede 11.2 km hızla atmayı başarabilirseniz, cisim size geri dönmez. Ay'da kaçış hızı 2.4 km/s'dir.
Şimdi, yüzeyindeki kaçış hızının ışık hızından da (saniyede 300 000 km) büyük olduğu, küçük bir yarıçapa yığılmış muazzam bir kütle hayal edin. Hiç bir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre, bu kütlenin çekim alanından hiç bir şey kaçamaz. Bir ışık demeti bile çekim etkisiyle durdurulup geri çekileceğinden, bu kütleden ışığın kaçması mümkün olmaz.
Işığın bile kaçamayacağı kadar yoğun kütle yığını fikri 18. yüzyılda yaşamış olan Laplace'a kadar uzanır. Einstein'ın genel relativiteyi geliştirmesinden neredeyse hemen sonra Karl Schwarzschild bu teorinin matematik denklemlerinin böyle bir nesneyi tanımlayan çözümlerini keşfetti. Çok daha sonraları, 1930'larda Oppenheimer, Volkoff ve Snyder gibi kimselerin çalışmalarıyla insanlar evrende böyle nesnelerin gerçekten var olabileceği olasılığını ciddi ciddi düşünmeye başladı. Bu araştırmacılar, yeterince büyük bir yıldızın yakıtı bitince, kendisini kendi çekim etkisine karşı destekleyemeyeceğini ve bir kara deliğe çökeceğini gösterdiler.
Genel relativitede çekim uzayzamanın eğriliğinin bir manifestasyonudur. Büyük kütleli cisimler uzay ve zamanı çarpıtır, eğrileştirir ve büker; böylece geometrinin bildik kuralları oralara uygulanamaz olur. Bir kara delik yakınlarında uzayın çarpıklığı aşırılaşır ve kara deliklerin bazı çok acayip davranışlar göstermelerine neden olur. Örneğin bir kara deliğin olay ufku bulunur. Bu, kara deliğin sınırlarını işaretleyen küresel bir yüzeydir. Bu ufuktan içeriye geçebilir fakat dışarıya çıkamazsınız. Aslında, ufku bir kez geçtiniz mi kaderiniz geri dönüşsüz bir şekilde kara deliğin merkezindeki tekillik (singularite) noktasına yaklaşmaktır.
Bu ufku kaçış hızının ışık hızına eşit olduğu yer olarak düşünebilirsiniz. Ufkun dışında kaçış hızı ışık hızından küçüktür, dolayısıyla roketlerinizi yeterince güçlü çalıştırabilirseniz kaçma şansınız olabilir. Fakat kendinizi olay ufkunun içinde bulursanız, geçmiş ola, roketleriniz ne kadar güçlü olursa olsun kaçamazsınız.
Bu ufkun acayip geometrik özellikleri vardır. Kara delikten uzaklarda durmakta olan bir gözlemciye göre bu ufuk hoş, statik ve hareketsiz bir yüzey gibi görünür. Ancak ona yaklaştığınızda onun çok büyük bir hızının olduğunu fark edersiniz. Aslında o dışarı doğru ışık hızıyla hareket etmektedir! Bu durum, ufku içeri doğru geçmenin niçin kolay fakat dışarı çıkmanın niçin imkansız olduğunu açıklar. Ufuk dışarı doğru ışık hızıyla hareket ettiğinden onu dışarıya doğru geçmek için ışıktan hızlı hareket etmeniz gerekir. Işıktan hızlı gidemezsiniz ve bu nedenle de kara delikten kaçamazsınız.
Bunlar size çok acayip gibi geliyorsa, endişelenmeyin: Gerçekten acayiptir. Ufuk bir anlamda sakin durmaktadır, fakat başka bir anlamda ışık hızıyla hareket etmektedir. Birazcık "Aynanın İçinden"deki Alice'in durumuna benzer: Orada sadece aynı yerde kalmak için bile hızlı koşması gereken bir yerde bulur kendini Alice.
İçeri girdiniz mi, uzayzaman, yarıçapsal uzaklığı ve zamanı tanımlayan koordinatların rollerini takas etmelerini gerektirecek kadar çarpıklaşır. Yani, merkezden ne kadar uzak olduğunuzu tanımlayan r koordinatı zaman-gibi, zamanı gösteren t koordinatı uzay-gibi haline gelir. Zamanı cetvelle, uzaklığı da saatle ölçmek zorunda kalırsınız.
Bu da şu demektir: Şu anda bulunduğunuz yeri (uzaydaki yerinizi = mekan koordinatlarınızı) istediğiniz gibi değiştirebilirsiniz ya da isterseniz aynı yerde durabilirsiniz; ama zamanı durduramaz, geri döndüremez veya zamanda yolculuk yapamazsınız. Bir kara deliğin olay ufkunun içindeyse, bulunduğunuz yeri değiştirme imkanınız yoktur. Oradaki mekan buradaki zaman gibi belli bir yönde akar. Ancak zamanınızı istediğiniz gibi değiştirebilir, geçmişe veya geleceğe gidebilirsiniz. Hatta zaman şimdiki mekan boyutları gibi üç boyutlu hale gelirse, zamanda yukarıya, aşağıya, sağa, sola, öne ve arkaya hareket etmeniz mümkün olur -- bütün bunlar zamansal olarak ne demekse!
Bunun sonucu olarak da, şu andaki normal şartlarda geleceğe gitmeyi, yaşlanmayı engelleyemediğiniz gibi, bir kara deliğin olay ufkunun içinde r'nin git gide küçük değerler almasının, yani merkeze doğru düşmenizin önüne geçemezsiniz. Nihayet r = 0'daki tekillik noktasına ulaşırsınız. Bu sondan kurtulmak için roketlerinizi ateşleyebilirsiniz, fakat yararsız: Nereye dönerseniz dönün geleceğinizden kaçamazsınız -- burada yaşlanmaktan kaçamadığınız gibi. Olay ufkunu geçtikten sonra bir kara deliğin merkezindeki tekillik noktasından kaçmaya çalışmak gelecek pazartesiden kaçmaya çalışmak gibidir.
Bu arada kara delik adı John Archibald Wheeler tarafında uyduruldu, daha cazip olması nedeniyle de önceki isimlerin (mesela, donmuş yıldızlar veya David Finkelstein'ın tek yönlü zar) tahtına oturdu.
--------------------------------------------------------------------------
Bir kara delik ne kadar büyüktür?
Bir şeyin ne kadar büyük olduğunu anlatmanın en az iki yolu vardır: Ne kadar kütlesi olduğunu veya uzayda ne kadar yer kapladığını söyleyebiliriz.
İlke olarak, bir kara deliğin sahip olacağı kütlenin alt ve üst sınırı yoktur. Prensipte her miktarda maddeyi yeterince küçük bir hacme sıkıştırabilirseniz bir kara delik elde etmeniz mümkündür. Orada uzakta gerçekten kara delikler varsa, onların büyük kütleli yıldızların ölümleriyle üretildikleri sanılıyor. Buna göre bir kara deliğin kütlesi sulbünden geldiği yıldızın kütlesi kadardır. Böyle bir yıldız kara deliği için tipik kütle Güneş kütlesinin 10 katı veya 1031 kilogram kadardır. (1'den sonra 31 tane sıfır, yani, 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.) Astronomlar, bir çok galaksinin çok büyük kütleli kara delikleri merkezlerinde barındırdıklarından da kuşkulanıyorlar. Bunların kütlelerinin Güneş kütlesinin bir milyon katı veya 1036 kilogram kadar olduğu düşünülüyor.
Bir kara deliğin kütlesi ne kadar büyükse uzayda kapladığı yer de o kadar büyüktür. Aslında Schwarzschild yarıçapı (yani, olay ufkunun yarıçapı) ve kütle birbirleriyle doğru orantılıdır: Bir kara delik diğerinden on kat daha kütleliyse, onun yarıçapı da ötekinin on katıdır. Güneş kütlesi kadar kütleye sahip bir kara deliğin çapı 3 kilometre kadar olurdu. O halde on Güneş kütleli tipik bir kara deliğin çapı 30 kilometre ve bir galaksinin merkezindeki bir milyon Güneş kütleli kara deliğin çapı 3 milyon kilometre filandır. 3 milyon kilometre çok büyük bir şeymiş gibi gelebilir, ama astronomik standartlara göre o kadar da büyük değildir. Mesela Güneş'in yarıçapı 700,000 kilometredir; o halde süper kütleli bir kara deliğin çapı Güneş'inkinin sadece üç katı kadardır.
Kara delikler nasıl buharlaşır?
1970'lerde Stephen Hawking kara deliklerin tamamen kara olmadıklarını gösteren bir takım teorik argümanlar getirdi: Kara delikler quantum mekaniksel etkiler nedeniyle radyasyon yayınlarlar. Bu radyasyonu üreten enerji kara deliğin kütlesinden gelir. Sonuçta kara delik azar azar çeker (büzülür). Kütle azaldıkça radyasyon oranının arttığı belirlenmiştir; böylece kara delik git gide daha şiddetli ışıma yaparken, muhtemelen tamamen ortadan silininceye kadar, gittikçe daha hızlı bir şekilde çeker.
Gerçekte bir kara delik buharlaşmasının son safhalarında neler olup bittiğinden kimse emin değildir: Bazı araştırmacılar geride ufak ve kararlı bir artığın kalacağını sanıyor. Eldeki teoriler öyle mi yoksa böyle mi olduğunu kesinlikle söyleyebilecek kadar iyi değil. Bu nedenle kara delik buharlaşmasının tamamen spekülatif olduğunu eklemek gerek. Bu konu, eğri uzayzamanda quantum mekaniksel (ya da daha doğrusu, quantum alan teorisel) hesaplamaların nasıl yapılacağını anlamayı gerektiriyor; bu da çok zor bir iştir, üstelik çıkan sonuçları deneysel ve gözlemsel olarak esastan test etmek de mümkün değildir. Fizikçiler kara delik buharlaşmasıyla ilgili kestirimler yapmak için doğru teorilere sahip olduklarını, fakat deneysel testler olmadığından emin olmanın mümkün olmadığını düşünüyorlar
Yorumlar
Yorum Gönder