Stephen Hawking: Kara Deliklerin Işıdığını Gösteren Kuramcı

Stephen William Hawking, 8 Ocak 1942’de İngiltere’nin Oxford kentinde doğdu. Oxford’da fizik okudu (1962), ardından Cambridge’de Dennis Sciama’nın danışmanlığında doktora yaptı (1966). 1963’te, henüz 21 yaşındayken motor nöron hastalığı (ALS) tanısı aldı; hekimler yalnızca birkaç yıl ömrü kaldığını düşünmüştü. Hawking bundan sonra elli yılı aşkın süre çalıştı ve 14 Mart 2018’de Cambridge’de öldü.

Tekillik teoremleri

1960’ların ortasından itibaren Roger Penrose ile birlikte, genel görelilik denklemlerinin makul koşullar altında tekilliklerin kaçınılmaz olduğunu gösteren teoremler üzerinde çalıştı. Bu teoremlere göre yeterince kütleli bir yıldızın çöküşü bir kara delik tekilliğine varır; genişleyen evren de geçmişte bir tekillikten başlamış olmalıdır. Bu çalışmalar Einstein‘ın denklemlerinin evrenin kökenine uygulanabileceğini gösteren dönüm noktalarıdır.

Kara delikler tamamen kara değildir

1971’de Hawking, kara deliklerin olay ufku alanının klasik kuramda hiçbir zaman azalamayacağını kanıtladı. Jacob Bekenstein bu alanı bir entropiye benzetince Hawking başta itiraz etti; ancak kuantum alan kuramını kara deliğin çevresine uygulayınca 1974’te şaşırtıcı bir sonuca ulaştı: kara delikler kütlelerine bağlı bir sıcaklıkta ışıma yapar. Bu ışımaya Hawking ışıması denir. Işıma yüzünden kara delik çok yavaşça kütle kaybeder ve sonunda buharlaşır.

Fizik köşesi: bir kara delik ne kadar sıcaktır?

Hawking sıcaklığı \(T = \dfrac{\hbar c^{3}}{8\pi G M k_B}\) ile verilir. Güneş kütleli bir kara delik için \(M = 1{,}99\times10^{30}\ \mathrm{kg}\) yazılırsa \(T \approx 6\times10^{-8}\ \mathrm{K}\) bulunur. Evreni dolduran kozmik mikrodalga artalan ışımasının sıcaklığı ise yaklaşık \(2{,}7\ \mathrm{K}\)’dir. Yani bugün Güneş kütleli bir kara delik, yaydığından çok daha fazla ışınımı çevresinden soğurur ve kütlesi azalmaz, artar. Hawking buharlaşmasının anlamlı olması için evrenin çok daha soğuması ya da kara deliğin çok daha hafif olması gerekir. Sıcaklık kütleyle ters orantılı olduğundan küçük kara delikler daha sıcaktır.

Bilgi paradoksu

Işıma yalnızca sıcaklığa bağlıysa, kara deliğe giren her şeyin bilgisi buharlaşma sırasında nereye gider? Hawking 1976’da bilginin kaybolacağını savundu; bu, kuantum mekaniğinin birimsellik (unitarity) ilkesiyle çelişiyordu. Bilgi paradoksu (information paradox) bugün hâlâ etkin bir araştırma konusudur ve Hawking da yıllar sonra bu görüşünü gözden geçirdi. Başka bir önemli katkısı, James Hartle ile 1983’te önerdiği kuantum kozmoloji modelidir (Hartle–Hawking durumu).

Kitaplar ve miras

1979–2009 arasında Cambridge’de Lucasian Matematik Profesörlüğü’nü yürüttü; bu kürsüyü bir zamanlar Newton da işgal etmişti (bkz. Isaac Newton). 1988’de yayımlanan Zamanın Kısa Tarihi (A Brief History of Time) milyonlarca satarak kozmolojiyi geniş kitlelere ulaştırdı. 1985’ten sonra konuşmak için ses sentezleyici kullandı. Hawking ışıması henüz gözlemlenmediği için Nobel ödülü almadı; ancak ABD Başkanlık Özgürlük Madalyası (2009) dahil birçok ödül aldı. Külleri Westminster Abbey’de Newton ve Darwin’in yakınlarında bulunur.

Görsel: NASA/Paul Alers, Stephen Hawking (2008), kamu malı, Wikimedia Commons.