Beyaz delik

Bir kara deliğin ayna görüntüsü: nasıl yapılabileceği ve neye benzeyeceği

Bir varsayım: fizik kâğıt üzerinde izin veriyor ama kimse görmedi. Gösterilen her şey bugünkü teoriye uyar.

Adım adım

Bir kara delik, tersine

Genel görelilik denklemleri zaman hangi yöne akarsa aksın aynı işler. Bir kara deliğin öyküsünü tersine oynatın, bir beyaz delik elde edersiniz: hiçbir şeyin giremediği ve madde fırlattığı bir şey.

Kara delik, hiçbir şeyin, ışığın bile çıkamadığı bir yerdir. Einstein'ın denklemleri zamanın yönünü umursamaz, bu yüzden ayna görüntüsü bir çözümleri vardır: şeylerin çıktığı ve hiçbir şeyin giremediği bir beyaz delik. Igor Novikov 1964'te böyle nesnelerin gerçekten var olabileceğini öne sürdü.

Uzaktan ikisi benzer görünür. Bir beyaz deliğin dışındaki kütleçekimi, aynı kütleli bir kara deliğinkiyle aynıdır; ışık etrafında aynı biçimde bükülür, gezegenler onun çevresinde aynı biçimde dolanırdı. Fark kenardadır: kara deliğin ufkunda her şey girer, beyaz deliğinkinde her şey çıkar.

Hiç beyaz delik bulunmadı. Buradaki her şey kuramdır: resim on Güneşlik, 59 km çapında bir kara deliktir ve sonrası denklemlerin onun ayna görüntüsü hakkında söylediğidir.

Bir harita, dört bölge

Yalnız bir kara delik için Einstein denklemlerinin tam çözümü dört bölge içerir: bizim evrenimiz, bir kara delik, bir beyaz delik ve başka bir evren. Beyaz delik geçmişte, kara delik gelecektedir.

1960'ta Kruskal ve Szekeres bir kara deliğin çevresindeki uzayın tam haritasını buldu. Işığın hep 45 derecede gittiği bir çizim olarak, iki köşegeniyle dört üçgene bölünmüş bir karedir. Bizim evrenimiz sağdadır ve zaman yukarı akar.

Evrenimizden içeri düşen her şey yukarıdaki bölgeye, kara deliğe geçer. Beyaz delikten bugüne dek çıkmış her şey aşağıdaki bölgeden, geçmişten çıktı. Evrenimizden hiçbir şey beyaz deliğe giremez, çünkü bu zamanda geriye gitmek olurdu.

Çöken bir yıldızın yaptığı kara deliğin beyaz delik bölgesi yoktur: yıldızın yüzeyi haritayı keser ve beyaz delik ile ikinci evren hiç orada olmaz. Bu yüzden beyaz deliğin nasıl oluşabileceğine dair kendi öyküsü gerekir.

Nasıl yapılabileceği

Bilinen hiçbir şey bir tane üretmez. Bir fikir: çöken bir yıldız kuantum kütleçekiminin izin verdiği en yoğun duruma varır, sıçrar ve kara delik beyaz deliğe dönüşür. Sıçrama çizilmiştir.

Einstein'ın kuramı, bir kara delikteki maddenin sonsuz yoğunlukta bir noktaya çöktüğünü söyler; buna neredeyse kimse inanmaz. Kütleçekimini kuantum fiziğiyle birleştirme denemelerinden biri olan döngü kuantum kütleçekimi, uzayın en küçük bir boyutun altına sıkıştırılamayacağını, bu yüzden çöküşün durup geri sıçradığını söyler: bir Planck yıldızı.

Öbür fikir daha eskidir. Novikov 1964'te erken evrenin bazı bölgelerinin genişlemenin gerisinde kalıp geç patlayarak beyaz delik olarak çıkabileceğini öne sürdü. Rovelli ve Vidotto 2018'de buharlaşmış kara deliklerin minik kalıntılarının, kara maddenin bir parçasını oluşturan beyaz delikler olabileceğini savundu. İkisi de görülmedi.

Saniyenin son binde biri

Bir yıldız kara deliğe çöktüğünde yüzeyi, uzaktan bakıldığında, ufka doğru sürünür, kızarır ve on Güneş için her çeyrek milisaniyede e kat sönükleşir (Ames ve Thorne, 1968). Tersine oynatılırsa bu, açılan bir beyaz delik olur: karanlık bir disk, sonra parlayıp mavi-beyaza dönen soluk kırmızı bir ışıltı.

Bu kesin bir çözümdür: bir toz topunun tersine oynatılmış çöküşü (Oppenheimer ve Snyder, 1939). Yıldızın yüzeyi gölgeden çıkardı; önce tam ufukta, sonra daha da yukarıda, tüm gölge ışıkla dolana dek.

Yani gölge uzun süre siyah kalmaz: hapsolacak ışık bir beyaz delikten çıkabilir. Bu adımın her parçası denklemlerden çizilmiştir. Hiç kimse buna benzer bir şey görmedi.

Uzun süremez

Beyaz deliğe hiçbir şey düşemez ama yakındaki her şey denemek ister. 1974'te Eardley, birine doğru düşen ışığın kenarında birikeceğini, sınırsız enerji kazanacağını ve onu kara deliğe dönüştüreceğini gösterdi.

Bir beyaz deliğin ufku ancak terk edilebilir, ters yönde asla geçilemez. Ama dışarıdan madde ve ışık yine de kütleçekiminin çekişiyle ona doğru gider ve içeri giremez. Böylece kapalı bir kapı önündeki trafik gibi ufukta toplanırlar.

Beyaz delikten çıkan maddenin gözünden bakıldığında bu geç gelenler kalabalığı sıkışır ve sınırsız maviye kayar. Douglas Eardley 1974'te en zayıf düşüşün bile beyaz deliği kara deliğe çökertecek enerjiyi taşıdığını gösterdi. Aynı yıl Zeldoviç, Novikov ve Starobinski kuantum etkilerinden gelen ikinci bir kararsızlık buldu.

Bu yüzden sonsuza dek duran bir beyaz delik beklenmez: biri oluşsa kısa ömürlü olurdu. Burada çizilen soluk mavi kabuk düşen ışığı temsil eder; görülemez.

Yapabileceğiniz bir beyaz delik

Dalgalar için bir beyaz delik yapabilirsiniz. 2011'de Weinfurtner ve arkadaşları bir su kanalında hızlı bir akıntıya karşı dalgalar gönderdi: akıntının onları geçtiği yerde durdular, ışığın bir beyaz deliğin kenarında durduğu gibi.

Sudaki dalgalar boylarına bağlı bir hızla ilerler. Suyu düzgün bir tümsek üzerinde daha hızlı akıtın; akıntıya karşı giden uzun dalgalar, akıntı hızlarına eşitlenene dek yavaşlar. Orada ilerleyemezler: dalgaların geçemediği bir kenar, ışık için bir beyaz deliğin ufku gibi.

O kenarda uzun dalgalar kısa dalgalara dönüşür; bir beyaz delikte ışığa olanın benzeri. Silke Weinfurtner'ın ekibi bunu 2011'de ölçtü (Physical Review Letters) ve dönüşümün Hawking ışımasının öngörülen ısıl karakterine sahip olduğunu buldu. Rousseaux ve arkadaşları 2008'de bir havuzda benzer bir dönüşüm görmüştü.

Gerçek bir beyaz delik değil: kütleçekimi yok, ışık yok, yalnızca su. Ama matematik aynı; bu yüzden böyle havuzlar kara ve beyaz deliklere dair fikirleri sınamak için kullanılır. Buradaki dalgalar ve akıntı çizilmiştir.

Büyük Patlama bir beyaz delik miydi?

En büyük ölçekte Büyük Patlama bir beyaz deliğe benzer: bir noktadan madde fışkırması. Bazı fizikçiler evrenimizin sıçramış bir kara deliğin içi olduğunu düşünür. Sıçrama çizilmiştir.

Çöken bir toz topunun içi, Oppenheimer ve Snyder'ın 1939'da bulduğu gibi, tersine oynatılmış kapalı bir evrendir. Onu bunun yerine ileri oynatırsanız top, bir noktadan başlayan genişleyen bir evrendir: bir Büyük Patlama. İkisi aynı matematiktir, her biri ötekinin aynası.

1972'de Raj Pathria evrenimizin daha büyük bir evrendeki bir kara deliğin içi olabileceğini öne sürdü. Nikodem Popławski 2010'da, dönüşün ve burulmanın her kara delikte çöküşü durdurup onu yeni bir genişleyen evrene sıçrattığı bir sürüm önerdi.

Bunlar sonuç değil, fikirlerdir. Ölçebildiğimiz hiçbir şey onları standart Büyük Patlama'dan ayırmaz ve gerçek evren her yandan aynı anda genişler, tek bir yerden fışkırarak değil.

Hiç biri görüldü mü?

Hayır. Bazı fikirler minik beyaz deliklerin şimdi hızlı radyo patlamaları olarak çakıyor ya da kara madde olarak saklanıyor olabileceğini söyler; ama hiçbir sinyal birine bağlanmadı. Bir beyaz delik denklemlerde kalıyor.

Barrau, Rovelli ve Vidotto 2014'te erken evrende oluşmuş bir kara deliğin bugün bir beyaz deliğe sıçrayıp bir radyo dalgası patlaması saçabileceğini öne sürdü. Kaynağı bilinmeyen milisaniyelik parıltılar olan hızlı radyo patlamalarının dalga boyları onların tahmininden uzak değil. Bu, nedenleri üzerine bir tahmin; arkasında kanıt yok.

Rovelli ve Vidotto 2018'de minik kara delikler buharlaşmayı bitirdiğinde geriye kalan Planck boyutundaki beyaz deliklerin kara maddenin bir bölümünü oluşturabileceğini savundu. Böyle nesneler doğrudan görülemeyecek kadar küçük olurdu.

Yani bir beyaz delik başladığı yerde: denklemlerde bir ayna görüntüsü; ona ihtiyaç duyan bir gözlem yok ve uzun sürmeyebilmesi için güçlü bir neden var. Havuzlar matematiğin doğru olduğunu gösteriyor; doğanın hiç birini yapıp yapmadığı hâlâ açık.