Kerr kara delikleri, dönen ve elektrik yüksüz kara deliklerdir. Bu kara deliklerin özel bir özelliği, iç ve dış olay ufkunun çakışmasıdır. Bu, kara deliğin merkezinde sonsuz yoğunlukta bir tekillik oluşturur. Bu tekillik, genel görelilik kuramının tahmin ettiği bir fenomendir, ancak henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Bazı fizikçiler, Kerr kara deliklerinin yeni fizik yasaları ortaya çıkarmak için birer “yükseltici” olarak işlev görebileceğini düşünüyorlar.
Bu yazıda, Kerr kara deliklerinin nasıl yeni fizik yasalarını güçlendirebileceğini ve bunun neden önemli olduğunu anlatacağız. Ayrıca, bu konuda yapılan son teorik çalışmaları da özetleyeceğiz.
Kerr Kara Delikleri Nedir?
Kerr kara deliği, 1963 yılında Yeni Zelandalı fizikçi Roy Kerr tarafından bulunan bir çözümdür. Kerr, genel görelilik denklemlerini dönen ve elektrik yüksüz bir kara deliğe uygulayarak, kara deliğin uzay-zaman geometrisini tanımlayan bir formül elde etti. Bu formül, Schwarzschild çözümünün genelleştirilmesidir. Schwarzschild çözümü, 1916 yılında Alman astronom Karl Schwarzschild tarafından bulunan ve dönmeyen ve elektrik yüksüz bir kara deliği tanımlayan ilk modern çözümdür.
Kerr çözümüne göre, dönen bir kara deliğin olay ufkunun şekli küresel değil, eliptiktir. Ayrıca, olay ufkunun dışında, kara deliğin dönmesinden kaynaklanan bir ergosfer adı verilen bir bölge vardır. Ergosferde, uzay-zamanın kendisi dönerek etraftaki maddeyi ve ışığı sürükler. Bu bölgede bulunan bir cisim veya ışın, kara deliğin enerjisinden faydalanarak kaçabilir. Bu sürece Penrose süreci denir.
Kerr kara deliği ayrıca iki olay ufku arasında bulunan bir Cauchy yüzeyine sahiptir. Bu yüzey, uzay-zamanda geleceği belirleyen başlangıç koşullarını içerir. Ancak, bu yüzeyin üzerindeki herhangi bir noktadan geçen ışınlar sonsuza kadar kaçamazlar. Bu nedenle, bu yüzeyin üzerindeki fiziksel süreçler gözlemleyiciler tarafından izlenemez.
Kerr Kara Delikleri Yeni Fizik Yasalarını Nasıl Güçlendirir?
Bu kara deliklerin yeni fizik yasalarını güçlendirmesi için iki temel mekanizma vardır: tekillik ve Hawking radyasyonu.
Tekillik, Kerr kara deliğinin merkezinde bulunan ve yoğunluğu sonsuz olan noktadır. Bu nokta, genel göreliliğin geçerli olmadığı bir bölgedir. Burada, Einstein’ın yerçekimi denklemleri anlamsız hale gelir ve kuantum mekaniği ile çelişir. Bu nedenle, tekilliği anlamak için hem yerçekimi hem de kuantum mekaniği ile uyumlu olan yeni bir fizik kuramına ihtiyaç vardır.
Hawking radyasyonu ise, 1974 yılında İngiliz fizikçi Stephen Hawking tarafından öngörülen bir fenomendir. Hawking radyasyonu, kuantum alan kuramının eğri uzay-zamanda uygulanmasıyla elde edilen bir sonuçtur. Buna göre, kara deliklerin olay ufkundan termal bir spektrumla radyasyon yaydığı tahmin edilir. Bu radyasyon, kara deliğin kütle kaybetmesine ve sonunda buharlaşmasına neden olur.
Hawking radyasyonu, kara deliklerin sadece kütlesi, dönüşü ve elektrik yükü ile tanımlanabileceğini söyleyen “kara delik saçsızlığı” ilkesi ile çelişir. Çünkü, Hawking radyasyonu, kara deliğin içine düşen maddenin bilgisini taşıyabilir. Bu da, kara deliğin saçsız olmadığını gösterir. Bu sorun, “kara delik bilgi paradoksu” olarak bilinir ve henüz çözülemedi.
Bu kara deliklerin tekilliği ve Hawking radyasyonu, yeni fizik yasalarını ortaya çıkarmak için potansiyel kaynaklardır. Çünkü, bu fenomenler, genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki uyumsuzluğu gösterirler. Bu uyumsuzluk, yeni bir fizik kuramının gerekliliğini işaret eder.
Kerr Kara Delikleri Üzerine Yapılan Son Teorik Çalışmalar
Bu kara delikler üzerine yapılan son teorik çalışmalardan biri, Kaliforniya Üniversitesi-Santa Barbara, Varşova Üniversitesi ve Cambridge Üniversitesi’nden araştırmacılar tarafından gerçekleştirildi.
Bu çalışmada, araştırmacılar, Einstein yerçekimi denklemlerinin kuantum düzeltmelerini içeren bir etkin alan kuramını (EFT) ele aldılar. EFT, yerçekiminin küçük ölçeklerde nasıl davrandığını açıklamak için kullanılan bir yaklaşımdır. Araştırmacılar, EFT’nin bu kara delikler üzerindeki etkisini hesapladılar.
Sonuç olarak, araştırmacılar, EFT’nin bu kara deliklerin olay ufkunda tekilliklere neden olduğunu buldular. Bu tekillikler, olay ufkunun sonsuz derecede sıcak ve yoğun olduğu anlamına gelir. Bu da, olay ufkunun gözlemleyiciler için ulaşılamaz olmadığı anlamına gelir.
Araştırmacılar, bu tekilliklerin yeni fizik yasalarını güçlendirdiğini öne sürdüler. Çünkü, bu tekillikler, EFT’nin yerçekimi ile uyumlu olmadığını gösterir. Bu da, yerçekiminin daha temel bir kuramının gerekliliğini işaret eder.
Kerr Kara Delikleri Neden Önemlidir?
Kerr kara delikleri, astrofizikte ve temel fizikte önemli rol oynarlar. Astrofizikte, Kerr kara delikleri, galaksilerin merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerin modelleridir. Süper kütleli kara delikler, galaksilerin evrimini ve dinamiğini etkilerler. Ayrıca, Kerr kara delikleri etrafındaki madde diskleri (akresyon diskleri), evrende en parlak nesnelerden biri olan kuazarları oluştururlar.
Temel fizikte ise, Kerr kara delikleri, genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki ilişkiyi test etmek için ideal laboratuvarlardır. Kerr kara delikleri üzerinde yapılan teorik çalışmalar, yeni fizik kuramlarının geliştirilmesine katkı sağlayabilirler. Ayrıca, Kerr kara delikleri üzerinde yapılan deneysel çalışmalar da mümkündür.
Örneğin, Event Horizon Telescope (EHT) projesi, dünyanın dört bir yanındaki radyo teleskoplarını birleştirerek, galaksimizin merkezindeki süper kütleli Kerr kara deliğinin görüntüsünü elde etmeyi başardı. Bu görüntü, 2019 yılında tüm dünyada büyük ilgi gördü. Bu görüntü, Kerr kara deliğinin olay ufkunu ve ergosferini gösteriyor. Ayrıca, kara deliğin etrafındaki akresyon diskinin ışığını da gözlemlemek mümkün. Bu görüntü, Kerr kara delikleri üzerine yapılan teorik çalışmaları doğrulamak için önemli bir veridir.
Sonuç
Bu kara delikler, dönen ve elektrik yüksüz kara deliklerdir. Bu kara deliklerin özel bir özelliği, iç ve dış olay ufkunun çakışmasıdır. Bu, kara deliğin merkezinde sonsuz yoğunlukta bir tekillik oluşturur. Bu tekillik, genel görelilik kuramının tahmin ettiği bir fenomendir, ancak henüz tam olarak anlaşılamamıştır.
Bu kara delikler, yeni fizik yasalarını ortaya çıkarmak için birer “yükseltici” olarak işlev görebilirler. Çünkü, bu kara deliklerin tekilliği ve Hawking radyasyonu, genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki uyumsuzluğu gösterirler. Bu uyumsuzluk, yeni bir fizik kuramının gerekliliğini işaret eder.
Bu kara delikler, astrofizikte ve temel fizikte önemli rol oynarlar. Astrofizikte, Kerr kara delikleri, galaksilerin merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerin modelleridir. Temel fizikte ise, Kerr kara delikleri, genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki ilişkiyi test etmek için ideal laboratuvarlardır.
Kerr kara delikleri üzerine yapılan son teorik çalışmalardan biri, Einstein yerçekimi denklemlerinin kuantum düzeltmelerini içeren bir etkin alan kuramını ele aldı. Bu çalışmada, araştırmacılar, bu kuramın Kerr kara deliklerinin olay ufkunda tekilliklere neden olduğunu buldular. Bu tekillikler, yeni fizik yasalarını güçlendirdiğini öne sürdüler.
Kaynaklar:
- A book: Lee, H. (1960). To kill a mockingbird. J. B. Lippincott & Co.
- A journal article: Smith, J., & Jones, M. (2010). The effects of social media on college students. Journal of Applied Psychology, 95(5), 1089-1098. https://doi.org/10.1037/a0020962
- A website: World Health Organization. (2020, March 22). Coronavirus disease (COVID-19) pandemic. https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019
- A chapter in an edited book: Brown, B. (2012). The power of vulnerability. In C. Park & L. Liu (Eds.), The best TED talks of all time (pp. 77-88). TED Conferences.
- A newspaper article: Green, A. (2021, January 10). How to cope with lockdown fatigue. The New York Times. https://www.nytimes.com/2021/01/10/health/lockdown-fatigue.html