Artık Tekillik Yok mu? Kuantum Kütleçekimi Nihayet Kara Deliklerin Gizemini Çözebilir

Çığır açan bir çalışma, kara deliklerin tekillikler olmadan da var olabileceğini göstererek egzotik madde ihtiyacını ortadan kaldırıyor. Yeni kuantum yerçekimi düzeltmelerine dayanan bu keşif, kara delik oluşumunun daha doğal bir açıklamasını sunuyor ve termodinamik yasalarla uyum gösteriyor. Kaynak: SciTechDaily.com

Bilim insanları, fiziğin çöktüğü gizemli tekillikler olmadan kara delikler yaratmanın yeni bir yolunu keşfettiler.

Egzotik madde varsayımı yerine saf kütleçekimini kullanan yeni model, önceki teorilere meydan okuyor ve bizi uzay-zamanın gerçek doğasını anlamaya yaklaştırıyor. Bu buluş sadece kara delik oluşum koşullarını basitleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda termodinamiğin temel yasalarıyla da uyum sağlıyor. Araştırma yeni astrofiziksel uygulamalara kapı açıyor ve nihayetinde evrenin tekilliklerin oluşmasını nasıl engellediğini ortaya çıkarabilir.

Tekillikleri Olmayan Kara Delikler

Albert Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi tarafından tanımlanan kara deliklerin, fizik kurallarının artık geçerli olmadığı matematiksel noktalar olan tekillikler içerdiği düşünülmektedir. Bu tekilliklerin kuantum kütleçekimi çerçevesinde nasıl çözülebileceğini anlamak teorik fizikteki en büyük zorluklardan biri olmaya devam etmektedir.

Ancak yakın zaman içerisinde Barselona Üniversitesi Kainat Bilimleri Enstitüsü'nden (ICCUB) araştırmacılar çığır açan bir keşif yapmış olabilirler. İlk kez, kara deliklerin önceki bazı tekilliksiz modellerin dayandığı bir bileşen olan egzotik maddeye ihtiyaç duymadan, sadece kütleçekimsel etkilerle oluşabileceğini gösterdiler.

Physics Letters B'de yayınlanan bu kuramsal bulgu, kütleçekiminin kuantum doğasına dair yeni bilgiler sunuyor ve uzay-zamanın gerçek yapısına dair anlayışımızı yeniden şekillendirebilir.

Soldan sağa, Barselona Üniversitesi Kainat Bilimleri Enstitüsü'nden (ICCUB) uzmanlar Pablo Cano ve Pablo Bueno. Kaynak: Barselona Üniversitesi

Egzotik Maddeye İhtiyaç Olmayabilir

Egzotik madde terimi, sıradan maddede bulunmayan olağandışı özelliklere sahip bir madde türünü ifade eder. Genellikle negatif enerji yoğunluğuna sahiptir, itici yerçekimi etkileri yaratır ve genel görelilikteki belirli enerji koşullarını ihlal edebilir. Egzotik madde büyük ölçüde teoriktir ve doğada gözlemlenmemiştir, ancak solucan delikleri, ışıktan daha hızlı seyahat ve kara delik tekilliklerinin çözümü gibi kavramları keşfetmek için modellerde kullanılır.

Yeni çalışma, sonsuz sayıda yüksek dereceli kütleçekimsel düzeltmenin bu tekillikleri ortadan kaldırabileceğini ve tekilliksiz anlamında normal kara deliklerle (regular black holes) sonuçlanabileceğini matematiksel olarak göstermektedir.

Saf Yerçekimi ve Normal Kara Delikler

Egzotik madde gerektiren önceki modellerin aksine, bu yeni çalışma saf kütleçekiminin - ek madde alanlarına başvurmadan - tekillikler barındırmayan normal kara delikler oluşturabileceğini ortaya koyuyor.

Bu keşif, önceki teorilerden önemli bir sapmayı temsil ediyor ve normal kara delikler için gerekli koşulları basitleştiriyor.

Fizik Fakültesi ve ICCUB Kuantum Fiziği ve Astrofizik Bölümü'nden araştırmacı Pablo A. Cano, “Modelimizin güzel tarafı, yalnızca kuantum kütleçekimi tarafından doğal olarak öngörülen Einstein denklemlerinin modifikasyonlarına dayanmasıdır. Başka hiçbir bileşene ihtiyaç yok” diyor

ICCUB ekibi tarafından kullanılan teoriler, beşten büyük veya beşe eşit herhangi bir uzay-zaman boyutuna uygulanabilir. “Daha yüksek uzay-zaman boyutlarını dikkate almamızın nedeni tamamen teknik” diyor Cano, ”çünkü bu, problemin matematiksel karmaşıklığını azaltmamızı sağlıyor.” Ancak araştırmacılar “aynı sonuçların bizim dört boyutlu uzay-zamanımız için de geçerli olması gerektiğini” söylüyorlar.

Tekilliklerin Gizemini Çözmek

Robie Hennigar “Çoğu bilim insanı genel göreliliğin tekilliklerinin nihayetinde çözülmesi gerektiği konusunda hemfikir, ancak bu sürecin nasıl başarılabileceği konusunda çok az şey biliyoruz. Çalışmamız, belirli simetri varsayımlarından yola çıksa da, bunu sağlam bir şekilde başarmak için ilk mekanizmayı sağlıyor,” diye açıklıyor. Hennigar, “Doğanın evrende tekilliklerin oluşumunu nasıl engellediği henüz net değil, ancak modelimizin bu süreci daha iyi anlamamıza yardımcı olacağını umuyoruz” şeklinde tamamlıyor.

Barselona Üniversitesi Kainat Bilimleri Enstitüsü'nden (ICCUB) uzman Robie Hennigar. Kaynak: Memorial Üniversitesi Gazetesi

Termodinamik ve Astrofiziksel Anlayışlar

Çalışma ayrıca bu tanımladıkları normal kara deliklerin termodinamik özelliklerini araştırmakta ve termodinamiğin birinci yasasına uyduklarını ortaya koymaktadır. Geliştirilen teoriler, kara deliklerin termodinamiğini tamamen evrensel ve kesin bir şekilde anlamak için sağlam bir çerçeve sağlamaktadır. Bu tutarlılık, bulgulara güvenilirlik ve potansiyel uygulanabilirlik katıyor.

Araştırmacılar çalışmalarını dört boyutlu uzay zamana empirik anlamda genişletmeyi ve bulgularının çeşitli astrofiziksel senaryolardaki etkilerini araştırmayı planlıyor. Ayrıca bu normalleştirilmiş kara deliklerin kararlılığını ve olası gözlemsel imzalarını da araştırmayı amaçlıyorlar.

“Bu teoriler sadece tekillik içermeyen kara delikleri öngörmekle kalmıyor, aynı zamanda bu nesnelerin nasıl oluştuğunu ve bir kara deliğe düşen maddenin kaderinin ne olduğunu anlamamızı sağlıyor. Halihazırda bu sorular üzerinde çalışıyoruz ve gerçekten heyecan verici sonuçlar bulmayı umuyoruz,” diye sözlerini tamamlıyor Cano.

Çevrilen Haber Kaynağı:

No More Singularities? Quantum Gravity Could Finally Solve the Black Hole Mystery

Orijinal Çalışma:

Regular black holes from pure gravity - ScienceDirect

Bu da ilginç bir topik. Tekilliklere oldum olası pek ısınamamışımdır. Bu tutumum sezgisel bir tepkiden ziyade doğanın dokusuna uygun düşmediklerine dair somut sayılabilecek bir öngörüye dayanıyor.

Tekilliklerin doğanın içkin birer parçası değil, matematik anomaliler olduklarına hep inandım ama popüler kültür fizikçilerin aksine tekillikleri hep gerçeklermiş gibi yorumladı.

Bu çalışma benzeri, tekillikleri geçersiz kılan matematik modellerin sayısının hızla artacağına inanıyorum çünkü pek çok matematikçi ve teorik fizikçi tekilliklerin matematikteki çıkmaz sokaklar olduğunun farkında.

Ama bance asıl gürültü başka yerde kopuyor. Geçen aralık ayında Timescape modelini duydum. Bugün fizikte çok yaygın kabul gören Lamda-CDM modeline karşı öne sürülmüş ve karanlık enerjiyi gereksiz kılan, evrenin genişlemesini başka (ve karanlık enerjiye göre çok daha makul) dinamiklerle açıklayan bir matematiksel çerçeve sunuyorlar.

Benim aklıma yattı. Karanlık enerji ve karanlık madde fikrine de ısınamadım tekillikler gibi.

Bir incele istersen.

Baktım. Timescape bana inanılmaz kışkırtıcı ve akla yatan bir model gibi geldi. Timescape modeline dönük araştırmalar yapılmasını teşvik etmek için Timescape'in Pantheon+ süpernova veri setine istatistiki olarak Lambda-CDM modelinden daha çok uyduğunu göstermişler. Benim için modeli cazip kılan Friedmann - çağdaş haliyle Friedmann-Lemaftre-Robertson-Walker (FLRW) - metriğindeki homojenlik ve izotropiklik postulatına her zaman şüpheyle yaklaşmam oldu. Timescape gerçekten kozmolojinin Einsteinyan fizikten yola çıkan çok etkileyici bir yeniden değerlendirmesi ve Friedmann'ın hiçbir zaman aklıma tam anlamıyla yatmamış homojenlik varsayımının elimine edilişidir (karanlık enerji ve madde kavramına zaten bazı gözlemlerle beraber bu kuramsal temelden çıkılıyor).

Gerçekten Einstein kuramının en büyük olaylarından birisi olan hız ve kütle dağılımına bağlı varyanslı lokal uzay zamanın kozmolojide derin, perspektifle ilgili bir artan hızla genişleme yanılgısı yaratması ve aslında evrenin genişleme hızının lokal bağlamlara göre çeşitlendirdiği iddiası asla azımsanmayacak, üzerine gidilmesi gereken, uzay zamanın Einstein teorisince açıklanan çeşitlenmiş doğasına uyan olasılıklar. Çalışmanın zayıflığı olarak galaksilerin değişken hızlarını (peculiar velocities) ve parlak astronomik nesne sapmasını (Malmquist bias) dahil etmemesini göstermişler ama gene de bu iddialar oldukça ciddi. Gerçekten hiç şakası yok. Bunu özellikle takip etmek için not alayım. Kolay kolay vaov demem ama Timescape bana vaov dedirtti.

İlgili teoriden Einstein'ın yüzyıllardır fiziği esir alan esiri (eter, aether) elimine etmiş dehasının parıltısını aldım. Belki karanlık madde olmasa bile karanlık enerji mefhumu teorik bir kuruntumuz olarak tıpkı esir gibi elimine mi olacak? Olağanüstü bir adım.

Paylaştığım haberde hoşuma giden şeyler problemi yeni problemlerle takas eden bilimkurgu-vari bir yaklaşıma sapmak yerine tekillik kavramına matematiksel bir anomali olarak bakıp Einstein'ın gravitasyon teorisine uyan matematiksel bir tadilata girişmiş olmaları, bu çok zor işin belirli varsayımlar ve koşullar kapsamında altından kalkabilmeleri, yaptıkları işin zayıflıklarının bilincinde olup empirik kontrol zeminini gözden kaybetmemeleri ve teorik/matematik bir çalışma yapmalarına rağmen bunu empirik kontrol zeminine nasıl çekebileceklerine kafa yormaları.

Kara delik tekillikleri kadar evrenin başlangıcında olduğu varsayılan tekillik de sorunlu ve herhangi bir fiziki gerçekliğe denk düştüğü su götürür.

Başlangıç tekilliği için bütün yapılan termodinamik denklemleri limitine kadar götürüp sonsuz yoğunluk ve sonsuz sıcaklık sonuçlarını elde etmek çünkü bir hacmi sıfır boyuta indirgediğinizde elde edeceğiniz şey matematikte kaçınılmaz olarak budur. İyi de, evrenin o noktaya kadar geri sarılabileceğine dair elimizde somut bir bulgu yok. Zaten Planck düzeyinde kuantum etkileri devreye giriyor ki bu noktada evreni daha da küçültmek muhtemelen mümkün de değil.

Matematikte böyle absürt sonuçlar oluyor. Somut bir örnek vermek gerekirse, mesela 1 metre boyunda bir sicimi elimize alıp ucundan tutarak kafamızın üstünde hızla döndürmeye başlasak, 2 metre çapında bir sicim alanı elde ederiz. Sicimin yoğunluğu Y olsun. Bu durumda bu alanın herhangi bir noktasında yoğunluk Y x 1/r olurdu, ta ki r = 0 olana kadar. Bu noktada yarıçap 1/0 olacağından yoğunluk tanımsız hale gelir. Yok eğer bu denklemin limitini alırsak (r -> 0) bu defa sonuç sonsuz çıkar. Ama fiziki dünyada durum bu değil, yoğunluk her noktada Y yani aynı.

O yüzden matematiğin her koşul altında fiziki dünyayı tanımladığını söylemek mümkün değil.

Sonuçta kara deliklerin merkezine inip orada bir tekillik tespit edebilmiş değiliz. Yine evrenin T=0 anına gidip orada bir tekillik bulmuş da değiliz.

Keza, karanlık madde ve karanlık enerji de aslında birer "made up" kavramlar. Hesaplarımız gözlemlerimize uymayınca ortaya karanlık madde ve karanlık enerji kavramlarını attık ama bu ikisine dair elde somut hiç bir şey yok. Sadece hesaplarımızdaki boşlukları doldurmaya yarayan iki kullanışlı dolgu malzemesi gibi görünüyorlar.

Kuşkusuz tekillikler ve karanlık şeyler gerçek de olabilir. Böyle bir olasılık var.

Ama bu olasılık ne kadar büyük?

Edit:

Kara deliklerde tekilliğe yol açan Genel Görelilik denklemi şöyle:

burada yarıçap r=0 olduğunda (rs/r) yani kürenin merkezinde tekillik oluşuyor ve bu bu durumda denklemden d'yi çekip aldığında d = sonsuz çıkıyor.

Tekillikler bence karanlık değişkenlerden daha büyük bir sorun çünkü bilmediğimiz bazı değişkenler varolabilir ama sonsuzluklar gösterdiğin gibi pek de fiziksel olgulara veya realitelere göre değil. Matematik tanımsız şeklinde bunlara alan açabiliyor çünkü matematik manipüle edilebilen saf soyut bilgi, soyutlamanın bir türü. Buna mukabil fiziksel realite matematiksel bilgiden ziyade sınırlanmış, segment segment - kuanta'ya - bölümlenmiş bilgiye dayanıyor. Yani diğer deyişle kuantum bilgiye dayanıyor. Deneyim çok güçlü bir şekilde bunu ima ediyor. Matematik soyut boyutuyla sonsuzluk metafiziğini ve tanımsızlığı kucaklama lüksüne sahip. Ama bilimin böyle bir lüksü yok. Tekillik gördüğü zaman fiziksel gerçeği ifade etmek ve anlamak için başvurduğu denklemlerin tanımlayamadığı bir çıkmaz ürettiğini kabullenmek zorunda. Bu bence tek meşru, tek makul, eşyanın doğasıyla tek bağdaşan tutum. Matematik ile gerçekliğin ilişkisindeki birliği ama ayrıca matematiğin soyut metafiziksel karakteriyle bilimin deneyimi dikkate alma ısrarı arasındaki bir kopukluğu ifade ediyor.

Bütüne bakıldığında bizim referans sistemimizde gerçeklik adeta sonsuz ve asla tamamen tanımlanamaz gibi duruyor ama gerçekliğin öğelerinin sonsuz olduğu veya sonsuzluklara gebe olabileceği görülmüş şey değildir. Matematik ve bilim "metafiziklerimiz" asırlardır bu gerilimi yaşamaktadır. Bu gerilim klasik Yunan bilim insanı Parmenides'i donuk bir gerçeklik - kelimenin tam anlamıyla "varlık" - tekilliğine itmiştir. Parmenides'e göre hareket veya değişim bir illüzyondur ve gerçeklik her şeyi kapsayan yekpare tekil kaskatı bir varlıktır (zaman ve mekanın anlamını yitirdiği başlangıç ve karadelik tekillikleri gibi). Nietzsche Parmenides'in bu varlık biliminin en derinine, metafiziğin (daha spesifik konuşursak ontoloji ve epistemolojinin) en soğuk ve kaskatı edici sınırına ulaştığını ve oraya Parmenides gibi dokunmaya cüret edenin donup kalacağını söyler.

Çağdaş fizikte tekillikler en ekstrem koşulların teori ve denklemlerinde karşımıza çıkıyorlar ve bilimimizi salt mantıksal soyutlama ile tekilliğe ulaşan Parmenides'i de kaskatı kestiği gibi donduruyorlar. Kısaca bence fizikte tekillikler bilim açısından ölümcül olabilecek metafizik tuzaklar ve karadelik dediğimiz ekstrem objelerin analizinin bilimimizi felç edecek bu metafizik tuzaklardan taşıması bu fiziksel olguların bizim referans sistemimizde zifiri karanlık bir kapanı andıran gerçekten ölümcül olabilecek karakteristiklerine fazlasıyla ironik bir şekilde uyuyor.

Gene Yunan'dan benzetme ile tekilliklerin bilim üzerindeki etkisi Nietzsche'nin Parmenides yorumundan yola çıkarsak aslında Medusa'nın Kafası gibi. Bir olasılıktan ziyade bir engel, teorinin bir tanımsızlık çıkarttığının, matematiğinin orada patladığının, verilmiş teorinin Medusa'nın gözlerine bakıp taşa dönen bir adam misali o noktada kaldığının göstergesi. Çağdaş bilim kusursuz tanımlar yapmak için uğraşmıyor; daha çok en iyi en etkin şekilde modellemeye bakıyor ama tekilliklerin iyi veya anlamlı bir model olduğunu da düşünmüyorum. Sıfır hacim, sonsuz fiziksel parametreler, uzay-zaman yok. Ne kadar berbat bir model. Değil mi?

Kısaca karanlık madde ve enerjiye olabilirlik verebilirim ama en azından yukarıda bahsettiğim klasik haliyle tekillik benim için a big no.

Öyle gerçekten, katılıyorum. Tekillikler aslında bir nevi matematiğin çöktüğü yerlerdir. Tekillikler denklemlerin sonucu olmaktan çok, bazı spesifik girdilerle sonuç üretemediği halleridir ve yalnızca karadeliklerde değil, bir çok yerde karşımıza çıkıyorlar, Örneğin lavabo giderinden vorteks halinde akan suyun formülü olan s = c/r'de olduğu gibi. Formülde r dönen suyun dönme merkezine olan uzaklığını temsil ederken c bir akışkanlar sabiti. r küçüldükçe yani suyun spini spin merkezine yaklaştıkça hız artıyor ama tam merkezde hız neredeyse sonsuza gidiyor. Oysa hiç birimiz pratikte lavabolarımızda sonsuz hızla dönerek giderde kaybolan su görmüyoruz. Yani formül, ekstremlere gidilmediği sürece doğru sonuçlar üretiyor, ekstremlere aşırı yaklaştıkça sapıtmaya başlıyor. Demek ki doğa her zaman tam da denklemlerimizin öngördüğü şekilde işlemiyor. Örneğin Genel Görelilik denklemleri güneş sistemini mükemmel açıklarken, bazı galaksilerin aşırı hızlarını açıklamakta yetersiz kalıyor. O zaman ne yapıyoruz? Denklemleri kurtarmak için kara madde diye bir şey savlıyoruz.

Kara deliklerde de aynısının olduğuna ikna olmuş durumdayım. Bence kara deliklerin merkezinde tekillik falan yok, bir başka evrene açılan kapılar falan da değiller. Evet biliyorum, böyle olması heyecan verici değil ve ilhamdan yoksun, kuru ve sıkıcı bir gerçekliğe işaret ediyor ama ne yapalım, demek ki doğa böyle işliyor, ekstremlere izin vermiyor.

Edit: İmla

Bunun ve öncelerinkinin olduğu gibi çoğu bilim haberleri kurgu. Çoğusu, belli bir zaman sonra yalanlanıyor. Aa böyle bir şey yokmuş, yanılmışız diyorlar. Kendinizi çok fazla kaptırmayın böyle şeylere ve mutlak doğruymuş gibi iddialaşmayın. Kimse bunları bilmiyor ve teyit edemez. Çoğusu hayal ürünü. Bakarsınız, aksine metafizik olaylar doğru çıkar ve öldüğünüzde öbür dünyada şok edici bir gerçekle iş işten geçtikten sonra karşılaşırsınız. Ve artık çok geçtir.

Normal bir vatandaş bunları teyit edemez, çünkü yasak ve yetkisi yok. Üst merciiler hangi haberleri yayarlarsa sizin bildiğiniz de bu kadarı. Yaydıkları haberin doğruluğu ise koskoca bir şüphe. Sizi neye inandırmaya çalışıyorlarsa sizi ona yönlendiriyorlar. Her şeyin toz pembe olduğunu ve size söylenenlerin hepsinin doğru olduğunu düşünmüyordunuz herhalde? Hayvan Çiftliği tarzındaki manipülasyon meseleleri...

Öbür dünyada şok edici bir gerçek ile karşılaşma ihtimali gerçekten de mevcut olabilir. Çünkü evrenin gerçek olduğu bile şüpheli. Çünkü her şey, beynimizde işlenerek "deneyime" dönüşüyor. Dolayısıyla, biz "gerçeği" değil, duyularımızın bize yansıttığı bir versiyonu yaşarız. Yani kafatasımın içinde güya bir beyin var, ama o kafatasının içine ışık bile girmez. Karanlık bir kutuda, orada oturan bir şey var işte, acaba gerçekten öyle bir şey, fiziksel olarak orada mevcut mu acaba? Bundan bile emin olamayız. Bu şey, yani et parçası, dışarıyı kendince algılıyor.

Durum böyleyken, dışarda ne olup bitiyorsa bu olup biteni, yorumlayanın (orada olduğunu düşündüğümüz o organın ya da her neyse) yorumu kadar öğrenebilirsin.

Yani her şey korkunç şekilde yanlış da olabilir. Daha da kötüsü, gerçek neyse, ona hiçbir zaman ulaşamayabilirsin de. Çünkü dışarda olan her şey, bir şey tarafından yorumlanıyor. Dışarıyla direkt etkileşimde değilsin. Bunu yorumlayan bir şey üzerinden dışarıya bakabiliyorsun.

Mesela "Müller-Lyer illüzyonunu" düşün. İki paralel çizgi var, fakat uçlarına ok işaretleri eklenmiş. Biri dışa, diğeri içe doğru fakat içe bakan ok işaretlerine sahip olan çizgi daha kısa gibi görünür fakat her iki çizgiyi de ölçersen ikisi de aynı uzunluktadır. Evrene de işte böyle bakarsın. Yani gördüğün ve hatta ölçtüğünü sandığın her şey yanlış olabilir. Fakat elimizdeki en iyi şey "bilim" denen şey olduğu için, bilimi kabul ediyoruz. Çünkü daha iyisi yok. Ancak bu bilimdeki her şeyin mutlak doğru olduğu anlamına gelmiyor.

Fakat bu yazdığımdan şu sonucu çıkartmayalım. "Öyleyse Derhal imana gel, namaza başla"

Makale burada ama ulaşım ücretli:

Are dark matter and dark energy omnipresent? - IOPscience

Burada ise popüler bilim dilinde açıklaması var:

"Multiple Big Bangs" drive the universe, not dark matter or energy - Earth.com

Dr. Richard Lieu tarafından öne sürülen hipoteze göre seri "anlık" Big Bang'ler evrenin genişlemesine yol açıyor, karanlık enerji değil.

Yine yeni bir hipotez ve yine karanlık enerji ile karanlık maddeyi hedef alıyor. Güzel yanı şu ki, hipotez test edilebilir görünüyor.

Yani yanlışlanabilir. Ama doğrulanabilir de...