High Life'taki gibi dönen bir kara delikten enerji çekmek mümkün mü?

Claire Denis'in ilk İngilizce filmi High Life, Eylül 2018'de Toronto Uluslararası Film Festivali'nde gösterildi, ABD'de ise Nisan 2019'da vizyona girdi. Robert Pattinson'ın oynadığı Monte, Juliette Binoche'un canlandırdığı bilim insanı Dr. Dibs ve idam ya da ağır hapis cezası almış bir grup mahkûm, Dünya'dan çok uzaktaki bir kara deliğe doğru giden bir gemidedir. Görevin amacı kara deliğin dönüşünden enerji elde etmenin yolunu denemektir. Film bir uzay macerasından çok kapalı bir gemideki insanların hikâyesi olsa da arka plandaki fikir gerçek bir fizik önerisine dayanıyor: Penrose süreci.

Film ne gösteriyor?

Denis bu filmde yalnız değildi. Collège de France'ın tanıtımına göre Grenoble Alpes Üniversitesi'nde profesör olan, genel görelilik, kara delik fiziği ve kozmoloji üzerine çalışan astrofizikçi Aurélien Barrau filmin danışmanlığını yaptı. Denis de onu senaryoyu birlikte yazdığı Jean-Pol Fargeau ile kendisini filme götüren yolda "kozmik rehberi" olarak anıyor.

Barrau, film vizyondayken verdiği bir söyleşide tamamen çılgınca bir şey yapmamak için kendilerine kurallar koyduklarını anlatmıştı. Ona göre mürettebatın hedefi, dönen kara deliğin olay ufkunun hemen dışındaki ergosfer bölgesine ulaşıp enerjiyi Penrose mekanizmasıyla çekmekti. Barrau'nun aktardığına göre filmde küçük bir kara deliğe yaklaşan kapsüldeki kişi aşırı kütleçekim alanı yüzünden ölüyor; daha büyük bir kara delikte ise kütleçekimin yarattığı gerilme daha zayıf olduğu için bir süre hayatta kalmak mümkün.

Denis, bir başka söyleşide filmi bilimkurgu saymadığını, çünkü kara deliklerin varlığı ve kara delikteki enerji gibi içindeki her şeyin zaten bilinen şeyler olduğunu söylemişti. Aynı söyleşide, ışık hızı yüzünden gemidekiler için zamanın Dünya'dakinden farklı akacağını bilen bir karakterden de söz ediyor.

Gerçek bilim ne diyor: Penrose süreci ve ergosfer

Dönen kara deliklerin matematiksel tarifi genel göreliliğin Kerr çözümüyle yapılır. Böyle bir kara delik çevresindeki uzay-zamanı da kendi dönüşü yönünde sürükler. Olay ufkunun dışında kalan ve ergosfer denen bölgede bu sürüklenme o kadar güçlüdür ki hiçbir cisim uzak yıldızlara göre yerinde duramaz; ne kadar uğraşırsa uğraşsın kara delikle birlikte dönmek zorundadır. Ergosfer kutuplarda ufka değer, ekvatorda ise dışa doğru şişer. Önemli olan şu: ergosfer ufkun dışında olduğu için oradan geri dönmek ilke olarak hâlâ mümkündür.

Roger Penrose 1969'da bu bölgenin şaşırtıcı bir özelliğini fark etti. Ergosferde bir parçacık, uzaktaki bir gözlemciye göre negatif enerjili bir yörüngede bulunabilir. Ergosfere giren bir cisim ikiye ayrılırsa ve parçalardan biri negatif enerjiyle ufka düşerse, kaçan öteki parça başlangıçtaki cisimden daha fazla enerjiyle dışarı çıkar. Aradaki fark kara deliğin dönme enerjisinden gelir; kara delik bu sırada biraz yavaşlar. Penrose ve Floyd 1971'de bu fikri ayrıntılandırdı. Penrose 2020'de Nobel Fizik Ödülü'nün yarısını aldı, ancak ödül bu süreç için değil, kara delik oluşumunun genel göreliliğin sağlam bir öngörüsü olduğunu göstermesi için verildi.

Peki ne kadar enerji? Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'nin mektuplar bölümünde yayımlanan bir çalışmada Naresh Dadhich ve arkadaşlarının hatırlattığı klasik sonuçlara göre, olabilecek en hızlı dönen kara delikte bile dönme enerjisi toplam kütle-enerjinin yaklaşık yüzde 29'u kadardır. Penrose sürecinin tek bir parçalanmadaki verimi ise en iyi durumda yaklaşık yüzde 20,7'dir. Yani teori, kara deliğe gönderilen cismin enerjisinden en fazla beşte birlik bir kazanç vaat ediyor.

Ama asıl sorun başka yerde. 1972 ve 1974'te yapılan çalışmalar, sürecin işlemesi için iki parçanın birbirine göre ışık hızının yarısından daha hızlı ayrılması gerektiğini gösterdi. Bu, gemiden sıradan bir kapsül bırakmakla yapılacak bir iş değil. Gökbilimciler bu yüzden ilgilerini sürecin manyetik türlerine çevirdi. 1977'de önerilen Blandford-Znajek mekanizmasında enerjiyi kara deliğin çevresindeki manyetik alan taşır; bugün gökadaların merkezinden fışkıran jetlerin önde gelen açıklamalarından biri bu. Dönen kara deliklerden enerji kaçışının gözlemsel izleri hâlâ araştırılıyor; Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin de dönüş enerjisini saçıyor olabileceği öne sürülüyor. Laboratuvarda ise benzer bir ilke radyo dalgalarıyla masaüstünde canlandırıldı.

Kara deliğe gitmek ne kadar sürer?

Filmin kara deliği kurgusal. Gerçek dünyada NOIRLab'in Kasım 2022'de duyurduğu Gaia BH1, açıklandığı sırada bilinen en yakın kara delikti: Yılancı takımyıldızında, yaklaşık 1600 ışık yılı uzaklıkta ve Güneş'in yaklaşık 10 katı kütlede. Karşılaştırma için en yakın yıldız Proxima Centauri 4,2 ışık yılı ötede; NASA'nın hesabına göre saniyede 17,3 kilometre hızla giden Voyager 1 o uzaklığı ancak 73 bin yılı aşkın bir sürede aşabilirdi.

Böyle bir yolculuk ancak ışık hızına çok yaklaşan bir gemiyle insan ömrüne sığar ve burada Denis'in sözünü ettiği zaman farkı devreye girer. Özel göreliliğe göre ışık hızının yüzde 99'uyla giden gemide saat, Dünya'dakine göre yaklaşık yedi kat yavaş işler; yüzde 99,9'da bu oran 22'yi geçer. Dolayısıyla 1600 ışık yılı, sabit yüzde 99,9 hızda gemidekiler için yaklaşık 70 yıl sürerken Dünya'da 1600 yıldan fazla zaman geçer. Hızlanma ve yavaşlama süreleri bu kaba hesaba dahil değil. İşin enerji tarafı daha da ağır: yüzde 99 hızda bir cismin hareket enerjisi, kendi durgun kütlesinin enerjisinin yaklaşık altı katına çıkar. Bugün böyle bir itki sistemi yok.

Uzun yolculuğun görünmez tehlikesi: radyasyon

Filmin ağırlığı mahkûmların ruh hâlinde, ama derin uzayda bir mürettebatı yıpratacak en somut etken radyasyondur. NASA'nın Curiosity gezgini Mars'a giderken içeride çalışan RAD dedektörü, yolculuk boyunca galaktik kozmik ışınlardan günde ortalama 1,8 milisievertlik doz eşdeğeri ölçtü. Southwest Research Institute liderliğindeki ekip, bugünkü itki sistemleriyle en kısa Mars gidiş-dönüşünün yaklaşık 0,66 sievert getireceğini hesapladı. Ekip, 1 sievertlik dozun ölümcül kanser riskini yaklaşık yüzde 5 artırdığını ve otuz santimetrelik bir alüminyum gövdenin bile dozu pek değiştirmeyeceğini belirtiyor.

NASA'nın standardına göre bir astronotun kariyeri boyunca uzay uçuşlarından alacağı toplam etkin doz 600 milisievertin altında kalmalı. Günde 1,8 milisievertle bu sınır bir yıl dolmadan aşılır. Yıllarca, hatta onlarca yıl süren bir yıldızlararası yolculukta mürettebat, bugünkü kalkanlarla bu sınırın kat kat üzerine çıkar. Işık hızına yakın giden bir gemi için yolundaki tek tük gaz atomu ve toz tanesi bile yüksek enerjili mermilere dönüşür.

Nerede haklı, nerede değil?

• Haklı: Dönen bir kara delikten enerji çekme fikri gerçek bir fizik önerisi; ergosfer ufkun dışında olduğu için orada çalışıp geri dönmek ilke olarak mümkün.
• Haklı: Işık hızına yakın yolculukta gemidekilerin zamanı Dünya'dakinden yavaş akar.
• Haklı: Küçük kara deliklerin yakınındaki kütleçekim gerilmesi büyüklerinkinden çok daha öldürücüdür.
• Zorlanıyor: Penrose süreci parçaların ışık hızının yarısından hızlı ayrılmasını ister; kazanç da en iyi hâlde yüzde 20 civarında kalır.
• Zorlanıyor: Bilinen en yakın kara deliklerden biri bile 1600 ışık yılı uzakta; oraya gidecek itki gücü ve radyasyondan korunma bugün elimizde yok.

Denis ve Barrau'nun kurduğu çerçeve fizik kitaplarının sınırları içinde kalıyor; film bu çerçeveyi bir kahramanlık hikâyesine değil, geri dönüşü olmayan bir yolculuğa çeviriyor. Gerçek bilim de benzer bir sonuç veriyor: kara deliğin dönüşünden enerji çekmek kâğıt üzerinde mümkün, ama oraya varmak bugün insanlığın ulaşabileceği bir hedef değil.