Evrenin Sırları-5 Kara Delikler

 

Çok sevgili 3+1 boyutlu dünyamızda istediğiniz kadar sağa sola yukarı hareket edin serbestsiniz, fakat iş zaman boyutuna gelince kimse pazartesiden kaçamaz öyle değil mi? Kara deliklerde ise mantık şu: Geçmişe, bugüne ya da geleceğe gidebilseniz de, belli bir noktaya doğru çekilmekten asla kaçamazsınız. Yani gideceğiniz yer bizim anlayacağımız dilde kesin ve kesin olarak keşke pazartesi olsaydı da bunu görmeseydim diyebileceğiniz korkunç bir yer. Bir kara deliğin nasıl göründüğünü ve nasıl davranacağını gözünüzde canlandıramıyor olabilirisiniz, bunun için Hollywood emrinizde! Prof. Berstchinger’le  ‘Interstellar’ filmini de konuştuğumuz bu yazıyla size veda ediyoruz.

Samanyolu dâhil evrendeki tüm galaksilerin içlerinde yüz milyonlarca, merkezlerinde ise bir süper kütleli kara delik bulunuyor. Geçen ay gökbilimciler, 11,7 milyar ışık yılı uzaklıkta ‘zamanın başlangıcından kalma’  yani Big Bang’den yalnızca 2 milyar yıl sonra oluşmuş bir kara delik buldu. Bu kara delik bizim güneşimizin 7 milyar katı kütlesinde bir yıldızın içine çökmesiyle oluşmuş.

Kara delik büyük bir yıldızın yakıtının bitince, basitçe sönmesi veya patlaması yerine, devasa kütlesini daha fazla taşıyamayıp, artık kendi çekim etkisine dayanamayarak, çok çok ufak bir tekil noktaya çökmesiyle oluşuyor.
Dünyamızın bir yer fıstığı büyüklüğüne yoğunlaştırıp, sıkıştırırsanız bir kara delik elde edersiniz. Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi’ne göre kütlesi inanılmaz büyük, hacmi ise aşırı küçük olan bu oluşumun yerçekimi muazzam kuvvetli olur. Işık bile kara delikten dışarı yansıyamaz. Uzayzaman örtüsü ona doğru bükülür. Çember şeklinde bir trambolinin merkezine bırakılmış aşırı ağır bir kayayı düşünün. Trambolin yüzeyi ortasından aşağı çekilir. Şimdi bu trambolinin çevresi diyelim 9 metreyse çapı artık 3 metre değil, belki 100 metredir, uzayzaman örtüsü işte böyle eğrilir.

Bir kara deliğin ‘olay ufku’ denilen küresel bir yüzeyi bulunur. Bu ufuktan içeriye bir kez geçtiniz mi dışarı çıkmak mümkün değildir, çünkü ışığın bile kaçamadığı bir yerden çıkmak için ışıktan daha hızlı olmalısınız. Fakat biliyoruz ki saniyede 300.000 km giden ışıktan daha hızlı hiçbir şey yoktur. Kara delikteki kaçınılmaz kaderiniz merkezdeki tekillik noktasına yaklaşmaktır hem de bir spagetti gibi başınızdan önce tekillik noktasına daha yakın olan ayaklarınızdan çekilmeye başlayıp atomaltı parçacıklarınıza (sicimlerinize mi demeli, belki ispatlandıktan sonra…) ayrılana dek. Tekillik noktasına yol alırken uzayzaman hakkında bildiğimiz tüm fizik kanunları yok olur. Tekillik noktasına aslında “hiçbir fikrim yok” noktası da denilebilirdi.

Hakkında kitap yazılan film: Interstellar

   

      İzleyenleri derinden etkileyen Interstellar astrofizikçi Kip Thorne’ın gerçekleri;

     yönetmen Christopher Nolan’ın ise güzelliği yorumlamasının mükemmel birleşiminden oluşuyor.

     Kara delik gibi anlaşılması aşırı zor bu fenomeni bir nebze kavrayabilmemizi sağlayan

     Interstellar filminden yola çıkarak sizlere kara delikleri izah etmeye çalışacağım.

Kara deliğe bakınca kapkara bir şey göreceğinizi düşünmeyin. Kara deliğin kendisi karanlık, fakat yarattığı yerçekimi gücü arka planındaki galaksilerin ışığını büküyor ve aynı filmde olduğu gibi bu olağanüstü görüntü ortaya çıkıyor.

Bir kara delikte zaman

Filmde en akılda kalıcı olaylardan biri Gergantua adlı kara deliğin olay ufkuna çok yakın yörüngede dönen gezegende zamanın dünyadakine göre çok daha yavaş geçmesi ve uzay gemisine geri dönen başkahramanımız Cooper ve diğer astronot Amelia’nın dünyadaki insanlara göre çok daha genç kalmış olmalarıydı. Gezegende geçen bir saate karşılık dünyada yedi yıl geçiyordu. Bunun bilim kurgu olduğunu düşünüyorsanız yanılıyorsunuz çünkü sadece bilim.

Herkes ve her şey birbirine göre görecelidir. Bir kamyonun arkasında oturup yol alırken hızınız size göre sıfırdır, fakat dışarıdan seyreden birine göre saatte 60 km hızla gidiyorsunuzdur. O dışarıda duran kişinin hızı ise aslında dünyanın dönüş hızıyla aynıdır. Bu görelilik evrenin her yerinde geçerlidir. Buna klasik görelilik diyoruz. Şimdi Einstein’ın Özel Görelilik Kuramı’na geçiyoruz, bu cümleleri birden fazla kere okumaktan hiç çekinmeyin. Tek bir şeyin hızı sabittir ve tüm gözlemciler için aynıdır; o da ışık hızı. Işık hızının göreceli olmadığı defalarca gözlemlerle kanıtlanmıştır. Arkadaşınızı gördünüz diyelim. Onun imajının gözünüze ulaştığı hız ışık hızıdır ve sabittir. O arkadaşınız size bir bisikletle geliyorsa imajının belirdiği hız ışık hızı artı bisikletin hızı değildir. Tamam da, neden ışık hızı sabittir diye soran, haklı olarak yetinmeyen beyinlere vereceğimiz bir cevap maalesef yok. Evrende en önemli sabitin ışık hızı oluşu bir temel yasadır ve bu temel yasayı açıklamak için daha temel bir yasa gereklidir ki o henüz elimizde yok.

Şimdi bir deney yapacağız.

İki aynamız olduğunu ve aralarında bir ışının gidip geldiğini düşünelim.

 

 

 

 

 

 

Şimdi bu ikili aynalardan bir set daha kuralım. Fakat birinci set aynamızı ışık hızına yakın bir hızla ilerletirken, ikinci seti sabit tutalım.

Hız=Yol/Zaman eşitliğini aklınızda tutun lütfen. Işının karşılıklı aynalara gidiş hızı, aynalar ilerlerken de değişmez, ışınlar aynalara aynı anda değer çünkü ışık hızı sabittir. Ya ışının kat ettiği yol? Yol uzadı, ilkinde diyagonal yol alırken ikincisinde dikine yol alıyor. Hız aynı ise ve yol uzadıysa, eşitliğin bozulmaması için zamanın da uzaması gerekiyor. Kısaca ilerleyen aynalarda bir saniye, duran aynalara göre daha uzun sürüyor, yani ilerleyen aynalarda zaman yavaşlıyor. İlerleyen aynalara bir insan yerleştirdiğimizi düşünürseniz o kendine göre durağandır ve ışık her zamanki gibi sabit hızda hareket ettiğinden zaman algısı onun için hiç değişmeyecektir. Yani yerel deneyimde zamanın geçiş hissiyatı açısından hiçbir farklılık yoktur. Zaman herkese göre normal akmıştır. Ama göreceli olarak hayır.

Einstein, birkaç yıl sonra Özel Görelilik Kuramı’nı Genel Görelilik Kuramı adıyla genişletiyor ve zamanın harekete göre görelilik özelliğinin, aynı zamanda kütlesel farklılıklarda da karşımıza çıkacağını ispatlıyor. Kuram, objelerin uzayzaman örtüsünü büktüğünü söylüyor. Çok büyük objelerin bulunduğu yerlerde uzayzaman daha fazla eğriliyor(yerçekimi).

Işın deneyine dönelim. Işın düz bir şekilde gittiğinde mi daha çok mesafe alır yoksa eğik bir şekilde mi? Tabi ki eğik. Aynı yukarıda diyagonal ve dikine yollarda olduğu gibi. Eğrilen yerde yolculuk edecek olan ışın, uzun mesafe kat edeceğinden yine zamanın genişlemesi gerekiyor ki ışık hızı sabit kalsın. İşte bu yüzden çekim kuvveti inanılmaz büyük olan kara deliklerin yakınlarında zaman genişliyor ve çok ağır geçiyor. Zaman kara deliklerin yakınında neredeyse duruyor.

Zamanı bir çizginin ötesinde resmedebilmek

 

3 boyutlu varlıklar olarak biz yalnızca 3 boyutlu olan şeyleri kavrayabiliyoruz. Zamanı dördüncü boyut olarak algılayamıyoruz. O yüzden de 3 boyutlu gördüğümüz çevremizin zaman içindeki gelişimini bir çizgi gibi (yani bir boyutlu) düşünebiliyoruz ancak.

Karıncayı iki boyutlu bir hayvan olarak düşünün. Bir kağıt üzerinde sanki iki boyutlu dünyasında yaşadığını farz edin. Üç boyutlu bir varlık olarak şöyle seslenin: “Hey karınca yukarı bak, buradayım.” Onun dünyasında yukarı diye bir boyut olmadığından kavrayamayacaktır, aynı bizim zamanı 4.boyut olarak kavrayamadığımız gibi.  

Filmde, Tesseract denen Cooper’ın zamanı fiziksel bir boyut gibi algılamasına yardımcı olması için yaratılan bir yer var. Tesseract gelecekteki insanların Cooper’ın kara deliğin içinden ‘Her Şeyin Teorisi’ ile ilgili bilgileri dünyadaki kızı fizik profesörü Murphy’e aktarabilmesi ve ölmeden çıkabilmesi için yaptıkları bir yer. (Tamamen bilim kurgu. Cooper kara deliğin içine girseydi eninde sonunda spagettileşmekten kurtulamazdı.)

 

Tesseract’ta geçmiş boyunca Murphy’nin odaları var. Cooper sağa sola, yukarı aşağı, içine dışarı giderek zamanda fiziksel bir boyutmuş gibi hareket ediyor. Yani yönetmen, zamanı ancak bir çizgi gibi düşünebilen bizleri, bir boyut yukarı taşıyor. Şapka! İnsanın kendi Tesseract’ini kurması gelmiyor mu? 

Solucan Deliği

Karıncamıza geri dönelim. Onu bir kürenin üzerine koyalım. İki boyutlu düşünen zavallı karınca onu düzlem zannedecektir.(İnsanoğlu da zamanında böyle bir hata yapmıştı) Üç boyutlu bir varlık olarak biz küreye bir delik açarsak karınca o delikten seyahat ederek koca yüzeyi geçmek yerine kısa yoldan kürenin öbür tarafına geçer. Karıncaya bir solucan deliği yarattık! Peki, biz uzayın derinliklerine ışık hızına ulaşmamıza gerek kalmadan ve binlerce yıl seyahat etmeden, bu oyunla gidebilir miyiz?

 

Albert Einstein ve Nathan Rosen’a göre teoride evet. Genel Görelilik Kuramı’ndan yola çıkarak önerdikleri solucan delikleri iki ağızdan ve bir boğazdan oluşuyor. Birinci ağız aşırı büyük kütleli bir cismin yaratacağı bir koni şeklinde düşünülürse, (aynı kara delik gibi) öbür koni aşırı büyük fakat negatif kütleli bir cisim olmalı. Bu negatif enerjili maddeye egzotik madde diyoruz. Henüz egzotik maddeye rastlanmadı.

Filmde Tesseract’i yaratan aynı (gelecekten) insanlar Satürn’den başka bir galakside bulunan gezegenlere bir solucan deliği açtılar. Bu insanlar 5. boyutu algılayabilen bizden çok daha ileri bir uygarlık olarak düşünülebilir. Cooper ayrıca kara delikten de bu solucan deliğinden geçerek kurtuluyor. Hatta Satürn’e dönerken uzay aracının içinde kendi dâhil tüm ekibi görüyor, Amelia ile el sıkışıyor. 

Bir fizikçi olarak filmden oldukça etkilenen Prof. Edmund Bertschinger'a dönüyoruz.

Kara delik bilimsel olarak doğru gösteriliyor. Öte yandan evrende solucan delikleri olabilir mi?

Bir fizikçi olarak Nolan'ın görselliğe verdiği özeni takdir ediyorum; filmde Tesseract'ın kurgu olması bir yana kara delik ve solucan deliğinde bildiğimiz Genel Görelilik Kuramı’na sadık kalmış. Solucan deliğinin görüntüsü ve davranışı doğru olmakla birlikte bu kadar büyüğünün yaratılması mümkün müdür bilmiyoruz. Kuantum Teorisi’ne göre küçük solucan delikleri yaratmak mümkün. Ama bu kadar uzun ve büyüğü için egzotik bir madde gerekir ve henüz elimizde yok. Bu noktada fizikçiler durmuş olabilir fakat film yapımcıları sinematik bir güzellikle bizi muhtemel bir geleceğe taşıdı. 

Filmin Tesseract kısmı tamamen bilim kurgu mu yoksa evrende dörtten fazla boyut olabilir mi?

Olabilir. Özellikle Sicim teorisyenleri 10 fiziksel boyutun olduğuna inanıyorlar. Henüz kanıtlanmadığı için spekülatif bir yaklaşım olarak kaldı. Bunu ispatlamak için kara deliklere seyahat etmemiz gerektiğinden şüpheliyim. 

Tabi ki sevgi!

Hollywood seyircisini ağlatmak durumunda ve bunu denklemlerle yapacak hali yok, usta bir şekilde konu sevgiye bağlanarak, tüm insanlık baba-kız sevgisi sayesinde kurtuluyor. Cooper, Amelie’nin sevgi için söylediklerine kulak veriyor: “Aşk, bilinçli olarak zaman ve uzayın ötesine geçirebileceğimiz tek şeydir.” Cooper, önce beş boyutlu Tesseract'ten kütüphanedeki kitapları düşürerek (aşk dışında boyutların ötesine geçen bir şey daha varmış, yerçekimi!) ikili kod aracılığıyla dört boyutlu dünyasında yaşayan kızının çocukluğuna mesajlar göndermeye başlıyor. Cooper kızının sevgisinden dolayı bir gün yatak odasına döneceğinden emin, hediye ettiği saatin yelkovanından Mors alfabesi kullanarak da ‘Her Şeyi Teorisi’ni bulması için bilgiler yolluyor. Murphy teoriyi kullanarak dünyadaki tüm insanlığı dünyanın yerçekiminden kurtararak yaşanabilir gezegenlere doğru devasa uzay istasyonlarıyla uçuruyor.

Her Şeyin Teorisi hem Kuantum’un ufak dünyasında hem de yerçekimin devasa boyutlarında geçerli yasadır demiştik. İşte kara deliklerin merkezi, her iki dünyanın buluştuğu ender bir yer. Yerçekimin müthiş büyük olduğu ve aynı anda mini minnacık tekillik noktası. Hangi yasayı kullanacağız? Hem Kuantum mekaniğini hem de Genel Görelilik Kuramını kullanırsak 1+1=8 gibi bir sonuçla karşılaşılıyor. Her Şeyin Teorisi’ni bulmak için oranın içinde olup bitenleri anlamak gerek.

Yerçekimini gerçekten anlayabiliyor muyuz?

Hayır anlayamıyoruz. Biz yerçekiminin sadece dünyamızda çalışma şeklini anlıyoruz. İnsanlar yerçekiminin çok güçlü bir kuvvet olduğunu düşünüyor çünkü şu anda iskemlemizde kalıp uzaya uçmamamızı sağlıyor. Ama çok ufak bir kas hareketiyle ayağa kalkabiliriz. Oysa çok daha fazla bir kas gücü kullanarak ince çelik bir teli koparamayız çeliği bir arada tutan yerçekimi değildir, ondan çok daha güçlü olan elektromanyetizmadır. Yerçekimi gizem ve çözüm getirilemeyen sorularla doludur.  Yerçekiminin aşırı kuvvetli olduğu kara delikte olanları anlamak için Her Şeyin Teorisine ihtiyacımız var; aynen Murphy'nin ve babasının bulmaya çalıştığı gibi.

Adem ve Havva

Interstellar beni de uçurdu; yerçekimine karşı değilse de fikren. Filmin son sahnesine bakınca Cooper ve Amelia’nın vardıkları gezegendeki ilk insanlar olduğunu düşünmeden edemedim. Önlerinde medeniyetlerin, inançların gelişeceği, Rönesans’ın, sanayi devriminin, bilgisayarlaşmanın yaşanacağı ve yine savaşların ve barışların birbirini takip edeceği çağlar var belki de. Uygarlıklar bizim dünyamızda olduğu gibi mi gelişecek, yoksa hâlihazırda bilgi çağıyla mı başlayacak yeni hayat? Yine de aklım yeraltındaki elektrik, telefon ve internet kablolarına takılmıyor değil. Nasıl? Hangi insan gücüyle? Hangi kaynakla? Bilinen teknoloji kaybolur mu? Bilgi akışı nesiller arasında bir noktada kopar da en başa, taş devrine dönülür mü? Profesör’e son sorumu yöneltmeden evvel hiçbir zaman merakınızı kaybetmemenizi ve sorular sormaya devam etmenizi diliyorum.

Cooper ve Amelia yeni gezegenin bir nevi Adem ve Havva’sı oluyorlar. Acaba bizim dünyamızda da hayat böyle başlamış olabilir mi? Evrim Teorisi’nden çok, insanlığın başlangıcı kutsal kitaplarındakine benziyor sanki. 

Belki. Bu benzetmeyi daha da ilerletebiliriz acaba yılan, bahçe ve elma nerede? İnsanoğlu inanılmaz yaratıcı, belki bir elma ağacı dikilmese de, yepyeni bir gezegende, yepyeni insanların, kendilerine yepyeni bir yaratılış hikâyesi yaratacağından ve bunu nesillere aktaracağından eminim.  

Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü Öğretim Görevlisi Prof. Alpar Sevgen’e beni Humanities dersine davet ettiği için teşekkürlerimle.

 

Serinin diğer yazıları:

https://www.salom.com.tr/haber-96108-evrenin_sirlari3.html

https://www.salom.com.tr/haber-96203-evrenin_sirlari4.html