Hawking Işıması: Kara Delikler Karanlık mıdır?

http:bilgilihocamcominternaldatashawkingisimasikaradeliklerkaranlikmidir5c2f5635c50c3 Arda ÇetinerKlasik tanımda kara delikler siyahtır Genel görelilik teorisine göre olay ufkundan ışık dahil hiçbir şey kaçamaz Buna sebep olan, kara deliğin devasa yer çekimi kuvvetidir Ama bir sorun var Kuantum mekaniği! Genel görelilik teorisinin baş belası Yer çekiminin bu kadar büyük boyutlara ulaştığı bir yerde uzayzaman yapısı çarpılacak ve kuantum etkileri her zamankinden daha güçlü görülecektir Ve denilebilir ki: Kara delikler sanıldığı gibi soğuk ve karanlık değillerdirhttp:bilgilihocamcominternaldatashawkingisimasikaradeliklerkaranlikmidir5c2f5635d5ee5jpegGörsel Hakları: S W Hawking (1974), ©20052011 University of TexasEvent Horizon: Olay Ufku Kara deliklerin karanlık olmadığı fikrini ilk olarak 1974 yılında fizikçi Stephen Hawking öne sürdü Hawking'e göre kara delikler tamamen soğuk ve karanlık değiller, aksine ışınım yayarlar Bu ışınıma ''Hawking Işıması'' adı verildi ve zamanla fizikçiler arasında popüler bir tartışma konusu olduUzayı her zaman boşluk olarak düşünürüz Maddenin yıldızlar tarafından üretilip serpilebileceği devasa bir boşluk Ancak kuantum mekaniği, klasik mekanikten alışkın olduğumuz bu düşünceyi yerle bir ediyor Kuantum mekaniğine göre her an her yerde parçacıkanti parçacık ikilileri doğuyor (ayrılıyor) ve çok küçük bir zaman aralığında tekrar yok oluyor (birleşiyor) Parçacık, maddeyi oluşturan kütleli temel parçacıktır Anti parçacık ise negatif kütleli, parçacığın onu yok eden eşidir Şimdi bir kara deliği ele alalım Bilindiği gibi kara delikler olağanüstü bir yer çekimi kuvvetine sahiptirler ve belli bir yörüngeden itibaren ışık dahil hiçbir şey çekim kuvvetinden kaçamaz (En azından Hawking'in sarsıcı çalışmasına kadar böyle düşünülüyordu) Bu sınıra olay ufkuve sınıra denk gelen yarıçap değerine de Schwarzchild yarıçapıdenir Yazının başında da bahsedildiği gibi, olay ufkunun hemen dışında kuantum etkileri çok kuvvetli olacaktır Kara delik çevresinde sürekli oluşup yok olan parçacıkanti parçacık ikililerinden, olay ufkuna yeterli yakınlıkta olan anti parçacık kara deliğin çekim kuvvetine kapılır Kara delik, pozitif kütleli eşiyle tekrar birleşmesine imkan vermeden anti parçacığı olay ufkundan içeri çeker Artık serbest kalan parçacık, aynı süreçle oluşan diğer parçacıklarla beraber Hawking Işıması'nı oluşturacaktır Parçacıklar Hawking Işıması'nı oluştururken, negatif kütleli anti parçacıklar kara deliğin içine çekildiğinden dolayı kara deliğin kütlesinde azalma olması beklenir Bu olaya ''Kara delik buharlaşması'' adı verilir Daha küçük kara delikler, büyüklere göre daha hızlı ışıma yaparlar ve bu sayede (kara deliğe madde girişi olmadığı durumda) daha çabuk buharlaşıp yok olurlarTeorinin somutlaşması adına birkaç matematiksel ifadeye değinmenin yararlı olacağını düşünüyorum Hawking Işıması'nı termodinamik bir süreç olarak düşünebiliriz Bunu yaparken de termodinamikteki ''siyah cisim ışıması''nı model alırız Siyah cisim ışıması, bir maddenin yapabileceği en güçlü ışıma için kullanılan bir terimdir Eğer kara deliğimizin kütlesi M ise, onun T sıcaklığında olan bir siyah cisim gibi ışıma yapacağını öngörebiliriz:http:bilgilihocamcominternaldatashawkingisimasikaradeliklerkaranlikmidir5c2f5635dd450pngBu ışımanın gücünü hesaplarken de StefanBoltzmann formülünü kullanırız:http:bilgilihocamcominternaldatashawkingisimasikaradeliklerkaranlikmidir5c2f5635e2e65pngBurada;Qmax, bir cismin yayabileceği maksimum ışımanın watt cinsinden ifadesidirσ (sigma) işareti StefanBoltzmann sabitidir ve 5,67108 W(m2K4) değerini alırAs, cismin yüzey alanını ifade eder Kara delik için ışımanın yayıldığı olay ufkunun oluşturduğu hayali alanı kullanacağız Bunu hesaplarken de önceden değindiğimiz Schwarzchild yarıçapını (rs) kullanacağız Kara delik bilindiği üzere küresel bir yapı olduğu için alanı:http:bilgilihocamcominternaldatashawkingisimasikaradeliklerkaranlikmidir5c2f5635e8a0cpngile ifade edilirTs, ışıma yapan cismin yüzey sıcaklığını ifade eder Kara delik için ise önceden bulduğumuz T sıcaklığını kullanacağızM kütleli bir kara deliğin Hawking Işıması sebebiyle buharlaşma süresi de aşağıdaki matematiksel ifadeyle bulunur:http:bilgilihocamcominternaldatashawkingisimasikaradeliklerkaranlikmidir5c2f5635ee575pngPeki tartışmalı olan nedir? Neden bazı bilim insanları bu kurama kuşkuyla bakıyor? Çünkü Hawking Işıması çok zayıftır ve çevredeki diğer ışınımlar tarafından bastırılır Bu sebeple Hawking Işıması'nı, bir kara deliği günümüz araçgereçleriyle gözlemleyerek bulmamız olanaksızdır Şu an için tek çözüm bu teoriyi laboratuvar ortamında test etmek olacaktırBilimsel çevrelerden en çok kabul gören deneylerden birini kısaca aktaracağım “ İsrail Teknoloji Enstitüsü'nden fizikçi Jeff Steinhauer, deneyinde kara deliğin soğuk ortamını temsilen bir BoseEinstein yoğunluğu, yani sıcaklığı 0 Kelvin'e (mutlak sıfır) oldukça yaklaştırılmış bir sıvı kullandı Olay ufku oluşturabilmek için yoğuşmuş sıvıya lazer ışını gönderdi Bu durum iki sınır arasında kapana kısılmış ses dalgaları oluşturdu ve Steinhauer bu sınırı olay ufku olarak tanımladı Ses dalgaları laboratuvar vakum ortamı içerisinde parçacıkanti parçacık çiftleri gibi çiftler oluşturdu Bu çiftlerden bazıları eşinden ayrılarak yapay olay ufkunun sınırlarından dışarı çıktı Steinhauer bunun Hawking Işımasını temsil edebileceğini söyledi2 Ancak deney çokça kabul görmesine karşın hala bir kanıt niteliği taşımıyorYazıyı, teorinin mimarı Stephen Hawking'den alıntı yaparak sonlandırmanın yerinde olacağını düşünüyorum: Kara deliklerden ışımanın, normal olarak kuantum mekaniğiyle bağlantılı olanın üzerinde ve üstünde ek bir belirsizlik veya öngörülemezlik derecesi vardır Klasik mekanikte bir parçacığın hem konumunu hem de hızını ölçmenin sonuçları hakkında öngörüde bulunulabilir Kuantum mekaniğinde, belirsizlik ilkesi bu ölçümlerin yalnızca birinin öngörülebilir olduğunu söyler; gözlemci ya konumun ya da hızın ölçümünün sonucu hakkında öngörüde bulunabilir, fakat her ikisi hakkında değil Alternatif olarak, bir konum ve hız bileşimini ölçmenin sonucu hakkında öngörüde bulunabilir Böylece aslında gözlemcinin kesin öngörülerde bulunma yeteneği yarıya inmiştir Kara deliklerde iş daha da kötüdür Bir kara delik tarafından yayılan parçacıklar, gözlemcinin hakkında çok sınırlı bilgisi olduğu bir bölgeden geldikleri için, parçacığın konumu veya hızı veya ikisinin herhangi bir bileşimi hakkında belirli bir öngörüde bulunamaz; tüm öngörüde bulunabileceği şey belirli parçacıkların yayılacağı konusundaki olasılıklardır Bu nedenle Einstein Tanrı zar atmazderken iki defa yanılmış görünüyor Kara deliklerden parçacık yayılmasının değerlendirilmesi Tanrı'nın yalnızca zar atmakla kalmayıp, bazen zarları görülemeyecekleri yerlere attığı fikrini uyandırmaktadır 3Referanslar1 mathucreduhomebaezphysicsRelativityBlackHoleshawkinghtml2 http:wwwnaturecomnewshawkingradiationmimickedinthelab1161313 Hawking, S, 2019 Kara Delikler ve Bebek Evrenler ALFA Basım Yayım sizlere bilgilihocamcom farkıyla sunulmuştur