Karadelikler Einstein’ın genel görelilik kuramının garip öngörülerinden biri. Eğer büyük kütleli bir gökcismi yeteri kadar küçük bir hacim içine sıkışırsa karadeliğe dönüşerek uzay-zamanda çok ilginç değişimlere neden olur. Bu değişimler o kadar güçlüdür ki, cisme yeteri kadar yaklaşan hiçbir şey, ama hiçbir şey bir daha geri dönemez.

Bir cismin karadelik olması için sıkışması gereken hacim oldukça düşük. Örneğin Güneş, tüm kütlesini koruyarak yarıçapı 3 km olan bir küreye sıkışırsa karadeliğe dönüşür. Schwarzchild yarıçapı olarak adlandırılan bu kritik değer kütleyle doğru orantılı. Yani, Güneş’in iki katı kütleye sahip bir cismin karadeliğe dönüşebilmesi için yarıçapının 6 km’den küçük olması gerekiyor.

Bu kadar büyük bir cismin tüm kütlesinin bu kadar küçük bir hacme sıkışabilmesi mümkün. Örneğin, yeteri kadar büyük bir yıldız tüm yakıtını tükettiğinde, kendi yarattığı kütleçekiminin etkisine artık karşı koyamaz ve içine çöker. Bu çökme yıldızın önemli bir kısmının çok küçük bir hacme sıkışmasına neden olur.

Çökme ve buna bağlı olarak meydana gelen yıldız patlaması sonucunda bir nötron yıldızı oluşabilir. Nötron yıldızlarının tipik olarak 10-20 km mertebesinde yarıçapları ve Güneş’inkinden biraz daha büyük kütleleri var. Yani neredeyse karadelik olacak derecede yoğunlar. Bunların yarattığı kütleçekiminin etkileri doğal olarak oldukça güçlü, ama hiçbir şekilde karadeliklerle karşılaştırılamaz. Eğer patlayan yıldız yeteri kadar büyükse, çökmenin yol açtığı sıkışma doğrudan bir karadeliğin oluşmasına neden olur.

Bir karadeliği çevreleyen Schwarzchild yarıçapına sahip kürenin yüzeyine, biraz sonra açıklayacağımız nedenlerle, olay ufku deniyor. Bu ufuktan geçerek içeriye giren hiçbir şeyden artık bir daha haber alınamaz. Işık bile buradan dışarıya çıkamaz. Bu cisimlere karadelik denmesinin nedeni de bu.

Ama, olay ufkunun dışında da karadeliklerin ne kadar büyük bir çekim etkisi uyguladıklarını rahatlıkla görmek mümkün. Örneğin, daha önce gördüğümüz zaman genleşmesi etkisi, olay ufkunun hemen dışında olası en yüksek seviyeye ulaşır.

Eğer çok sağlam bir zincirin değişik yerlerine saatler yerleştirip karadeliğe doğru sarkıtırsak, ufkun daha yakınında olan saatlerin daha yavaş işlediğini görürüz. Bu bildiğimiz kütleçekimsel zaman genleşmesi etkisi. Ama burada, ufka daha çok yaklaşan saatin yavaşlama oranının olası en uç dereceye, sıfıra yaklaştığını görüyoruz. Eğer zincirin ucunu kopma olmadan ufka değdirmek mümkün olsaydı, bu uçtaki saatin durması ve zamanın hiç geçmediğini göstermesi gerekirdi.

Kütleçekimsel zaman genleşmesiyle doğrudan ilgili olan kızıla kayma da ufkun hemen üstünde en yüksek seviyeye ulaşıyor. Ufkun yakınlarında ortaya çıkıp, kütleçekime ters yönde, yukarı doğru yol alan ışık sonsuza ulaştığında çok büyük bir oranda kızıla kaymaya uğruyor.

Örneğin, ışığın ortaya çıktığı nokta, ufkun Schwarzchild yarıçapının üçte biri kadar üstündeyse, ışık sonsuza eriştiğinde dalgaboyu 2 kat artıyor. Eğer ışık daha da aşağıda ortaya çıkmışsa kızıla kayma oranı daha büyük. Dolayısıyla, çıkış noktası ufka yaklaştıkça, kızıla kayma oranı sonsuza gidiyor.

Eğer ışık tam olay ufkunda ortaya çıksaydı, bu durumda değil sonsuza gitmesi, yukarıdaki herhangi bir noktaya erişebilmesi için bile tam sonsuz oranında kızıla kayması gerekirdi. Kızıla kaymanın sonsuz olması bize bu noktadan kaynaklanan ışığın hiçbir şekilde yukarıya çıkamayacağını, yani olay ufkunun geri dönüşün mümkün olmadığı bir yer olduğunu gösteriyor.

Işığın yolundan sapması etkisi de karadeliklerde çok aşırı. Ufkun yakından geçen ışık delik etrafında bir tur atarak başlangıç noktasına geri dönebilir. Hatta, daha da yakından geçerse bir kaç tur bile atabilir.

Dolayısıyla, bir karadeliğe baktığımızda arka plandaki cisimlerin birden fazla halka üzerinde görüntülerini görebiliriz. En dıştaki ilk halka, karadelik yanından geçen ışığın tur atmadan yaptığı normal sapmasından oluşur. Onun içindeki halka da, delik etrafında bir tur attıktan sonra bize gelen ışık tarafından.

Hatta kendi görüntümüzden de bir kaç tane görürüz. Fakat, Einstein halkaları denen bu görüntüler o kadar ince ki, bizde pek aynaya baktığımız hissini uyandırmaz.

Işığın aşırı derecede saptığını gösteren bir başka örnek de şu: Eğer ışık ufkun yarım Schwarzchild yarıçapı kadar üzerindeki bir noktadan yatay yönde ortaya çıkmışsa, o zaman dairesel bir yol izleyerek delik çevresinde sonsuza kadar dolanır. Yani, bir anlamda karadelik ışığı uydu gibi yörüngede tutabilecek derecede güçlü bir çekim uyguluyor.

Kısacası, karadeliklerin çekim etkisinin ne kadar güçlü olduğuna olay ufkunun dışında tanık oluyoruz. Çünkü, kütleçekiminin daha önce bahsettiğimiz bütün etkilerini burada, olası en yüksek seviyede görmek mümkün. Peki, karadelikler dışarıda bu kadar güçlü değişimler yapıyorsa, o zaman olay ufkunun içinde neler yapıyor?

Genel görelilik kuramı bize, olay ufkunun içinde hiç alışık olmadığımız garip bir değişimin olduğunu söylüyor. Karadelik uzay-zamanı öyle değiştiriyor ki, artık içeride “zaman” ile uzayın bir boyutu (merkeze doğru giden yol) yer değiştiriyor. Artık uzay ve zamanı ayrı ayrı değil, tek bir çatı altında düşündüğümüz için, genel görelilik kuramında böyle bir şeyle karşılaşılması aslında normal. Fakat alışık olmadığımız bir şey olduğu için bunun tam olarak kavranması pek kolay değil.

Kısaca ifade edersek, olay ufkunun içine giren birisi için artık zamanın geçmesi demek, merkeze doğru yol almak demek. Bu kişi için merkez zamanın bittiği yerdir; yani yapılmamış işlerini erteleyebileceği en son nokta. Merkeze ulaştığında zaman da biter.

Sonuç olarak, olay ufkunun içine girdiğinizde merkeze gitmek zorundasınız. Nasıl, çarşambadan sonra perşembenin geleceği kesinse, burada da aynı nedenden dolayı merkeze ulaşacağınız kesin. Nasıl, geçmişe gitmemiz mümkün değilse, burada da zamanı tersine çevirip ufka doğru gitmemiz mümkün değil.

Madem ufkun içinde gelecek merkeze doğru, o halde burada meydana gelen bir olay, ufkun dışında bir değişim meydana getiremez. Yani, ufkun içindeki bir olay “neden”,  dışındaki bir başka olay da “sonuç” olacak şekilde bir neden-sonuç ilişkisi kurulamaz. Bu, içeriden dışarıya mesaj iletilemez demekle aynı şey.

Dolayısıyla karadeliğin yüzeyi uzay-zamanda, aralarında neden-sonuç ilişkisi kuramayacağımız iki tür olayı birbirinden ayıran bir sınır görevi görüyor. Bu yüzeye “olay ufku” denmesinin nedeni bu.

İçeriden dışarıya hiçbir mesaj çıkamayacağı için, içeride üretilen bir ışık ya da başka herhangi bir şey de dışarıya çıkamaz. Bunun nedenini karadeliğin muazzam çekim kuvvetine bağlamak mümkün; yani o kadar güçlü bir çekim var ki, hiç bir şey bu çekime karşı koyup buna ters yönde ilerleyemiyor.

Ama, genel görelilik kuramında bu tür açıklamaları “kuvvet” kavramına başvurmadan yapma eğilimindeyiz. Özetle burada kütleçekim o kadar güçlü ki, ufkun içinde geleceğin yönünü merkeze doğru çeviriyor. Hiçbir şey geçmişe gidemeyeceği için de, bahsettiğimiz sonuç geçerli.

Karadeliğin oluşmasına neden olan tüm kütle de tam merkezde toplanmalı. Çünkü olay ufkunun içindeki her şey için en son gelecek bu nokta. Merkez, genel görelilik kuramındaki matematiksel ifadelerde  süreksiz bir noktaya karşılık geldiği için buraya “tekillik” deniyor.

Tekilliğe erişen madde ve enerjiye ne olduğu sorusunun yanıtı pek kolay değil. Tekillik sıfır hacme sahip olduğundan burada yoğunluğun sonsuz olması gerekir. Ama, kuantum kuramına göre, hiçbir şey sıfır hacme sığdırılamaz. Dolayısıyla genel görelilik kuramı burada yetersiz kalıyor. Tekilliği açıklayabilmek için, hem kuantum kuramını hem de genel göreliliği içeren daha geniş bir kuram kullanmak gerekiyor. Bir çok bilim insanı böyle bir kuram üzerinde kafa yorsa da henüz tatmin edici herhangi bir sonuç yok.

Son olarak, bir karadeliğe düşerken neler olacağına bir bakalım. Farklı gözlemciler bu süreci doğal olarak farklı görür. Ali’yle Berna’nın en başta karadelikten güvenli bir uzaklıktaki bir rokette bulunduğunu, motorların roketi bu konumda sabit tuttuğunu varsayalım. Sonra Ali aşağıya atlasın. Önce süreci rokette duran Berna’nın gözüyle inceleyelim.

Berna’ya göre Ali’nin saati daha yavaş işlemeye başlar. Çünkü Ali hem daha aşağıda, hem de hareket etmekte. Ufka yaklaştıkça saat daha da çok yavaşlar.

Bunun dışında Berna, Ali’nin düşme hızının da ufka yaklaştıkça azaldığını görür. Bunun da nedeni kütleçekimsel zaman genleşmesi. Aslında Ali, ufkun çok yakınında bulunabilecek olası üçüncü bir gözlemciye göre çok hızlı hareket etmekte. Ama, bu üçüncü gözlemcinin saatinin biraz ilerlediği bir süreç içinde, Berna’nın saati çok daha çabuk değişir. Dolayısıyla Berna, kendi saatine göre Ali’nin çok yavaş hareket ettiğini görür.

Üstelik Berna’ya göre Ali’nin ufka erişmesi sonsuz zaman alır; yani hiç bir zaman ufku geçemez. Bu aslında bir tür göz yanılması. Temel olarak, ufkun yakınlarından kaynaklanan ışığın yukarıya çıkıp Berna’ya ulaşması çok uzun sürer. Işık ufka daha yakın bir yerden kaynaklanmışsa, bu süre daha da uzar. Dolayısıyla, Berna sonsuz süre boyunca rokette beklese bile, Ali’den kaynaklanan ışıklar sürekli Berna’ya ulaşmaya devam eder.

Elbette burada kütleçekimsel kızıla kaymanın etkilerini de hesaba katmak gerekiyor. Berna, Ali’den gelen ışığın renginin gittikçe daha kırmızıya kaydığını görür. Bu nedenle, bir süre sonra bu ışık kızılötesi bölgeye kadar kayar ve artık insan gözüyle algılanamaz.

Ali’ye göreyse düşme sonsuza kadar sürmez. Ali’nin saatinin Berna’nınkinden daha yavaş işlediğini, ufka yaklaştıkça bu yavaşlamanın daha da arttığını hatırlayın. Dolayısıyla Ali, kendi saatine bakarak ufka ne kadar zamanda eriştiğini ölçmeye kalktığında sonlu bir süre bulur.

Eğer hala hayattaysa, Ali ufku geçerken de herhangi bir gariplik sezmez. Ve yine sonlu bir süre içinde tekilliğe ulaşır.

Ali için asıl sorun, serbest düşen bir cisim üzerine etkiyen gel git kuvvetleri. Karadelik çok küçük bir çapa sahip olduğu için, meydana getirdiği gel git kuvvetleri de oldukça güçlü. Bu kuvvetler düşen cisimleri yatay doğrultularda sıkıştırarak, düşey doğrultuda geriyor. Görece küçük kütleli karadelikler için, Ali ufka ulaşmadan çok daha önce gel git kuvvetleri tarafından spagettiye benzetilir. Tekilliğe yaklaştıkça bu kuvvetler sonsuza kadar büyür. Dolayısıyla tekillik civarında atomlar bile bu kuvvetler tarafından parçalanır. Yani, Ali’nin bu düşüşü sırasında tekillikte ne olduğunu anlaması hiçbir şekilde mümkün değil.

Yerden yaptığımız gözlemlerle karadelikleri tespit etmek hiç kolay değil. Görünmemelerinin dışında, çok küçük bir hacme sahipler. Bunları ancak, çevrelerinde bulunan gökcisimlerinin ve gazların davranışını inceleyerek tespit edebiliriz. Bu tür incelemeler sonucunda karadelik olması muhtemel bir çok gökcismi bulunmuş. Örneğin, bizim galaksimiz olan Samanyolu’nun ortasında 4 milyon Güneş kütlesine sahip bir karadelik olduğu düşünülüyor.