Kara delikle ilgili çalışmasıyla Nobel Fizik Ödülü'nü alan Penrose'un 56 yıl öncesine uzanan öyküsü

Bu yıl Nobel fizik ödülünü, İngiliz bilim insanı Roger Penrose, Reinhard Genzel ve Andrea Ghez ile paylaştı.

Reinhard Genzel ve Andrea Ghez üzerinde beraber çalıştıkları ve kara delikle ilgili bir teorileri sayesinde ödülü alırken, Roger Penrose da yine kara delikle ilgili bundan 56 yıl öncesine uzanan bir çalışmasıyla ödüle layık görüldü.

Yazar ve gazeteci Patchen Barss, Roger Penrose'un hayat hikayesini yazdığı bir kitap üzerinde çalışıyor.

Brass, Penrose'un Nobel ödülünü almasını sağlayan çalışmayı nasıl geliştirdiğini BBC için kaleme aldı.

ARKADAŞ ZİYARETİYLE GELEN BİR AYDINLANMA

Roger Penrose, 1964 yılının sonbaharında ABD'de yaşayan İngiliz kozmolog arkadaşı Ivor Robinson'ın ziyareti sırasında üzerinde uğraştığı çalışmayla ilgili bir aydınlanma yaşadı.

İkili sokakta yürürken karşıdan karşıya geçecekleri birkaç saniyelik bir anda Penrose, kuasarların 2,5 milyar ışık yılı öncesinde uzayın dışındaki güçlü dönüşlerine dair bir sorunun cevabını kavradı.

Kuasar, yüksek bir enerjiyle parlayan, kimi araştırmalarda galaksi olarak betimlenen gök cisimlerine verilen isim.

Penrose tam o anda yerçekimsel çöküntünün nasıl oluştuğunu ve bütün bir galaksinin nasıl daha derine ve merkeze doğru çekildiğini düşündü.

Bu tam olarak artistik buz pateni yaparken dönen biri gibi olmalıydı; kolları bedenine yakın, büzüldükçe daha hızlı dönen…

Penrose'un bu aydınlanması, 56 yıl sonra Nobel ödülünü alacağı teorisini geliştirmesini sağlayacaktı.

TEKİLLİK SORUNU

Penrose, Albert Einstein'ın 1915'te ortaya çıkardığı genel görecelik teorisini çalışan çok sayıda fizikçi gibi 1960'larda tekillik sorununa kafa yoruyordu.

1950'li yıllardaki algı, Einstein'ın teorisinin genel olarak başarılı olduğu, ancak birtakım tahminlerinin olasılık dışı ve test edilemez olduğuna yönelikti.

Hesaplamaları, teorik olarak yerçekimsel çöküşün sonsuz yoğun küçük bir bölgenin oluşmasını sağlayacağını, bunun da ışığın bile kaçamayacağı bir tekillik yaratacağını gösteriyordu.

Bunlara kara delik adı verildi.

Ancak böylesi bir tekillik içinde ne bildiğimiz fiziğin ne de Einstein'in görecelik teorisinin kurallarının işlememesi gerekiyordu.

Bu yüzden matematiksel görececilere göre tekillikler araştırmak için göz kamaştıran bir konuydu.

Çoğu fizikçi ise evrenin böylesi bölgeleri içermek için fazla düzenli olduğu görüşündeydi.

Tekillikler varolsa bile onları gözlemlemenin bir yolu olmayacağını düşünüyorlardı.

Penrose, uzun bir süre bu mevzuya büyük bir şüpheyle yaklaşıldığını, objenin çöküp dönse bile ardından yine etrafına doğru hızlı bir şekilde uzanacağının düşünüldüğünü söylüyor.

RUSLARIN ARAŞTIRMASIYLA ÇELİŞEN BAKIŞ AÇISI

1950'li yıllarda radyo astronomisiyle uğraşanlar ise çok parlak, çok uzak ve küçük yeni kozmik objeler buldu.

Kuasar adı verilen bu objeler çok küçük bir alanda çok fazla enerji harcıyordu.

İmkansız gözükse bile bu yeni gözlemler, tekilliğe doğru çöken kuasarların eski galaksiler olduğunu ortaya koydu.

Bu da bilim dünyasının, tekilliklerin gerçeğe sanıldığından daha mı yakın olduğunu sorgulamasına yol açtı.

Çoğu bilim insanı tekilliklerin oluşmasına yol açacak özel durumları araştırmaya çalışırken o zamanlar Londra'daki Birkbeck College'da çalışan Penrose farklı bir tavır takındı.

Birkbeck'teki uzun tahtasında daha genel çözümler, prensipler ve temel matematik yapıları bulmaya çalıştı.

1963'te ise Isaac Khalatnikov öncülüğünde bir grup Rus teorist, tekilliklerin bizim fiziksel evrenimizin bir parçası olamayacağına dair bilim dünyasının genel görüşüne paralel bir çalışma yayımladı.

Evrende toz bulutlarının ya da yıldızların tekillik noktasına ulaşamadan tekrar genişlediklerini ortaya attılar.

Kuasarlar için başka bir açıklamanın olması gerektiğini dile getirdiler.

Penrose ise kullandıkları yöntemlerin bu sonuca varmalarını sağlamayacağını düşünerek bu teoriye şüpheyle yaklaştı.

1964 yılında arkadaşının ziyaretine kadar ise bu yaklaşımı çürütecek bir teori ortaya atamadı.

KARA DELİĞİN OLUŞUM VE EVRENDEKİ MİLYARLARCA TEKİLLİK

Penrose'un arkadaşının ziyaretinin ardından geliştirdiği teorisine göre o derece enerji, hareket ve büzülme eylemleri öylesine yoğun bir ısı yaratacaktı ki radyasyonun her ışık dalgası ve her yön boyunca dışarı patlamasına sebep olacaktı.

Küçüldükçe ve hızlandıkça daha yoğun bir şekilde parlayacaktı.

Penrose, çöküşün engellenmeden devam edeceğini öngördü.

Yoğunlaşan merkezin dışında obje, galaksimizdeki bütün yıldızlardan daha güçlü bir şekilde ışıldayacaktı.

İçinde ise ışık uzayzamanda her yöne doğru birbirine yakınsayarak dramatik açılarda bükülecekti.

Sonunda öyle bir noktaya gelecekti ki geri dönüş olmayacaktı, ışık, uzay ve zaman bir noktaya dönüşerek kara deliği oluşturacaklardı.

Penrose böylece tekilliğin özel durumları gerektirmediğini, evrenimizde tekilliklerin imkansız olmadığını, hatta karşı konulamaz olduğunu ortaya koydu.

Kozmosta milyarlarca tekillik olmalıydı.

TEORİSİ BİLİM DÜNYASINI KIZDIRDI

Penrose iki ay içinde bu teorisiyle ilgili konuşmalar yapmaya başladı.

18 Ocak 1965'te konuyla ilgili olarak Physical Review Letters adlı dergide yazdığı bilimsel bir makale yayımladı.

Ancak Penrose Tekillik Teoremi tartışıldı, çürütüldü, eleştirilerle karşılaştı.

Bu mevzu, o yılın sonunda düzenlenen bir konferansta hararetli bir tartışmaya dönüştü.

Penrose, tartışmanın bir çözüme ulaşmadan sona erdiği konferans için, "Pek arkadaş canlısı değildi. Ruslar çok rahatsız olmuştu, insanlar hata yaptıklarını kabul etmek istemiyorlardı" dedi.

Ancak kısa bir süre sonra Rusların makalesindeki hesaplamalarda hatalar olduğunu ortaya çıktı, artık tezleri geçerli değildi.

1965 yılının sonlarında Penrose'un teoremi dünya çapında ilgi görmeye başladı.

Buluşu kozmolojide bir çığır açmış, evrenin temelinde yer alan büyük bir gerçeği açığa çıkarmıştı.

Tekillikler yavaş yavaş kamuoyunun da karşısına kara delikler olarak çıkmaya başladı; bunu ilk defa ABD'li bilim gazetecisi Ann Ewing kaleme aldı.

HAWKİNG İLE BERABER ÇALIŞTILAR

Stephen Hawking de teorilerini Penrose'un teorimi üzerinde inşa etmeye başladı; öncesinde ikili tekillikler üzerinde beraber çalışmıştı.

Tekillikler, evrenin doğası, tarihi ve geleceği ile ilgili her teorinin temelini oluşturdu.

Deneyselciler galaksimizin merkezinde yer alan üstündev kara delik gibi başka tekillikler de keşfetti. Bu çalışma, Penrose ile bu yıl beraber Nobel Fizik Ödülü'nü alan Reinhard Genzel ve Andrea Ghez'in araştırmasıydı.

Penrose daha sonra Büyük Patlama'ya alternatif olarak Konformal Döngüsel Kozmoloji Teorisini geliştirdi.

2019 yılında ise bir kara deliğin ilk defa fotoğrafı çekilerek Einstein ve Penrose'un bir zamanlar tartışılan teorilerinin ilk defa görsel bir kanıtı ortaya çıkarılmış oldu.

89 yaşındaki Penrose, Nobel Fizik Ödülü'nü almaktan ötürü büyük bir onur duyduğunu ve çok sevindiğini söylese de tek bir şikayeti var: Sürekli çalan telefonlarından şu an üzerinde çalıştığı üç bilimsel makalesini yazmakta zorluk çekiyor.