Temel etkileşimler veya Temel kuvvetler, fiziksel sistemlerde daha temel etkileşimlere indirgenemeyen etkileşimlerdir. Bilinen dört temel etkileşim vardır. Bunlar uzun mesafelerde etkileri olabilen kütleçekimsel, elektromanyetik etkileşimler ve atomaltı mesafelerde etkili olan güçlü nükleer ve zayıf nükleer etkileşimlerdir. Her biri bir alan dinamiği olarak anlaşılmalıdır. Bu dört etkileşim de matematiksel açıdan bir alan olarak modellenebilir. Kütleçekim, Einstein'ın genel görelilik kuramı tarafından tanımlanan uzay-zamanın eğriliğe atfedilirken diğer üçü ayrı kuantum alanlar olarak nitelendirilir ve etkileşimlerine Parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tanımlanan temel parçacıklar aracılık eder.
Kütleçekim ya da çekim kuvveti, kütleli her şeyin gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de dahil olmak üzere birbirine doğru hareket ettiği doğal bir fenomendir. Enerji ve kütle eşdeğer olduğu için ışık da dahil olmak üzere her türlü enerji kütleçekime neden olur ve onun etkisi altındadır.
Kara delik; astrofizikte, çekim alanı her türlü maddesel oluşumun ve ışınımın kendisinden kaçmasına izin vermeyecek derecede güçlü olan, büyük kütleli bir gök cismidir. Kara delik, uzayda belirli nitelikteki maddenin bir noktaya toplanması ile meydana gelen bir nesnedir de denilebilir. Bu tür nesneler ışık yaymadıklarından kara olarak nitelenirler. Kara deliklerin "tekillik"leri nedeniyle, üç boyutlu olmadıkları, sıfır hacimli oldukları kabul edilir. Kara deliklerin içinde ise zamanın yavaş aktığı veya akmadığı tahmin edilmektedir. Kara delikler Einstein'ın genel görelilik kuramıyla tanımlanmışlardır. Doğrudan gözlemlenememekle birlikte, çeşitli dalga boylarını kullanan dolaylı gözlem teknikleri sayesinde keşfedilmişlerdir. Bu teknikler aynı zamanda çevrelerinde sürüklenen oluşumların da incelenme olanağını sağlamıştır. Örneğin, bir kara deliğin potansiyel kuyusunun çok derin olması nedeniyle yakın çevresinde oluşacak yığılma diskinin üzerine düşen maddeler diskin çok yüksek sıcaklıklara erişmesine neden olacak, bu da diskin yayılan x-ışınları sayesinde saptanmasını sağlayacaktır. Günümüzde, kara deliklerin varlığı, ilgili bilimsel topluluğun hemen hemen tüm bireyleri tarafından onaylanarak kesinlik kazanmış durumdadır.
Süpersicim kuramı parçacıkları ve temel kuvvetleri çok küçük süpersimetrik sicimlerin titreşimleri şeklinde modelleyerek onları tek bir kuramda anlatmayı amaçlayan bir denemedir. Kuram, kuantum kütleçekim kuramları arasında en umut verici olanlardan biri olarak düşünülür. Süpersicim kuramı, süpersimetrik sicim kuramı için bir stenodur çünkü bozonik sicim kuramından farklı olarak o sicim kuramının fermiyonları ve süpersimetriyi birleştiren bir versiyonudur.
Kip Stephen Thorne, astrofiziğe ve yer çekimi fiziğine katkılarıyla tanınan Amerikalı teorik fizikçi. Uzun süre Stephen Hawking ve Carl Sagan ile beraber çalışmıştır. 2009'a kadar Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nde teorik fizik “Feynman” profesörü olarak çalıştı Albert Einstein'ın genel görelilik kuramının astrofiziksel olarak uygulanması konusunda dünyanın önde gelen uzmanlarındandır. Günümüzde araştırmalarına devam etmektedir ve aynı zamanda 2014' te yayınlanan Yıldızlararası filminin bilimsel danışmanıdır.
Kuantum kütleçekim kuramsal fiziğin bir dalı olup doğanın temel kuvvetlerinden üçünü tanımlayan kuantum mekaniği ile dördüncü temel kuvveti kütleçekimin kuramı olan genel göreliliğini birleştireceği düşünülen bir kuramdır.
Genel görelilikte olay ufku, ışık ve maddenin artık kaçamadığı bölgeyi sınırlayan kuşağa denir. Olay ufku, herhangi bir fiziksel incelemede bulunamadığımız bir uzay parçasıdır. Ne olay ufkundan ötesini bilinen yasalarla açıklama olanağı vardır, ne de orada ne olup bittiğini bilmenin bir yolu vardır.
Betts Robert Laughlin, Amerikalı fizikçi ve akademisyendir. Columbia Üniversitesi ve Princeton Üniversitesi'nden Daniel Tsui ve Horst Störmer ile birlikte, "kesirli yük taşıyan uyarılmalar içeren yeni bir kuantum akışkanı biçiminin keşfinden dolayı" 1998 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
Genel göreliliğe alternatif kuramlar, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi yarışmasında kütleçekim olayını açıklamak için yapılan fiziksel teorilerdir.
Fizikte Planck kütlesi (mP), Planck birimleri olarak bilinen doğal birimler sisteminde kütle birimidir.
Ateşten set paradoksu, kara deliklerin kuantum yapısını anlama yolunda gün yüzüne çıkmıştır. Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski ve James Sully'nin 13 Temmuz, 2012 tarihinde'de yayınladıkları bir makale ile paradoks fizik camiasına sunulmuştur. Paradoksun özü Einstein'ın genel görelilik kuramının temelini oluşturan eşdeğerlilik ilkesi ile kara deliklerin kuantum kuramıyla uyumlu şekilde buharlaşmaları hakkında kabul edilen savların çeliştiğini göstermesidir.
Hawking radyasyonu veya Hawking ışınımı, İngiliz fizikçisi Stephen Hawking'in 1975 yılında yayınlanan makalesinde kara deliklerin yayması gerektiğini öne sürdüğü teorik bir radyasyondur. Makalede kara deliklerin parçacık yaydığını ve bu sayede kütle kaybettiğini ifade etmiştir. Kuantum alan teorisinin genel görelilik ile beraberce uygulanması sonucu ortaya atılmıştır. Genel görelilik teorisine göre kara delikler küçülemezler, yani olay ufuklarının alanı azalamaz. Hawking'in bulduğu sonuç bundan dolayı çok şaşırtıcıydı.
Kütleçekimsel çökme astronomik objelerin sahip olduğu kütleçekim etkisinden dolayı diğer objeleri kendi merkezine doğru çekmesidir. Herhangi bir stabil objede bu kütleçekim tam tersi yönünde etkileyen iç basınç ile karşılıklı olarak dengelenmektedir. Eğer kütleçekim dışarı yönde etkiyen iç basınçtan daha fazla olursa bu denge durumu bozulur ve madde içeri doğru çökmeye başlar. Bu çöküş iç basıncı artırıp maddeyi kütleçekim ile dengeleyecek noktaya gelene kadar devam eder. Bu durum böylece devam eder.
Fizikte kara delik termodinamiği, termodinamik kanunlarını kara deliğin olay ufkuyla bağdaştırmaya çalışan bir araştırma alanıdır. Kara delik ışınımının istatistiksel mekanik konusu, kuantum mekaniğinin gelişmesini sağlar. Kara delik ışınımının istatistiksel mekanik konusunu anlamaya çalışmak, bu konunun kuantum yer çekimi konusunu anlamamızda büyük etkisi olacaktır. Ayrıca holografi ilkesini anlamamızı sağlayacaktır.
Kara deliklerde tamamlayıcılık ilkesi kuantum kütleçekiminde kara deliklerin Hawking ışınımı sayesinde buharlaşmalarının kuantum mekaniğiyle uyumlu olabileceğini gösterir. Şu üç ilkenin birbiriyle tutarlı olduğu gösterilerek ilkenin arzu ettiği sonuç gösterilir:
- İlke 1: Uzaktan bakıldığında bir kara deliğin buharlaşması tamamiyle kuantum mekaniği kanunları çerçevesinde gerçekleşir.
- İlke 2: Uzay-zamanın klasik, maddenin ise kuantum yapıda olduğu yarı klasik yaklaşım, gergin ufuk dışındaki fiziği belli bir seviyeye kadar tarif etmek için yeterlidir.
- İlke 3: Klasik kara delik haline karşılık gelen kuantum hal sayısı, Bekenstein-Hawking entropisi'nin üstel fonksiyonudur: exp(S).
Mikro kara delikler, mekanik kuantum kara delikleri veya mini kara delikler olarak da adlandırılır, varsayımsal minik kara delikler, kuantum mekaniği etkileri için önemli bir rol oynar.
Kütleçekimsel zaman genişlemesi, bir cismin kütleçekimi alanına girdiğinde boşluktaki birinin onu daha yavaş görmesidir. Mesela, bir kişi boşlukta bir kişi ise bir kara deliğin çekim alanına kapılmış olup kara deliğin çekim alanındaki kişi için geçen 1 yıl, boşluktaki kişi için 10 yıl olur. Bu değerlerin gerçek orantısı kara deliğin ne kadar güçlü çektiğine bağlıdır.
İkili kara delik, iki kara deliğin birbirine yakın bir yörüngede bulunduğu sistemdir. Yıldızsal ikili kara delik sistemleri ve süper kütleli ikili kara delik sistemleri olarak iki alt grupta incelenebilir. Yıldızsal ikili kara delik sistemleri büyük kütleli çift yıldız sistemlerinin kalıntısıdır. Süper kütleli ikili kara delik sistemlerinin ise galaksilerin birleşmesi ile oluştuğu düşünülmektedir.
Kütleçekimsel tekillik ya da uzay-zaman tekilliği koordinat sistemine bağlı olmayan gökcisminin yerçekimi alanının sonsuz olarak ölçüldüğü konum olarak tanımlanır. Bu nicelikler, maddenin yoğunluğunun da dahil olduğu uzay-zaman eğriliklerinin skaler değişmeyen nicelikleridir. Uzay zamanın normal kuralları tekillik içinde var olamaz.
