Hayat | Konular | Kitaplık | İcatlar | İletişim
Kara delik nedir?
Kara delik, en basit ifadesiyle, yakınındaki nesnelerin kendi çekim alanından kaçıp kurtulmasına izin vermeyecek kadar büyük bir kütlenin yoğunlaştığı uzay bölgesidir. Çekim konusunda eldeki en iyi teori Einstein'ın Genel Relativite Teorisi (GRT) olduğuna göre kara delikleri anlamak için bu teorinin bazı sonuçlarını incelememiz gerekir. Bunun için çekimi oldukça basit bir durumda inceleyelim.
Bir gezegenin üzerinde durduğunuzu düşünün. Düşey yukarıya doğru bir taş atıyorsunuz. Çok hızlı atmadığınızı kabul edersek, taş bir süre yükselecek ve gezegenin çekimi nedeniyle oluşan zıt yönlü ivmenin etkisiyle yavaşlayıp duracak ve geriye düşmeye başlayacaktır. Taşı yeterince hızlı atarsanız, taşın gezegenin çekim etkisinden tamamen kurtulmasını sağlayabilirsiniz. Artık hep yükselir.
Taşın gezegenin çekim etkisinden kurtulmasına yetecek en küçük fırlatma hızına kaçış hızı denir. Tahmin edeceğiniz gibi, kaçış hızı gezegenin kütlesine bağlıdır: Gezegenin kütlesi çok büyükse, çekim çok kuvvetli ve kaçış hızı çok yüksektir. Hafif bir gezegenden kaçış hızı da küçüktür.
Kaçış hızı gezegenin merkezinden ne kadar uzak olduğunuza da bağlıdır: Merkeze ne kadar yakınsanız, kaçış hızı o kadar büyüktür. Yeryüzünden kaçış hızı 11.2 km/s'dir (atmosfer sürtünmeleri hariç). Yani, herhangi bir cismi yeryüzeyinden yukarıya doğru saniyede 11.2 km hızla atmayı başarabilirseniz, cisim size geri dönmez. Ay'da kaçış hızı 2.4 km/s'dir.
Şimdi, yüzeyindeki kaçış hızının ışık hızından da (saniyede 300 000 km) büyük olduğu, küçük bir yarıçapa yığılmış muazzam bir kütle hayal edin. Hiç bir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre, bu kütlenin çekim alanından hiç bir şey kaçamaz. Bir ışık demeti bile çekim etkisiyle durdurulup geri çekileceğinden, bu kütleden ışığın kaçması mümkün olmaz.
Işığın bile kaçamayacağı kadar yoğun kütle yığını fikri 18. yüzyılda yaşamış olan Laplace'a kadar uzanır. Einstein'ın genel relativiteyi geliştirmesinden neredeyse hemen sonra Karl Schwarzschild bu teorinin matematik denklemlerinin böyle bir nesneyi tanımlayan çözümlerini keşfetti. Çok daha sonraları, 1930'larda Oppenheimer, Volkoff ve Snyder gibi kimselerin çalışmalarıyla insanlar evrende böyle nesnelerin gerçekten var olabileceği olasılığını ciddi ciddi düşünmeye başladı. Bu araştırmacılar, yeterince büyük bir yıldızın yakıtı bitince, kendisini kendi çekim etkisine karşı destekleyemeyeceğini ve bir kara deliğe çökeceğini gösterdiler.
Genel relativitede çekim uzayzamanın eğriliğinin bir manifestasyonudur. Büyük kütleli cisimler uzay ve zamanı çarpıtır, eğrileştirir ve büker; böylece geometrinin bildik kuralları oralara uygulanamaz olur. Bir kara delik yakınlarında uzayın çarpıklığı aşırılaşır ve kara deliklerin bazı çok acayip davranışlar göstermelerine neden olur. Örneğin bir kara deliğin olay ufku bulunur. Bu, kara deliğin sınırlarını işaretleyen küresel bir yüzeydir. Bu ufuktan içeriye geçebilir fakat dışarıya çıkamazsınız. Aslında, ufku bir kez geçtiniz mi kaderiniz geri dönüşsüz bir şekilde kara deliğin merkezindeki tekillik (singularite) noktasına yaklaşmaktır.
Bu ufku kaçış hızının ışık hızına eşit olduğu yer olarak düşünebilirsiniz. Ufkun dışında kaçış hızı ışık hızından küçüktür, dolayısıyla roketlerinizi yeterince güçlü çalıştırabilirseniz kaçma şansınız olabilir. Fakat kendinizi olay ufkunun içinde bulursanız, geçmiş ola, roketleriniz ne kadar güçlü olursa olsun kaçamazsınız.
Bu ufkun acayip geometrik özellikleri vardır. Kara delikten uzaklarda durmakta olan bir gözlemciye göre bu ufuk hoş, statik ve hareketsiz bir yüzey gibi görünür. Ancak ona yaklaştığınızda onun çok büyük bir hızının olduğunu fark edersiniz. Aslında o dışarı doğru ışık hızıyla hareket etmektedir! Bu durum, ufku içeri doğru geçmenin niçin kolay fakat dışarı çıkmanın niçin imkansız olduğunu açıklar. Ufuk dışarı doğru ışık hızıyla hareket ettiğinden onu dışarıya doğru geçmek için ışıktan hızlı hareket etmeniz gerekir. Işıktan hızlı gidemezsiniz ve bu nedenle de kara delikten kaçamazsınız.
Bunlar size çok acayip gibi geliyorsa, endişelenmeyin: Gerçekten acayiptir. Ufuk bir anlamda sakin durmaktadır, fakat başka bir anlamda ışık hızıyla hareket etmektedir. Birazcık "Aynanın İçinden"deki Alice'in durumuna benzer: Orada sadece aynı yerde kalmak için bile hızlı koşması gereken bir yerde bulur kendini Alice.
İçeri girdiniz mi, uzayzaman, yarıçapsal uzaklığı ve zamanı tanımlayan koordinatların rollerini takas etmelerini gerektirecek kadar çarpıklaşır. Yani, merkezden ne kadar uzak olduğunuzu tanımlayan r koordinatı zaman-gibi, zamanı gösteren t koordinatı uzay-gibi haline gelir. Zamanı cetvelle, uzaklığı da saatle ölçmek zorunda kalırsınız.
Bu da şu demektir: Şu anda bulunduğunuz yeri (uzaydaki yerinizi = mekan koordinatlarınızı) istediğiniz gibi değiştirebilirsiniz ya da isterseniz aynı yerde durabilirsiniz; ama zamanı durduramaz, geri döndüremez veya zamanda yolculuk yapamazsınız. Bir kara deliğin olay ufkunun içindeyse, bulunduğunuz yeri değiştirme imkanınız yoktur. Oradaki mekan buradaki zaman gibi belli bir yönde akar. Ancak zamanınızı istediğiniz gibi değiştirebilir, geçmişe veya geleceğe gidebilirsiniz. Hatta zaman şimdiki mekan boyutları gibi üç boyutlu hale gelirse, zamanda yukarıya, aşağıya, sağa, sola, öne ve arkaya hareket etmeniz mümkün olur -- bütün bunlar zamansal olarak ne demekse!
Bunun sonucu olarak da, şu andaki normal şartlarda geleceğe gitmeyi, yaşlanmayı engelleyemediğiniz gibi, bir kara deliğin olay ufkunun içinde r'nin git gide küçük değerler almasının, yani merkeze doğru düşmenizin önüne geçemezsiniz. Nihayet r = 0'daki tekillik noktasına ulaşırsınız. Bu sondan kurtulmak için roketlerinizi ateşleyebilirsiniz, fakat yararsız: Nereye dönerseniz dönün geleceğinizden kaçamazsınız -- burada yaşlanmaktan kaçamadığınız gibi. Olay ufkunu geçtikten sonra bir kara deliğin merkezindeki tekillik noktasından kaçmaya çalışmak gelecek pazartesiden kaçmaya çalışmak gibidir.
Bu arada kara delik adı John Archibald Wheeler tarafında uyduruldu, daha cazip olması nedeniyle de önceki isimlerin (mesela, donmuş yıldızlar veya David Finkelstein'ın tek yönlü zar) tahtına oturdu.