Evren gerçekten büyük bir kara delik mi?

Kara delikleri yöneten denklemlere göre, bu kozmik devlerden daha büyük olanın ortalama yoğunluğu daha düşüktür. Evrenin nispeten çok fazla boş alan içerdiği göz önüne alındığında, evrenin tamamı bir kara delik olabilir mi?

Aşağıdakiler Lost in Space-Time haber bültenimizden bir alıntıdır. Her ay, evrenin kendi köşesindeki büyüleyici fikirleri size anlatması için klavyeyi bir fizikçiye veya matematikçiye veriyoruz. Yapabilirsiniz Lost in Space-Time’a buradan kaydolun.

“Yani kara delikler hakkında bir kitap mı yazdın?”

Yabancı kokteylinden bir yudum alıyor. Bir partideyiz ve misafirlerle tanıştırılacağım. Piña coladamı karıştırırken kibarca başımı salladım.

“O halde söyle bana,” diye devam ediyor yabancı, gözlerini yoğun bir şekilde benimkilere kilitleyerek, “bu mu? Gerçekten Tüm evrenin bir kara delik olduğu doğru mu?”

Şaşırmadım. Bu kozmik devler hakkında şu anda bildiklerimizi öğrenmek için yıllarımı bilim adamlarıyla konuşarak ve gözlemevlerini ziyaret ederek geçirdiğimi insanlara söylediğimde bana en sık sorulan sorulardan biri bu.

Ve insanların bilmek istemesi şaşırtıcı değil. Uzaya baktığımızda gördüğümüz parıldayan galaksilerin devasa bir kara deliğin içinde hapsolmuş olabileceğini öne süren medya manşetleri düzenli olarak ortaya çıkıyor. Bu tür fikirlerin tartışıldığı videolar YouTube’da milyonlarca kez izleniyor. Her ne kadar bu bir bilim kurgu romanından fırlamış gibi görünse de, haksız da değil. Bu fikrin bilimsel araştırması, fizikçi Raj Kumar Pathria’nın Nature dergisinde “Kara Delik Olarak Evren” başlıklı bir mektup yayınladığı en az 1972 yılına kadar uzanıyor. O zamandan bu yana, akıllara durgunluk veren iddia sık sık geri dönüyor.

Peki bu doğru mu?

Kara delik nasıl yapılır

Basitçe söylemek gerekirse kara delik, yerçekiminin o kadar güçlü olduğu, hiçbir şeyin, hatta ışığın bile ondan kaçamadığı bir uzay bölgesidir.

Bu gizemli nesneler ilk olarak birinci dünya savaşı sırasında gökbilimci Karl Schwarzschild tarafından matematikle keşfedildi. Fransız-Alman cephesindeki şiddetli savaşlardan gelen uğultuları duyabiliyorken, Albert Einstein’ın yeni yayınlanan genel görelilik denklemlerinin gezegenlerin hareketi ve yıldızların yapısı hakkında neler öngörebileceğini araştırdı.

Schwarzschild, uzay ve zamanın bizim dünya deneyimimizle nasıl çılgınca uyumsuz bir şekilde davranabileceğini, kendi içine kapanıp daha sonra kara delik olarak adlandırılacak türden kaçınılmaz bir bölge yaratabileceğini açıklayan bir formül buldu.

Schwarzschild’in keşfi kara deliklerin nasıl çalıştığına dair derin bir anlayışa yol açtı. İnsan vücudu, gezegen veya yıldız gibi belirli bir kütle parçasını alın. Şimdi onu Schwarzschild formülüyle tanımlanan bir hacmin içine sıkıştırın, ve işte! Bir kara delik oluştu.

Bu kritik hacim cismin kütlesine bağlıdır. Bir insan vücudu için gülünç derecede küçüktür: bir protondan yüz kat daha küçüktür. Dünya için bu yaklaşık bir golf topu büyüklüğündeyken, Güneş için kabaca Los Angeles şehir merkezinin büyüklüğüne karşılık gelir (yaklaşık 6 kilometre veya 4 milin biraz altında).

Gördüğünüz gibi kara delik yaratmak zordur. Normal koşullar altında madde bu kadar yüksek yoğunluklara sıkıştırılmaktan hoşlanmaz. Yalnızca evrendeki en yıkıcı süreçler (çok büyük yıldızların bir süpernovada patlaması gibi) maddeyi kendi içine çökmeye ve bir kara delik oluşturmaya zorlayabilir.

Ancak kara delik yaratma hikayesinde bir değişiklik var. Patlayan yıldızlardan yaratılanlar olağanüstü yoğun maddeden kaynaklanırken, çoğu galaksinin merkezinde bulunan çok daha büyük süper kütleli kuzenlerinin yoğunlukları oldukça düşüktür. Schwarzschild’in formülüne göre, bir kara delik ne kadar büyükse, o kadar fazla boşluk içerir ve ortalama yoğunluğu da o kadar düşük olur (elbette bir anlamda – gerçekte kara delik gibi karmaşık bir uzay-zaman nesnesinin yoğunluğunu tanımlamak kolay değildir). Bu nedenle gözlemlenen en büyük kara deliklerin ortalama yoğunluğu havanınkinden daha azdır!

Peki evren hakkında ne düşünüyorsunuz? Çoğunlukla boş alandan oluştuğu göz önüne alındığında, son derece düşük yoğunluğu yine de bir kara deliğinkine karşılık gelebilir mi?

Evreni boyutlandırmak

Schwarzschild’in formülü sayesinde gökbilimciler bir nesnenin kara delik olup olmadığını belirleyecek bir araçla donatılıyor: önce kütlesini ölçün; daha sonra hacmini belirleyin. Eğer nesnenin kütlesi Schwarzschild formülüyle tanımlanandan daha küçük bir hacimde hapsolmuşsa, o zaman bu bir kara delik olmalıdır.

O halde bu tarifi tüm evrene uygulayalım. Bunu yapabilmek için kütlesini ve hacmini bilmemiz gerekir. Ancak tüm evreni göksel bir cetvelle dolaşıp gerçek genişliğini ölçemediğimiz için, onun toplam büyüklüğünü bilmemiz mümkün değildir. Yapabileceğimiz tek şey, uzayın uzak noktalarından bize ulaşan ışığı ve parçacıkları gözlemlemektir.

Görebildiğimiz en eski ışık kozmik mikrodalga arka planından geliyor. Büyük patlamadan sadece 380.000 yıl sonra yaratıldı. Evren genişlediği için bu ışığın yayıldığı noktalar artık bizden çok uzaktadır. Büyük patlamadan bu yana ışığın kat edebileceği toplam mesafe, çapı 93 milyar ışıkyılı olan gözlemlenebilir evreni tanımlamaktadır.

Onlarca yıldır yapılan özenli ölçümler sayesinde gökbilimciler bu hacmin içinde ne kadar kütle bulunduğunu belirlediler: yaklaşık 10⁵⁴ kg (bu, 1’in ardından gelen 54 sıfırdır; buna bir yedidesilyon gibi süslü bir isim verilir).

Şimdi kütlesi bir yedidesilyon kilogram olan bir kara deliğin varsayımsal boyutunu hesaplayalım. Sayıyı Schwarzschild’in formülüne takın, davulların çalmasına izin verin ve birkaç matematiksel işlemden sonra şaşırtıcı bir cevapla karşı karşıya kalırız: Böyle bir kara delik 300 milyar ışık yılı çapında, yani gözlemlenebilir evrenin kabaca üç katı büyüklüğünde olacaktır. Başka bir deyişle, yalnızca gözlemlenebilir evrenin büyüklüğüne ve içerdiği kütleye bakıldığında, kara delik tanımına uyuyor.

Kokteyl partisindeki meraklı yabancı, “Vay be,” diye haykırıyor, “yani evren gerçekten bir kara delik mi?”

“O kadar hızlı olma çekirge,” diye yanıtlıyorum. Bu sorunun asıl kökenine inmek için kara deliğin içine daha yakından bakmamız gerekiyor.

Karanlığa

Kara delikler tuhaftır. Tuhaf yönlerinden biri de dışarıdan bakıldığında sabit büyüklükte görünmeleri ama içeriden sürekli değişiyor olmalarıdır. Schwarzschild’in formülüne göre içlerindeki boşluk bir yönde uzanıyor ve aynı anda diğer iki yönde birbirine sıkışıyor. (Eğer kara delik dönüyorsa iç dünyası daha da tuhaflaşır, ancak bu başka bir haber bülteninin konusu.)

Kozmologlar bu tip yapıya anizotropik. Tropos ‘yön’ anlamına gelir, izo “eşit” anlamına gelir ve BİR bir olumsuzluğu ifade eder. Bir kara deliğin içindeki anizotropik dinamik, üç uzamsal yönden birinin genişleyeceği ve diğer ikisinin daralacağı anlamına gelir; tıpkı lastik bir tabakanın ince bir ipe çekilmesi gibi. Bu çarpıklık, Stephen Hawking’in alamet-i farikası dil yeteneğiyle spagettileşme olarak adlandırdığı, düşen tüm maddenin gelgitsel esnemesiyle yakından ilgilidir.

Kara deliklerin aksine, evren genişledikçe genişliyor izotropik olarak (yani her yöne aynı şekilde genişler). Pek bir kara deliğin içine benzemiyor değil mi?

Ancak bu henüz bir kara delik evrenini dışlamıyor. Bunun nedeni, kara deliklerin evrenimizle yüzeyde tanıdık görünen iki özelliği paylaşmasıdır: olay ufku ve tekillik.

Olay ufku, hiçbir ışığın çıkamayacağı bir yüzeydir. Kara delik durumunda bu, maddenin bir kez geçtikten sonra asla kaçamayacağı, geri dönüşü olmayan bir geçişe işaret eder. Evren örneğinde, uzayın genişlemesi o kadar hızlı olduğu için ortaya çıkıyor ki, çok uzak galaksilerden gelen ışığın bize ulaşması engelleniyor.

Bu kozmik olay ufku, kara delik olay ufkunun içten dışa versiyonu gibidir: ikincisi, kara delik uçurumunun derinliklerine bakmamızı engellerken, birincisi, uzayın en uzak noktalarına kadar dışarıyı görmemizi engeller.

Bu ters ilişki aynı zamanda uğursuz tekillik için de geçerlidir; madde yoğunluklarının ve uzay-zaman eğriliğinin sonsuz derecede büyüdüğü kaçınılmaz nokta. Schwarzschild’in formülüne göre tekillik, kara deliğe giren talihsiz astronotların olay ufkunu geçtikten sonra karşılaşmaları gereken gelecekteki bir noktadır. Benzer şekilde kozmolojik modelimiz de bir tekillik içeriyor ama geçmişte. Evrenin genişlemesini geriye doğru tahmin ettiğimizde, uzaydaki tüm noktalar giderek yaklaşırken, yoğunluklar da giderek artıyor. Yoğunluklar sınırsız bir şekilde arttıkça, büyük patlama modelimizin esrarengiz başlangıç ​​anı bir tekillikle sonuçlanır. Yani kara delikler için tekillik matematiksel olarak gelecekte, genişleyen evrenimiz için ise geçmişte yatıyor. Her iki durumda da modellerimizde ortaya çıkan tekillikler, bu açıklanamayan yoğun noktalarda tam olarak ne olduğunun anlaşılmadığına işaret ediyor.

Bütün bunları (genişlemedeki, olay ufkunda ve tekilliklerdeki farklılıklar) bir araya topladığımızda, evrenimizin oldukça ikna edici bir resmini çiziyor. değil bir kara delik. Hiç de öyle görünmüyor!

Yabancı, hafif bir hayal kırıklığıyla, “Ama durun,” diyor, “evrenimizin kara delik olma kriterlerini karşıladığını hesapladığımızı sanıyordum. Bu hiç mantıklı değil!”

“Hesaplama doğru olsa da,” diye yanıtlıyorum, “Görünüşe göre Schwarzschild’inkine benzer bir matematiksel ilişki, genişleyen evren modelimizin derinliklerinde de gömülü. Bu, kara deliklere özgü değil.”

Teleskoplarımızla inceleyebileceğimizin ötesinde, en büyük kozmik ölçeklerde ne tuhaflıkların olduğunu kim bilebilir? Ancak genişleyen evrenler ve dönmeyen kara deliklere ilişkin temel modellerimize göre, evrenimiz bir kara deliğin içinde olmanın özelliklerini taşımıyor. Bundan ne çıkarmalıyız? Kişisel olarak bunun, uzay-zamanda çatırdayan kara delikler ve hızlanarak genişleyen bir evren gibi harika yapıları aynı anda yaratan yerçekiminin çok yönlülüğünün bir kanıtı olduğunu düşünüyorum.

Jonas Enander, fizik alanında doktora sahibi İsveçli bir bilim yazarıdır. Yakın zamanda yayımlanan kitabı Sonsuzlukla Yüzleşmek: Kara delikler ve Dünya üzerindeki yerimiz (Atlantic Books/The Experiment, 2025) kara deliklerin hem evren hem de insanlık üzerindeki etkisini araştırıyor. Bu fikirleri araştırmak için sulu boya tabloları kullanarak hikayeyi anlatan bir video hazırladı.