1970'lerde fizikçi Stephen Hawking, görünüşte basit bir soruyu yanıtlamaya çalıştı: Kara deliklerin bir sıcaklığı var mıdır? Bu soru, konuyu şimdi kendi adını taşıyan bir konsepte yönlendirdi: Hawking radyasyonu. Kara delikler, büyük kütleli yıldızların çökmesi sonucu oluşan nesnelerdir. Kütleleri o kadar büyüktür ki yerçekimi alanı çevrelerindeki her şeyi emer ve ışık bile onları terk edemez. Ancak, Hawking radyasyonu, bu kara deliklerin evriminde önemli bir rol oynar. Hawking, sadece kara deliklerin enerji yaydığını göstermekle kalmadı, aynı zamanda inanılmaz yavaş küçüldüklerini ve sonunda bir gama ışını patlamasında patladıklarını da gösterdi.
Hawking radyasyonu fikri, boş uzayın aslında boş olmadığı gerçeğine dayanır. Boş uzay hiçbir kütle, hiçbir parçacık veya enerji kuantası içermemesine rağmen, onları tanımlayan kuantum alanları hala uzayın boşluğunda mevcuttur. Bu alanların sıfır enerjiye sahip olmaları gerekmediğinden, normalde birbirini hızla yok eden bir parçacık-karşıt parçacık çifti olan "sanal parçacıklar" çiftleri oluşturabilirler. Ancak, bir kara deliğin yakınında, bu parçacıklardan birinin kara deliğin içinde sonsuza kadar kaybolması, diğerinin ise Hawking radyasyonu olarak kaçması mümkündür.
Bu açıklama, yaygın olarak kullanılmasına rağmen, tam olarak tamamlanmamıştır. Hawking radyasyonu, genel görelilik tarafından tanımlanır ve aynı zamanda yerçekiminin uzay-zamanı nasıl etkilediğinin bir sonucudur.
Boş uzaydaki kuantum alanları, onların enerjilerini bilebileceğimiz kesinliğin veya onlara belirli bir enerjinin atanabileceği zamanın bir sınırı olduğu anlamına gelen Heisenberg'in belirsizlik ilkesine uyar. Bir yerçekimi alanı uzay-zamanı büktüğü ve zamanın geçişini etkilediği için, farklı yerçekimi eğriliklerine sahip uzay-zaman bölgelerinin kuantum alanlarının enerjisi üzerinde anlaşamayacağı anlamına gelir. Bir kara deliğin yerçekimi alanında yer alan farklı konumlardaki boşluğun enerjisindeki bu fark, sözde “sanal parçacıkları” yaratır.
Hawking radyasyonunu tespit edebilir miyiz?
Hawking, bir kara deliğin sıcaklığı olup olmadığı konusundaki asıl soruyu yanıtlamayı başarmıştır. Bu sıcaklıklar son derece küçüktür. Dahası, Hawking bir kara deliğin saldığı enerji miktarının kütlesiyle ters orantılı olduğunu da göstermiştir. Kara deliğin kütlesi ne kadar yüksekse, enerji salınımı ve sıcaklığı da o kadar küçük olur.
Ayrıca bazı gökbilimciler, "ilkel kara deliklerin" var olduğunu düşünüyorlar. Bunlar, erken evrendeki yoğunluk dalgalanmaları nedeniyle oluşmuş olabilir ve hala gökbilimcilerin gözünden kaçmakta olan gizemli karanlık maddeyi açıklayabilir. En önemlisi, ilkel kara delikler boyutlarıyla sınırlı değildir, bu nedenle düşük kütleli kara deliklerin var olma şansı vardır. Bunlar, tespit edilmek için yeterli Hawking radyasyonu yayabilir ve yaşamları daha büyük kara deliklere kıyasla kısa olduğundan, ölme anlarında kendilerini bir gama ışını flaşında ortaya çıkarabilirler.
Kara delikler sonsuza kadar yaşar mı?
Hawking'in çalışmalarının sonuçlarından biri, kara deliklerin sonsuza kadar yaşamadığıydı. Sonunda çok yavaş ve sıradan bir şekilde kayboldukları ortaya çıkmıştı. Hawking radyasyonunun salınımı, kara deliğin kütlesini kademeli olarak azaltır. Böylece, aktif olarak yeni malzemeyi emmeyen kara delikler yavaş yavaş küçülür ve sonunda yok olur.
Elbette bu yok oluş için zaman çizelgeleri oldukça uzundur. Örneğin, güneş kütleli bir kara delik evrenin yaşından çok daha uzun olan 1064 yılda buharlaşacaktır.
Kara delik bilgi paradoksu nedir?
Hawking radyasyonu nedeniyle kütlenin bir kara delikten buharlaşması, 'bilgi paradoksu' olarak bilinen bir soruna yol açar. Kuantum mekaniğinin temel ilkelerinden biri, 'bilgi'nin yok edilemeyeceğidir. Bu, bir parçacık sistemi hakkında tam bilgiye sahipsek, o sistemin geleceğini ve geçmiş durumlarını tahmin edebileceğimiz anlamına gelir.
Bir kara deliğin olay ufkunu geçen parçacıkların tuttuğu bilgiler bizim için sonsuza kadar kaybedilmiştir. Bilgi, kara deliğin içinde bozulmadan kalırsa, bu bir sorun değildir. Sorun, kara deliğin Hawking radyasyonu yoluyla kütlesini kaybetmesi, ancak bu bilgiyi evrenin erişilebilir kısmına geri döndürmemesidir.
Sonunda, kara delik ve yuttuğu bilgiler, kuantum mekaniğinin kurallarını ihlal ederek tamamen ortadan kaybolur. Ne yazık ki bu paradoks, fiziğin çözülmemiş problemlerinden biri olmaya devam ediyor. Sonuç olarak; Hawking radyasyonu, evrenin en ilginç ve tuhaf kavramlarından biri olan kara deliklerin doğasını anlamamıza yardımcı olmuştur. Bu keşif, fizik kurallarına meydan okuyan birçok şeyin olabileceğini ve bilimsel keşiflerin sınırlarının ne kadar geniş olduğunu gösterir.