Siyah Deliklerden Enerji Çalabilir miyiz? Bölüm 1: Uzayzamanı Yükseltmek

1969’da Roger Penrose (evet, Nobel ödülü alan o Penrose), bir kara delikten enerji çalmanın bir yolunu buldu. Bu çok kolay! Bir uzay aracını dönen bir kara deliğin yakınına uçurun, yükü tam doğru açıyla bırakın ve daha fazla enerjiyle geri gelin. Kara delik biraz küçülür. Hiçbir şey olay ufkunun ötesine geçmez, hiçbir fizik yasası ihlal edilmez ve yine de evren size ücretsiz enerji sunmuştur. Ah, kara deliklerin ülkesi, burada hiçbir şey mantıklı değil ve bildiğimiz her şey doğru görünmüyor. Ama bu sorun değil. Bu konuyu yavaş yavaş ele alacağız. Sürecin nasıl çalıştığını, neden herhangi bir fizik yasasını ihlal etmediğini ve umarız ki sonunda evren biraz daha anlamlı hale gelecek. Ve başlamak için oldukça karmaşık bir fizik kavramını tanıtmalıyız. Buna çerçeve sürüklemesi deniyor. Bu gerçek, bu eğlenceli ve en önemlisi, biz buraya konuşmak için tam olarak bunu. Çerçeve sürüklemesine ulaşmak için öncelikle uzay hakkındaki düşünce biçimimizi değiştirmeliyiz. Uzay seviyesi 1’i yükseltmeliyiz. Çoğu insanın uzayı hayal etme şekli temelde Newton’un versiyonu: boş bir sahne. Nesneler içinde bulunur, içinden hareket eder ve üzerindeki nesnelere kuvvet uygular, ancak uzay pasif bir arka plan, devasa üç boyutlu bir oda gibi davranır. Bu resimde uzayın kendi özellikleri yoktur. Gerginleşmez, geri itmez, hiçbir şey yapmaz. Sadece olayların gerçekleştiği yerdir. Varlığı yeterlidir ve bu nedenle fizik yapabiliriz. Elbette, bu seviye-1 resmi Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından geçersiz kılınmıştır, bu da uzayı hayal etme şeklimizdir. Uzay pasif bir sahne değildir. Bir şekle sahip olan fiziksel bir şeydir. Kütle ve enerji bu şekli büker ve bükülmüş şekil bizim deneyimlediğimiz yerçekimidir. Ön plandaki bir galaksinin kütlesi, daha uzak bir galaksinin ışığını neredeyse mükemmel bir halka şeklinde bükerek uzaydaki şekli bozuyor. Uzay kendi başına bir nesnedir ve parçacıklar, kuvvetler, alanlar gibi fiziksel varoluşla donatılmıştır. Dinamiktir. Canlıdır. Ama bu hala sadece seviye-2 düşüncesi. Bu, genel görelilikteki çoğu çalışma için yeterlidir, ancak bugün nereye gideceğimiz için değil. O yüzden seviye 3’e geçelim. Uzayın bir şekli ve davranışı olduğu için, onu bir tür sıvı gibi ele alabiliriz. Şimdi bu çoğunlukla bir analoji olacak, ancak aynı zamanda %100 doğru olmayacak. Genel görelilik bize maddeyle etkileşimleri açısından uzayı nasıl tanımlayacağımız konusunda çok fazla özgürlük tanır. Örneğin, bir kara deliğin etrafındaki uzayı sabit olarak düşünebiliriz; nesneler içine düşer ve yerçekimi o kadar güçlü hale gelir ki hiçbir şey kaçamaz. Aynı zamanda aynı uzayı, suyun bir lavantaya doğru aktığı gibi, akan bir akış olarak düşünebilirsiniz ve olay ufkuna yaklaştıkça akış hızlanır, böylece ayrılmaya çalışırsınız ve kendinizi ışıktan daha hızlı hareket eden bir akıntıya karşı itmeniz gerekir. İki tamamen farklı resim, ancak altında tek birleşik matematiksel yapı var. Bu, fiziğin içinde sık sık yaşanan bir durumdur; aynı olguyu tanımlayan eşdeğer açıklamalarımız vardır. Genel görelilikle özellikle eğlencelidir. “Sıvı” kelimesini kullandığımda gerçek anlamda moleküllerden oluşan bir sıvıdan bahsetmiyorum. Yerel geometrisi olan, içindeki madde tarafından etkilenen bir şeyden bahsediyorum. Bir nesne uzay içinde hareket ettiğinde, suyun içinden geçerken olduğu gibi, geometriyle etkileşime girer. İki yönlü bir diyalogdur. Ve dönen bir nesne sadece etrafındaki havayı veya suyu döndürmez; aynı zamanda kendi geometrisini döndürür. Ve dönen sıvılarda çok ilginç bir özellik vardır. Bir kaşıkla balı karıştırmayı düşünün. Kaşığın dibindeki bal en hızlı hareket eder. Biraz daha uzakta, biraz daha yavaş döner. Daha da uzakta, neredeyse hiç hareket etmez. Sadece dönerek, kaşık çevredeki sıvıya yavaş bir girdap oluşturur. Genel görelilik, dönen bir kütlenin de uzayda tam olarak aynı şeyi yaptığını söylüyor. Uzayın kendisi yavaş bir dönüşüm kazanır; nesneye en yakın yerlerde daha güçlüdür ve uzaklaştıkça azalır. Bu çerçeve sürüklemesidir: madde uzayı çeker ve dönen bir madde onu dönme şeklinde çeker. Bu seviye-3 bakış açısıyla, uzay pasif bir katılımcı değildir. Yerel bir akışı vardır. İçindeki maddenin ne yaptığını dikkate alır ve sonra kendi şeylerini yapar. Önemli olan, dönen nesnelerin girdaplar oluşturduğudır. Gerçekten de uzayın içinde bulunduğu şey tarafından taşınan bir his vardır. Elbette, bu sadece bizi matematik yoluyla yönlendirmeye yardımcı olacak bir modeldir, bu yüzden çok fazla abartmayalım. Uzay hiçbir şeyden yapılmamıştır; okyanusun ne içerdiğini biliyoruz. Sıcaklığı yoktur, dökülmez ve bir girdap oluşturulursa, yavaşlatmak için sürtünme yoktur. Girdap, dönen kaynak olduğu sürece devam eder. Bir geometrik etkidir, mekaniksel bir etki değildir. Ancak bu gerçek bir etkidir. Uzay gerçektir, bir şeydir ve kendi içinde bulunan şeyin hareketine tepki verir ve bu tepki devam eder. Bu, genel görelilikle kara deliklerden enerji çekmenin nasıl mümkün olduğunu anlamamıza yardımcı olacaktır. 2. Bölüm‘te, çerçeve sürüklemesini inanılmaz derecede küçük bir sayıya indirgeyeceğiz ve bunu yıllardır Dünya’da ölçme çabalarına odaklanacağız.