Kara Delik Kaçış Kapısı: Başka Bir Evren mi?

Hawking’in cesur önerisi ve neden hâlâ onu konuşuyoruz

Stephen Hawking, kara deliklerin termal radyasyon yaydığını ilk duyurduğunda, bir asırlık varsayımları altüst etti: Bir zamanlar tüm bilgiyi sonsuza dek sakladığı düşünülen nesneler yavaşça buharlaşabilirdi. Bu farkındalık, modern bilgi paradoksunu yarattı; eğer Hawking radyasyonu gerçekten rastgeleyse, bir deliğe düşen her şeyin kuantum detayları geri kazanılamayacak şekilde kaybolacak ve kuantum mekaniği yasaları çiğnenecekti. Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca bu paradoks, teorik fiziğin en canlı gelişmelerinden bazılarının arkasındaki itici güç oldu: holografi, tamamlayıcılık, dolanıklık hesaplamaları ve son olarak, bilgiyi bir delikten dışarı taşıyan dolanıklık "adaları" fikri.

Paradoks neden önemliydi

Gerilim, ifade edilmesi basit ancak sonuçları bakımından derindir. Kuantum teorisi, fiziksel süreçlerin üniter olduğunda ısrar eder: Prensipte bugünü bilmek, geçmişi yeniden kurgulamanıza olanak tanır. Genel görelilik ise Hawking’in yarı klasik hesaplamasında, kara delikler için bunun tam tersini gösteriyor gibi görünüyordu. Eğer bilgi gerçekten kaybolsaydı, fiziğin temel sütunları olan istatistiksel mekanik ve kuantum teorisinin kendisi tehlikeye girerdi. Sonuç, farklı bakış açılarının savunucuları arasında onlarca yıl süren entelektüel bir mücadele oldu: Bazıları bilginin yok edilmesi gerektiğini savunurken, diğerleri bilginin ince korelasyonlarda veya olay ufkunda kodlandığını öne sürdü.

Paradokstan çalışma uzlaşısına: Bilgi dışarı çıkıyor

Son on yıldaki iki gelişme, birçok teorisyeni pratik bir uzlaşıya itti: kuantum kütleçekimi etkileri, ne kadar küçük olursa olsun, Hawking’in orijinal sonucunu bilginin kaybolmaması yönünde değiştirebilir; ve holografik bakış açısı bunun nasıl gerçekleşebileceğine dair sağlam bir çerçeve sunar. Belirli kütleçekim sistemleri ile daha düşük boyutlu kuantum alan teorileri arasındaki tam bir eşdeğerlik olan holografik karşılık fikirlerini kullanan hesaplamalar, buharlaşan kara deliklerin entropisinin üniter evrim için beklenen Page eğrisini izlediğini göstermektedir. Radyasyonun kuantum dolanıklık yapısını inceleyen diğer yaklaşımlar ise, iç bölgedeki bilgiyi giden radyasyona etkili bir şekilde kodlayan bölgeler olan "adalar" üretir.

Bu sonuçlar önemli çünkü hesap defterini değiştiriyorlar: İçeri düşen şey hakkındaki bilgi yok olmuyor. Ancak bu cevabın büyük bir şerhi var. Bilgi genellikle uzayın devasa hacimlerine yayılır ve üstel olarak karmaşık şekillerde dolanık hale gelir; düşen bir kuantum sistemini radyasyondan yeniden kurgulamak, pratikte imkansız olacak kadar zor bir görev olacaktır.

Hologramlar, tamamlayıcılık ve pratik görünmezlik

Leonard Susskind ve diğerleri, bilginin ilkesel olarak kaybolmadığını —üniterliğin korunduğunu— ancak hesaplama açısından erişilemez hale geldiğini vurguladı. Dışarıdan yapılacak bir yeniden kurgulama, astronomik sayıda operasyon gerektirecek ve bu da bilgiyi herhangi bir gerçekçi deneyde fiilen geri kazanılamaz kılacaktır. Böylece Hawking’in orijinal iddiasının felsefi sızısı hafiflemiş olur: Yasalar bozulmadan kalır, ancak determinizm hem bir ilke meselesi hem de bir pratik karmaşıklık meselesi haline gelir.

Bir kara delik maddeyi başka bir evrene püskürtebilir mi?

Düşen maddenin başka bir evrende son bulabileceği fikri, son teknik gelişmelerden daha eskidir. Bunun birkaç çeşidi vardır. Birincisi, kara deliklerin "bebek evren" çekirdeklenme sahaları olduğu tablosudur: Bazı kuantum kütleçekimi senaryolarında, iç kısım koparak bizim uzay-zamanımızdan ayrılmış, genişleyen bir bölge haline gelebilir. Başka bir yol ise solucan delikleri ve alışılmadık topolojilerdir: Kuantum etkileri, bölgeleri klasik genel göreliliğin izin vermediği şekillerde birbirine bağlayabilir.

Hawking’in kendisi de olay ufkunu geçenlerin bir kısmının başka bir yerde —belki de ayrı bir evrende— yeniden ortaya çıkabileceği yönünde spekülasyonlarda bulunmuştu. Bu, spekülatif kalmaya devam ediyor. Bilgiyi dış dünyaya geri kazandıran güncel hesaplamalar, makroskobik nesneleri sağlam bir şekilde başka bir kozmosa taşıyacak görünür bir fiziksel tünel anlamına gelmiyor. Bunun yerine, kuantum korelasyonlarının ve uzay-zaman inceliklerinin, iç durumlar hakkındaki bilgiyi giden radyasyona nasıl kodlayabileceğini gösteriyorlar. Bir insan veya bir uzay aracı için olay ufkundaki gelgit kuvvetleri ve termalleşme ölümcül olmaya devam ediyor; bir kara deliğin içinden seyahat edip hayatta kalıp kalamayacağınız sorusuna verilen pragmatik cevap hâlâ hayırdır.

İç bölge bir sonraki sınır

Belki de en çetin gizem, buharlaşan bir kara deliğin içinde gerçekte ne olduğudur. Bilgiyi kurtaran yeni hesaplamalar öncelikle olay ufkunda veya hemen dışında ya da tam holografik düallere uygun oyuncak modellerde işe yaramaktadır. Henüz iç geometrinin ve dinamiklerin ayrıntılı, genel kabul görmüş bir resmini sunmuyorlar. Spekülasyonlar, tamamlayıcılıkla uyumlu pürüzsüz iç kısımlardan, olay ufkundaki yüksek enerjili kuantaların oluşturduğu şiddetli bölgeler olan "ateşten duvarlara" (firewalls), farklı iç konfigürasyonların gizlice uzay-zamanı farklı dilimleme yollarından görülen aynı durum olduğu daha egzotik eşdeğerliklere kadar uzanmaktadır.

Bunun enflasyon, çoklu evren ve sonsuzlukla ilişkisi

Bir kara deliğin ötesinde ne olduğu sorusu, doğal olarak daha geniş kozmolojik fikirlerle bağlantılıdır. Kozmik enflasyon ve ebedi enflasyon, nedensel olarak birbirinden kopuk bölgelerden oluşan bir manzara öngörür; bazı yorumlarda bunlar kelimenin tam anlamıyla "diğer evrenlerdir". Fizikçiler ayrıca ebedi enflasyonun ürettiği çoklu evreni —üstel olarak çoğalan kabarcık evrenler koleksiyonu— kuantum mekaniğinden doğan çoklu dünyalarla karşılaştırmışlardır. Teknik de olsa yararlı bir nokta: Bu tablolarda farklı türde "sonsuzluklar" ortaya çıkar. Enflasyonist çoklu evren üstel bir sonsuzluk tipine eğilim gösterirken; çoklu dünyaların dallanma yapısı kombinatoriktir ve hatta daha büyük bir sonsuzluk türü olabilir.

Bu sonsuzlukları uzlaştırmak, tüm olasılıkların kuantum mekaniksel bir çoklu evreninin, daha büyük ve genişleyen bir uzay-zamanda fiziksel olarak gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini bize söyler. Mevcut düşünce, enflasyon geçmişten beri ebedi değilse veya enflasyon bölgesi uzaysal genişlikte sonsuz doğmadıysa, kuantum olasılığının her dalgasını kelimenin tam anlamıyla ayrı bir enflasyon cebi olarak gerçekleşmiş bulamayacağınızı öne sürüyor. Bunlar, kozmoloji ve kuantum temellerini kesiştiren derin açık sorulardır ve kara delik fiziği, kuantum kütleçekimi ve kozmolojinin nasıl aynı kavramsal düğümün parçaları olduğunu gösterir.

Gelecekte neyin önemli olacağı

Araştırmacılar için izlenecek yol teknik ve somuttur: İç bölgeyi keşfetmek, holografik sözlüğü keskinleştirmek, oyuncak modelleri test etmek ve kuantum simülasyonunu kütleçekimsel dinamiklere yaklaşan rejimlere taşımak. Meraklı kamuoyu için ders daha incedir. Kara delikler bize paradoksun fizikte üretken bir güç olduğunu öğretti: Görünürdeki çelişkiler bizi yeni fikirler —holografi, karmaşıklık, kuantum ekstrem yüzeyleri— icat etmeye zorlar ve bu fikirler genellikle orijinal bağlamlarının çok ötesinde uygulama alanı bulur.

Nerede duruyoruz

Kaynaklar

• Nature (Stephen Hawking’in 1974 tarihli kara delik radyasyonu üzerine makalesi)
• Stanford Teorik Fizik Enstitüsü (kara delik bilgisi üzerine araştırmalar ve bakış açıları)
• İleri Araştırmalar Enstitüsü (holografi ve kuantum kütleçekimi üzerine çalışmalar)
• California Üniversitesi, Berkeley (dolanıklık adaları ve son entropi hesaplamaları)
• Event Horizon Telescope İş Birliği (kara delik çevrelerinin gözlemsel çalışmaları)
• Sussex Üniversitesi (kuantum kütleçekimi ve bilgi üzerine incelemeler ve yorumlar)