Karadelik
Güneşten çok daha büyük yıldızların sonu pek hazindir: nükleer yakıtları bitince, kendi kütle çekimlerinin etkisiyle ışığın kaçmasına izin vermeyecek kadar yoğunlaşırlar. Klasik Genel Görelilik teorisine göre, uzayın bir parçasını kütleleriyle orantılı boyutlarda, çıkışı olmayan bir hapishaneye çevirirler. Bu (küresel) hapishanenin fiziksel bir malzemeden oluşmayan, görünmez, yalnız dışarıdan içeri geçişe izin veren tek taraflı bir duvarı vardır: bu duvara olay ufku denir.
Kuramsal olarak elimizdeki herhangi miktarda bir kütleyi yeterince sıkıştırabilsek kara delik oluşturabiliriz ama küçük kütleleri o kadar sıkıştırmak mümkün değil: kuantum fiziği buna izin vermiyor. Örneğin Dünyanın kara delik olabilmesi için bir kestane küçüklüğüne sıkıştırılması gerekir. Güneşin de kara delik olabilmesi yarıçapının 3 km’ye inmesiyle mümkün. [Bu rakamları ve aşağıda vereceğim rakamları doğru olarak çıkartabilmek için detaylı bir fizik bilgisine ihtiyaç olduğunu belirtelim.] Güneş’i veya Dünya’yı bu kadar yoğun hale getirecek bir mekanizma bilmiyoruz. Güneş ve benzeri yıldızlar kara delik olabilecek kütleye sahip değiller; Güneş bütün yakıtını bitirince bir süre sonra büyüklüğü Dünya büyüklüğüne inecek ve elektron basıncı ile bir arada duran, kütle çekimine karşı çökmeyen (aynı Sirius B yıldızı gibi) bir Beyaz Cüce olacak.
Galaksilerin merkezinde ve başka yerlerde kendi çekim kuvvetiyle bir kara deliğe çökecek yeterince büyük kütleli yıldızlar var. Örneğin Samanyolu galaksisinin merkezinde bize 26 bin ışık yılı ötede 4.1 milyon Güneş kütleli Sagittarius A* isimli bir kara delik var. Bu bilgileri galaksi merkezi etrafında dönen yıldızların yörüngelerinden gelen 25 yıllık veriler ile biliyoruz. Yakın zamanda Olay Ufku Teleskopu’nun bu kara deliğin görüntüsünü de yayınlamasını bekliyoruz.
Klasik (kuantum olamayan) teoriye göre kara delikler bahsi geçen büyük yıldızların bütün yakıtlarını tükettikten sonraki halidir. Klasik teoriye göre, bir yıldız kara deliğe çöktükten sonra artık sonsuz ömrü vardır, üzerine düşen, olay ufkuna giren, madde ve ışığı alır ve kütle olarak büyür ama olay ufkunun dışına hiçbir maddenin veya ışığın çıkışına izin vermez. Yani klasik teori bir kara deliğin asla küçülemeyeceğini söyler.
Kuantum fiziğinin prensiplerini kara delik bulunan bir uzaya uyguladığımız zaman (ki Hawking bunu yapmıştır) kara deliğin bu “asla ışık ve madde vermez” tavrı değişir ve kara deliklerin de sıcaklığı olan her nesne gibi ışıma yaptıkları ortaya çıkar. Bu sonuca ulaşmak fizikçiler için çok da kolay olmamıştı.
Öncelikle şu gerçeği hatırlayalım: sıcaklığı olan her cisim elektromanyetik dalga yayar; güneş, insan, dünya, ampul, tavşanın gözleri vesaire. Bu ışımaya kara-cisim ışıması denir (buradaki kara’nın kara delikle doğrudan bir ilgisi yoktur). Işımanın şiddeti ve yayılan ışığın hangi dalga boyunda olduğu (veya görünür spektrumda ise, hangi renkte olduğu) o nesnenin sıcaklığı tarafından belirlenir. Vücut sıcaklığı normal olan bir insan gözle görülemeyen kızıl-ötesi ışınlar yayar (ormanda gece yürüyen bir kişiyi termal kamera ile görmek mümkündür). Güneş veya ampul dışarıdan bakıldığında bir-kaç bin derece sıcaklığa sahip oldukları için elektromanyetik radyasyonun önemli bir kısmını daha şiddetli, görünür spektrumdaki ışık şeklinde yayarlar. [Güneşten, kızılötesi ve zararlı mor-ötesi ışınlar da gelirler. ] Evrenin kendisi de yaklaşık 2.7 Kelvin’lik sıcaklığı nedeniyle koca bir mikro-dalga fırın gibi çalışıyor ve mikrodalga ışınlar “yayıyor”. (Burada evrende çok az yer kapladıklarından yıldızları kolaylıkla ihmal ediyoruz)
Sıcaklığı sıfır Kelvin’den farklı her cismin yaptığı kara cisim ışıması 20. yy başına kadar oluşan klasik Newton, Maxwell teorisi ile açıklanamamıştı. Max Planck, 20. yüzyılın hemen başında kara cisim ışımasının nasıl olduğunu ve deneyde elden edilen verileri, kuantum fiziğini ortaya atarak izah etmişti (Detaylar için Planck sabiti nedir?). Planck’in temel öngörüsü ışımayı yapan nesnelerin (bir maddenin atomları ya da molekülleri) sürekli bir ışıma yerine kesikli enerji paketçikleri şeklinde ışıma yaptıklarıydı. Sonuç olarak, bir cisimden yayılan ışığın nasıl oluştuğunu anlamak için kuantum fiziğine ihtiyaç var.
