Kara delik bilgi paradoksunun kökenleri

Fizik bize bilginin ne yaratılabileceğini ne de yok edilebileceğini söylese de (eğer bilgi yaratılabiliyor ya da yok edilebilseydi, o zaman fiziğin tüm varoluş nedeni, yani gelecekteki olayları tahmin etmek ya da mevcut durumların nedenlerini belirlemek imkansız olurdu), bilginin erişilebilir olmasını talep etmez. Onlarca yıldır fizikçiler, kara deliğe düşen bilginin hâlâ orada olduğunu, hâlâ var olduğunu, yalnızca görüş alanından uzakta kilitli olduğunu varsaydılar.

Stephen Hawking’in olay ufkunun gizli karmaşıklığını keşfettiği 1970’lere kadar bu iyiydi. Bu kara canavarların inandırıldığımız kadar basit olmadığı ve kara deliklerin olay ufuklarının, tüm evrende yerçekiminin kuantum mekaniğiyle açık bir şekilde buluştuğu birkaç yerden biri olduğu ortaya çıktı.

Kuantum mekaniğini ve yerçekimini birleştirme arayışı, fiziğin bu iki büyük alanının gelişmesinden hemen sonra, bir yüzyıl öncesine uzanıyor. Birleşmelerini engelleyen şey matematikteki sonsuzlukların çoğalmasıydı. Ne zaman yer çekimi küçük ölçeklerde güçlense, denklemlerimiz sonsuza kadar ayrışıyor ve faydasız sonuçsuz kalıyordu. Ancak burada, tanımı gereği güçlü yer çekimine sahip yerler olan kara deliklerin sınırlarındayız. Ve olay ufukları sonlu genişliğe sahip gerçek yüzeyler değil, matematiksel yapılar olduğundan, onları gerçekten anlamak için onları mikroskobik olarak incelememiz gerekir; bu da onları kuantum alanına sıkı bir şekilde yerleştirir.

Küçük ölçeklerde güçlü yerçekimi. Matematiğimiz patlasa da kara delikler kesinlikle patlamaz. Bir şeyin yerçekimi ve kuantum mekaniğiyle, bir matematik hilesiyle ya da fiziksel içgörü becerisiyle evlenmesi gerekiyor ve görevi yerine getiren her şey, bunu burada, evrendeki her kara deliğin olay ufkunda yapıyor.

Hawking, diğerlerinin yanı sıra, 1970’lerde kara delik olay ufkunu kullanarak aşırı koşullarda yerçekimi ve kuantum mekaniğinin birleşik doğasını dürtmek ve dürtmek için bir program başlattı; bu birlikteliklerine dair bazı ipuçları bulmayı umuyordu. Ve bu program henüz tam potansiyelini gerçekleştirmemiş olsa da Hawking, sanki yeterince olağanüstü değilmiş gibi, kara delikler hakkında son derece olağanüstü bir şey keşfetti.

Kara deliklerin tam anlamıyla %100 kara olmadığını keşfetti. Kara delikler doğduğunda gerçekliğin kuantum doğası ile olay ufkunun oluşumu arasındaki tuhaf etkileşim yoluyla, az miktarda radyasyon yayma kapasitesine sahiptirler. Tamamen açık olmak gerekirse, kara deliklerden gelen radyasyon miktarı neredeyse sıfırdır. Örneğin, kütlesi Güneş’in birkaç katı olan tipik bir kara delik, her yıl yaklaşık bir foton yayar. Yani arka bahçenizdeki teleskopla parlayan bir kara delik bulmanız pek mümkün değil (ve evren kelimenin tam anlamıyla radyasyonla parladığı için, kara delikler şimdilik yaydıklarından çok daha fazlasını tüketiyor).

Artık Stephen’ın onuruna Hawking radyasyonu olarak bilinen bu radyasyonun, genel görelilik ve saçsızlık teoremi tarafından çizilen kara deliklerin bozulmamış resmine nasıl bir İngiliz anahtarı attığı anlatılıyor. Yeterli miktarda maddeyi önünüze çıkacak kadar küçük bir hacme sıkıştırarak kendinize bir kara delik oluşturduğunuzu varsayalım. Bu kara deliğin inşası, bir zamanlar özgürlüğün tadını çıkaran tüm parçacıklar hakkında muazzam miktarda bilgi tüketti ve tüm bu bilgiler artık güvenli bir şekilde olay ufkunun arkasında saklanıyor.

Daha sonra bir kara deliği herhangi bir büyüme kaynağından uzak tutarsınız: ne madde ne radyasyon ne de onun için ziyafet çekecek enerji yoktur. Kara delik, Hawking radyasyonunu yayar ve her seferinde bir foton yayar. Her emisyonda, kara delik bir miktar kütle kaybeder (sonuçta bedava öğle yemeği diye bir şey yoktur ve kozmosta yeni keşfedilen bu radyasyonun enerji faturasını birisinin ödemesi gerekir). Sonunda, yeterince uzun süre beklerseniz, kara delik tamamen buharlaşacak ve bir enerji emisyonu bulutu içinde kaybolacaktır.

Bir problem. Bu Hawking radyasyonu… özelliksizdir. Fizik jargonunda emisyonun termal olduğunu söyleriz, bu da emisyonun benzersiz bir bilgi içermediğini söylemenin başka bir yoludur. Ev yapımı kara deliğinizin önünde oturabilir ve Hawking radyasyonunun yayılan her bir parçacığının enerjilerini ve momentumlarını, 10 saniyede kendi üzerine çökene kadar kaydedebilirsiniz.¹⁰⁰ Yıllar sonra kara deliğin gerçekten de belirli bir sıcaklıkta buharlaştığı aptalca gerçeğinden başka hiçbir şey öğrenmeyeceksiniz.

İşte kara delik bilgi paradoksu, yarım yüzyıldan fazla bir süredir teorik fiziği altüst eden bir paradoks, çözümü kuantum yerçekiminin bilinmeyen topraklarında yatan bir paradoks, yeni bir fizik anlayışına yol açmayı vaat eden bir çözüm: bilgi gider bir kara deliğin içine. Hiçbir bilgi çıkmıyor. Hawking radyasyonu kara deliği buharlaştırır. Kara delik uzaklaşıyor. Bilgi yok edilemez… peki bu kadar bilgi nereye gitti?

Hawking’in mantığında bir kusur olmalı çünkü evren paradokslara dayanmaz. Siyasi devrimler, iki karşıt grup uzlaşmaya varamadığında ortaya çıkar: çıkarlar ve hedefler arasında bir paradoks. Bilimsel devrimler, iki karşıt olgu ortak bir nokta bulamadığında ortaya çıkar: akıl yürütme ve çıkarım paradoksu.

Sana karşı açık sözlü olacağım. Bu yazının yazıldığı sırada, kara delik bilgi paradoksuna yönelik onaylanmış, üzerinde anlaşmaya varılmış, test edilmiş, güvenilir bir çözümümüz yoktu. Ancak bir dizi ilgi çekici ipucumuz, bizi bir yere yönlendiriyor gibi görünen matematiksel kırıntılarımız ve ufukta daha fazla bir şeyin düşündürücü parıltısı var.