Karadeliklerin Merkezinde Sonsuz Bir Nokta Değil, 3 Boyutlu Bir Yüzey mi Var?
Kara deliğin olay ufkunun ötesinde ne olduğu bir gizemdir.
Bu, ışığın artık bir kara delikten kaçamayacağı mesafeyi işaretleyen sınırdır; bu da kara deliğin aslında nasıl göründüğüne dair cevaplar ararken, içeriyi görmenin bir yolunu bulamamamıza neden olur.
Basitlik adına, ders kitapları genellikle olay ufkunun ötesinde gizli olan tekilliği sonsuz yoğunluklu sıfır boyutlu bir nokta olarak tanımlar.
Physical Review D’de yayınlanacak yeni bir makaleye göre, bu basitleştirme fazla ileri gitmiş olabilir.
Bunun yerine, Colorado Boulder Üniversitesi’nden teorik fizikçi Andrew J. S. Hamilton ve Mary Üniversitesi’nden Tyler McMaken, tekilliğin düz, üç boyutlu bir yüzey olarak daha iyi anlaşılabileceğini savunuyorlar.
Hamilton, ScienceAlert’e verdiği demeçte, “Öğrencilerime kara deliklerin her zaman sezgilerime meydan okuduğunu şaka yollu söylüyorum” dedi.
“Evet, bu bir sürprizdi. Aynı zamanda, Schwarzschild tekilliğinin düz görünümünü de mantıklı kıldı.”
Olay ufkundan aşağı düşen bir gözlemcinin bakış açısından manzara nasıl görünebilir? (Andrew J. S. Hamilton)
Bir kara deliğin içinde, uzay, tekilliğe doğru ışıktan daha hızlı düşer. 1930’lara gelindiğinde, fizikçiler bu tekilliği bir nokta olarak tasvir etmeye başlamışlardı.
Daha sonra, 1960’larda, resim değişmeye başladı. Dönen bir Kerr kara deliğinde, fizikçiler, tekilliğe doğru düşüşün hareketinin merkezkaç itmesiyle yavaşladığını ve bunun sonucunda tekilliğin bir nokta değil, bir halka olduğunu buldular.
Dönmeyen bir Schwarzschild kara deliğinde ise tekillik bir nokta olarak kaldı. Çizmesi kolay, öğretmesi kolay ve nispeten anlaşılması kolay olduğu için model devam etti.
Ancak, Hamilton, on yıllar önce bile, noktanın Schwarzschild kara deliği fiziğinin yetersiz bir temsili olduğuna dair rahatsız edici bir sezgi geliştirmeye başlamıştı.
“Kuantum kütleçekimi, teorik fiziğin en temel sorusudur ve kara deliklerin tekil yüzeyleri, evrenimizde kuantum kütleçekiminin gerçekleştiği yerlerdir.” – teorik fizikçi Andrew J. S. Hamilton
1998 yılıydı ve Hamilton’ın giriş niteliğindeki astronomi dersindeki öğrencilerinin merakı, onu bir kara deliğe düşmenin nasıl bir şey olabileceğine dair genel göreliliksel görselleştirmeler oluşturmaya yönlendirdi.
Ortaya çıkan şey… bir yüzeydi.
“Gördüklerimi rapor ettim, ancak açıklamaya çalışmadım çünkü anlamadım,” dedi.
“Kanıtlar gösteriyor ki, evet, tereddüt ettik. Anlama yolculuğu on yıllar sürdü.”
Hamilton, cevabın, aynı kara deliğe zıt yönlerden düşen iki gözlemciyi takip etmekte yattığını fark etti.
Kara deliğe düşmenin görselleştirilmesinden sekiz kare. (Hamilton & McMaken, Phys. Rev. D., 2026)
Soru basitti: Nereye varacaklar?
Eğer tekillik bir nokta olsaydı, her iki gözlemci de sonunda aynı yere varmalıydı.
Ancak Hamilton ve McMaken’in gösterdiği gibi, genel göreliliğe göre bu asla gerçekleşemez.
Gözlemciler düşerken, kara deliğin bükülmüş uzay-zamanı, ışığın – veya herhangi bir başka sinyalin – aralarında seyahat etmesini engeller. Kalıcı olarak nedensel olarak bağlantısız hale gelirler, yani hiçbiri diğerinin son anlarını etkileyemez veya hatta bilemez.
Hamilton ve McMaken, gözlemciler tekilliğe ulaşmadan önce artık bilgi alışverişinde bulunamazlarsa, nihayetinde aynı uzay-zaman olayında birleşemeyeceklerini savunuyorlar.
Çelişki, tekilliğin her gözlemcinin farklı bir konumda ulaştığı üç boyutlu uzay benzeri bir yüzey olması durumunda ortadan kalkar.
Foton küresinin dışında, neredeyse ışık hızında bir kara deliğin etrafında dönmenin nasıl görünebileceği. (Andrew J. S. Hamilton)
Ya da Hamilton’ın 2010’da belirttiği gibi: “‘Tekillik’ bir nokta değil. Aksine, genel göreliliğin intihar ettiği üç boyutlu bir uzaysal sınırdır.”
Bu çalışma sadece Schwarzschild kara deliklerine uygulanmıyor. Kerr kara deliklerinin halka tekillikleri uzun zamandır Schwarzschild noktalarından temel olarak farklı kabul ediliyordu, ancak belki de ikisi aslında o kadar da farklı değil.
Bunun yerine, yazarlar gerçekçi bir Kerr kara deliğinin iç ufkunda uzay benzeri tekil bir yüzeye çökeceğini ve tekilliğinin, alışılmış ders kitabı resminin önerdiğinden daha çok bir Schwarzschild kara deliğininkine benzeyeceğini savunuyorlar.
Bu, çalışmanın fizikçilerin tekillikler hakkında temel prensiplerden yola çıkarak düşünme biçimini yeniden şekillendirebileceği anlamına geliyor.
Eğer Schwarzschild tekilliği bir nokta değil de bir yüzey ise, bu durum genel göreliliğin geçerliliğini yitirdiği matematiksel ortamı ve dolayısıyla gelecekteki herhangi bir kuantum kütleçekim teorisinin başlangıç noktasını değiştirir.
“Kuantum kütleçekimi, teorik fiziğin en önemli sorusudur ve kara deliklerin tekil yüzeyleri, evrenimizde kuantum kütleçekiminin gerçekleştiği yerlerdir,” diye açıkladı Hamilton.
“Kuantum kütleçekimi üzerine yazılan literatürün büyük bir kısmı soyut ve gerçeklikten kopuktur. Topluluğun daha gerçekçi yönlere doğru evrilmesini çok isteriz.”
Kuantum kütleçekimi, kozmik ölçeklerdeki kütleçekimini tanımlayan Einstein’ın genel görelilik kuramını, atomik ve atom altı ölçeklerdeki kuantum dünyasını yöneten kuantum mekaniğiyle birleştirecek, uzun zamandır aranan bir teoridir.
Her iki teori de kendi başlarına olağanüstü derecede iyi çalışır, ancak bir kara deliğin içindeki aşırı koşullar altında matematiksel olarak uyumsuz hale gelirler.
“Modern teorik fiziğin yüce bir hedefi, uygulanabilir bir kuantum kütleçekimi teorisidir. Henüz orada değiliz,” dedi Hamilton.
“Umarız, kuantum kütleçekiminin gerçekleşmek üzere olduğu yerleri keşfederek ilerleme kaydedebiliriz.”
Kaynak: https://www.sciencealert.com