Bir Yıldız Kaydı: Stephen W. Hawking - Mesele 121

Ustalara Saygı
Typography

Fiziğe yaptığı çok önemli katkıların yanı sıra engelli insanlara büyük bir moral kaynağı sağlamış, çok satan kitaplarıyla bilimin kitlelere yayılmasına hizmet etmiş ve çevre, genetik mühendisliği, yapay zeka, dünya dışı uygarlıklar gibi ilginç güncel tartışmalarda da yılmadan görüşlerini açıklamış olan Stephen William Hawking, 14 Mart 2018 günü, Cambridge civarındaki evinde huzur içinde vefat etti.


Bugüne kadar 10 milyon’dan fazla satılmış ve 40’dan fazla dile çevrilmiş olan Zamanın Kısa Tarihi isimli kitabında Galileo’nun ölümünden tam 300 sene sonra dünyaya geldiği ifade edilmişti. Ölümü de tam Einstein’ın doğum gününe rastladı. Kendisine henüz 21 yaşındayken merkezi sinir sisteminin bir hastalığı olan ALS teşhisi konulmuş ve birkaç yıl ömür biçilmişti. O ise mükemmel bir hayata bağlılıkla, derin bir mizah duygusuyla ve cesurca 76 yıl bizleri aydınlatmaya devam etti.

Hawking sanırım yaşayan en ünlü fizikçiydi. Bu nedenle kaybının dünya kamuoyunu, sosyal medyayı sarsması şaşırtıcı olmadı. Hemen Zamanın Kısa Tarihi kitabı tekrar en çok satanlar listelerinin başına geçti. İngiltere’de Motor Nöron Hastalıkları Derneği’ne bağış yağdı ve kurumun internet sitesi çöktü. Her türlü iletişim kanalında hakkında yazılanlar, söylenenler devam ediyor. Bunların arasında en dikkat çekici olanı The Guardian gazetesinde meslektaşı Roger Penrose’un kaleme aldığı yazıydı.

Böyle bir ortamda Hawking hakkında özgün şeyler yazabilmek epey zor.

Hawking’in Fiziği
Elimizdeki en temel teorilerden biri olan genel göreliliğin geçmişine bakarsak üç evrede geliştiğini görebiliriz. Bunları başlangıç evresi, altın çağı ve yetişkinlik (ya da dallanma) dönemi diye adlandırabiliriz. Genel göreliliğin altın çağı 1963’de başlar ve 1980’lere kadar sürmüştür. Hawking bu altın çağın en gözde ortamlarında yetişmişti. Kozmolojiye merak sarmış, önce Roger Penrose’un gravitasyonel çökme sonucu oluşan kara delikler kapsamında ispat ettiği singülerlik (tekillik) teoremini kozmolojıye taşımış ve genellemişti. 1966 yılında Cambridge Üniversitesi’ne sunduğu doktora tezi bu konudaydı.

Singülerlik teoremleri, makul kabuller altında, kara deliklerin merkezlerinde veya evrenin ilk anlarındaki fiziği açıklamaya genel göreliliğin yeterli olmayacağını ortaya çıkardı. Teoremlerin dayandığı klasik planda uzay-zamanın geometrisi (yani yerçekimi) sürekli, düzgün bir yapıdır. Singülerlikler bu düzgün yapının yok olduğu, sonsuzlukların falan türediği bölgeler. Öte yandan diğer temel bir kuram olan kuantum teorisinden de çok küçük ölçeklerde uzay-zamanın da gözenekli bir yapıda olması gerektiği sonucu çıkıyor. Bu durumda gözler genel görelilikle kuantum teorisini birlikte genelleyecek daha yetkin bir teoriye, kuantum gravitasyon teorisine çevrildi. Uzun uğraşlara rağmen bu yeni teori henüz bulunabilmiş değil ve singülerliklerin nasıl çözümlenebileceği hala bilinmiyor. Şu anda elimizde sadece sicim teorisi gibi ümit verici adaylar var.

Bugüne kadar bu yeni teori hakkındaki en önemli ipuçlarını bize Hawking’in kara delikler ve evren hakkında yaptığı çalışmalar sağladı. Singülerlik teoremlerinden edindiği tecrübeyle Hawking 1971’de kara delikler için bir yüzölçümü teoremi ispatladı. (Bu bulgu artık Hawking yüzölçümü teoremi diye adlandırılıyor.) Buna göre evrendeki kara deliklerin toplam yüzölçümü (yani kara deliklerin sınırlarını oluşturan olay ufuklarının yüzölçümlerinin toplamı) artmak zorunda. Bu sonuç termodinamiğin ikinci yasasını, evrenin toplam entropisinin daima artmasını andırıyor.

Hawking çok dinamik süreçlerle oluşacak kara deliklerin hangi denge konumlarına ulaşabileceğini de inceledi ve arkadaşlarıyla birlikte durağan denge konumları için dört yasa buldu. Ne hikmetse bu yasalar termodinamiğin dört yasasıyla tıpa tıp aynı yapıda. Kara deliğin yüzölçümü entropinin işlevini üstlenirken, ortaya bir de sıcaklık diye yorumlanabilecek bir nicelik çıkıyor. Bu durumda akla acaba bir kara delik termodinamiği mi var, kara delikler termodinamik nesneler mi sorusu geliyor. Eğer varsa, termodinamiğin temeli kuantum teorisinden kaynaklanan istatistiksel mekanik olduğuna göre. bir sonraki adım da kara deliklerin istatiksel mekaniğine eğilmek olur.

İlk bakışta böyle bir şeyin olamayacağı, kara delikden dışarı hiçbir şey  kaçamayacağına göre,  onun sıfır sıcaklıkta olması gerektiği ve dolayısıyla yasalardaki benzerliğin  sadece biçimsel bir şey olduğu uzmanlar arasında yaygın bir değerlendirme oldu.

Fakat Hawking yılmadı, genel göreliliği ve kuantum teorisini ustaca birlikte ele alarak kuantum etkiler hesaba katılınca, kara deliklerin sanıldığı kadar “kara” olmadığını,  ışıdığını gösterdi. 1974 yılında bulduğu bu davranış kara deliklerin Hawking ışıması olarak bilinir ve bir kara cisim ışıması niteliğindedir. Bu sonuç çok tartışma yarattı,  pek çok yöntemle yeniden irdelendi ve hep aynı sonuca varıldı. Evet, kara delikler termodinamik nesneler. Bir kara deliğin sıfırdan farklı, kütlesine ters orantılı, bir sıcaklığı ve uygun birimlerde, olay ufkunun yüzölçümünün çeyreği kadar, bir entropisi var. Güneş kütlesi mertebesinde bir kütleye sahip olan kara delikler için bu sıcaklık ihmal edilebilir düzeyde. Fakat böylece küçük kütleli, minik kara delikler için yeni ve üstelik ölçülebilecek bir öngörü  ortaya çıktı.

Işıyan bir kara delik kütlesini azaltıyor, küçülüyor ve sonunda yok oluyor.  Tabii kara deliğin boyutları çok küçülünce kullanılan  yaklaştırmalar da geçerliliğini yitiriyor, kuantum gravitasyon teorisine ihtiyaç duyuluyor. Bu nedenle kara delikler kuantum teorisi keşfedilirken Hidrojen atomunun oynadığı rolü kuantum gravitasyon için  üstlenmiş durumdalar.

Bu buluşlar  “enformasyon paradoksu” diye adlandırılan ilginç bir paradoksa yol açtı.  Kara deliklere düşen nesnelerin taşıdığı bilgi sonuçta ne oluyor? Örneğin zamanında olay ufkundan içeri düşmüş  bir ansiklopedideki bilgiler kara delik ışıyıp buharlaşınca nereye  gidiyor? Hawking önceleri enformasyonun da kara delikle birlikte yok olacağını savundu. Bu kuantum teorisinin temel bir kabulüyle çelişiyor ve özellikle yüksek enerji fizikçilerine ters geliyor. Sicim teorisindeki gelişmeler sonunda   Hawking görüş değiştirip  enformasyonun kaybolmayacağını savundu. Bu paradoks halen çözümlenememiş durumda ve çok nitelikli araştırmacıların harıl harıl çalıştığı bir problem. Hawking de son günlerine kadar bu problemle uğraşıyordu.

Hawking’in  gravitasyonun kuantumlanmasında yol integrallerinin kullanımı, kuantum kozmolojisi gibi konularda daha bir çok katkıları vardır. Üretken bir araştırmacıydı. Yazdığı kitapların yanı sıra 200 civarında makale üretmiş ve 40 dolayında doktora öğrencisine tez danışmanlığı yapmıştı. Bu üretkenliğe tekerlekli sandalyede, kağıt kalem kullanamadan, hesapları beyninde yaparak (tabii ki uygun bir ortamda ve öğrencilerinin desteğiyle)  erişebilmesi insanlık için çok ümit verici bir örnek oldu.

Hawking, üç çocuk ve üç torun sahibiydi. İki kez evlenmiş, ayrılmıştı. Dünya düzeni ona bir medya yıldızı özelliği kazandırmıştı. O ise keyifle dünyayı dolaşmış ve ilginç düşünceler içinde dolu dolu bir hayat yaşamıştı. Son dönemlerine ait bir videoda bizlere:

“Umarım beni The Simpsons dizisindeki rolümle değil,  evren ve kara delikler hakkında yaptığım çalışmalarımla hatırlarsınız.” diye sesleniyordu.

Bu yazı ilk kez sarkac.org internet sitesinde yayınlanmıştır

 

Bültene abone olun

Mesele'ye yeni yazı eklendiğinde haberdar olmak için eposta adresinizi bırakın.
Mesele Bülteni'ne abone olduğunuz için teşekkür ederiz

Facebook'ta Mesele