Kara delikler evrendeki en gizemli yerlerdendir; Uzay ve zamanın dokusunun o kadar kötü eğildiği yerler, ışık bile onlardan kaçamaz. Einstein'ın genel görelilik teorisine göre, merkezlerinde tekillik, birçok yıldızın kütlesinin tam olarak sıfır boyutlu bir hacme ezildiği bir yer var. Bununla birlikte, Fiziksel İnceleme Mektupları ve Fiziksel İnceleme D dergilerinde Aralık 10'da yayınlanan iki yeni fizik makalesi, bilim adamlarının karadelikler hakkında bildiklerimizi yeniden düşünmelerini sağlayabilir. Kara delikler sonsuza dek sürmeyebilir ve gazetelere göre, doğalarını ve merkezde neye benzediklerini tamamen yanlış anlamış olabiliriz.
Einstein'ın fiziğinin kenarı
Gökbilimciler ve fizikçiler uzun zamandır tekillik fikrinin yanlış olması gerektiğini savunuyorlar. Kütlesi olan bir nesnenin boyutu yoksa, sonsuz yoğunluğa sahiptir. Ve araştırmacılar "sonsuzluk" kelimesini etrafına fırlattıkça, bu tür sonsuzluklar doğada mevcut değildir. Bunun yerine, gerçek, fiziksel, bilimsel bir durumda bir sonsuzlukla karşılaştığınızda, bunun gerçek anlamı, matematiğinizi uygulandıkları alanın ötesine itmiş olmanızdır. Yeni matematiğe ihtiyacınız var.
Buna tanıdık bir örnek vermek kolaydır. Newton'un yerçekimi yasası, yerçekimi çekiminin gücünün iki nesne arasındaki kare boyunca bir tane olarak değiştiğini söylüyor. Eğer Dünya'dan uzakta bir top alırsanız, belirli bir ağırlık yaşayacaktı. Sonra, onu Dünya'ya yaklaştırdıkça, ağırlık artacaktır. Nesneyi Dünya'nın merkezine yakınlaştırdığınızda, bu denklemi uç noktalara götürmek, sonsuz bir güç yaşayacaktır. Ama öyle değil.
Bunun yerine, nesneyi Dünya yüzeyine yakınlaştırdığınızda, Newton'un basit yerçekimi yasası artık geçerli değildir. Dünya kütlesinin gerçek dağılımını hesaba katmanız gerekir ve bu, farklı davranışları tahmin eden farklı ve daha karmaşık denklemler kullanmanız gerektiği anlamına gelir. Benzer şekilde, Einstein'ın genel görelilik teorisi, karadeliklerin merkezinde sonsuz yoğunlukta tekillik olduğunu öngörürken, bu doğru olamaz. Çok küçük boyutlarda, yeni bir yerçekimi teorisi devreye girmelidir. Bu yeni teori için genel bir ismimiz var: Buna kuantum yerçekimi deniyor.
Kuantum yerçekimi adı basitçe "en küçük ölçeklerde yerçekimi" anlamına gelir, ancak ifade belirli bir teori anlamına gelmez. Bununla birlikte, yerçekimini mikrokozmosta olduğu gibi tanımlayacak özel teorik önerilerde bulunulmuştur. Bir teklife döngü kuantum yerçekimi denir.
Döngü kuantum yerçekimi matematiksel olarak iyi tanımlanmıştır ve uzay-zaman dokusunu, zaman içinde gelişen spin ağlarının bir kafesi olarak ifade eder. Spin ağları sadece parçacıkların ve alanların nasıl etkileştiğini açıklayan matematiksel bir formülasyondur. Daha pratik bir bakış açısından, döngü kuantum yerçekimi, uzay-zamanın, mümkün olan en küçük birim veya alan ve zaman parçasıyla nicelendirildiğini ve bunun ötesinde uzay-zamanın daha fazla alt bölümlere ayrılmayacağını öngörür.
Döngü kuantum yerçekimi karadelikler içinde test edilebilir tahminler yapmaya direnen zor bir matematik teorisidir. Ancak Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden Abhay Ashtekar ve Javier Olmedo ve Louisiana Eyalet Üniversitesi'nden Parampreet Singh kara deliklerin merkezine döngü kuantum yerçekimi uyguladılar. Sonucun tekillik olmadığını iddia ediyorlar.
Hesaplamaları, uzay zamanının kara deliğin merkezine çok güçlü bir şekilde eğildiğini tahmin ediyor. Sonuç olarak, uzay-zaman gelecekte beyaz bir delik yapısına sahip bir bölgeye devam ediyor. Beyaz bir delik, tersine bir kara delik gibidir, yani maddeyi içine çeken bir kara deliğin aksine, beyaz bir delik madde dışarı fırlar.
Belki de neyi tahmin ettiklerini hayal etmenin başka bir yolu var. Güçlü yerçekimi alanlarında zamanın yavaşladığı iyi bilinmektedir. Ve karadelikler evrendeki en güçlü yerçekimi alanlarını içerir. Bu nedenle, bu yeni çalışmanın olası bir yorumu, maddenin karadeliğe düştüğü ve daha sonra kütleyi kozmos boyunca geri çektiği “sektiği” dir. Bir kara deliğin merkezine yakın zaman çok yavaş olduğu için, bu işlem çok büyük bir zaman alıyor. Araştırmacılar doğruysa, şu anda kara deliklerin olduğu çok uzak bir gelecekte madde patlayacak ve maddeyi kozmosa yayacaktır.
Teorik bilimde her zaman olduğu gibi, doğru olmayan birçok ilginç ve kışkırtıcı fikir vardır ve bu onlardan biri olabilir. Bu nedenle, bu gibi teorik fikirler için deneysel destek olup olmadığını görmek önemlidir.
Birkaç olasılık var. Bilim adamları, uzayda tam olarak açıklanmayan çok yüksek enerji olayları gözlemlediler. Bunlardan biri, Dünya'nın atmosferini vuran çok yüksek enerjili kozmik ışınların varlığıdır. Bir diğeri, "hızlı radyo patlamaları" olarak adlandırılan şeydir; bu, çok kısa bir sürede büyük miktarda radyo enerjisi gözlemlendiğinde ortaya çıkar. Bu fenomenlerin her ikisi de, en azından prensipte, beyaz bir deliğe geçiş yapan bir kara deliğin imzası olabilir.
Bu ilginç yeni fikri kabul etmek kesinlikle erken. Bunun yerine, döngü kuantum yerçekimi kullanarak devam eden hesaplamaların nasıl ortaya çıktığını görmek ihtiyatlı olacaktır. Tahminler iyileşir ve açıklanamayan gözlemlenen bazı astronomik olaylara benzemeye başlarsa, bu yeni sonuç hem kuantum yerçekiminin nasıl çalıştığını açıklayacak hem de evrenimizin hem geçmişi hem de geleceği hakkındaki anlayışımızı yeniden şekillendirebilir.
Don Lincoln bir fizik araştırmacısıdır. Fermilab'ın. O "Büyük Hadron Çarpıştırıcısı: Higgs Bozonunun Olağanüstü Hikayesi ve Aklınızı Uçuracak Diğer Şeyler"(Johns Hopkins University Press, 2014) ve bir dizi fen eğitimi üretiyor videolar. Onu takip et Facebook'ta. Bu yorumda ifade edilen görüşler ona aittir.
Don Lincoln bu yazıyı Live Science'ın Uzman Sesler: Op-Ed ve Analizler.
