Mutlu bir fizikçi

Son fizik makalesini 24 Temmuz 2017 tarihinde fizikçilerin kullandığı “ar- Xiv” websitesine göndermiş ve bu makaleyi de 4 Mart 2018 tarihinde güncellemişti. Çözüm bulmaya çalıştığı problem, evrenin hemen başlarındaki “ani şişme” (enflasyon) fazından nasıl düzgün bir şekilde çıkabildiği problemi idi. Teorik fizikte yeni şeyler ortaya koymak için ilerlemiş yaşına rağmen son yıllarda üretmeye devam etti: 2016, 2017 yılları içinde, meslektaşlarıyla birlikte, kara deliklerde daha önce kuramsal olarak farkdilmeyen bir kısım detaylar (teknik tabiriyle “yumuşak saçlar”ı) keşfetti. (Bu saç konusunu birazdan izah edeceğiz.) 1975 yılında Hawking (33 yaşındayken), en çok bilinen makalesini yazdı. Başlığı “Kara delikler tarafından parçacık üretimi” olan bu makale teorik (ve deneysel) fizikte yeni bir saha açmıştır. Hawking bu makalede kuantum fiziği ile genel göreliliği birlikte kullanarak şunu göstermiştir: İçinde sadece bir tek kara delik bulunduran bir (izole) sistem durağan değildir, dinamiktir, kara delik radyasyon (ışık ve başka parçacıklar) yaymaktadır, ve zaman geçtikçe buharlaşmaktadır. Klasik genel görelikik kuramında bir kara deliğin ışık yayması mümkün değildir. Einstein’ın kuramı şunu öngörür: Kütlesi çok büyük yıldızlar, bütün yakıtlarını tüketip çökmeye başladıktan sonra, yoğunlukları gittikçe artar ve çökmeyi herhangi bir mekanizma durdurmaz, bütün kütle, ne olduğunu henüz bilemediğimiz bir tekillik oluşturur. Bu tekillik kürsel bir “olay ufku” ile çevrilir. Bu olay ufku evreni ikiye böler: İçi ve dışı. Olay ufkunun dışındaki nesneler içeriye girebilir, ama içeriye giren bir daha dışarıya çıkamaz. Kara delik, klasik genel görelilik teorisine göre, sadece büyüyen, sıfır Kelvin sıcaklığa sahip, kütle, dönme ve belki de elektrik yükünden başka hiç bir özelliği olmayan bir haldir. Hawking bu anlattığımız klasik bakışın doğru olmadığını kuramsal olarak gösterdi. Şöyle ki içinde yaşadığımız uzay-zaman “boş” değil, sürekli kaynayan, var olup yok olan parçacıklar ile dolu. Teknik tabiri ile buna “kuantum vakumu” diyoruz. Kuantum vakumundan uzun süreli parçacık çıkarmak için (denizden taş atararak su çıkartmak gibi), kuvvetli bir alan uygulamak gerekiyor. Bu elektrik alanı da olabilir, kütleçekim alanı da olabilir.

Hawking’in yaptığı hesaba göre, vakuma bir kara delik koyduğunuzda, kara deliğinin yakınındaki çok kuvvetli çekim alanı kuantum vakumunu kararsız yapıyor ve oradan öncelikle (daha kolay olduğu için) ışık gibi kütlesiz parçacıkları görünür hale çıkarıyor. Bu paçacıkların bir kısmı kara deliğin üstüne düşerken bir kısmı da uzaklaşıyorlar ve böylece uzaktan bakan bir gözlemci kara deliğin ışıma yaptığını görüyor. Buna Hawking ışıması diyoruz, Bu ışıma 1850’lerde deneysel olarak bulunan ve fiziksel açıklaması 1900 yılında Planck tarafından verilen kara cisim ışıması ile aynı. Buradan çıkan sonuç şu: Kara delikler ışıma yapıyorlarsa, onlar da termodinamik bir sistemdir, sıcaklıkları vardır, mikroskopik halleri vardır. Hawking şunu gösteriyor: Kara deliğin kütlesi ile sıcaklığının çarpımı sabittir. Bu sabit evrendeki bütün kara delikler için aynıdır ve düşük kütleli kara delikler çok daha sıcaktırlar. Bugün itibariyle, astrofizksel kara deliklerde henüz Hawking ışıması ölçülebilmiş değildir çünkü bu cisimlerin sıcaklıkları çok düşüktür (güneş kara delik olsaydı sıcaklığı bir Kelvin’in 10 milyonda biri kadar olurdu). Fakat ilginç olan şu ki Hawking’in bu fikirleri kara delik sistemine benzer ama labaratuarda ürtilebilen bir kısım analog sistemlerde gözlenmiş olabilir: Bu sistemlere “sağır delikler” diyoruz ve ışık yerine sesi hapseden sistemler bunlar.

Doğum günü tesadüfü

Hawking “kara delikler çok da kara değiller, ışık yayarlar” dedikten sonra fizikçilerin açıklaması gereken onlarca problem çıktı orataya: Eğer kara deliklerin sıcaklıkları ve entropileri ( düzensizlikleri ) varsa, bu düzensizlik nerede saklanıyor? Sadece kütlesi, yükü ve dönmesi olan bir cisim nasıl düzensizliğe sahip olabilir. Hem de işin ilginç yanı, evrendeki düzensizliğin büyük bir kısmı ( Hawking ve Bekenstein’a göre) kara deliklerde, bu nasıl mümkün olarabilir? Bunlar modern teorik fiziğin güncel problemleri. Hawking son 2 yılında, öyle tahmin ediyorum ki, çok mutlu idi: yıllardır üzerinde çalıştığı kara delikler ilk defa doğrudan gözlenmiş, hatta kara delik çarpışmaları sonucu oluşan gravitasyon dalgaları yeryüzündeki büyük detektörlerde tespit edilmişti. Einstein’ın doğum gününde, bilim camiası değerli bir fizikçiyi kaybetti.

Savaş karşıtıydı

Ünlü fizikçi Hawking 1968’de Vietnam savaşına karşı Londra’da yapılan bir eyleme katılmış, 30 yıl sonra da ABD’nin Irak’taki savaşına karşı çıkmıştı. Hawking, Nisan 2007’de Atlantik Okyanusu’nun üzerinde uçan jette yerçekimsiz ortamı tecrübe etti. Hawking duygularını “Çok muhteşemdi. Daha da devam edebilirdim” diye anlatmıştı.