Yazı dizimizin ilk bölümüne buradan ulaşabilirsiniz.
Özellikler ve Yapı
Saçsızlık teoremi, oluşumundan sonra kararlı bir duruma ulaştığında, bir kara deliğin yalnızca üç bağımsız fiziksel özelliğe sahip olduğunu varsayar: kütle, elektrik yükü ve açısal momentum; kara delik bunun dışında hiçbir özelliğe sahip değildir. Eğer varsayım doğruysa, bu özellikler veya parametreler için aynı değerleri paylaşan herhangi iki kara delik birbirinden ayırt edilemez. Varsayımın modern fizik yasaları altında gerçek kara delikler için ne derece doğru olduğu şu anda çözülmemiş bir sorundur.
Bu özellikler özeldir çünkü bir kara deliğin dışından görünebilmektedirler. Örneğin, yüklü bir kara delik tıpkı diğer yüklü nesneler gibi diğer benzer yükleri iter. Benzer şekilde, kara delik içeren bir kürenin içindeki toplam kütle, kara delikten uzakta Gauss yasasının kütleçekimsel analoğu (ADM kütlesi aracılığıyla) kullanılarak bulunabilir. Benzer şekilde, açısal momentum (veya spin), örneğin Lense-Thirring etkisi aracılığıyla, kütleçekim manyetik alan tarafından sürüklenen çerçeve kullanılarak çok uzaklardan ölçülebilir.
Bir nesne kara deliğe düştüğünde, nesnenin şekli veya üzerindeki yük dağılımı hakkındaki her türlü bilgi kara deliğin ufku boyunca eşit olarak dağılır ve dışarıdaki gözlemciler için kaybolur. Bu durumda ufkun davranışı, sürtünme ve elektrik direncine sahip iletken esnek bir zarınkine çok benzeyen dağıtıcı bir sistemdir. Bu, mikroskobik düzeyde herhangi bir sürtünme veya dirence sahip olmayan elektromanyetizma gibi diğer alan teorilerinden farklıdır, çünkü bunlar zaman içinde tersine çevrilebilir. Bir kara delik eninde sonunda sadece üç parametre ile kararlı bir duruma ulaştığından, başlangıç koşulları hakkında bilgi kaybetmekten kaçınmanın bir yolu yoktur: bir kara deliğin yerçekimi ve elektrik alanları içeri giren şey hakkında çok az bilgi verir. Kaybedilen bilgi, toplam baryon sayısı ve lepton sayısı gibi yaklaşık olarak korunan kuantum sayıları da dahil olmak üzere, kara delik ufkundan uzakta ölçülemeyen her miktarı içerir. Bu davranış o kadar şaşırtıcıdır ki kara delik bilgi kaybı paradoksu olarak adlandırılmıştır.
Fiziksel Özellikler
En temel statik kara deliklerin kütlesi vardır ancak ne elektrik yükü ne de açısal momentumları vardır. Bu kara delikler genellikle 1916’da bu çözümü keşfeden Karl Schwarzschild’e atfen Schwarzschild kara delikleri olarak adlandırılır.Böyle bir kara deliğin kütleçekim alanı ile aynı kütleye sahip başka bir küresel nesnenin kütleçekim alanı arasında belirli bir mesafede gözlemlenebilir bir fark olmadığı anlamına gelir. Kara deliğin çevresindeki “her şeyi içine çektiği” şeklindeki popüler düşünce bu nedenle yalnızca kara deliğin ufku yakınında doğrudur; uzakta, dış çekim alanı aynı kütleye sahip başka herhangi bir cisminkiyle aynıdır.
Daha genel kara delikleri tanımlayan çözümler de mevcuttur. Dönmeyen yüklü kara delikler Reissner-Nordström metriği ile tanımlanırken, Kerr metriği yüksüz dönen bir kara deliği tanımlar. Bilinen en genel durağan kara delik çözümü, hem yükü hem de açısal momentumu olan bir kara deliği tanımlayan Kerr-Newman metriğidir.
Olay Ufku
Bir kara deliğin tanımlayıcı özelliği bir olay ufkunun ortaya çıkmasıdır; bu ufuk uzay-zamanda madde ve ışığın sadece kara deliğin kütlesine doğru geçebildiği bir sınırdır. Hiçbir şey, ışık bile, olay ufkunun içinden kaçamaz. Olay ufku bu şekilde anılır çünkü sınır içinde bir olay meydana gelirse, bu olaydan gelen bilgi dışarıdaki bir gözlemciye ulaşamaz, bu da böyle bir olayın meydana gelip gelmediğini belirlemeyi imkansız hale getirir.
Genel görelilik tarafından öngörüldüğü üzere, bir kütlenin varlığı uzay-zamanı parçacıkların izlediği yolların kütleye doğru büküleceği şekilde deforme eder. Bir kara deliğin olay ufkunda bu deformasyon o kadar güçlü hale gelir ki kara delikten uzağa giden hiçbir yol kalmaz.
Uzaktaki bir gözlemciye kara deliğin yakınındaki saatler, kara delikten daha uzaktakilere kıyasla daha yavaş işliyor gibi görünecektir. Kütleçekimsel zaman genişlemesi olarak bilinen bu etki nedeniyle, kara deliğe düşen bir nesne olay ufkuna yaklaştıkça yavaşlar ve ona ulaşması sonsuz bir zaman alır. Aynı zamanda, sabit bir dış gözlemcinin bakış açısından bu nesne üzerindeki tüm süreçler yavaşlar ve nesne tarafından yayılan herhangi bir ışığın daha kırmızı ve sönük görünmesine neden olur, bu da kütleçekimsel kırmızıya kayma olarak bilinen bir etkidir. Sonunda, düşen nesne artık görülemeyene kadar kaybolur. Tipik olarak bu süreç çok hızlı gerçekleşir ve bir nesne bir saniyeden daha kısa bir süre içinde gözden kaybolur.
Öte yandan, bir kara deliğin içine düşen yok edilemez gözlemciler olay ufkunu geçerken bu etkilerin hiçbirini fark etmezler. Kendilerine her şey normal işliyor gibi görünen kendi saatlerine göre, herhangi bir tekil davranış fark etmeden sonlu bir süre sonra olay ufkunu geçerler; klasik genel görelilikte, Einstein’ın eşdeğerlik ilkesi nedeniyle olay ufkunun yerini yerel gözlemlerden belirlemek imkansızdır.
Tekillik
Bir kara deliğin merkezinde, genel görelilik tarafından tanımlandığı gibi, uzay-zaman eğriliğinin sonsuz hale geldiği bir bölge olan yerçekimsel bir tekillik bulunabilir. Dönmeyen bir kara delik için bu bölge tek bir nokta şeklini alır; dönen bir kara delik için ise dönme düzleminde uzanan bir halka tekillik oluşturacak şekilde yayılır. Her iki durumda da tekil bölge sıfır hacme sahiptir. Tekil bölgenin kara delik çözümünün tüm kütlesini içerdiği de gösterilebilir. Bu nedenle tekil bölge sonsuz yoğunluğa sahip olarak düşünülebilir.
Bir Schwarzschild kara deliğine düşen gözlemciler (yani dönmeyen ve yüklü olmayan) olay ufkunu geçtikten sonra tekilliğe sürüklenmekten kaçınamazlar. İnişlerini yavaşlatmak için hızlanarak bu deneyimi uzatabilirler, ancak sadece bir sınıra kadar. Tekilliğe ulaştıklarında, sonsuz yoğunluğa kadar ezilirler ve kütleleri kara deliğin toplamına eklenir. Bu gerçekleşmeden önce, bazen spaghettification ya da “erişte etkisi” olarak adlandırılan bir süreçte büyüyen gelgit kuvvetleri tarafından parçalanmış olacaklardır.
Yüklü (Reissner-Nordström) veya dönen (Kerr) bir kara delik durumunda, tekillikten kaçınmak mümkündür. Bu çözümleri mümkün olduğunca genişletmek, kara deliğin bir solucan deliği gibi davranmasıyla kara delikten farklı bir uzayzamana çıkmanın varsayımsal olasılığını ortaya çıkarır. Bununla birlikte, başka bir evrene seyahat etme olasılığı sadece teoriktir, çünkü herhangi bir sapma bu olasılığı yok edecektir. Ayrıca Kerr tekilliği etrafında kapalı zaman eğrilerini (kişinin kendi geçmişine dönmesi) takip etmek de mümkün görünmektedir ki bu da büyükbaba paradoksu gibi nedensellik sorunlarına yol açmaktadır. Bu tuhaf etkilerin hiçbirinin dönen ve yüklü kara deliklerin uygun bir kuantum işleminde hayatta kalamayacağı beklenmektedir.
Genel görelilikte tekilliklerin ortaya çıkması genellikle teorinin çöküşüne işaret olarak algılanmaktadır. Ancak bu çöküş beklenmektedir; aşırı yüksek yoğunluk ve dolayısıyla parçacık etkileşimleri nedeniyle kuantum etkilerinin bu eylemleri açıklaması gereken bir durumda ortaya çıkmaktadır. Bugüne kadar kuantum ve kütleçekim etkilerini tek bir teoride birleştirmek mümkün olmamıştır, ancak böyle bir kuantum kütleçekim teorisini formüle etme girişimleri mevcuttur. Genellikle böyle bir teorinin herhangi bir tekillik içermemesi beklenmektedir.
Devam edecek…