Kara delik termodinamiği, kara deliklerin fiziksel özelliklerini ve bunların termodinamik yasalarla olan ilişkilerini inceleyen bir alandır. Bu alan, kara deliklerin entropi, sıcaklık, kütle, yüzey alanı gibi özelliklerini termodinamik büyüklüklerle ilişkilendirir ve kara deliklerin davranışlarını daha iyi anlamamıza yardımcı olur. Kara delik termodinamiğinin temel prensipleri, termodinamiğin dört yasasıyla paralel olarak geliştirilmiştir:
1. Kara Deliklerin Dört Temel Yasası
1. Kara Deliklerin Sıfırıncı Yasası
Kara deliklerin yüzey çekim potansiyeli (veya yüzey yerçekimi kuvveti) tüm olay ufku boyunca sabittir. Bu, termodinamiğin sıfırıncı yasasına benzer; termodinamik dengedeki bir sistemin sıcaklığı her yerde aynıdır.
2. Kara Deliklerin Birinci Yasası
Kara deliklerin kütlesindeki bir değişim, olay ufkunun yüzey alanındaki değişimle ilişkilidir ve enerji korunumu ilkesini yansıtır. Kara deliklerin birinci yasası şu şekilde ifade edilebilir: dM=κ8πdA+ΩdJ+ΦdQdM = \frac{\kappa}{8\pi} dA + \Omega dJ + \Phi dQdM=8πκdA+ΩdJ+ΦdQ Burada dMdMdM kara deliğin kütlesindeki değişimi, dAdAdA olay ufkunun yüzey alanındaki değişimi, κ\kappaκ yüzey yerçekimi kuvvetini, Ω\OmegaΩ olay ufkundaki açısal hız, dJdJdJ açısal momentumdaki değişimi, Φ\PhiΦ elektrik potansiyeli ve dQdQdQ elektrik yükündeki değişimi temsil eder.
3. Kara Deliklerin İkinci Yasası
Kara deliklerin entropisi olay ufkunun yüzey alanıyla orantılıdır ve her zaman artar ya da sabit kalır, azalmaz. Bu yasa, termodinamiğin ikinci yasasına benzer şekilde, entropinin zamanla artması gerektiğini belirtir. Kara delik entropisi SSS şu şekilde tanımlanır: S=kc3A4ℏGS = \frac{k c^3 A}{4 \hbar G}S=4ℏGkc3A Burada AAA olay ufkunun yüzey alanı, kkk Boltzmann sabiti, ccc ışık hızı, ℏ\hbarℏ indirgenmiş Planck sabiti ve GGG yerçekimi sabitidir.
4. Kara Deliklerin Üçüncü Yasası
Kara deliklerin yüzey yerçekimi kuvveti hiçbir zaman sıfıra inmez, yani bir kara delik mutlak sıfır sıcaklığa ulaşamaz. Bu yasa, termodinamiğin üçüncü yasasına benzer; mutlak sıfır sıcaklığına ulaşılamayacağını belirtir.
Hawking Işıması ve Kara Deliklerin Sıcaklığı
1974 yılında Stephen Hawking, kara deliklerin aslında tam anlamıyla "kara" olmadığını, kuantum etkilerinden dolayı radyasyon yayabileceklerini öne sürdü. Bu radyasyon, "Hawking ışınımı" olarak bilinir ve kara deliklerin kütle kaybederek sonunda buharlaşmasına yol açar. Hawking ışınımı kara deliklerin sıcaklığı ile ilişkilidir ve bu sıcaklık şu şekilde ifade edilir: T=ℏc38πGMkT = \frac{\hbar c^3}{8 \pi G M k}T=8πGMkℏc3 Burada TTT kara deliğin sıcaklığı, MMM kara deliğin kütlesidir.
Özet
Kara delik termodinamiği, kara deliklerin fiziksel ve termodinamik özelliklerini inceleyerek, bu gizemli nesnelerin davranışlarını anlamamıza yardımcı olur. Termodinamiğin dört temel yasası ile paralellikler kurularak, kara deliklerin entropisi, sıcaklığı ve diğer özellikleri tanımlanır. Hawking ışınımı teorisi, kara deliklerin kuantum mekaniksel etkilerle nasıl radyasyon yaydığını ve zamanla kütle kaybedip buharlaşabileceğini açıklar.
Comments