ריקודו המסגיר של החור השחור

מידע שנכנס לחורים שחורים לא הולך לאיבוד. רוב הפיסיקאים כבר הבינו את זה מזמן. עכשיו גם סטיוון הוקינג מודה בכך

מאת יובל דרור ה”ארץ”, וואלה

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/krinat_hawking310704.html

ג'ון פרסקיל, פיסיקאי ממכון קל-טק שבקליפורניה, היה קצת המום. “תמיד קיוויתי שכאשר סטיוון יודה בטעותו, יהיו בסביבה כמה עדים. לא תיארתי לעצמי שיהיו כל כך הרבה עדים”, אמר כשהוא מביט בעשרות צוותי הטלוויזיה והעיתונות שנדחסו לאולם בדבלין ביום רביעי, 21 ביולי 2004, שם הודה הפיסיקאי הבריטי הנודע, סטיוון הוקינג, כי הפסיד לפרסקיל בהתערבות. ההתערבות המתוקשרת בת עשרות השנים נגעה באחד הנושאים הפופולריים ביותר בפיסיקה, בין השאר בגלל הזיהוי שלו עם הוקינג: חורים שחורים.

החורים השחורים הם הרוצחים הקוסמיים שנולדו בלבם של כוכבי ענק שהתפוצצו וקרסו פנימה, עד שכל החומר שלהם נדחס לנקודה מיקרוסקופית קטנה המכונה “ייחודיות” (Singularity). לכן, חורים שחורים הם הביטוי הקיצוני ביותר לכוח המשיכה: שום דבר לא יכול לברוח מהם, אפילו לא הדבר שנע במהירות הגדולה ביותר ביקום – האור. החורים השחורים גם מייצגים את נקודת המגע החשובה ביותר בין שתי התורות המרכזיות בפיסיקה: תורת היחסות הכללית של איינשטיין ותורת הקוונטים. אף ששתי התורות אומתו באין-ספור ניסויים, הן לא מתיישבות היטב זו עם זו, ובמקרה של החורים השחורים מדובר בסתירה של ממש שלפי גרסת הוקינג עד עתה הציגה את תורת הקוונטים כשגויה.

בשנות ה-60 היה הוקינג בתחילת דרכו המדעית. את עבודת הדוקטורט שלו באוניברסיטת קיימברידג' הוא הקדיש לחקר החורים השחורים. יחד עם הפיסיקאי רוג'ר פנרוז, שהיה בכיר ממנו, הוא פירסם שורה של מאמרים ומחקרים, שביססו לראשונה את עובדת קיומו של “החור השחור”. ב-1974 הדהים הוקינג את עולם המדע פעם נוספת וביסס את מעמדו כמדען מהשורה הראשונה: הוא הוכיח כי חורים שחורים אינם כה שחורים כפי שחושבים עליהם, שכן הם פולטים קרינה (שזכתה מיד לשם “קרינת הוקינג”). קרינה זו, הסביר, היא אקראית ואינה “מספרת” דבר על העצמים שנבלעו על ידי החורים השחורים.

לתיאוריה המהפכנית הזאת היו שתי משמעויות מרכזיות: האחת, חורים שחורים לא חיים לנצח, שכן פליטת הקרינה מובילה לאובדן אנרגיה, שאמורה לגרום להתאדותם כעבור עשרות ואולי מאות מיליארדי שנים. המשמעות השנייה היא שהוקינג יצר פרדוקס: אם “קרינת הוקינג” אקראית ואינה מספרת דבר על העצמים שנבלעו, לאן נעלם המידע עליהם?

הוקינג השתמש בתורת הקוונטים, המסבירה את התנהגות החלקיקים ברמה התת-אטומית, כדי להראות כי חורים שחורים “דולפים” – אבל הוא סירב לקבל טענה אחרת של תורת הקוונטים, הקובעת כי מידע לא הולך לאיבוד אלא נשמר בדרך זו או אחרת לנצח. כך, למשל, תורת הקוונטים קובעת שאם פיל נפל לתוך חור שחור, המידע עליו נשמר במקום כלשהו, ואילו התיאוריה של הוקינג סתרה הנחה זו.

בעבור הוקינג זו היתה הזדמנות להתנגח עם תורת הקוונטים; בעבור מתנגדיו זו היתה הזדמנות לטעון כי לא תורת הקוונטים טועה אלא דווקא הפיסיקאי המהולל. הוויכוח התלהט עד שפרסקיל התערב עם הוקינג כי בעתיד יתברר שטענותיו על אובדן המידע בחור השחור הן שגויות. השניים הסכימו כי הזוכה בהתערבות יזכה באנציקלופדיה: ממנה, הסכימו שניהם, ניתן לשלוף מידע מתי שרק רוצים. מאז חלפו יותר מ-30 שנה ובשבוע שעבר ההתערבות הגיעה לקצה כשהוקינג העניק אנציקלופדיה לפרסקיל. הוא הסביר כי רצה לתת לפרסקיל אנציקלופדיה על קריקט, אבל פרסקיל האמריקאי סירב וביקש אנציקלופדיה על בייסבול, שאותה הטיס הוקינג במיוחד מארה”ב.

כאשר שככה מעט הסערה סביב הרצאתו של הוקינג, התברר שהמהומה היתה בעיקר תקשורתית. “עד ההודעה שלו, הוקינג היה למעשה האדם היחיד שעדיין סבר שהתיאוריה שלו נכונה”, אמר ד”ר ליאונרד סוסקינד מאוניברסיטת סטנפורד בראיון ל”ניו יורק טיימס”. פרופ' צבי פירן ממכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית מסכים אתו ומוסיף, שהחידוש העיקרי בעבודתו הנוכחית של הוקינג הוא מערכת החישובים הסבוכה, המצביעה על הדרך שבה נשמר המידע בתוך החור השחור. מדוע, אם כך, זוכה הוקינג לכל התהילה? פיסיקאים רבים מסרבים לצאת מגדרם. “הרבה מאוד יחסי ציבור”, הם אומרים ביובש.

אז מה בעצם הוקינג טוען כעת? קשה לומר. אפילו פרסקיל אמר בסוף האירוע כי “אני צריך להיות כן ולומר שלא ממש הבנתי את ההרצאה שלו”. הוא לא היה היחיד. רוב הנוכחים באולם הסכימו כי יש להמתין עד שהוקינג יפרסם את המאמר שלו בחודש הבא, כדי להבין מה בדיוק הוא אומר.

מהפרטים המעטים שבכל זאת היה אפשר לחלץ מהאירוע נראה שהוקינג חוזר שוב לתורת הקוונטים כדי לפתור את הפרדוקס. “בתורת הקוונטים אין משמעות למיקום מדויק או לזמן מדויק”, מסביר ד”ר טל אלכסנדר ממכון ויצמן. “תורת הקוונטים אינה רואה בחלקיקים כמו אלקטרונים או אטומים כקבועים במקום אחד. תחת זאת היא מתייחסת אל ההסתברות שלהם להימצא בנקודה מסוימת בזמן מסוים”.

הוקינג טוען גם ש”האופק” (The Horizon Event) של החור השחור, שהוא גבול האזור שממנו אין אפשרות להימלט מהחור השחור והכל נשאב פנימה, רוטט במרחב. ומדוע זה מסייע בפתרון הבעיה? מכיוון שהוקינג מניח שהריקוד הזה של האופק אינו אקראי אלא מושפע מהחומר שהוא בלע.

“התנודות הבלתי אקראיות של החור השחור גורמות לכך שקרינת הוקינג הנפלטת ממנו תהיה גם היא בלתי אקראית”, מסביר פירן. “בהתחלה היה עצם שמורכב ממידע. אחר כך הוא נבלע על ידי החור השחור ולבסוף המידע נפלט. איפה המידע נשמר כל העת, שואל הוקינג ועונה כעת: בתנודות”. מכאן שהתנודה של חור שחור לאחר שבלע פיל תהיה שונה מהתנודה של חור שחור שבלע כיסא, ומכאן שגם “קרינת הוקינג” תהיה שונה בשני המקרים.

אם זה נשמע תיאורטי מדי, הרי זה מכיוון שמדובר בסוגיה אולטרה-תיאורטית. “תורת הקוונטים קובעת כי אם תיקח אנציקלופדיה ותזרוק אותה למדורה, תוכל לחבר את 'המידע' שהיה בתוכה מהקרינה שנפלטת מהמדורה בעת שריפתה”, מסביר אלכסנדר, “עכשיו נראה אותך עושה את זה”. פירן טוען כי אם דוגמת המדורה נשמעת סבוכה ותיאורטית, הרי שבמקרה של חורים שחורים הדבר סבוך פי כמה, ולכן כל הדיון על פליטת “מידע” עשוי לבלבל את מי שחושב שהחור השחור מכתיב למדען את רשימת הפריטים שבלע במהלך חייו.

משמעות נוספת של העובדה, שמידע בכל זאת נשמר ויוצא מחורים שחורים, היא שלא ניתן להשתמש בחורים שחורים כדי לנוע בין יקומים מקבילים, גם זאת בניגוד למה שסבר הוקינג בעבר. הסיבה לכך היא שאדם אינו יכול להימצא בשני מקומות – ובמקרה זה בשני יקומים – בו בזמן, ואם המידע על אדם ממשיך להתקיים גם בחור שחור – הוא אינו יכול להימצא גם ביקום מקביל. “צר לי לאכזב את חובבי המדע הבדיוני”, אמר על כך הוקינג.

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~908111454~~~202&SiteName=hayadan