Yeni bir çalışma, kugelblitze olarak bilinen ışıktan oluşan kara deliklerin, yüksek ışık yoğunluklarında müdahale eden kuantum etkileri nedeniyle var olamayacağını gösteriyor. Bu, astrofizikte onlarca yıldır yapılan spekülasyonlara meydan okuyor. Kaynak: NASA/JPL-Caltech
Kugelblitz’in imkânsızlığı: Kuantum etkileri, yüksek yoğunluklu ışıktan kara delik oluşumunu yasaklıyor.
Araştırmacılar, kugelblitze’nin, yani ışıktan oluşan kara deliklerin teorik olarak imkansız olduğu sonucuna vardılar. Bu bulgu, kuantum etkilerini içeren bir matematiksel modelden türetildi ve gerekli ışık yoğunluğunun evrende bulunan yoğunluğu çok aştığını ortaya koydu. Teorik fizik için hayal kırıklığı yaratsa da, bu keşif kuantum mekaniği ve genel göreliliği anlamak için derin sonuçlar doğuruyor.
Son yetmiş yıldır astrofizikçiler, aşırı yüksek ışık yoğunluklarının neden olduğu “kugelblitz” adlı kara deliklerin varlığını teorileştiriyorlar.
Bu özel kara deliklerin, karanlık madde gibi astronomik olaylarla bağlantılı olabileceğini ve hatta uzak gelecekte varsayımsal uzay gemisi motorlarının güç kaynağı olarak kullanılabileceğini ileri sürdüler.
Kugelblitze’in Çürütülmesi: Yeni Bir Çalışma
Ancak, bir araştırmacı ekibi tarafından yapılan yeni teorik fizik araştırması Waterloo Üniversitesi ve Universidad Complutense de Madrid, kugelblitze’nin günümüz evreninde imkansız olduğunu kanıtlıyor.
“En yaygın olarak bilinen kara delikler, kendi yerçekimi altında çöken muazzam düzenli madde konsantrasyonları tarafından oluşturulanlardır,” diyor Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü üyesi ve uygulamalı matematik ve matematiksel fizik profesörü olan Eduardo Martín-Martínez. “Çünkü, Einstein’ın genel görelilik teorisinde, herhangi bir enerji türü uzay-zamanı büker, ışık biçiminde muazzam bir enerji konsantrasyonunun benzer bir çöküşe yol açabileceği uzun zamandır spekülasyon konusu olmuştur. Ancak, bu tahmin kuantum etkileri dikkate alınmadan yapılmıştır.”
Işık Kaynaklı Kara Deliklerde Kuantum Sınırlamaları
Ekip, kuantum etkilerini de hesaba katarak, kugelblitze’yi oluşturmak için gereken ışık yoğunluğunun, evrenimizdeki en parlak nesneler olan kuasarlarda gözlemlenenden onlarca kat daha büyük olacağını gösteren bir matematiksel model oluşturdu.
Uygulamalı matematik ve kuantum bilgisinde doktora adayı olan José Polo-Gómez, “Işığın bu yoğunluğuna ulaşmanızdan çok önce, belirli kuantum etkileri ilk önce meydana gelirdi,” dedi. “Bu kadar güçlü bir ışık yoğunluğu, elektron-pozitron çiftleri gibi parçacıkların kendiliğinden oluşmasına yol açardı ve bu parçacıklar alandan çok hızlı bir şekilde uzaklaşırdı.”
Böyle bir etkiyi elde etmek için gerekli koşulların mevcut teknoloji kullanılarak Dünya’da test edilmesi imkansız olsa da, ekip şu konuda kendinden emin olabilir: kesinlik Tahminlerinin doğruluğu, pozitron emisyon tomografisi (PET) taramalarına güç veren aynı matematiksel ve bilimsel ilkelere dayanmasından kaynaklanmaktadır.
“Bu fenomeni anlamak için bir yol, PET taramaları sırasında olanlara benzer şekilde madde ve antimaddenin yok olmasını düşünmektir. Elektronlar ve onların antiparçacıkları (pozitronlar) birbirlerini yok edebilir ve foton çiftlerine veya ışık ‘parçacıklarına’ parçalanabilirler,” dedi Martín-Martínez. “Sonuçlarımız ‘vakum polarizasyonu’ ve Schwinger etkisi adı verilen fenomenin bir sonucudur ve bunları birkaç kelimeyle açıklamak zorlayıcı olsa da, bunun hakkında düşünmenin faydalı bir yolu şudur: Işıktan kara deliklerin oluşmasını önleyeceğini öngördüğümüz fenomen, birçok yönden PET taramasında gerçekleşen madde-antimadde parçalanma fenomeninin tam tersidir: büyük bir foton konsantrasyonu olduğunda elektron-pozitron çiftlerine parçalanabilirler, bunlar hızla dağılır ve enerjiyi de beraberinde götürerek kütleçekimsel çöküşü önlerler”
Fizik ve Gelecekteki Teknolojiler İçin Sonuçlar
Kugelblitze’nin imkansızlığı astrofizikçiler için hayal kırıklığı yaratsa da, bu keşif, uygulamalı matematik, Perimeter Enstitüsü ve Waterloo’daki Kuantum Bilgisayarı Enstitüsü arasındaki ortaklığın mümkün kıldığı temel fizik araştırmaları türünde önemli bir başarıdır.
Polo-Gómez, “Bu keşiflerin şu anda bilinen uygulamaları olmayabilir, ancak torunlarımızın teknolojik yenilikleri için temel atıyoruz” dedi. “PET tarama makinelerinin arkasındaki bilim bir zamanlar aynı şekilde teorikti ve şimdi her hastanede bir tane var.”
“Işıktan kara delik yok” başlıklı araştırma yayımlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.
Referans: Álvaro Álvarez-Domínguez, Luis J. Garay, Eduardo Martín-Martínez ve José Polo-Gómez tarafından yazılan “Işıktan Kara Delik Yok”, 26 Temmuz 2024, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.041401