סיקור מקיף

קיצור תולדות החורים השחורים

בסוף 2018, הודיעו חוקרים במצפה הכבידה LIGO, כי זיהו את המקור הרחוק והמסיבי ביותר של אדוות של מרחב-זמן שנצפה אי פעם: גלים שנוצרו על-ידי זוגות של חורים שחורים מתנגשים בחלל העמוק. רק מאז 2015 הצלחנו להתבונן בגופים האסטרונומיים הבלתי נראים האלה, אשר ניתן להבחין בהם רק באמצעות המשיכה הכבידתית שלהם

איור אמן של שני חורים שחורים מתמזגים אשר לפי התיאוריה הם המקור של גלי הכבידה. איור: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel / SXS
איור אמן של שני חורים שחורים מתמזגים אשר לפי התיאוריה הם המקור של גלי הכבידה. איור: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel / SXS

מחברת: קרלה רודריגז אלמיידה
עמיתת פוסט-דוקטורט, מכון מקס פלנק לתולדות המדע

בסוף 2018, הודיעו חוקרים במצפה הכבידה LIGO, כי זיהו את המקור הרחוק והמסיבי ביותר של אדוות של מרחב-זמן שנצפה אי פעם: גלים שנוצרו על-ידי זוגות של חורים שחורים מתנגשים בחלל העמוק. רק מאז 2015 הצלחנו להתבונן בגופים האסטרונומיים הבלתי נראים האלה, אשר ניתן להבחין בהם רק באמצעות המשיכה הכבידתית שלהם.

היסטורית הצייד אחר העצמים המסתוריים הללו נעוצה במאה ה-18, אך השלב המכריע התרחש בתקופה האפלה ביותר של ההיסטוריה האנושית – מלחמת העולם השנייה.

הרעיון של גוף אשר לוכד את האור ובכך הופך בלתי נראה לשאר היקום, נהגה לראשונה על ידי הפילוסוף של הטבע ג'ון מיטשל ומאוחר יותר גם על ידי פייר סימון לפלאס במאה ה-18. הם השתמשו בחוקי הכבידה של ניוטון כדי לחשב את מהירות הבריחה של חלקיק אור מגוף, וניבאו את קיומם של כוכבים כה צפופים עד שאפילו האור לא יכול להימלט מהם. מיטשל כינה אותם "כוכבים כהים".

אבל לאחר הגילוי שלאור צורת גל בשנת 1801, לא היה ברור עד כמה האור יושפע משדה הכבידה הניוטוני, כך שהרעיון של כוכבים כהים ירד מהפרק. נדרשו בערך 115 שנים כדי להבין כיצד אור בצורת גל יתנהג תחת השפעת שדה כבידה. ההבנה הגיעה כשקרל שוורצשילד פתר את הבעיה שנה לאחר פרסום תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין משנת 1915.

שוורצשילד חזה גם את קיומו של רדיוס שמעבר לו לא יוכל האור לחצות והוא מכונה על שמו רדיוס שוורצשילד. הרעיון היה דומה לזה של מיטשל, אבל עכשיו הרדיוס הקריטי הזה נתפס כמחסום בלתי חדיר.

רק בשנת 1933 הראה ג'ורג' למטר כי אי-חדירות זו היא רק אשליה של משקיף רחוק. בעזרת האיורים המפורסמים של אליס ובוב, הניח הפיסיקאי שאם בוב יעמוד דומם בעוד אליס קופצת לתוך החור השחור, בוב יראה את הדמות של אליס מאטה עד שתגיע לרדיוס שוורצשילד. למטר גם הראה כי במציאות, אליס חוצה את המכשול: בוב ואליס פשוט חווים את האירוע בצורה שונה.

למרות התיאוריה הזאת, באותה עת לא היה שום עצם מוכר בגודל הזה ואפילו לא משהו שמתקרב לחור שחור, כך שאף אחד לא חשב שמשהו הדומה לכוכבים הכהים של מיטשל יתקיים. למעשה, איש לא העז אפילו להתייחס ברצינות לאפשרות הזאת עד מלחמת העולם השנייה.

מכוכבים כהים ועד חורים שחורים

ב-1 בספטמבר 1939 פלש הצבא הגרמני הנאצי לפולין, וגרם לתחילת המלחמה ששינתה את תולדות העולם לנצח. למרבה הפלא, באותו יום בדיוק פורסם המאמר האקדמי הראשון על חורים שחורים ועל המשך התכווצות הכבידה. המאמר זכה לשבחים. פרסום המאמר, שנכתב על ידי ג'ון רוברט אופנהיימר והרטלנד סניידר, שני פיסיקאים אמריקאים, היה נקודה מכריעה בהיסטורית החקר של החורים השחורים. עיתוי זה נראה מוזר במיוחד כאשר אנו מכירים את מרכזיות הפיתוח של תיאורית החורים השחורים בשנות המלחמה.

זה היה המאמר השלישי והאחרון של אופנהיימר באסטרופיסיקה. הוא וסניידר צופים בו את המשך הקריסה של כוכב בהשפעת שדה הכבידה שלו, עד שייווצר עצם בעל כוח משיכה עצום שאפילו אור לא יכול להימלט ממנו. זו היתה הגרסה הראשונה של המושג המודרני של חור שחור, גוף אסטרונומי כה מסיבי עד כי ניתן יהיה להבחין רק בכבידה שלו.

בשנת 1939 חורים שחורים עדיין נתפשו כרעיון מוזר מכדי שניתן יהיה להאמין בו. יידרשו שני עשורים נוספים עד שהרעיון יפותח מספיק כדי שהפיסיקאים יתחילו להבין את ההשלכות של המשך ההתכווצות שתוארה על ידי אופנהיימר. למלחמת העולם השנייה עצמה היה תפקיד מכריע בהתפתחותה, בגלל השקעת ממשלת ארה"ב בחקר פצצות אטומיות.

הדמייה של חור שחור. שזירה קוונטית וחורים שחורים, שתי תופעות בלתי קשורות לכאורה, עשויות להוליך את הפיזיקאים לאיחוד שזמן כה רב מצפים לו: איחוד תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים. הדמייה: Ute Kraus / Wikimedia.
הדמייה של חור שחור. שזירה קוונטית וחורים שחורים, שתי תופעות בלתי קשורות לכאורה, עשויות להוליך את הפיזיקאים לאיחוד שזמן כה רב מצפים לו: איחוד תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים. הדמייה: Ute Kraus / Wikimedia.

נולד מחדש מן האפר

אופנהיימר, כמובן, לא היה רק דמות חשובה בהיסטורית החקר של חורים שחורים. מאוחר יותר הוא היה ראש 'פרויקט מנהטן', קבוצת המחקר שהובילה לפיתוח הנשק האטומי.

הפוליטיקאים הבינו את חשיבות ההשקעה במדע כדי להביא תועלת צבאית. כתוצאה מכך, בכל רחבי העולם, הייתה השקעה רחבה במחקרים פיסיקליים מהפכניים הקשורים למלחמה, בפיזיקה הגרעינית ובפיתוח טכנולוגיות חדשות. פיזיקאים רבים התמסרו למחקרים בתחומים הללו, וכתוצאה מיידית נשכחו בעיקר תחומי הקוסמולוגיה והאסטרופיסיקה, כולל המאמר של אופנהיימר.

למרות העשור שאבד למחקר אסטרונומי בקנה מידה גדול, הפיזיקה שגשגה בכללותה כתוצאה מהמלחמה – למעשה, הפיזיקה הצבאית קידמה גם את האסטרונומיה. ארה"ב סיימה את המלחמה כמרכז ללימוד ולחקר הפיזיקה המודרנית. מספר מקבלי תואר דוקטור זינק, והוקמה מסורת חדשה של חינוך בתר דוקטורט.

עם תום המלחמה התחדש מחקר היקום והיתה זו תקופת רנסנס לתורת היחסות הכללית. המלחמה שינתה את הדרך בה מתבצע המחקר בפיזיקה, ובסופו של דבר, תהליך זה הוביל את תחומי הקוסמולוגיה ואת תורת היחסות הכללית לקבל את ההכרה שמגיעה להם. זה היה היסוד לקבלה ולהבנה של החורים השחורים.

אוניברסיטת פרינסטון הפכה מאז למרכז של דור חדש של חוקרי תורת היחסות. שם הפיסיקאי הגרעיני, ג'ון וילר, שטבע את השם "חור שחור", חזר לחקור את תורת היחסות הכללית, וערך מחדש את עבודתו של אופנהיימר. בתחילה הוא היה ספקן, אך השפעתם של רלטיביסטים בקרבתו, ההתקדמות החדשה בסימולציה חישובית ובטכנולוגיית רדיו – שהתפתחו במהלך המלחמה – הפכה אותו לחובב הגדול ביותר של תחזיתו של אופנהיימר מיום פרוץ המלחמה, 1 בספטמבר 1939.

מאז פותחו התיאוריות והסבירו קיומם של סוגים רבים של חורים שחורים ועצמים אחרים אבל רק בשנת 2015 החיפוש אחר עדויות ישירות לקיומם של חורים שחורים נשא פרי. מדידת גלי הכבידה שנוצרו במערכת שבה שני חורים שחורים מתנגשים היתה ההוכחה הקונקרטית הראשונה לקיומם של חורים שחורים.

לכתבה ב-THE CONVERSATION

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

2 תגובות

  1. סוף סוף רואים כתבות קוסמולוגיה בכיוון שאינו חומר אפל.
    וורלינד אריק טוען כעשור ששזירה קוונטית היא הגורם לכבידה, ושינוי הכבידה בתלות בסקלת המרחק ולא רק ניוטונית.

  2. החומר הוא הריק והחלל הוא המלא ובו התנודות שהן האור או הקרינה . וזה פותר את המיזוג

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן