חורים שחורים הם בין המקומות המסתוריים ביותר ביקום; מיקומים שבהם מרקם המרחב והזמן מעוות עד כדי כך שאפילו אור לא יכול לברוח מהם. על פי תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין, במרכזם נמצאת ייחודיות, מקום בו נמעכת המסה של כוכבים רבים לכדי נפח בגודל אפס בדיוק. עם זאת, שני מאמרים בפיזיקה אחרונים, שפורסמו ב- 10 בדצמבר בכתבי העת Physical Review Letters ו- Physical Review D, בהתאמה, עשויים לגרום למדענים לשקול מחדש את מה שאנחנו חושבים שאנחנו יודעים על חורים שחורים. יתכן כי חורים שחורים לא יחזיקו מעמד לנצח, וייתכן שלא הבנו לגמרי את טיבם ואיך הם נראים במרכז, על פי העיתונים.
שולי הפיזיקה של אינשטיין
אסטרונומים ופיזיקאים סברו זה מכבר כי רעיון הייחודיות פשוט חייב להיות שגוי. אם לאובייקט בעל מסה אין גודל, אז יש לו צפיפות אינסופית. וכמו שחוקרים זורקים את המילה "אינסוף", אינסוף מסוג זה אינו קיים בטבע. במקום זאת, כשאתה נתקל באינסוף במצב אמיתי, פיזי, מדעי, המשמעות של זה באמת היא שדחפת את המתמטיקה שלך מעבר לתחום בו הם חלים. אתה צריך מתמטיקה חדשה.
קל לתת דוגמא מוכרת לכך. חוק הכובד של ניוטון אומר שחוזק המשיכה הכבידתי משתנה ככל שמרחק בריבוע בין שני עצמים. אז אם היית לוקח כדור שנמצא רחוק מכדור הארץ, הוא היה חווה משקל מסוים. ואז, ככל שתקרב אותו לכדור הארץ, המשקל יגדל. אם לוקחים את המשוואה הזו עד הקצה, בזמן שהבאתם את האובייקט קרוב למרכז כדור הארץ, הוא יחווה כוח אינסופי. אבל זה לא.
במקום זאת, כשמקרבים את החפץ אל פני כדור הארץ, חוק הכובד הפשוט של ניוטון כבר לא חל. אתה צריך לקחת בחשבון את ההתפלגות בפועל של מסת כדור הארץ, וזה אומר שאתה צריך להשתמש במשוואות שונות ומורכבות יותר שמנבאות התנהגות שונה. באופן דומה, בעוד שתיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין מנבאת כי ייחודיות של צפיפות אינסופית קיימת במרכז החורים השחורים, זה לא יכול להיות נכון. בגדלים קטנים מאוד, תיאוריה של כוח הכבידה חייבת להיכנס לתמונה. יש לנו שם כללי לתיאוריה חדשה זו: זה נקרא כוח משיכה קוונטי.
פירוש השם כוח משיכה קוונטי פשוט "כוח משיכה בקנה המידה הקטן ביותר", אך הביטוי אינו מרמז על תיאוריה ספציפית. עם זאת, הוצעו הצעות תיאורטיות ספציפיות שיתארו את כוח הכבידה כפי שהוא במיקרוקוסמוס. הצעה אחת נקראת כוח הכבידה הקוונטי.
כוח הכבידה הקוונטי של לולאה מוגדר היטב מבחינה מתמטית, והוא מבטא את מארג הזמן-החלל כסריג של רשתות ספין, שמתפתחות לאורך זמן. רשתות ספין הן רק ניסוח מתמטי המתאר כיצד אינטראקציה בין חלקיקים ושדות. מנקודת מבט מעשית יותר, כוח המשיכה הקוונטי של הלול חוזה כי זמן המרחב מכמת, עם יחידה או פיסת מרחב וזמן הקטן ביותר האפשרי, שמעבר לא ניתן לחלק חלל-זמן רחוק יותר.
כוח הכבידה הקוונטי של לולאה הוא תיאוריה מתמטית קשה שהתנגדה לביצוע תחזיות ניתנות לבדיקה בתוך חורים שחורים. עם זאת, אבהיי אשטקר וג'אבייר אולמדו מאוניברסיטת פנסילבניה ופרמפריט סינג באוניברסיטת לואיזיאנה, החילו את כוח הכבידה הקוונטי על מרכז החורים השחורים. הם טוענים שהתוצאה איננה ייחודיות.
החישוב שלהם צופה שחלל-זמן מפותל חזק מאוד בסמוך למרכז החור השחור. התוצאה היא שזמן החלל ממשיך לאזור בעתיד שיש בו מבנה של חור לבן. חור לבן הוא כמו חור שחור הפוך, כלומר שבניגוד לחור שחור, שמושך את החומר פנימה, חור לבן יורה החוצה החוצה.
יש אולי דרך אחרת לדמיין מה הם חוזים. ידוע שבשדות כבידה חזקים הזמן מאט. וחורים שחורים מכילים את שדות הכבידה החזקים ביקום. מכיוון שכך, פרשנות אפשרית אחת ליצירה החדשה הזו היא שהחומר נופל לחור שחור ואז "מקפיץ", ויורה בהמונים על פני הקוסמוס. מכיוון שהזמן איטי כל כך קרוב למרכז חור שחור, התהליך פשוט לוקח זמן עצום. אם החוקרים צודקים, בעתיד הרחוק מאוד, בו יש כעת חורים שחורים, החומר יתפרץ, ויפזר חומר בכל הקוסמוס.
כמו תמיד במדע התיאורטי, יש הרבה רעיונות מעניינים ופרובוקטיביים שפשוט אינם נכונים, וייתכן שזה אחד מהם. לכן חשוב לראות אם יש תמיכה ניסיונית לרעיונות תיאורטיים כמו אלה.
יש כמה אפשרויות. מדענים הבחינו בתופעות אנרגיה גבוהות מאוד בחלל שלא הוסברו לחלוטין. האחד הוא קיומם של קרניים קוסמיות מאוד אנרגטיות מאוד שפוגעות באטמוספירה של כדור הארץ. דבר נוסף הוא מה שמכונה "התפרצויות רדיו מהירות", וזה כאשר נצפות כמות גדולה של אנרגיית רדיו בפרק זמן קצר מאוד. שתי התופעות יכולות להיות, לפחות באופן עקרוני, חתימה של חור שחור המעבר לחור לבן.
זה בהחלט מוקדם לקבל רעיון חדש ומעניין זה. במקום זאת יהיה זהיר לראות כיצד חישובים שוטפים המשתמשים בכובד הקוונטים של הלולאה מתגלים. אם תחזית תשתפר ותתחיל להיראות יותר כמו חלק מהתופעות האסטרונומיות שנצפו בלתי מוסברים, יכול להיות שתוצאה חדשה זו תסביר הן כיצד כוח הכבידה הקוונטי עובד ותעצב מחדש את הבנתנו את העבר ואת העתיד של היקום שלנו.
דון לינקולן הוא חוקר פיזיקה ב פרמילאב. הוא המחבר של "קדרדר הדרון הגדול: הסיפור יוצא הדופן של היגס בוסון ודברים אחרים שיעיפו את דעתך"(הוצאת אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, 2014), והוא מייצר סדרה של חינוך מדעי קטעי וידאו. תעקוב אחריו בפייסבוק. הדעות המובאות בפרשנות זו הן שלו.
דון לינקולן תרם מאמר זה ל- Live Science קולות מומחים: Op-Ed & Insights.
