Bir cismin dünyanın çekim gücünü yenip uzaya çıkabilmesi için, hızının saniyede en az 11,2 km olması gerekir. Bir gezegenin yoğunluğu arttıkça (yani aynı kütle daha küçük bir hacme sıkıştırıldıkça) kaçış için gereken hız da artar. Ancak özel görelilik kuramından, ışık hızının (saniyede yaklaşık 300.000 km) evrendeki en yüksek hız olduğunu biliyoruz. Burada akla “acaba ışığın bile kaçamayacağı yoğunlukta gezegenler ya da yıldızlar olabilir mi?” sorusu geliyor. Bu, kütlesi Güneş’inkinin en az üç misli olan yıldızlar için mümkün. Bir yıldızın kendi çekim kuvveti, nükleer tepkimelerin yarattığı ısının uzaya atılmasıyla oluşan basınçla dengelenir. Yıldız yaşlandıkça bütün hidrojenini önce helyuma, daha sonra da demir, nikel gibi daha ağır elementlere dönüştürür ve böylece nükleer yakıtını tüketir. Eğer yıldızın kütlesi, Güneş’inkinin iki katından daha azsa o zaman yıldız bir beyaz cüceye (yaklaşık dünya büyüklüğünde) ya da bir nötron yıldızına (yaklaşık 30 km çapında) çöker. (Birçok beyaz cüce ve nötron yıldızı gözlemlenmiştir.) Ama daha büyük kütleli yıldızlar çökmeye devam eder ve en sonunda bir karadeliğe dönüşürler. “Işığın bile kaçamayacağı bir yer” fikri, ilk kez 1783′te John Mitchell tarafından irdelendi. Daha sonra karadelik fikri, bağımsız olarak 1795′te Pierre Simon Laplace tarafından da öngörüldü. 1916′da Karl Schwarzschild’in, Einstein’ın genel görelilik kuramı denklemlerine bulduğu bir çözüm, daha sonra karadelik olarak yorumlandı ve böylece bu fikir somutlaştı. Evrenin tahmini yaşı, ortalama bir yıldızın yaşından çok daha büyüktür. O yüzden evrende birçok karadelik olması beklenmekte. Karadeliklere yaklaştıkça, hissedilen çekim gücü artar ve belli bir mesafeden sonra artık ışık dahil hiçbir şey kaçamaz. Bu sınır uzaklığa “olay ufku” denir. Karadelikler ‘kara’ oldukları için (klasik olarak) doğrudan gözlenemezler. Ama çekim güçleri çok büyük olduğundan çevrelerindeki gaz ve tozları çok büyük bir hızla yutarlar. Bu hız, atomların iyonlaşmasına neden olur ve olay ufkuna girmeden önce bir kısmı parlak bir ışık yayarlar. İşte bu ışık gözlenerek bir karadelik saptanabilir. Şu anda karadelik olduğu tahmin edilen gök cisimleri vardır.

Bir karadeliğin olay ufkuna giren hicbir şey geri çıkamaz ama buradan bir karadeligin bütün evreni yutacağı sonucunu çıkarmak yanlış olur. Karadeliğin olay ufkundan uzaklaştıkça çekim gücü azalır ve bir noktadan sonra diğer yıldızlardan farksız hale gelir. Aslında karadelikler tümüyle kara değildirler. Stephen Hawking, 1970′lerde yaptığı yarıklasik hesaplarla, karadeliklerin olay ufuklarında termal bir ışıma yaptıklarını gösterdi. Kuantum mekaniğindeki belirsizlik ilkesine göre, boşluk aslında tam anlamıyla boş değildir. Heisenberg’in bulduğu bu ilkeye göre, boşlukta enerji korunumu yasası çok kısa bir süre için ihlal edilip bir maddekarşımadde çifti oluşabilir. Tabii elektrik yükleri birbirinin tersi olduğundan, çok kısa bir süre içinde birbirlerini yok ederler ve böylece enerji korunumu yasası yeniden sağlanmış olur. Boşluktaki bu dalgalanma, deneylerle kanıtlanmış durumda. Eğer bu olay, bir karadeliğin olay ufkunun hemen dışında gerçekleşirse maddekarşımadde çiftinden biri olay ufkunun içine girerken diğeri dışarıya kaçabilir. Ancak parçacık çifti karadeliğin güçlü çekim alanında ortaya çıktığı için, karadelikten iki parçacık kadar enerji (=kütle) çekecek, buna karşılık (parçacıkların teki uzaya kaçtığı için) olay ufkunun içine düşen parçacık karadeliğe yarım kütle kazandırmış olacak, dolayısıyla bu alışverişten zararlı çıkan karadelik kütle yitirecektir. Dağılımı incelendiğinde, bu ışımanın termal bir ışıma olduğu görülür. Ancak çok büyük kütleli karadelikler için bu etki oldukça küçüktür. Dolayısıyla bugünkü evren için bu etki önemli değildir. Fizikte makroskopik (yani gözle görülebilen) bir sistemin termal özelliklerini incelemek için iki yaklaşım vardır: Termodinamik ve istatiktiksel mekanik. İlkinde bu sistemi oluşturan atom ve moleküller gözardı edilir ve sistemin hacim, basınç sıcaklık gibi makroskopik parametreleri arasındaki ilişkiler incelenir. 19. yy’ın başında yapılan gözlem ve deneylerle termodinamik prensipleri bulunmuştu. Aynı yüzyılın ikinci yarısında geliştirilmeye başlanan istatiksel mekanikteyse, sistemi oluşturan parçacıkların mikroskopik özelliklerinden yararlanılarak sistem hakkında bilgi toplanır. Bu yöntemle termodinamikteki bütün sonuçlar elde edildiği gibi, fazladan bilgilere de ulaşılabilinir. Hawking’in gösterdiği gibi, karadelikler termal bir ışıma yapar ve bunu mikroskopik olarak betimlemek, kuramsal fiziğin önemli problemlerinden biridir. Sicim kuramı eğer gerçekten kuantum fiziğiyle kütleçekimini bağdaştırıyorsa, bu olayı açıklayabilmelidir. 1996′da Andrew Strominger ve Cumrun Vafa Dzar’ları kullanarak bazı tip karadelikler için bunu yapmayı başardılar. Bu, sicim/M-Kuramının en büyük zaferlerinden biri.

Sadık Değer
Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü