Fizikçiler, kara deliklerin en büyük gizemini çözmek için yeni bir yol bulmuş olabilir

Bu paradoksu çözmeyi zorlaştıran önemli bir problem daha var: Hawking radyasyonunu doğrudan gözlemlemek neredeyse imkânsız. Çünkü bu radyasyon son derece zayıf ve mevcut teknolojilerle gerçek bir kara delikten ölçülebilecek seviyede değil. Dahası, kara deliklerin davranışlarını açıklayan Einstein’ın genel görelilik teorisi ile atom altı dünyayı açıklayan kuantum fiziği birbirleriyle tam anlamıyla uyumlu çalışmıyor. Bu yüzden bilim insanları uzun süredir kara delikleri inceleyebilmek için dolaylı yöntemler geliştirmeye çalışıyorlardı. Şimdi ise uluslararası bir araştırma ekibi, bu konuda dikkat çekici yeni bir yöntem geliştirmiş olabilir.

Hawking Radyasyonu, Matematik Diliyle Yeniden Oluşturuldu

Araştırmacılar, Hawking radyasyonunu doğrudan kara delikler üzerinden incelemek yerine, parçacık fiziğinin matematiksel diliyle yeniden oluşturmayı başardı. Bunun için son yıllarda teorik fizikte giderek daha fazla önem kazanan “double copy” adlı matematiksel çerçeve kullanıldı. Bu yaklaşımın temelinde, yerçekimini tanımlayan bazı denklemlerin parçacık fiziği denklemlerine dönüştürülebileceği fikri yer alıyor. Bir başka deyişle “double copy”, kara delikler ve yerçekimi gibi büyük ölçekli fizik olayları ile kuantum parçacıkları arasında bir tür matematiksel çeviri mekanizması görevi görüyor.

Bu yaklaşım özellikle önemli çünkü modern fizik bugün iki ayrı sütun üzerine kurulu durumda. Bir tarafta gezegenlerin, yıldızların ve kara deliklerin hareketlerini açıklayan genel görelilik teorisi bulunuyor. Diğer tarafta ise atom altı parçacıkları ve temel kuvvetleri açıklayan Standart Model yer alıyor. Her iki teori kendi alanında son derece başarılı olsa da kara delikler gibi aşırı koşullarda bu iki yaklaşımı birleştirmek oldukça zorlaşıyor. “Double copy” yaklaşımı ise fizikçilere bu iki dünya arasında matematiksel bir köprü kurma fırsatı sunuyor.

Aslında bu yöntem son yıllarda farklı yerçekimi problemlerini incelemek için kullanılmaya başlanmıştı. Ancak Hawking radyasyonu şimdiye kadar bu çerçevenin dışında kalan en önemli eksiklerden biriydi. Çünkü bilim insanları Hawking radyasyonunun parçacık fiziğindeki matematiksel karşılığını bulamamıştı. Yeni araştırma ise bu eksik parçayı yerine oturtmuş olabilir.

Araştırmacılar geliştirdikleri modelde, kara delikten kaçan parçacıkları doğrudan simüle etmek yerine, elektrik yüklü bir küresel kabuğun çökmesi sırasında yaşanan parçacık etkileşimlerini inceledi. Kullanılan matematiksel yapı, Hawking radyasyonunu tanımlayan denklemlerle dikkat çekici şekilde eşleşti. Araştırma ekibine göre bu durum, kara delik fiziğinin önemli bazı özelliklerinin aslında parçacık fiziği denklemlerinin içinde zaten gizli olabileceğini gösteriyor.

Üstelik aynı dönemde çalışan iki farklı araştırma ekibinin de benzer sonuçlara ulaşmış olması, bulunan bağlantının tesadüfi olma ihtimalini azaltıyor. Bu da “double copy” yaklaşımının yalnızca teorik bir fikir olmaktan çıkıp kara delikleri incelemek için gerçekten işe yarayan bir araç hâline gelebileceğini düşündürüyor.

Ayrıca Bkz.ISS'te kurulan kuantum sensörü, küçücük bir elmasla Dünya’nın manyetik alanını ölçtü

Gerçek kara deliklerden yayılan Hawking radyasyonu pratikte ölçülemeyecek kadar zayıf. Ancak bunun parçacık fiziğindeki matematiksel karşılığı incelenebildiği takdirde, fizikçiler kara delik davranışlarını dolaylı olarak analiz etme fırsatı yakalayabilirler. Bu da bugüne kadar erişilemeyen bazı kara delik özelliklerinin incelenmesini mümkün hâle getirebilir.

Bundan sonraki aşamada araştırmacılar, olay ufku gibi kara deliklerin diğer temel özelliklerinin de parçacık fiziğindeki karşılıklarını bulmaya çalışacak. Eğer bu bağlantılar da başarılı şekilde kurulabilirse, bilim insanları gelecekte kara delikleri incelemek için parçacık çarpışmaları üzerine geliştirilen yöntemlerden yararlanabilir. Bu da modern fiziğin en büyük problemlerinden biri olan kuantum yerçekimi teorisine ulaşma yolunda önemli bir dönüm noktası olabilir.