Plazmalarda Bilgi Paradoksu ve Kara Delikler. Çok büyük lazer ışınları ve hızlı aynalar laboratuarda kara deliğin ölümüne neden olabilir.
Kara delikler fizik için bir bilinmezdir ve fizikçiler karadelikler ile ilgili fikirlere hiçbir zaman tamamen ısınamamıştır. Bunun nedeni, bir kara deliğin merkezinde matematiğin karmakarışık olmasıdır. Genel görelilik denklemleri, uzayın eğriliğinin sonsuz olması gerektiğini ve hiç kimsenin sonsuzluktan bir fizikçi kadar nefret etmediğini söyler.
Bu yeterince kötü bir durumdu ancak daha sonra kara deliklerin tamamen bilinmez olmadığı keşfedildi. Tam geri dönülemeyecek noktada ışık(yer çekiminin çok güçlü olduğu yerde ışık bile kaçamayabilir), Hawking radyasyonu şeklinde yayılır. Tam olarak Hawking radyasyonunun nasıl üretildiği, şu an üzerinde durduğumuz bir konu değil. Fizikçiler için, bu ayrı bir bilinmezdir. Kara delikten gelen Hawking radyasyonunun emisyonu, bilginin korunmasını ihlal eder. Bu düşünceyi deneyler vasıtasıyla çözümlemek için fizikçiler deneyler ile kara deliklerin taklit edebileceği laboratuarlara yönelmişlerdir.
Bilgiler Nereye Gidiyor?
Kuantum mekaniğinde bir parçacık, fiziksel anlamda doğrudan ölçülemeyen bir matematiksel yolla, o parçacığın tüm fiziksel bilgisini içeren bir dalga fonksiyonuyla tanımlanır. Parçacığı bir kara deliğin içine bırakabiliriz fakat kara deliğin dalga fonksiyonu, bu olay vasıtasıyla bilgiyi koruyacak bir şekilde değişmiş gibi görünmüyor. Daha sonra yayılan Hawking radyasyonu da açıkçası parçacık hakkında bilgi içermiyor.
Bunu somut bir yanlışlık noktasında gereğinden oldukça fazla basitleştirmemize rağmen, kara delik tarafından yutulan parçacıklarla ilgili tüm bilgilerin ortadan kaybolduğu görülüyor. Kuantum mekaniği bununla birlikte, bilginin kara deliğin dalga fonksiyonunda kodlanması gerektiğini ya da yayılan ışığın dalga fonksiyonunda bulunması gerektiğini söyler.
Fizikçiler bu konu hakkında yıllarca tartıştılar, ve en sonunda bilginin bir şekilde korunduğu sonucuna ulaştılar, ancak tam olarak nerde ve nasıl korunduğu hala tartışılmaktadır.
Savunulan görüşlerden bir tanesi, bir tür gecikmeli korelasyon içeriyor. Kara deliğin ömrü boyunca, Hawking radyasyonu sonuna kadar yayılır. Kara delik öldüğünde, kara deliğin yaşamında daha evvelden yaydığı tüm radyasyonla bağlantılı olan bir radyasyon patlaması yayılır.
Bu güzel bir fikir, fakat kimsenin bunu üzerinde test edebileceği bir kara deliği yok. Kıyaslama yoluyla fiziğe giriş yapalım. Temel fikir şudur: fizikte, bir çok farklı fiziksel sistem benzer veya özdeş matematikle tanımlanabilir. Ardından ise kara delik gibi erişilemeyen bir fiziksel sitemde neler olduğunu anlamak için erişilebilir bir deneyde fiziksel ölçümleri kullanabilirsiniz.
Çok Büyük Lazer Işınları ve Sıcak Plazmalar
Bu durumda araştırmacılar, buharlaştırıcı bir kara deliğin olay ufkunu taklit edebilmek için hızlandırıcı plazma aynalarını kullanmayı öneriyorlar. Bu kısa cümlenin içinde bir çok şey bulunuyor, bu nedenle çok büyük lazer ışınları, kara delik fiziği ve plazma fiziği alanına dolambaçlı ve kıvrımlı bir yolculuğa hazırlanmalıyız.
Plazma, birlikte tek bir sıvı halinde yüzen pozitif yüklü iyonlardan ve bir elektron gazından başka bir şey değildir. Plazma yaratmanın tek yolu, bir gaz üzerine yoğun bir lazer darbesi yansıtmaktır. Lazer darbesi elektronları atomlardan sökerek, hızlı hareket eden bir elektron bulutunu çabucak yaratırken, pozitif yüklü çekirdeklerin bile hareket etme şansı olmuyor. Şimdi ışığa ayna gibi davranan bir elektron gazınız var fakat bu hareketsiz bir ayna değil. Elektronlar ve pozitif yüklü çekirdekler arasındaki ayrışma, elektronları neredeyse ışık hızına kadar hızlandıran büyük bir elektrik alanı yaratır. Bu nedenle bu yalnızca bir aynadan ibaret değildir; bu ışık hızının önemli bir bölümünde hareket eden bir aynadır.
Bu hareket sayesinde, ikinci lazer darbesi yalnızca yansıtılmayacak; aynı zamanda doppler kaymış olacak(tamamen acil durum araçlarındaki sirenlerden yayılan sese benzer ).Böylece ayna üzerine yeşil ışık yansıtabilirsiniz ve eğer size doğru hareket ederse, X-ışını radyasyonunu geri alırsınız.
Olay burada bitmiyor. X-ışını radyasyonu katı bir materyal üzerine de yönlendirilebilir. Sadece katı bir malzemede değil, burada yoğunluk(öz kütle) yönlendirdiğiniz materyalin daha derinine doğru dikkatlice artar. (Örneğin bunu, materyalde delikler açarak ve her şeyin ortalama olduğunu düşünerek yapabilirsiniz.)X-ışını darbesi, tüm materyalleri iyonize edecektir ancak yoğunluktaki değişim, malzemenin derininde pozitif yüklerin daha fazla olduğu anlamına gelir, ve yükler yeni serbest kalan elektronları materyal içine doğru hızlandırır. Gittikçe artan bir şekilde materyalin içine girerken ise birdenbire dururlar.
Bu ikinci elektron topluluğu aynı zamanda bir kara delik gibi davranan ancak hızlandırılmış bir ömrü olan plazma aynası görevi görür. Hızlanmanın başlangıç kısmında, plazma ayna denklemleri bir kara deliği taklit ederek, sürekli bir akış halinde Hawking radyasyonunu yayar. Aynanın şiddetli sonu ise ölen bir kara deliğe benzer ve aynı zamanda radyasyon yayar.
Benzerlik göz önüne alındığında, Hawking radyasyonunun nasıl yayıldığını inceleyebiliriz: en sonunda gerçekten Hawking radyasyonu patlaması yapın, bu son fotonlar birbirleriyle mi yoksa daha önce salınan Hawking radyasyonuyla mı ilintilidir? Öyleyse radyasyonun son patlaması bilgi paradoksunu çözebilir.
Bunun güzel yanı, deneyin gerçekten yapılabilmesidir. Fransa ve ABD’de, gereken koşulları tamamıyla yaratacak kadar büyük ve tehlikeli lazer tesisleri bulunmaktadır. Analog Hawking radyasyonundaki ölçümler zordur, fakat yapılmaması için bir neden yoktur.
Analoji Hala Bir Hikaye
Fakat bütün bunlar bize çok fazla yardımcı olmuyor. Sonuçta ilk Hawking radyasyonlarıyla son Hawking radyasyonları arasında yüksek derecede bir korelasyon gözlemlediğimizi düşünelim. Bu bize ne anlatıyor?Bize hızlandırılmış bir plazma aynasının korelasyonlu radyasyonu yaydığını söylüyor.Eğer kara delik fiziği tamamıyla berzerse, o zaman aynı mekanizma işlemektedir ancak bize kara delik fiziğinin tamamıyla analog(benzer) olduğunu söylemez.Ya sonuçlar olumsuzsa ve hiçbir korelasyon yoksa? Bunun nedeni fizik analojisinin hatalı olması mıdır? Ya da bizler sonucu gerçekten kara deliklere uygulayabilir miyiz?
Kara deliklerdeki bilgi kaybı ile ilgili tüm bu tartışmaların nedeni, fiziğin yeterince iyi anlaşılamamasıdır. Matematik hala yanlış olabilir ya da bilgileri korumak için bazı diğer mekanizmalar işleyebilir. Deneyin bize söylediği her ne olursa olsun, yer çekimi ve kuantum mekaniğinin birleştirilmiş teorisine düzgün bir şekilde ulaşana kadar aslında kara delikler hakkında bize güvenilir bir şey söylemeyecek. Kazanan tek gerçek ise, biraz farklı yollarla ve biraz farklı varsayımlarla kara delikleri büsbütün taklit eden çok farklı fiziksel sistemlerin var olmasıdır. Eğer hepsi aynı fikirde olursa, o zaman daha derin bir sonuç mümkün olabilir.
Ayrıca modellerimizin ne kadar hatalı ve sınırlı olabileceğini biiyoruz. Çünkü yıldız sistemlerine, nötron yıldızlarına, galaksilere ve evrenin kendisine modeller üzerinde sınırlar koymak için ölçülerimiz var. Modellerimizdeki her ilerlemeyle, fizik-analog deneylerine daha fazla güven oluşturulabilir. Bu, fizik-analog deneylerinden yararlı bilgiler elde edeceğimiz anlamına geliyor. Fakat bir kara deliğin olay ufku, şu anda doğru bildiğimiz her şeyin tam kenarında. Bu nedenle her şeyi dikkatlice yorumlamalıyız.
CHRIS LEE
Çeviri: Zeynep Kübra Akpıbar