Ölü yıldızlar ışıma yapmaz
(johncarlosbaez.wordpress.com)- Kara delik olmayan ağır cisimlerin de Hawking radiation ürettiğine dair yeni iddia, durağan ölü yıldızların kütle kaybedip yok olduğu sonucuna varıyor ve eğri uzayzamanda kuantum alan kuramıyla çatışıyor
- Bu mantık, kütleçekim alanının parçacık-karşı parçacık çiftleri ürettiği ve ışımanın enerjiyi taşıyıp götürdüğü bir yapıya dayanıyor; ancak yıldızı oluşturan proton ve nötronların hangi süreçle ortadan kaybolduğu açıklanmıyor
- Yanıt niteliğindeki makaleler, hesabın kaba yaklaşımlara dayandığını ve daha basit problemlerde bile yanlış sonuç verdiğini savunurken, Ashtekar ve Magnon’un 1975 tarihli sonucu durağan uzayzamanlarda vakum kararlılığını gösteriyor
- Her yerde zaman-benzeri olan bir Killing field varsa zaman öteleme simetrisi kuruluyor ve bu koşulda parçacık ile karşı parçacığı ayıran bir kuantum alan kuramı inşası mümkün olduğundan kendiliğinden parçacık üretimi gerçekleşmiyor
- Schwarzschild kara deliğinde Killing field olay ufkunda zaman-benzeri olmaktan çıktığı için aynı mantık uygulanamıyor; bu nedenle ölü yıldız ışıması iddiası, onlarca yıl önce çözülmüş bir problemi daha zayıf bir yaklaşımla tersine çevirmeye çalışan bir girişime benziyor
Tartışmanın çıkış noktası: kara delik olmayan cisimlerde Hawking ışıması
- Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom, Heino Falcke, Gravitational pair production and black hole evaporation başlıklı çalışmada kara delik olmayan ağır madde yığınlarının da Hawking radiation ürettiğini öne sürüyor
- Ardından yeni makale, soğumuş ölü yıldızların da Hawking ışıması yaptığını ve yavaş yavaş kütle kaybederek sonunda yok olabileceğini iddia ediyor
- Bu sonucun geçerli olabilmesi için yıldız içindeki protonlar ve nötronların nasıl ortadan kaybolduğunu açıklamak gerekiyor; bu da baryon sayısının korunumu ile çatışıyor
- İlgili yazarlar baryon korunumu ihlali olasılığını kabul ediyor, ancak bunun hangi süreçle gerçekleşeceğini ortaya koymuyor
- Geriye kalan yapı, yıldızın kütleçekim alanının parçacık-karşı parçacık çiftleri üretmesi, bu çiftlerin ışıma olarak kaçması ve enerji korunumu gereği yıldızın kütle kaybetmesi gerektiği akışına dayanıyor
Yerleşik fizik ile çatıştığı nokta
- Bu iddia doğruysa, eğri uzayzamanda kuantum alan kuramında durağan madde yığınlarının Hawking ışıması üretmediğini gösteren mevcut hesaplamalar tersine dönmüş olacak
- Aynı zamanda, eğri uzayzamanda kuantum alan kuramının tutarlı olabilmesi için baryon sayısının korunumunun başarısız olması gerektiği sonucuna götürüyor
- Ancak bu makaleler fizik camiasında neredeyse hiç etki yaratmadı ve kısa karşı makaleler de yayımlandı
- Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla’nın Comment on “Gravitational pair production and black hole evaporation” çalışması, kullanılan yaklaşımın daha basit sorunlarda bile yanlış sonuç verdiğine işaret ediyor
- E. T. Akhmedov, D. V. Diakonov, C. Schubert imzalı Complex effective actions and gravitational pair creation da benzer sorunları ele alıyor
Durağan uzayzamanlarda vakum kararlılığı
- Abhay Ashtekar ve Anne Magnon’un 1975 tarihli Quantum fields in curved space-times makalesi, durağan uzayzamanlarda vakum durumunun iyi tanımlanabildiğini ve bu vakumun kararlı olduğunu gösteriyor
- Temel cümle şu
- “Arka plan uzayzaman her yerde zaman-benzeri bir Killing field’a izin veriyorsa, vakum durumu gerçekten kararlıdır ve kendiliğinden parçacık üretimi gibi olgular ortaya çıkmaz.”
- Her yerde zaman-benzeri bir Killing field bulunması, uzayzamanda zaman öteleme simetrisi olduğu anlamına geliyor
- Ashtekar ve Magnon ayrıca şu koşulları koyuyor
- uzayzamanın global olarak hiperbolik olması
- kütleli spin-0 parçacığın dalga denkleminin düzgün başlangıç verilerinden düzgün çözümler üretmesi
- Bu koşullar altında enerji tanımlanabiliyor ve çözümler pozitif frekanslı ve negatif frekanslı çözümler olarak ayrılabiliyor
- pozitif frekanslı çözümler parçacıklara karşılık geliyor
- negatif frekanslı çözümler karşı parçacıklara karşılık geliyor
- bunun sonucunda, Minkowski uzayzamanındaki gibi çökmeyen bir vakuma sahip kuantum alan kuramı kurulabiliyor
Aynı sonuç kara deliklere doğrudan uygulanmıyor
- Durağan kara delikleri tanımlayan Schwarzschild solution içinde de bir Killing field bulunuyor
- Ancak bu Killing field olay ufkunda artık zaman-benzeri olmadığından, Ashtekar ve Magnon’un sonucu kara deliklere uygulanmıyor
- Daha öğretici bir açıklama Robert Wald’ın Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics kitabında bulunabilir
- Özellikle 4.3. bölüm, stationary spacetimes üzerindeki kuantum alan kuramını ele alıyor
- Valeria Michelle Carrión Álvarez’in doktora tezi Loop Quantization versus Fock Quantization of p-Form Electromagnetism on Static Spacetimes, elektromanyetizma durumunu inceliyor
- Ashtekar ve Magnon ile Wald, sadeleştirme amacıyla çoğunlukla kütleli skaler alanlara odaklanıyor
Bilim haberciliği ve hakemli değerlendirme sınırları
- Wondrak, van Suijlekom ve Falcke’nin makalesi saygın bir fizik dergisinde yayımlansa da, ilgili alanın uzmanları tarafından hakem değerlendirmesinden geçmemiş olabileceği öne sürülüyor
- Saygın bir dergide yayımlanan fizik makaleleri bile doğrudan doğruya kabul edilmek yerine, konuyu gerçekten anlayan ya da güvenilir uzmanlara doğrulatılmalı
- Bazı bilim haberleri uzman doğrulaması olmadan basın bültenlerine güvenip “evren beklenenden çok daha erken sona erecek” tarzı başlıklar attı
- Durağan cisimlerin kütleçekim alanının parçacık-karşı parçacık çifti üretmediği sonucu onlarca yıl önce titizlikle ortaya konmuştu; yeni yaklaşık hesap ise bu konuya yeni bir ışık tutmaktan çok, mevcut sonuçlardan çok daha gelişigüzel bir el yordamı yaklaşımına benziyor
1 yorum
Hacker News yorumları
Elbette bunu söyleyen Gandalf'tı. İtiraz etmeye kalkmadan önce, Gandalf'ın uzay-zaman sürekliliği gibi önemsiz şeyleri dert etmek zorunda olmayan bir büyücü olduğunu belirtmek isterim.
Not: https://quoteinvestigator.com/2014/07/13/truth/
Sonuç olarak, yalanın ve gerçeğin yayılma hızını karşı karşıya getiren ifadeler ailesi 300 yılı aşkın süredir evriliyor; Jonathan Swift'in 1710'da yazdığı cümle de haklı olarak ona atfedilebilir. Ancak o cümlede henüz ayakkabı benzetmesi yok.
Kaçış hızının ışık hızını aştığı bir kütleçekim kuyusu yoksa, bu senaryoda Hawking radyasyonunun nasıl gerçekleştiğinin düşünüldüğünü anlamıyorum.
Sanal parçacık-karşıparçacık çiftinin ikisi de hayatta kalmış olsa ve biri olay ufkunu geçmiş de olmasa, kısa süre içinde yok olacaklardır.
Bildiğim kadarıyla bunu hem doğru hem de sezgisel ve matematik dışı bir şekilde açıklamanın bir yolu yok; bu yüzden bilim iletişimcileri çoğu zaman dinleyiciyi yanıltabilecek bir yaklaşıklıkla anlatırlar.
Hawking'in kendisi de şöyle demişti: “Olay ufkunun hemen dışında negatif enerjili bir parçacık ile pozitif enerjili bir parçacıktan oluşan sanal bir çift olduğu düşünülebilir. Isıl radyasyona ve alan azalmasına yol açan mekanizmaya dair bu tasvir yalnızca sezgisel bir açıklamadır ve fazla harfi harfine alınmamalıdır.”
“Bükülmüş uzayzamanda kuantum alan teorisi, ancak baryon sayısı korunmadığında tutarlı olabilir” ifadesi bugün bile gerçekten şok edici mi? Bunun kara deliklerin Hawking radyasyonundan mantıksal olarak çıkan bir sonuç olduğunu düşünmüştüm.
Uzun zaman önce zaten şok yaşamıştık ve artık bunu kabullendiğimizi sanıyordum. Söz konusu makalenin yazarlarının hesapları yanlış olabilir, ama bu blog yazısının böyle bir cümleyi fazlasıyla apaçık bir doğruymuş gibi ortaya atması bana iyi bir izlenim vermiyor. Katılmayan aptaldır tarzı duygusal bir üslup, işi bilimsel ikna olan birine yakışmıyor.
Wikipedia[0] da MIT’den kuantum kütleçekim fizikçisi Daniel Harlow’u alıntılayarak “baryon sayısının korunumu, Hawking radyasyonu yoluyla kara delik buharlaşmasının fiziğiyle tutarlı değildir” diye yazıyor.
[0] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Baryon_number
Üstelik bu John Baez. Kendi alanını iyi bilen biri.
Asıl meseleye gelirsek, burada şok edici olan şey, baryon sayısının kara delikler işin içine girmese bile korunmadığını iddia etmesi.
“Comment on ‘Gravitational Pair Production and Black Hole Evaporation’”da Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas ve Silvia Pla, söz konusu makalenin kullandığı denklemleri ele alıyor ve o denklemleri kullanmaktan daha iyi bir yöntem öneriyor.
Bunun “pertürbasyon açılımının en düşük mertebesinden elde edildiğini, oysa zayıf alan yaklaşımıyla pertürbatif olmayan Schwinger etkisini elde etmenin standart yolunun tüm terimleri yeniden toplamak olduğunu” açıklıyorlar.
Ayrıca eleştirilen makalenin yönteminin elektromanyetik durumda ortaya çıkan hâlleri bile doğru düzgün ele alamadığını, kütleçekim durumunda ise bunun daha da zor olduğunu söylüyorlar. Bu, Baez’in söylediğiyle aynı şey, ama alıntılanan makale bunu çok daha uzman bir ton ve yöntemle sunuyor.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.13...
Şimdiye kadar hepsi bozunma bulamadı ve sonuç, protonun yarı ömrünün en az 2.4E34 yıl olduğu. https://en.wikipedia.org/wiki/Proton_decay#Experimental_evid...
Quanta Magazine’in eski bir yazısına da baktım; çok saf sudan oluşan devasa bir tank ve çok sayıda dedektör kullanan bir deneyi anlatıyor. Kara deliğe gerek yok. https://www.quantamagazine.org/no-proton-decay-means-grand-u... (HN tartışması https://news.ycombinator.com/item?id=13201065)
Katılmayan aptaldır denecek kadar apaçık olduğu iddiasıyla ilgili olarak, kabul edene aptal dedirtecek kadar açıkça yanlış iddialar da var. İnsanlar Penrose’un ortaya attığı saçmalıkları durmadan tekrarlıyor; oysa bunun çalışması için fiziksel olmayan zamansal sonsuzluğa ihtiyaç var.
Günümüzdeki popüler bilimdeki, neredeyse bilimkurgu gibi açıklama, kara deliğe düşülebileceği ve olay ufkunda “özellikle hiçbir şey olmayacağı” yönünde. Sonra hemen bir sonraki paragraf civarında dış gözlemcinin kurbanın düştüğünü asla gözlemleyemeyeceği söyleniyor.
İki gözlemci böyle bir konuda farklı sonuçlara varamaz. Bunu söylemek için ya evrenin bir noktada çatallanıp iki gözlemcinin birbiriyle uyuşmayabileceğine inanmanız ya da mantığı, tutarlılığı, gözlemciyi ve fizikçi olarak değer verdiğiniz her şeyi terk etmeniz gerekir.
Dış gözlemci kurbanın düştüğünü gözlemleyemiyorsa, kurban asla düşmez. Nesnel gerçeklik budur. Penrose diyagramının farklı söylemesinin nedeni, fiziksel olmayan sonsuz bir zamanı içermesidir.
Sonsuz zaman “ulaşılabilir” olsa bile matematiksel olarak da sağlam değildir, fiziksel olarak da anlamlı değildir; zaten Hawking radyasyonu olduğu için de önemi yoktur. Kara deliğin ömrü sonludur.
Mantıksal olarak tutarlı ve fiziksel olarak sağlam tek bir yorum vardır: Hiçbir şey gerçekten içeri düşemez. İçeri gelen cisim dış referans çerçevesine göre yavaşlar; cismin kendi açısından ise kara deliğe yaklaştıkça kara deliğin zaman akışı hızlanmış görünür. Dolayısıyla Hawking buharlaşması da hızlanmış görünür. Dış gözlemciyle tutarlılığı korumak için bu buharlaşma, kurbanın herhangi bir yüzeye ulaşmasını engelleyecek kadar hızlı olmalıdır. Bunun yerine kara delik onlardan uzaklaşır ve giderek daha hızlı buharlaşır.
Bu model ve benzeri modellerde güvenlik duvarı, sınır ya da kuantum alanını “sıfırlayacak” bir şey olmadığı için tüm kuantum sayıları korunabilir. Her şey süreklidir, tutarlıdır ve kuantum sayıları da korunur. Dış gözlemci tam da şu anda beklediğiniz kara deliği görür; kara delik aynı şekilde davranır ve buharlaşır.
Evrenin içinde hâlâ gözden kaçırdığımız bir şey var gibi geliyor ve önümüzdeki 1 milyar yıllık büyük birleşik teorilerin de onu kaçıracakmış gibi hissediyorum.
O dönemki HN tartışması:
Universe expected to decay in 10⁷⁸ years, much sooner than previously thought (phys.org) https://news.ycombinator.com/item?id=43961226 223 puan, 5 gün önce, 323 yorum
Birkaç gün önce burada epey benzer bir yorum yazmıştım
https://news.ycombinator.com/item?id=43964524
Evet, o makale mantıklı değil. Söylenecek pek bir şey de yok. Preprint sunucularına bazen hakem değerlendirmesinden geçemeyecek türden yazılar da yükleniyor. Yaklaşık 2 yıl önce Kore’deki “süperiletkeni” hatırlıyor musunuz? Medyanın böyle şeyleri yazarken dikkatli olması gerekir
“Bu supposedly şok edici gelişme hakkında yazı yazan bir bilim muhabiri olsaydım, birkaç uzmana e-posta gönderip bunun gerçek olup olmadığını kontrol ederdim”
Böyle bir tavırla herkes Dünya’nın düz olduğuna ya da Güneş’in Dünya’nın etrafında döndüğüne inanırdı. Çünkü dönemin uzmanları da ikisine de yanlış şekilde inanıyordu
Bu meselenin gösterdiği şey, asıl yazarların aptal olmasından çok, bilginin büyük ölçüde silolarda hapsolmuş olması
Amaç herkesin bilgisini ilerletmekse bu iyi bir şey değil. Akademide ne olup bittiğinden bağımsız olarak, görece yakın ilgili alanlar arasında bile bunun başarısız olması iyi değil
Aptal ya da kötü niyetli olduklarını düşünmüyorum, ama bu kadar beklenmedik bir sonucu ileri sürerken danışmadan hareket etmeleri biraz düşüncesizce olmuş olabilir
1: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_field_theory_in_curved...
Ama dünya karmaşık ve kendi çekirdek alanınızın dışında hata yapmak kolay. Bilimsel sürecin amacı, sonuçları hataları fark edecek gözlerin önüne koymaktır. Link verilen blog yazısı bunun bir örneği. Sonra herkes kavga eder ya da güler geçer, dünya da dönmeye devam eder. Bu sistem çalıştı
Bu sürecin iyi yapamadığı şey, insanların yeni fikirleri haber başlığına dönüştürmeden önce süzgeçten geçirmek. Bu kesinlikle pek iyi değil, ama kesinlikle akademinin bir başarısızlığı değil. Gözler düzgün çalıştı
Düzeltilebilirdi. 2 yıl sonra hâlâ aynı giderin etrafında dönüp durmayabilirlerdi, ama hâlâ dönüyorlar. Oldukça tipik ve oldukça sıkıcı
Böyle olunca biri aylar, yıllar önce “burada bir sorun var” diyebilecekken kişi tek başına çalışmayı sürdürüyor
Bilim dünyasındaki karşılığı, pull request açmadan önce branch’i özenle parlatıp sonra “burada kocaman bir bellek sızıntısı var, üstelik istediğin şey zaten başka bir API kullanılarak yapılabiliyor” denmesine benziyor
İnsan ölçeğinde bir çözüm var mı pek emin değilim. Araştırma alanı o kadar geniş ki herkesi herkesle bağlayıp, yardıma ihtiyacı olan herkesin değerli geri bildirim almasını ve yardım edebilecek herkesin de yarı pişmiş çöplere gömülmemesini sağlamak mümkün değil. Araştırma motivasyonları ve teşviklerinin tepeden tırnağa saf olduğunu varsaysak bile böyle. Pull request benzetmesinde CVE spam’cileri gibi tipler de var
En azından üniversiteler tıklanabilir görünen her şeyi durum tespiti yapmadan basın bültenine dönüştürme hevesinden vazgeçerse, akademi dışına açık bir seyirlik malzeme olma hâli ara sıra azaltılabilir; ama bu temel sorunu çözmez
HN’deki orijinal makale tartışmasına[1] bakarsanız, aşağı taraflarda A_D_E_P_T’nin makalenin neden mantıksız olduğunu açıkladığı ve bu yazıda bahsedilen çürütmelerden birine işaret ettiği bir yorumu var. O yorum HN okurları tarafından downvote edilmişti. Birkaç gün önce upvote ettiğimde zaten gri görünüyordu, oradan biliyorum
Yani mesele bilgi siloları değil; bizim gibi sıradan insanlar, son atılımlara çok derin bakmadan bunlar hakkında konuşmak istiyor. Çünkü derine bakınca eğlence bozuluyor
[1] https://news.ycombinator.com/item?id=43961226
Kütlesi olan bir cismin neden kütleçekim radyasyonu yaymadığını kolayca anlamanın bir yolu var mı? İvmeli bir gözlemcinin Unruh etkisi denen şey nedeniyle bir termal radyasyon denizi gördüğü söyleniyor
Bir gezegenin üzerinde duruyorsanız yerçekimi altında ivmeleniyorsunuz demektir; o zaman Unruh radyasyonu görmez misiniz? Bunun Hawking radyasyonuyla ilgisi var mı?
Şu ayrıntı gözüme çarptı
“[1975 tarihli makalede] Ashtekar ve Magnon da uzayzamanın global olarak hiperbolik olduğunu varsayar”
Modern varsayım uzayzamanın global olarak düz olduğu değil mi?
Uzayın düz olması bir varsayım değil. Genel görelilik global uzay eğriliğini belirtmez; dolayısıyla global olarak negatif ya da pozitif eğriliğe sahip olma ihtimali de var. Sadece şimdiye kadar buna dair bir kanıt yok
Kara deliklerde özünde “bir boyutun kaybı” olduğunu düşünüyorum. Bunun ne anlama geldiğini açıklamak çok daha uzun bir anlatı gerektirir, bu yüzden burada denemeyeceğim.
Dolayısıyla ‘baryon’ olarak bilinen üç kuarklı dizilim, uzaysal boyutların sayısına göre oluşuyor olabilir. 3 boyut == 3 kuark ise, baryonlar yalnızca 3 boyutta ortaya çıkar; madde olay ufkuna ulaştığında kuarklar parçalanıp yeniden düzenlenerek, basitçe baryon diye bir şeyin var olmadığı bir şeye dönüşebilir. Örneğin 2 boyutlu uzayda olduğu gibi.
Ben, olay ufkunun ‘yüzeyinin’ yasaların korunduğu yer olduğu; tekilliğin ya da belki de kara deliğin tüm iç kısmının hiç var olmayabileceği görüşüne daha yakınım.
Göreliliğin uzay-zamanı “bozduğu” pek çok nokta, yani sonsuzluklar ve sıfıra bölme sorunları, bir boyutun ortadan kaybolduğu varsayılırsa çözülebilir. Örneğin uzunluk büzülmesi, ışık hızında bir boyutun sıkıştırılıp yok edilmesidir; zaman genişlemesi de olay ufkunda ya da ışık hızında bir boyutun kaldırılmasıdır.
Bunun holografik ilkeye benzediğini düşündüyseniz, doğru. Benim bakışıma göre Lorentz denklemlerinin kendisi de N boyutlu uzayı (N-1) boyutlu uzaya pürüzsüzce dönüştürmenin bir yolunu ifade eder. Bu, boyutun “kaybedildiği” tam noktada asimptota ulaşan üstel eğriye benzer bir biçimde gerçekleşir.
“Zaman”ın hangi boyutsallıkta olursa olsun her zaman özel bir boyut gibi görünmesinin nedeni, boyutlar hiyerarşisinde ‘hemen üstte’ ya da ‘hemen altta’ bulunan boyut olmasıdır diye düşünüyorum. Bu yüzden Minkowski uzayındaki mesafe formülünde ‘zaman’, diğer boyutların ters işaretine (+/-) sahip olmalıdır; zamanın işaretini pozitif ya da negatif almanızdan, yani metrik imza konvansiyonunun ne olduğundan bağımsız olarak bu geçerlidir.
Bu elbette tüm 4 boyutlu evrenimizin daha büyük bir uzaya gömülü bir uzay olduğu ve teknik olarak daha yüksek boyutlu bir bakış açısından bir tür “olay ufku” olduğu anlamına da gelir.