NASA – Kara delik canlandırması

Bir nesne, kara deliğin içine çekildiğinde sahip olduğu bilgisi (enformasyon) ne olur? Bugün geçerli olan kuramlara göre küp şeklinde bir demiri kara deliğin içine düşürürseniz bu bilgiyi geri kazanmanıza imkan yoktur. Çünkü bir kara deliğin kütle çekimi o kadar güçlüdür ki kaçış hızı ışıktan daha hızlıdır. Oysa ışık hızını hiçbir şeyin geçemeyeceğini biliyorduk.

Ancak kuantum mekanik adı verilen bir bilim dalı şöyle der: Kuantum bilgisi yok edilemez. Loyola Üniversitesi’nden fizik profesörü Robert McNees, “Eğer bu bilgiyi bir şekilde yok ederseniz, bazı şeyler altüst olur, çığrından çıkar” diyor.

Kuantum bilgi bizim 1’ler ve 0’lar olarak bilgisayarlarda depoladığımız bilgiden veya beynimizdeki kayıtlardan farklıdır. Çünkü kuantum kuramları nesnenin nerede olduğu gibi bilgileri tam olarak sağlamaz. Tam tersi bu kuramlar, olasılığı en yüksek konumu veya bir eylemin en olası sonucunu verir. Sonuç olarak çeşitli olayların olasılıkları toplamı 1’e veya %100’e eşit olmalıdır. Örnek vermek gerekirse 6 yüzeyli bir zarı attığınızda herhangi bir yüzünün gelme olasılığı altıda birdir. Böylece tüm yüzlerin olasılığı toplamı 1’dir. Ve bir şeyin olacağından hiçbir zaman %100 emin olamazsınız. Bu nedenle kuantum kuramı üniter olarak bilinir. Bir sistemin nasıl sonuçlanacağını bilirseniz, nasıl başlamış olduğunu da hesaplayabilirsiniz.

Bir kara deliği tanımlamak isterseniz, ihtiyacınız olan şeyler kütlesi, açısal momentumu (eğer dönüyorsa) ve yüküdür. Bir kara delikten Hawking radyasyonu dışında hiçbir şey kaçamaz. Hawking radyasyonu yavaş yavaş sızan termal radyasyondur. Herkesin bildiği gibi kara deliğin ne yuttuğunu anlamak için tersine hesaplama yapılamaz. Çünkü bilgi yok olmuştur. Yine de kuantum kuramına göre bilgi tamamen erişilemez değildir. İşte burada devreye “bilgi paradoksu” giriyor.

McNees, bu konu üzerinde çok sayıda çalışma yapılmış olduğunu söylüyor. Bunların başında Stephen Hawking ve Stephen Perry geliyor. Bu ikisi 2015’te bilginin kara deliğin derinliklerinde sıkışmış olmadığını, kara deliğin olay ufku denilen sınırlarında depolandığını ileri sürdüler. Pek çokları bu paradoksu çözmeye çalıştılarsa da bugüne dek fizikçiler, açıklamalar üzerinde bir görüş birliğine varmış değil. Ve anlaşmazlığın da kısa sürede çözülemeyeceği düşünülüyor.

Reyhan Oksay

https://www.livescience.com/34052-unsolved-mysteries-physics.html

Kara deliğin içinde neler oluyor? yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

1929’da ise ABD’li gökbilimci Edwin Hubble, evrendeki bir cisim bizden ne kadar uzaksa ışığının o kadar kırmızıya kaydığını (redshift), yani dalga boyunun arttığını (bizden hızla uzaklaşan bir aracın sesinin kalınlaşması gibi) ve bu artışın miktarını bularak evrenimizin büyük patlama sonucu genişlemekte olduğunun kanıtını sunmuştur.

Bu öylesine büyük bir paradigma değişikliği idi ki, felsefi açıdan statik (durağan) bir evrene inanan Einstein bile başlangıçta kabul etmek istememiş, ama Hubble’ın ölçümleri karşısında direnmeyi bırakmıştır.

10-15 metre doğrulukla belirleniyor

Genel görelilik, evrenin pek çok olayını ve cisimlerini, örneğin kara delikleri açıklamakta, en uç bilimsel araştırmalar için kullanılan aygıtlarda ve uygulamalarda özel görelilikle birlikte sürekli kullanılmaktadır.

Günümüzde her iki görelilik kuramının en etkileyici ve yoğun kullanımlarından biri ise, artık hepimizin günlük yaşamının bir parçası olan navigasyon ve yer belirleme uygulamalarında kullandığımız GPS lerdedir.

Bilindiği gibi, GPS, bulunduğumuz konumu, dünyamız etrafındaki uyduların, cebimizdeki alıcı ya da akıllı telefonlara gönderdileri elektromagnetik dalgaların geliş sürelerini çok hassas biçimde ölçüp mesafeye çevirerek belirlemektedir.

Konumumuzu yeterince doğru ve hassas biçimde (10-15 m doğrulukla) belirleyebilmek için ise, söz konusu zamanın saniyenin milyarda biri (nanosaniye) mertebelerinde yaklaşan bir doğrulukla ölçülmesi gerekmektedir!

Bu olağanüstü hassasiyete inildiğinde ise, görelilik kuramları gereği, uydunun bize göre daha hızlı dönmesi ve dünyamıza göre bizden daha yüksekte (uzakta) olması sonucu, uydudaki zaman bizdekinden farklı akmaktadır.

İşte, özel ve genel görelilik yasaları bu zaman farkını hesaplayarak gerekli düzeltmelerin yapılmasını sağlarlar. Eğer bu düzeltmeler yapılamasa idi, GPS yerimizi metrelerce değil kilometrelerce hatalı gösterecek ve hiçbir işe yaramayacaktı!

Kuantum teorisi ile uyum sorunu

Genel görelilik, evrenin devasa boyutlarına ve büyük olaylarına sorunsuz uygulanabilmekle birlikte, mikroskopik ölçekte (atom ve atom altı ölçekte) geçerliliğini yitirmektedir. Bu ölçekteki olayları çok doğru ve hassas biçimde açıklayan kuram ise kuantum kuramıdır (quantum theory, quantum mechanics).

Yazımızın başında sözünü ettiğimiz makalesinde Einstein, kuantum kuramının temellerini atmış olsa bile, daha sonra söz konusu kuramın tüm öngörülerinin olasılıklar biçiminde belirtilmesi, kesinliğin olmayışı, sebep-sonuç ilişkilerinin belirsizleşmesi karşısında çok tepki göstermiş ve bu tepkisini ‘Tanrı zar atmaz!’ biçiminde dile getirmiştir.

Günümüzde ise genel görelilik ve kuantum kuramlarının birleştirilerek, ‘Her şeyin Kuramı’ denilebilecek bir evrensel kurama ulaşma çabaları henüz bir sonuç vermemektedir. Bu yöndeki birçok teorik çalışmaya ek olarak genel göreliliğin öngördüğü kütleçekim dalgaları ve bunların mikroskopik ölçekteki yansıması olan ve graviton adı verilen parçacığı arama çabaları da artarak sürmektedir.

Kara madde ve kara enerji

1970’li yıllarda gökadalar (galaksiler) üzerinde yapılan ölçümler, bunların hareketlerini açıklayabilmek için, ağırlıklarının, gözlemlenenin 5 katı kadar olması gerektiğini ortaya çıkardı.

Bunun da iki sonucu vardı, ya evren ‘kara madde’ adı verilen ve kütlesinin %80’ini oluşturan görünmeyen bir madde ile dolu idi, ya da Genel Görelilik kuramı yanlıştı!

Günümüzde, bilim insanlarının çoğunun varlığına inandığı karanlık madde arayışı, yeni ve daha duyarlı yöntem ve algılayıcılar arayıcılığı ile sürmektedir, ama bir sonuç alınabilmiş değildir.

Bomba etkisi yapan keşif

1998 yılında ise bilim dünyasında bomba etkisi yapan bir keşif yapıldı. Evrenimizin büyük patlama sonrası başlayan genişlemesi, genel göreliliğin öngördüğü kütle çekiminin etkisi ile giderek yavaşlayacağına, tersine, artan biçimde hızlanmakta idi!

O günden bu yana bu gözlem değişik yöntem ve gruplar tarafından defalarca doğrulandı. Buna getirilen açıklama ise, evrende ‘kara enerji’ adı verilen bizlerin henüz göremediğimiz ve ölçemediğiniz bir itici güç olduğu idi.

Kara madde için olduğu gibi, kara enerjinin varlığı da henüz kanıtlanabilmiş değildir.

Evrenimizin her noktasında itici bir güç oluşturduğu düşünülen kara enerjinin açıklanması için günümüzde en olası görünen varsayım, evrendeki boşluğun, mikroskopik boyutta, enerji ile ve sanal (sürekli olarak, bir var olup, bir yok olan) madde ile dolu olduğudur.

Bu varsayım doğrulanırsa, olasıdır ki, bilim ‘yoktan, var olmayı..’ açıklayabilecek hatta gerçekleştirebilecek ve kara enerjinin itici gücünü kullanabildiğinde de, istenilen cisimleri ağırlıksız kılabilecek, yani ‘kendiliklerinden’ göklere yükselmelerini sağlayabilecektir… Bu olasılıkların teolojik ve felsefi çıkarımlarını siz okuyuculara bırakıyoruz!

Genel görelilik değişir veya düzeltilir mi?

Tüm bu bulgular, genel görelilik kuramının, belki de, uyarlanması ya da değişmesi gerektiğini gösteriyor gibi.

Bilimin serüveninde, kuramlar zaten yenileri oluşturulup onların yerini alıncaya kadar geçerlidir; tartışılmaz inançlara, kanıtlanmamış dogmalara yer yoktur.

Görelilik kuramlarının devrimsel sonuçları, kanıtları ve uygulamaları, buluşlarını tek başlarına yapan dev bilim adamlarının sonuncusu olan, büyük dahi Einstein’a olan saygı ve hayranlığımızı daha da arttırıyor.

Isaac Newton‘un dediği gibi, büyük keşifler, ancak, insanın kendinden önceki devlerin omuzları üzerinde yükselerek daha ilerisini görmesi ile yapılabilir.

İnsanlık ise, yüz yıldır, Einstein’ın omuzları üzerinde yükselecek birilerini beklemeyi sürdürüyor…

Erdal Musoğlu / emusoglu@gmail.com

Kaynaklar:

1. Science et Vie, decembre 2015, Einstein&Relativité, Special 100 ans
2. http://www.princeton.edu/main/news/archive/S44/68/40C57/index.xml?section=featured
3. http://www.theguardian.com/science/life-and-physics/2015/nov/25/video-100-years-of-einsteins-general-relativity

***

NOT: Yazının ilk bölümü için http://www.herkesebilimteknoloji.com/yazarhp/einsteinin-genel-gorelilik-kurami-100-yasinda

Einstein’in genel görelilik kuramı 100 yaşında – II yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

Genel görelilik kuramınının hatalarını bulma, hatta onu geçersiz kılma çabaları bugüne kadar hiçbir sonuç vermedi, ama Einstein’in gösterdiği yolda önemli bir ilerleme de sağlanamadı. Sanki geçen yüz yıl, bu dahi bilim insanının düzeyine ulaşmamıza yetmedi gibi…

Bu (ve bir sonraki) yazımızda, Einstein’in görelilik kuramlarını ana hatları ile hatırlatacak, günümüzde yaşanan sorunları ve yakın gelecekte beklenen gelişmeleri aktaracağız.

Özel ve genel görelilik kuramları

1879 doğumlu Einstein, 1905 yılında, henüz 26 yaşında iken, 4 bilimsel makale yayınlar. Bu makalelerden biri, bir elektromagnetik dalga olan ışığın aynı zamanda parçacıklar (kuvanta’lar) dan oluştuğuna ilişkin çalışmalardan hareketle fotoelektrik etkiyi açıklar ve güneş ışığını elektrik akımına dönüştüren güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler) vb aygıtların yolunu açar. Einstein 1921 yılındaki Nobel armağanını bu çalışması ile almıştır.

Bir diğer tarihi makale ise madde-enerji denkliğini kanıtlayan meşhur e=mc2 denklemini de içererek nükleer çağı açar. Özel görelilik kuramına yol açan makalesinde ise Einstein, ışığın hızının tüm evrende ve nereden ölçülürse ölçülsün sabit olmasından hareketle, zamanın ve mekanın değişken olduğunu, yani bize (ölçüyü yapana) göre daha hızlı giden cisimlerde, zamanın yavaşlayacağını ve uzunlukların kısalacağını gösterir.

Özel görelilik kuramının öngörüleri pek çok deney ile en hassas biçimde doğrulanmış ve evreni algılayışımızı kökünden değiştirmiştir. 1905 yılı, genç Einstein’ın olağanüstü bir yetkinlik, düşgücü ve üretkenlikle yazdığı bu makaleleri nedeni ile bilim dünyasında ‘mucize yıl’ diye adlandırılmaktadır.

On yıl sonra ise,1915 yılında, 36 yaşındaki Einstein genel görelilik kuramını yayınlar. Büyük dahi, bu kez ışıkla değil, kütle çekimi (gravitasyon) ile ilgilenmiştir. Bilindiği gibi, İsaac Newton’un kütle çekim yasalarına göre, cisimler birbirlerini kütleleri ile orantılı ve uzaklıklarının kareleri ile ters orantılı biçimde çekerler. Bu yasalar yerküremizdeki cisimlerin ağırlıklarını ve uzaydaki cisimlerin hareketlerini mükemmel biçimde açıklasalar da, Einstein bunun nasıl olduğunu açıklayan yepyeni bir kütle çekim teorisi geliştirmiştir.

Evrenin yapısı eğri

Einstein, kütle çekim ile ivmelenmenin (bir cismin sürekli olarak hızlanmasının) etkilerinin eşdeğer olduğundan hareketle, bir cismin kütlesinin ışığı (tüm elektromagnetik ışınımları) eğeceği ve zamanı da yavaşlatacağını bulmuştur. Bunu da, evrenimizin yalnız uzunluk, genişlik ve derinlikten oluşan üç boyutu olmadığı, zamanın da evrenin dördüncü boyutu olduğunu belirleyerek yapmıştır.

Bu durumda ise evrenin yapısı ‘düz’ değil ‘eğri’ dir. Evrendeki kütleler (yıldızlar, gökadalar, kara delikler..) dört boyutlu evrenimizin geometrisini kütleleri ile orantılı biçimde bükerler. Gerilmiş bir bezin üzerine değişik ağırlıklar konduğunda, bezin o ağırlıklar civarında az ya da çok çökmesi gibi.

Genel görelik kuramının matematiksel yapısı özel göreliliğe göre çok daha karışıktır ve Einstein’ı epey uğraştırmıştır. Newton yasaları ise genel görelilik içerisinde de geçerliliklerini korumakta ve günlük yaşamda kullanımlarını sürdürmektedirler. Günümüze kadar yapılan pek çok deney genel görelilik kuramını en hassas biçimde sınamış ve öngörülerinin hep doğru çıktığını göstermiştir.

Daha 1919 yılında, bir güneş tutulması sırasında, güneşimizin kütlesi ile ışığı kırarak, onun arkasında kalması gereken yıldızların dünyamızdan görünmesini sağladığı gözlenmiştir, üstelik tam da genel göreliliğin öngördüğü açı ile!

Erdal Musoğlu / emusoglu@gmail.com

Kaynak:
1.Science et Vie, decembre 2015, Einstein&Relativité, Special 100 ans
2.www.princeton.edu/main/news/archive/S44/68/40C57/index.xml?section=featured
3.www.theguardian.com/science/life-and-physics/2015/nov/25/video-100-years-of-einsteins-general-relativity

Einstein’ın genel görelilik kuramı 100 yaşında yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.