Hawking Radyasyonu

Hawking Radyasyonunun varlığı ilk olarak 1974 de “Black hole explosions?” (Kara delik patlamaları?) isimli makalede Stephan Hawking tarafından sorgulanmıştır. Bu dönemde kara deliğin olay ufkunu geçtikten sonra ışığın bile geri dönmediği biliniyordu. Hawking ise ışıktan çok, bu oluşumların ısı yayıp yaymadığı ile ilgileniyordu. Eğer bu soru olumlu cevaplanırsa kara deliğin olay ufkundan hiç bir şeyin kaçamadığı düşüncesi kısmen de olsa çürütülmüş olacaktı.

Bu ışımanın kanıtlanması aynı zamanda bu gök cisimlerinin zamanla küçüldüklerini de gösterebilirdi. Kara delikler doğası gereği evrendeki en yoğun oluşumlardan biridir bu yüzden de boyut olarak çok küçük bir kara delik ufak bir ısı ile temasında patlayacaktır aynı şekilde de büyük kara delikler ise zaman içerisinde soğuyup yok olacaktır.

Hawking bu soruyu geliştirirken hali hazırda fizik dünyasındaki bir çelişkiden yararlandı. Çok popüler olan olay ufkunu geçmenin tek yönlü bir yolculuk oluşu ile termodinamiğin 2. yasası (entropi her zaman artar) çelişiyordu çünkü olay ufkundan bir geri dönüşün olmaması, giren tanecikleri evrenin kalanından tamamen izole edilmesi anlamına geliyordu. Hawking bu görüşe katılmayıp kara deliklerin termodinamik kurallarına uyduğunu düşünüyordu; eğer ki bu cisimlerin entropileri var ise bir sıcaklıkları da olmak zorundaydı. 1993 yılında yayınladığı Black Holes: The Reith Lectures isimli kitabında da konu olmuş ve kara deliklerin aslında tahmin ettiğimiz kadar “kara” olmadıklarını anlatmıştı çünkü olay ufkunun entropisi var ise bu onların parladığını gösterirdi.

Hawking bu teorisini doğrulamak için Einstein’ın genel görelilik teorisi ile kuantum mekaniklerini birleştirip kara deliklerin ısısını hesaplamayı denedi. Ancak yaptığı hesaplamalar sonucunda tam olarak teorisini desteklemeyen bir sonuç elde etti. Kara delikler tahmin ettiği tarzda bir sıcak ışıma yapmaktansa soğuk bir ışıma yapıyordu.

Peki, bu soğuk ışıma tam olarak nasıl oluyor? Cevap kuantum teorisinde yatıyordu. Basite indirgeyecek olursak evren parçacıklardan ve anti-parçacıklardan oluşur. Olay ufkunda ise kara deliğin içine düşen parçacık negatif enerjiye, olay ufkundan kaçan ise pozitif enerjiye sahiptir. Bu pozitif enerjiye sahip parçacıklar Hawking ışımasının asıl sebebi idi (olay ufkuna yakın noktalar gözlemlendiğinde ciddi bir kırmızıya kayma görülür). Bu parçacıkların doğası henüz tam olarak çözülememiştir ancak uzay-zaman içinde birbirlerini yok etme eğiliminde olduklarını bilinmektedir. Bu sanal parçacıkların ayrılma sebepleri ise olay ufkunda başlayan kara deliğin muazzam kütle çekiminin oluşturduğu farktır. A Brief History Of Time (1998) isimli kitabında Hawking bu kütle çekiminin parçacık çiftlerine negatif enerji kazandırdığını ve bu çiftten bir tanesinin olay ufkundan kaçabildiğini; bu sebepten ötürü de kara deliğe az da olsa kütle kaybettirdiğini söyler.

Teori Hawking tarafından matematiksel olarak kanıtlanmış olmasına rağmen, çok uzun bir süre gözlem yapılamadığından ötürü teori olarak kaldı. Bunun önünde ki engel ise büyük bir ışıma yapacak kara deliğin küçük olması ve sonsuz evrende kolaylıkla saptanamaması idi. Ancak Hawking’in ölümünden 3 yıl sonra, M.I.T. de yürütülen bir çalışma bu teoriyi kanıtlayabilecek sonuçlar verdi. Kim bilir belki de Hawking'in 2009 yılında Gonville & Caius College, Cambridge de zaman yolcuları için düzenlediği partide; bir misafiri ona bu çalışmadan bahsetmiştir.

Kaynaklar ve İleri Okuma

1. Hawking, S. (1998). A brief history of time / and other essays. Bantam Books.

2. Hawking, S. (2016). Black holes: The reith lectures. Transworld Publishers Ltd.

3. Hawking, S. (2018). Brief answers to the big questions: Stephen Hawking. JOHN MURRAY Publishers LT.

4. HAWKING, S. Black hole explosions?. Nature 248, 30–31 (1974). https://doi.org/10.1038/248030a0

5. Chu | MIT News Office, J. (2021, July). Physicists observationally confirm Hawking's Black Hole theorem for the first time. MIT News | Massachusetts Institute of Technology. Retrieved July 29, 2022, from https://news.mit.edu/2021/hawkings-black-hole-theorem-confirm-0701

6. Isi, M., Farr, W. M., Giesler, M., Scheel, M. A., & Teukolsky, S. A. (2021, July 1). Testing the black-hole area law with GW150914. Physical Review Letters. Retrieved July 29, 2022, from https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.011103

7. Var, B. H. (2020, July 28). Stephen Hawking'in "Zaman Yolcuları" için Düzenlediği Parti. Medium. Retrieved July 29, 2022, from https://birhikayesivar.medium.com/stephen-hawkingin-zaman-yolcular%C4%B1-i%C3%A7in-d%C3%BCzenledi%C4%9Fi-parti-d63013368c22