Hawking radyasyonu deneyle kanıtlandı: Tüm kara delikler bir gün buharlaşıp yok olacak

REKLAM

Kara deliklerin zamanla "buharlaştığı" teorisini öne süren fizik teorisyeni Stephen Hawking'in öngörüsü laboratuvarda yapılan bir deney ile ilk kez doğrulandı. 1974 yılında bu teoriyi ortaya koyan Hawking trilyonlarca yıl da sürse tüm kara deliklerin eninde sonunda yok olacağını öne sürmüştü.

Hawking'e göre kara delikler tam anlamıyla 'kara' değil çünkü çok düşük seviyede de olsa radyasyon partikülleri yüksek hızlarda dışarı kaçabiliyor. Bu teori uzun bir süre boyunca doğru ancak kanıtlaması neredeyse imkansız olarak görüldü.

Kara deliklerin radyasyon salınımını uzayda gözlemlemek oldukça zor ve Nature bilim dergisinde yayınlanan deneyin [detayları](Nature bilim dergisinde yayınlanan deneyin detayları hayli karmaşık çünkü gerçek bir kara deliğin laboratuvarda analog versiyonu oluşturmayı içeriyor.) hayli karmaşık çünkü gerçek bir kara deliğin laboratuvarda analog versiyonu oluşturmayı içeriyor. Bunu başaran bilim insanı Jeff Steinhauer ve ekibi ilk kez bu fenomeni laboratuvarda ölçümleyen kişiler oldu.

'Analog kara delik' modelini kuran Steinhauer bunu ışık fotonlarının yerine akustik fonon parçacıklarını kullanarak yaptı ve 'Hawking ışıması/radyasyonu' olarak bilinen bu olayı empirik (deneysel) bilgiye dönüştürdü.

Akustik fonon nedir?

Fonon, bir kristal örgüsünde bulunan atomların ortak titreşimlerinin sayısı ve durumudur. Fiziksel olarak bir parçacık olmadığı için genellikle paçacığımsı olarak adlandırılıyor. Optik ve akustik fonon olmak üzere iki çeşidi bulunan bu parçacıkların yüksek enerjili olanlarına 'optik fonon', daha düşük enerjili olanlara ise 'akustik fonon' deniyor. Enerjileri daha yüksek olan optik fononların fotonlarla çiftleşmeleri daha kolay gerçekleşiyor.

Bir örgüde tetiklenebilecek fonon sayısını hesaplamak için birim hücredeki atom sayısı her bir atomun serbestlik derecesiyle çarpılıyor.

Örneğin silisyum kristalinin birim hücresinde 2 adet silisyum atomu bulunur, her bir atom ise 3 eksende salınabilir (x,y,z) dolayısıyla silisyum kristalinde toplam 6 adet fonon tetikleniyor.

Optik fonon sayısı serbestlik derecesi kadardır. Geriye kalan fononlar ise akustik fononlardır.

Hawking radyasyonu nedir?

Kara deliklerin güçlü çekim kuvvetinden ışık fotonları dahi kaçamamakta. Bu kadar güçlü bir çekime sahip olan objeye gelen ışık geri yansıyamadığı için sürekli kara ve görünmez olarak kalıyor.

Ne var ki, içerisinde hiçbir atomun bulunmadığı vakumlu uzay boşluğunun bile aslında atom altı partiküllerle dolu olduğu biliniyor. Bu partiküller yoktan var olup yeniden yok oluyor. Bir anda ortaya çıkan partiküllerin yok olmasının nedeni çift olarak oluşmaları: Madde ve anti-madde.

Madde ile anti-madde arasındaki tek fark birinin negatif diğerinin pozitif elektrik yükü taşıması. Bu iki partikül uzay boşluğunda birbirine temas ettiği anda imha oluyor ve geriye birşey kalmıyor. Ancak bu olay bir kara deliğin yakınında meydana geldiğinde durum farklı şekilde gelişiyor.

Yüksek yerçekimi gücü madde ve anti-maddeyi birbirinden koparmayı başarıyor ve negatif yük taşıyan partikül kara deliğin içine düşerken pozitif yüklü olan ayrışmanın ortaya çıkardığı enerji ile dışarı kaçıyor.

İçeri düşen madde negatif enerjili olduğu için kara deliğin enerjisi ve kütlesi artmak yerine azalıyor. Bu partiküllerden yeterince yutan her kara delik neticede 'buharlaşıp' yok oluncaya kadar küçülüyor. Bu süreç trilyonlarca trilyon yıl sürüyor.

Analog Kara Delik deneyi nasıl gerçekleştirildi?

Hayfa'da bulunan İsrail Teknoloji Enstitüsü'nde (Technion) Steinhauer ve ekibi kara deliklerin 'olay ufku' adı verilen ve geri dönüşü olmayan bölge olarak tanımlanan kısmı temsil etmesi için evrendeki en soğuk maddelerden Bose-Einstein yoğunlaşmasını kullandı. Bose-Einstein yoğunlaşmasına ait gazın uçurumdan akan bir şelale gibi hareket etmesi sağlandı.

Gazın bu şekilde hareket etmesi için gerekli fiziksel düzlem oluşturulunca düşen gaz potansiyel enerjisini kinetik enerjiye dönüştürdü. Bu enerji dönüşümü ile Bose-Einstein gazı ses hızından daha hızlı şekilde (süpersonik) akmaya başladı.

REKLAM

Madde ve anti-madde yerine fonon partikülleri kullanan araştırmacılar gazın henüz yavaş akan kısmında fononların akıntıya karşı hareket edebildiğini ancak hızlı akan kısmında bunu yapamadıklarını gözlemlediler. Hızlı akan kısımda fononlar süpersonik gaz tarafından hapsedilmişti.

Gazın sonik-altı kısmının süpersonik kısma dönüştüğü 'olay ufku' çigisinde ise fonon parçacıklarının ayrıştığı ve akustik olanlar ile optik olanların farklı kısımlarda kaldığı gözlemlendi.