Kara Delikler ve Zaman Bükülmeleri (Kip Thorne): özeti, bilimi ve rehberi

Kara Delikler ve Zaman Bükülmeleri (Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy), Amerikalı kuramsal fizikçi Kip Thorne'un 1994'te W. W. Norton'dan çıkan kitabıdır. Yaklaşık 620 sayfalık eser, kara deliklerin kuramsal fiziğinin ve gözlemsel keşfinin tarihini, bu alanın içinden gelen bir bilim insanının anlatımıyla sunar. Kitaba Stephen Hawking önsöz yazmıştır. Thorne sonradan 2017 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı ve 2014 yapımı Yıldızlararası (Interstellar) filminin bilimsel temelini kuran isim oldu; bu iki gelişme kitabı okumak için iyi bir neden sunar.

Kitap ne anlatıyor?

Kitap, Einstein'ın görelilik kuramlarının hayal gücünü zorlayan sonuçlarını anlatır: kara delikler, kütleçekim dalgaları, solucan delikleri ve zaman yolculuğu. Thorne bu fikirleri soyut formüller yerine bu alanda çalışan insanların hikâyeleri üzerinden aktarır; yani kitap hem bir fizik kitabı hem de bir bilim tarihi anlatısıdır. Yazar, tartışmaların nasıl yürüdüğünü, hangi fikirlerin başta alay konusu olduğunu ve zamanla nasıl kabul gördüğünü anlatırken kendisinin de içinde yer aldığı çalışmaları ilk elden aktarır.

Kitap kronolojik ilerler. Newton fiziğinden başlar, özel ve genel göreliliğe geçer, yıldızların çöküşüne ve kara delik kavramının doğuşuna uzanır. Son bölümlerde ise yazarın bizzat çalıştığı konulara, yani kütleçekim dalgalarına, solucan deliklerine ve zaman makinesi olasılığına gelir.

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır. Kitap on dört bölümden oluşur; ana fikirler şöyle özetlenebilir:

• Klasik fiziğin krizi ve özel görelilik: Newton'un mutlak uzay ve zaman anlayışının sınırları, ışığın hızının herkes için aynı çıkması ve bunun uzay ile zamanı birbirine bağlayan yeni bir tabloya yol açması. Ayrıntı için özel görelilik sayfamıza bakabilirsiniz.
• Genel görelilik: Kütleçekimin uzay-zamanın eğriliği olarak yeniden tanımlanması ve Einstein'ın alan denklemleri (bkz. genel görelilik). Bu kuram, kitabın geri kalanının zeminidir.
• Yıldızların çöküşü: Yıldızların yaşam sonunda neye dönüşebileceği sorusu, Chandrasekhar'ın bu alandaki çalışmaları ve kara delik fikrine başlangıçta gösterilen şüphecilik. Thorne burada bilim insanlarının birbiriyle tartışma biçimini ve bu tartışmaların dönüm noktalarını aktarır.
• Kara deliklerin özellikleri: Kara deliği tanımlamak için çok az sayıda nicelik gerektiğini söyleyen "saçsızlık" (no-hair) teoremi, olay ufku ve tekillik kavramları. Hawking ışıması ile kara deliklerin buharlaşabileceği fikri de bu bölümlere girer (bkz. kara delik bilgi paradoksu).
• Gözlemsel astrofizik: Kuasarların ve gökada merkezlerindeki süper kütleli kara deliklerin keşfi; kara deliğin yalnız kâğıt üzerinde değil gökyüzünde de aranabilir bir nesne olduğunun anlaşılması.
• Kütleçekim dalgaları: Dalgaların kuramsal öngörüsü ve onları yakalamak için tasarlanan dedektörler. Kitap yazıldığında dalga henüz doğrudan gözlenmemişti; bu bölüm bir keşif öyküsü değil, bir beklenti anlatısıdır.
• Solucan delikleri ve zaman yolculuğu: Kitabın en spekülatif bölümü. Uzay-zamanda kısa yol oluşturabilecek yapılar ve bunların zaman makinesine dönüşüp dönüşemeyeceği, ayrıca bu fikirlere getirilen kuramsal engeller (bkz. solucan delikleri, zaman yolculuğu).

Bu sıralama, kitabın bir ders kitabı gibi konuları tek tek tüketmediğini, bir bilimsel serüveni baştan sona anlattığını gösterir. Okur Einstein'dan başlayarak yazarın kendi çalışma alanına, yani kütleçekim dalgaları ve zaman makinesi olasılığına kadar tek bir çizgide ilerler.

Yazar ve yazıldığı dönem

Kip Thorne 1 Haziran 1940'ta ABD'nin Utah eyaletindeki Logan'da doğdu. 1962'de Caltech'ten lisans, ardından Princeton'da John Archibald Wheeler'ın danışmanlığında doktora yaptı. 1967'de Caltech'e katıldı, 1970'te 30 yaşında tam profesör oldu ve 1991'den itibaren "Richard P. Feynman kuramsal fizik profesörü" unvanını taşıdı; 2009'da emekli oldu. 1984'te Ronald Drever ve Rainer Weiss ile birlikte LIGO projesini kurdu.

Kitap, kara deliklerin kuramsal olarak ciddiye alınmaya başlandığı yıllardan, gözlemlerle desteklenmeye başladığı yıllara uzanan bir hikâyeyi bir arada sunar. Kitabın en değerli yanı da burada yatar: Yazar, anlattığı tartışmaların içindeki aktörlerden biridir. 1988'de Mike Morris ve Ulvi Yurtsever ile geçilebilir solucan delikleri ve zaman makineleri üzerine bir makale yazdı; Thorne-Żytkow nesnesi onun adını taşıyan bir diğer çalışma alanıdır.

Kitaptaki bilim: 1994'ten bugüne

Kitabın çıktığı tarihten sonraki en büyük gelişme, kitabın en çok vakit ayırdığı konuyla ilgilidir. Kütleçekim dalgaları ilk kez 14 Eylül 2015'te doğrudan gözlendi (GW150914) ve bulgu 11 Şubat 2016'da açıklandı. Dalgalar, yaklaşık 1,4 milyar ışık yılı uzaktaki iki kara deliğin birleşmesinden geliyordu; kütleleri yaklaşık 36 ve 29 Güneş kütlesi olan bu kara delikler yaklaşık 62 Güneş kütleli tek bir kara delik oluşturdu. Aradaki yaklaşık 3 Güneş kütlesi kütleçekim dalgası olarak yayıldı. Thorne bu keşif için 2017 Nobel Fizik Ödülü'nü Rainer Weiss ve Barry Barish ile paylaştı; ayrıca 2016'da Kavli ve Shaw ödüllerini aldı. Ayrıntılar için kütleçekim dalgaları sayfamıza bakabilirsiniz.

Kitabın en spekülatif bölümü ise bugün de spekülatif kalmayı sürdürüyor. Solucan deliklerinin ve zaman makinelerinin gerçekten var olabileceğine dair gözlemsel bir kanıt yoktur; kuramsal çalışmalar bunların sıra dışı koşullar gerektirdiğini gösteriyor. Kitap bu belirsizliği saklamaz. Kara deliklerin kendisi ise artık hipotez değil, gözlenen nesnelerdir. Genel bakış için kara delikler sayfamıza, kitaptaki konunun NASA Hubble perspektifini görmek için Hubble Focus: Black Holes tanıtımına bakılabilir.

Kara deliklerin buharlaşabileceğini söyleyen Hawking ışıması ise hâlâ doğrudan gözlenmiş değildir; kuramsal olarak güçlü bir öngörüdür ama gözlemsel doğrulamayı beklemektedir. Kitaptaki "saçsızlık" fikri de gözlemle sınanabilen bir kuramsal sonuçtur: Kara delikler yalnızca kütle, dönme ve yük gibi çok az nicelikle tanımlanır. Dönen kara deliklerin uzay-zamanı çevresinde sürüklemesi de Yıldızlararası filminin bilimsel çerçevesinin dayandığı fizikle aynıdır.

Etkisi ve karşılanışı

Kitap birçok dile çevrildi; kaynaklara göre en az on iki dilde yayımlandı. Eleştirmenler kitabın güçlü ve zayıf yanlarında hemfikirdi. The New York Times, zorlu ve bazen zor mantık zincirlerinin ustaca anekdotlarla hafifletildiğini yazdı. Kirkus Reviews ise kuramsal içeriğin geniş okur için zorlayıcı olduğunu, Thorne'un en iyi anlattığı konunun fizikçiler topluluğunun tarihi olduğunu belirtti. Kitabı bugün okuyan biri için ayrıca bir tarihsel belge değeri vardır: Kütleçekim dalgalarının henüz bulunmadığı bir dönemde, bu keşfin neden bu kadar önemli olacağını ve bulunması için nasıl bir bilimsel emek gerektiğini yazanın kendi kaleminden okumak mümkündür. Bu iki değerlendirme de kitabı iyi tanımlar: Kitap sadece formül anlatan bir ders kitabı değil, hikâyeye ağırlık veren bir bilim tarihidir; ama konuya uzak okur için yer yer ağırdır.

Uyarlamaları

Kitabın doğrudan bir film ya da dizi uyarlaması yoktur. Yine de kitapla en güçlü bağ Yıldızlararası filmidir: Christopher Nolan'ın yönettiği bu film, Thorne ile yapımcı Lynda Obst'un geliştirdiği bir kavrama dayanır. Thorne filmin bilimsel danışmanıydı ve sonrasında filmdeki bilimi anlatan The Science of Interstellar (2014) kitabını yazdı. Film, kitabın bir uyarlaması değildir; ama kitabın anlattığı fizik, yani dönen kara delikler, zaman yavaşlaması ve solucan delikleri filmin temelinde yer alır. Filmdeki kara delik için Gargantua ne kadar gerçekçi? ve zaman yavaşlaması yazılarımıza bakabilirsiniz.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

Kara Delikler ve Zaman Bükülmeleri, lise sonrası düzeyde fiziğe ciddi merak duyan okurlar içindir. Anlatım formülden çok hikâyeye dayanır ama kitap uzundur ve konuları sıkı bir mantık zinciriyle bağlar; aceleyle okunacak bir kitap değildir. Kronolojik yapı sayesinde bölümler arasında ara vermek mümkündür, yine de sırayla okumak en verimlisidir.

Daha hafif bir girişle başlamak isteyenler Hawking'in Zamanın Kısa Tarihi kitabıyla ya da Carl Sagan'ın Kozmos'uyla başlayıp sonra Thorne'a geçebilir. Filmi izledikten sonra bilimine merak sarmış okur için en doğal ikinci adım The Science of Interstellar, daha geniş tarih için ise bu kitaptır. Kitabın bu yazı hazırlanırken doğrulayabildiğimiz bir Türkçe baskısı yok; İngilizce ya da başka bir dildeki baskısı kütüphanelerden bulunabilir. Kitap telifli olduğundan yasal ücretsiz dijital kopyası yoktur.