Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild, Einstein'ın genel görelilik kuramındaki alan denklemlerinin ilk kesin çözümünü bulan Alman fizikçi ve gökbilimcidir. 1915'in sonunda, Birinci Dünya Savaşı'nda Rus cephesinde görevliyken, dönmeyen küresel bir kütlenin çevresinde uzay-zamanın nasıl büküldüğünü hesapladı. Bu çözümden çıkan "Schwarzschild yarıçapı", bugün dönmeyen bir kara deliğin sınırını tanımlar. Fotoğrafçılık, optik ve yıldız atmosferleri üzerine çalışmalarıyla da astrofiziğin kurucu isimleri arasında sayılır; 42 yaşında, cephede yakalandığı bir hastalık nedeniyle öldü.

Erken yaşamı ve eğitimi

Schwarzschild, 9 Ekim 1873'te Frankfurt am Main'de, kökleri kentte 16. yüzyıla uzanan Yahudi bir ailenin yedi çocuğunun en büyüğü olarak doğdu. Gökbilime ilgisi erken başladı: henüz 16 yaşına gelmeden çift yıldızların yörüngeleri üzerine iki makale yayımladı. 1890'da Strazburg Üniversitesi'nde gökbilim okumaya başladı, ardından Münih'e geçti. 1896'da Fransız matematikçi Henri Poincaré'nin kuramları üzerine yazdığı tezle doktorasını aldı; danışmanı Hugo von Seeliger'di.

Kariyeri

1897'den itibaren Viyana'daki Kuffner Gözlemevi'nde asistan olarak yıldız kümelerinin parlaklık ölçümleri üzerinde çalıştı. 1899'da Münih'te doçentlik (habilitasyon) çalışmasını tamamladı. 1901-1909 yıllarında Göttingen Gözlemevi'nde profesör olarak çalıştı ve gözlemevinin müdürü oldu; burada David Hilbert ve Hermann Minkowski gibi matematikçilerle aynı ortamı paylaştı. 1909'da Potsdam Astrofizik Gözlemevi'nin müdürlüğüne getirildi, 1912'de Prusya Bilimler Akademisi'ne seçildi.

Bilime katkıları

Schwarzschild'in ilgi alanı son derece genişti. 1897'de fotoğraf plaklarının ışığa tepkisini tanımlayan ve bugün "Schwarzschild üssü" olarak anılan bir katsayı içeren yasayı geliştirdi; bu, gökyüzü fotoğraflarından yıldız parlaklığı ölçmek için önemliydi. Teleskop gibi optik sistemlerde görüntü bozulmalarını (sapınçları) ve bunların tasarımını inceledi.

1906'da ışığın bir gaz katmanından nasıl geçtiğini anlatan ışınım aktarımı denklemini geliştirdi ve Güneş'in görünen yüzeyi olan fotosferin ışınım dengesinde olduğunu savundu. Arthur Eddington, yıldızların iç yapısı üzerine çalışmalarında Schwarzschild'in bu alandaki işini geliştirerek ilerledi. Gök mekaniği, yıldız istatistiği, tayfbilim ve Halley kuyruklu yıldızı üzerine de çalıştı; 1903'te elektrodinamik üzerine yazdığı makaleler, sonradan Wolfgang Pauli tarafından ona atfedilen bir yaklaşım içeriyordu.

Cephede yazılan çözüm

Birinci Dünya Savaşı başladığında Alman ordusuna katıldı; topçuda teğmen rütbesine yükseldi ve mermi yörüngesi hesapları yaptı. 1915'in sonunda Rus cephesindeyken, Einstein'ın genel görelilik kuramının alan denklemleri için kesin bir çözüm buldu ve Einstein'a gönderdi. Einstein çözümü Ocak 1916'da Berlin'de sundu ve çalışmayı övgüyle karşıladı.

Bugün "Schwarzschild metriği" olarak bilinen bu çözüm, ideal küresel bir yıldızın çevresindeki uzay-zamanın eğriliğini tarif eder. Çözümde belirli bir yarıçap öne çıkar: bir kütle bu yarıçapın içine sıkıştırılırsa, hiçbir şeyin dışarı kaçamadığı bir bölge oluşur. Bu "Schwarzschild yarıçapı", Güneş kütlesinde bir cisim için yaklaşık 3 kilometre, Dünya için ise yaklaşık 1 santimetredir. Schwarzschild bu yüzeyi daha çok matematiksel bir tuhaflık olarak görüyordu; onun bir olay ufku olarak yorumlanması ölümünden sonra gelişti. Aynı dönemde sıkıştırılamaz bir cismin içini tarif eden ikinci bir çözüm ve kuantum kuramı üzerine bir makale daha yazdı.

Hastalığı ve ölümü

1915'te cephedeyken, deride kabarcıklarla seyreden nadir bir bağışıklık sistemi hastalığı olan pemfigusa yakalandı. Mart 1916'da askerlikten ayrılıp Göttingen'e döndü. 11 Mayıs 1916'da, 42 yaşında Potsdam'da hayatını kaybetti.

Uzay ve astronomiye etkisi

Schwarzschild'in çözümü, genel göreliliğin gerçek gök cisimlerine uygulanabileceğini gösteren ilk adımdı. Onun tanımladığı yarıçap, onlarca yıl sonra kara delik kuramının merkezine yerleşti ve bugün kara deliklerin en basit modeli hâlâ onun adını taşıyor. Fotoğrafik fotometri ve ışınım aktarımı alanındaki katkıları ise gözlemsel astrofiziğin araç kutusuna kalıcı olarak girdi.

Mirası

Ay'daki büyük bir krater ve 837 Schwarzschilda asteroidi onun adını taşır. 1909'da Else Rosenbach'la evlendi; üç çocuğu oldu. Oğlu Martin Schwarzschild, Princeton Üniversitesi'nde çalışan tanınmış bir gökbilimci oldu; kızı Agathe Thornton Yeni Zelanda'da klasik diller profesörü olarak çalıştı. Oğlu Alfred ise Holokost sırasında öldürüldü. Karl Schwarzschild, Connie Willis'in 1987 tarihli "Schwarzschild Radius" öyküsünde ve Benjamín Labatut'un 2020'de yayımlanan "When We Cease to Understand the World" kitabında bir karakter olarak yer alır.

Bilmeye değer

• 16 yaşına gelmeden çift yıldız yörüngeleri üzerine iki bilimsel makale yayımlamıştı.
• Genel göreliliğin ilk kesin çözümünü topçu subayı olarak savaş cephesindeyken buldu.
• Güneş bir kara deliğe dönüşseydi, Schwarzschild yarıçapı yaklaşık 3 kilometre olurdu.
• Bugün "olay ufku" dediğimiz sınırı kendisi fiziksel bir gerçeklikten çok matematiksel bir tuhaflık olarak görüyordu.