חור שחור ביקום של חמישה ממדים יכול לערער את תורת היחסות הכללית

על פי סימולציה שפיתחו מדענים בקיימברידג' אם ביקום שלנו יש חמישה ממדים או יותר – כצפוי על פי תיאוריית המיתרים – תורת היחסות הכללית של איינשטיין איננה תקפה. במילים אחרות, לחורים שחורים בעלי חמישה ממדים תהיה כבידה כה חזקה, עד שחוקי הפיזיקה כפי שאנו מכירים אותם יתמוטטו בסופו של דבר.

חורים שחורים ביקום בן חמישה ממדים. איור: אוניברסיטת קיימברידג'
חורים שחורים ביקום בן חמישה ממדים. איור: אוניברסיטת קיימברידג'

לראשונה אי פעם הצליחו פיזיקאים לדמות מה קורה לחורים שחורים בתוך יקום בן חמישה ממדים, ונראה שהדרך שבה אלו פועלים יכולה לערער את ההבנה שלנו כיצד עובד היקום. על פי סימולציה זו, אם ביקום שלנו יש חמישה ממדים או יותר – כצפוי על פי תיאוריית המיתרים – תורת היחסות הכללית של איינשטיין איננה תקפה. במילים אחרות, לחורים שחורים בעלי חמישה ממדים תהיה כבידה כה חזקה, עד שחוקי הפיזיקה כפי שאנו מכירים אותם יתמוטטו בסופו של דבר.
מדענים מאוניברסיטת קיימברידג' ומאוניברסיטת קווין מרי בלונדון הראו כי ביקום בן חמישה ממדים חורים שחורים בנויים כמעין טבעות דקיקות ואינם "סתם חורים". ככל שהם גדלים נוצר בהם רצף של בליטות או תפיחות, המחוברות ביניהן באמצעות מיתרים שהולכים ונעשים דקים יותר ויותר עם הזמן. המיתרים הללו הופכים בסופו של דבר כל כך דקים עד כי הם "נצבטים" או נתלשים כסדרה של חורים שחורים זעירים, בדומה לאופן שבו זרם דק של מים מברז נשבר לטיפות. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת Physical Review Letters.

אפשרות קיומם של חורים שחורים שצורתם טבעת (הידועים גם בשם "טבעות שחורות") הועלתה על ידי פיזיקאים תיאורטיים כבר בשנת 2002, אך עד כה לא הצליחו לבנות סימולציה יעילה של הדינמיקה שלהם. כעת הצליחו לעשות זאת בעזרת מחשב-העל COSMOS באוניברסיטת קיימברידג' בבריטניה – מחשב שיתוף הזיכרון הגדול ביותר באירופה, שיכול לבצע עד 38.6 טריליון חישובים בשנייה.
הקושי הגדול בהדמיית חורים שחורים בחמישה ממדים נעוץ בכך שמשערים שהם מהווים טבעות של אולטרה-כבידה (ultragravity), שבהן הכבידה החזקה כל כך מאיצה היווצרות של מצב שנקרא 'סינגולריות עירומה' – Naked Singularity. הייחודיות העירומה היא אירוע כה יוצא דופן, שאף אחד לא יכול לשער מה קורה בתוכה, למעט העניין הפשוט שחוקי היחסות הכללית לא יתקיימו בה עוד.

סינגולריות (או ייחודיות בעברית) היא נקודה שבה הכבידה עזה כל כך, עד שהמרחב, הזמן וחוקי הפיזיקה קורסים בה. תורת היחסות הכללית מנבאת שבמרכזם של חורים שחורים מתקיימת סינגולריות, וכי החורים השחורים מוקפים אופק אירועים – 'נקודת האל-חזור', שמעבר לה משיכת הכבידה חזקה כל כך עד שלא ניתן להימלט ממנה. המשמעות היא שאין כל אפשרות לצפות מבחוץ במה שמתרחש בתוך החור השחור.

אחד ממחברי המאמר, איש הפיזיקה התיאורטית מרקוס קונש מאוניברסיטת קיימברידג', אמר: "כל עוד הסינגולריות נשארת חבויה מאחורי אופק האירועים של החור השחור, היא אינה גורמת צרות ותורת היחסות הכללית נשמרת. על פי 'השערת הצנזורה הקוסמית' (Cosmic censorship hypothesis) – ככה זה תמיד, בכל מקרה. כל עוד השערת הצנזורה הקוסמית תקפה, נוכל לחזות בביטחון את העתיד מחוץ לחורים שחורים".

אבל מה אם הסינגולריות תתרחש ממש מחוץ לאופק האירועים?

פיזיקאים שיערו שבמצב של חמישה או יותר ממדים, אם אובייקט כלשהו מתכווץ לצפיפות אינסופית – כלומר לסינגולריות – אופק האירועים לא יגביל אותו, ותתקבל סינגולריות עירומה. במצב זה ההתרחשויות בתוך האובייקט וסביבו 'מוטרפות', ועלינו לחשב מחדש כיצד הפיזיקה פועלת.
מחברי המאמר אמרו: "אם מתקיימת סינגולריות עירומה – מתמוטטת תורת היחסות הכללית… במצב זה לא תהיה עוד כל יכולת ניבוי".
אם השערת הצנזורה הקוסמית אינה תקפה ביקום בעל ממדים גבוהים יותר, עלינו להבין מה ביקום הארבעה-ממדי שלנו גורם לכך שסינגולרית עירומה אינה יכולה להיווצר והיחסות הכללית נשמרת. אם תופרך השערת הצנזורה הקוסמית, נדרשת דרך חלופית להסביר את היקום. אפשרות אחת היא כבידה קוונטית, אשר משלבת בין תורת היחסות הכללית לבין תורת הקוונטים.

להודעה של החוקרים מאוניברסיטת קיימברידג'

המאמר:
Pau Figueras, Markus Kunesch, and Saran Tunyasuvunakool. End Point of Black Ring Instabilities and the Weak Cosmic Censorship Conjecture. Physical Review Letters, 2016 

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

91 תגובות

  1. לאנונימי.

    אמרתי חומר בלתי מוגדר. קיים מבלי להיות מוגדר. "קיים" היא הגדרתו היחידה.
    חומר אפל מוגדר ע"י המסה שלו וכוח הכבידה שיוצר והעידוש הכבידתי שגורם לו.

    תאמר זה בלתי אפשרי, כמו לחשוב על משהו מבלי לחשוב עליו.
    כמעט.

    ישנן עוד אפשרויות שלא חשבת עליהן.

  2. ישראל,
    אין לי מושג כי את ההרצאה הזו עדיין לא ראיתי. מקווה לראותה בריצה הבאה שלי 🙂
    אני די בטוח שהוא לא ידבר על זה כי לא אישו באמת וכי זה כמו שירצו לך על טיסה ואתה תשאל מתי יספרו על נסיעה ברכבת

  3. שמוליק

    ההרצאה של סוסקינד היא פשוט היוטיוב של הכתבה שהבאת לפני שנה, לא?

    תוכל להגיד לי באיזו דקה הוא מדבר על כך שלא עוברת אינפורמציה בין החלקיקים השזורים?

    מתי דרשתי שמה שהוא יקרה בשזירה?

    אם תרצה לראות באמת הרצאות מעולות מא׳ עד ת׳ בנושא, ראה את כל הקורס של סוסקינד:

    https://m.youtube.com/watch?v=0Eeuqh9QfNI

  4. ישראל,
    לא יודע אם התמצנו. אני עדיין מנסה לגרום לך להתקדם ואתה תקוע במטבעות שאף אחד לא מבין מה אתה רוצה. אתה עושה קופי פייסט ואני שולח אותך לניסיון באקדמיה להסביר את מה שאתה מבקש. ההרצאה של סוסקינד אינה סדרת ההרצאות שאתה מדבר עליה, עד כמה שאני מבין. הנה היא. תנסה לראות?
    https://www.youtube.com/watch?v=jZDt_j3wZ-Q
    האם אתה מקבל את האפשרות שאם הם צודקים, זה הסבר למה קורה בשזירה ללא מה שאתה דורש שיקרה?

  5. א.פ
    הדבר היחיד שעונה על ההגדרה הזאת זה: החומר האפל.
    אני יודע, יהודה סבדרמיש לא יסכים איתי. "80 שנה מחפשים אותו…" – הוא יגיד.
    אבל כמה זמן מחפשים את אלוהים? מישהו התאייש? מי שמתייאש מתייבש.

  6. שמוליק

    השאלה:

    "למרות שלא ניתן להעביר אינפורמציה באמצעות שזירה, ומשפט בל וניסוי אספקט הוכיחו שאין משתנים חבויים, האין זה מחייב שאינפורמציה – מצב הספין או הקיטוב עוברת מעצם שזור אחד לשני?"

    וביתר פירוט:

    ״האם ידוע אם קיימת הכרעה באקדמיה בנידון? היש הסבר להתאמה בין המצב הקוואנטי של חלקיקים שזורים ללא מעבר אינפורמציה ביניהם?״

    התשובה:

    ״ככל הידוע לי אין קונצנזוס בכל הקהילה המדעית בקשר לפרשנות של הנושא הזה״.

    אם זה לא ברור מספיק, אנסה לתרגם לחייזרית.

    השאלה:

    האם קיימת הוכחה מתמטית לכך שלא עוברת אינפורמציה בין חלקיקים שזורים?

    התשובה:
    ..
    ..

    ..

    אה, אין תשובה. גם אין לינק. אין כלום.

    בשביל הוכחה מתמטית לא צריך חורי תולעת. משפט אי השוויון של בל הוא משפט מתמטי, אנו רק מיישמים אותו לשזירה.

    ראיתי את סדרת ההרצאות של סוסקינד על שזירה, הרצאות מצויינות שכוללות את הפורמליזם המתמטי הנדרש.

    נראה לי שהתמצנו, לא?

  7. ישראל,
    מה לא ברור? הקונצנזוס הוא על כך שלא תוכל לנהל שיחת טלפון וגם אתה לא מתווכח על זה. כלומר, מידע, בצורה שהפיזיקה מגדירה את המושג מידע, לא עובר. הפניתי אותך להרצאה של מלדסינה שדנה בנושא שזירה ואתה החלטת שזה לא קשור כי אתה תקוע עם המטבעות שאף אחד לא מבין מה אתה רוצה להסביר בעזרתם.
    עם כל הכבוד לשמות שהזכרת, שאני בטוח שהם מצוטטים מפה ועד הודעה חדשה, מלדסינה שגם מצוטט, בהרצאתו, שבקושי הבנתי משהו ממנה, קושר בין שזירה (אני לא יודע האם מדובר על כל סוג של שזירה או רק סוג מסויים) לבין חורי תולעת ומתאר קשר גיאומטרי בין החלקיקים השזורים. אם זה לא מסביר לך, שיש רעיון אחר, שהוא לא שלך, המסביר איך חלקיק אחד יכול להשפיע על חלקיק אחר, ללא מעבר אינפורמציה, אני לא יודע מה עוד לעשות.
    אילו היית רואה את ההרצאה של מלדסינה, ומגיע לדקה 34 (באיזשהו שלב דילגתי קדימה עד שמצאתי משהו שאני יכול לנסות להבין), היית רואה שקף סיכום של מלדסינה על הרצאתו ומאחר ואתה לא תלך להקשיב להרצאה, אני אנסה לתרגם את השקף
    1. תבניות שזירה הן פיצ'ר חשוב של תורת השדות הקוונטית
    2. תבניות שזירה מקודדות בגיאומטריה של הזמן-מרחב
    3. קשר גיאומטרי יכול לצוץ משזירה לבד אבל האופק ימנע מעבר של אינפורמציה
    4. לפורמליזם של רשת הטנזורים (סינית בשבילי) נראה שיש קשר לגיאומטריית באלק (עוד סינית) כולל היכולת לקשור בין איזורים מרוחקים
    5. הנקודה האחרונה כתובה בחייזרית

    מה כל זה אומר לנו? זה אומר שאנשים שמכירים את הפורמליזם, את הניסויים ואת כל המידע הרלוונטי, מנסים לפתור את מה שלא בקונצנזוס בדרכים שלא קשורות למטבעות, כנראה מסיבה טובה.
    גם האנשים שאתה פנית אליהם אמרו לך שאתה לא מבין את משמעות המילה אינפורמציה. המשפט "מכיוון שלא מדובר בהעברת מידע במובן המקובל" אומר שהמובן המקובל, הוא מה שמוגדר בפיזיקה כאינפורמציה והיא לא עוברת.
    אז אולי בכל זאת תנסה לגלות מה המומחים לנושא חושבים?
    מצאתי עוד משהו שאתה יכול לעשות. מאחר ולא בא לי להיחסם, רק אספר לך שאם תכתוב בגוגל אי אר שווה ל- אי פי אר, הלינק השני היא הרצאת יוטיוב של סוסקינד על הנושא. אולי יעזור.

  8. שמוליק

    ״מה גם שהוא כתב בדיוק את הקונצנזוס המוחלט בנושא״.

    קראת מה שכתבתי לך בתגובה הראשונית?

    השאלה אותה הצגתי הייתה:

    "למרות שלא ניתן להעביר אינפורמציה באמצעות שזירה, ומשפט בל וניסוי אספקט הוכיחו שאין משתנים חבויים, האין זה מחייב שאינפורמציה – מצב הספין או הקיטוב עוברת מעצם שזור אחד לשני?"

    וביתר פירוט:

    ״האם ידוע אם קיימת הכרעה באקדמיה בנידון? היש הסבר להתאמה בין המצב הקוואנטי של חלקיקים שזורים ללא מעבר אינפורמציה ביניהם?״

    התשובות שקיבלתי מגיא חצרוני ואחרים היו:

    "זו שאלה קצת גדולה לפורום (בשמחה אדון פה פנים אל פנים), ואין לה תשובה מוסכמת".

    ״שלום ישראל,
    אני מסכים עם גיא שזו שאלה קצת כבדה מדי לפורום הזה. אותו העניין הפריע מאוד לאיינשטיין, כך שאתה בחברה טובה. התשובה תלויה כמובן במה הכוונה בדיוק בהעברה של מידע, ומכיוון שלא מדובר בהעברת מידע במובן המקובל (לא תוכל לנהל שיחת טלפון בעזרת האפקט הזה), אין בכך סתירה לתורת היחסות. עדיין זה עומד בסתירה לאינטואיציה הקלאסית. ככל הידוע לי אין קונצנזוס בכל הקהילה המדעית בקשר לפרשנות של הנושא הזה, וברגע שמדובר בפרשנות ולא בניבוי של תוצאות של ניסוי, זה יותר בגדר פילוסופיה של הפיסיקה מאשר פיסיקה נטו. מקווה שזה עוזר לך במשהו״

    ״שזור בין מצבים של שני גופים מתבצע כאשר הם נמצאים ביחד במקום אחד. רק אחר כך הם נפרדים. במצב של שזור מכסימלי בין שני פוטונים כיתוב של כל אחד מהפוטונים לא מוגדר. רק מדידה של כיתוב של פוטון אחד מגדירה את הכיתוב של השני. אי לוקליות של תהליך זה הוא גורם לאי הסכמה בין החוקרים״.

    אז על איזה קונסנזוס ועוד מוחלט אתה מדבר? נראה לך שאילו באמת זה שלא עוברת אינפורמציה בין חלקיקים שזורים זו לא דיעה, יש הוכחה מתמטית, העוסקים בנושא לא היו מכירים אותה והיו כותבים במפורש: ״אין קונצנזוס בכל הקהילה המדעית בקשר לפרשנות של הנושא הזה״?

  9. אכילס,

    קודם כל, אתה מבלבל אותי עם מישהו אחר. אין לי מושג על איזה פורום אתה מדבר, אבל אני מבטיח לך שהאדם שאתה זוכר הוא לא אני. כמה ימים אני לא נמצא פה, וכשאני חוזר אני מגלה שמסתבר שכל פעם שמישהו נתקל באינטרנט במישהו שלא היה נחמד אליו, מסתבר שזה הייתי אני. מה השלב הבא, תזכרו שאני גם זה שרצח את קנדי?

    בכל מקרה, אם היה פה באתר איזה מוטל, מצבנו היה הרבה יותר טוב. אנשים עסוקים יותר מדי בחיפוש אחר מישהו שיגיד להם כמה התיאוריות שלהם יפות וחכמות ואיך הם עלו על כל הדברים שהקהילה המדעית הצליחה איכשהו לפספס (וכל זה מבלי אפילו ללמוד או להבין את הנושאים שהם מדברים עליהם), וזה על חשבון האמת. יפה שבחרת את מוטל, שהוא אדם די מבריק בתחומו שיש המון מה ללמוד ממנו. כולנו (כולל אנוכי) היינו רוצים שיהיה פה מישהו כמוהו שיכול לומר דברים אינטילגנטים על מדע ולא רק לעסוק באוננות המחשבתית והצגת בעיות שנה א' סמסטר א' בתואר ראשון תחת הכותרת "פרדוקס". טוב, אולי לא כולנו. בטוח מישהו היה מוצא סיבה להתלונן.

  10. ישראל,
    לא ברור על מה אתה עונה כאן ואני לא מתכוון לשפוט מי התחיל או לא התחיל. זה לא גן ילדים.
    זכותך לחשוב שהוא טועה אבל הדעה שלך לא שווה לדעה שלו בנושאי מדע. זו לא דמקורטיה, מה גם שהוא כתב בדיוק את הקונצנזוס המוחלט בנושא. הוא הסביר שאתה משתמש במונח הלא נכון ושאינפורמציה קלאסית לא עוברת בין החלקיקים. ברור כשמש שמה בדיוק קורה בשזירה אינו מובן ולכן, לדוגמא, מלדסינה וסוסקינד הציעו שחור תולעת מחבר בין כל שני חלקיקים שזורים (או בין סוג מסויים של חלקיקים שזורים). אני כותב את זה ומרגיש זיוף כי אני כותב על דברים שאני בקושי מבין בהם אבל אני מבין שעצם זה שהם מפרסמים את המאמר אומר שהנושא לא פתור ושההצעה הזו או נגזרת שלה, תיאורטית, יכולה להסביר את מה שאתה כל כך מנסה לפתור אלא שהם עושים זאת ע״י פרסום מאמר מדעי תוך שהם בקיאים לחלוטין בכל אספקט ואספקט של התחום ואתה לא. למה אתה לא מתייחס לרעיונות המובאים כאן? אם התייחסת בעבר, אני ממש לא זוכר מה כתבת אז כתוב שוב.
    https://www.quantamagazine.org/20150424-wormholes-entanglement-firewalls-er-epr/
    https://en.m.wikipedia.org/wiki/ER%3DEPR

  11. שמוליק

    1. אלבנזו מוזמן תמיד להרצות ולהסביר, אני בין הקוראים שלו.

    2. אלבנזו יכול גם לטעות, כפי שקרה אני מאמין במקרה של ההוכחה לכך שלא עוברת אינפורמציה בין חלקיקים שזורים, ועוד כמה פעמים.

    3. לאלבנזו פה מלוכלך והוא תמיד מתחיל במריבות. אין סיבה לא לענות לו.

    4. דרך ארץ קדמה לתורה – הבחירה שלי היא לא לשמוע מדענים משתלחים, מאשר לשמוע ולחטוף.

    אם אבי רוצה, שיעשה כתבות סגורות לקהל חסידים מצומצם. באחרות, אני אכתוב את מה שאני מאמין בו, אקשיב בסבלנות לדעתם של אחרים, ואגיב בתקיפות למי שתוקף אותי אישית.

    דוגמה לדיון שמתנהל בחוסר הסכמה אך באופן תרבותי, ראה את הדיון בכתבה המקבילה.

  12. תגובה שלא לעניין אך בכל זאת.
    פעם היה פורום פורה שעסק במדע ונוהל ע״י ד״ר פעיל אחד מהדרום. לפי צורת ההתנסחות והגישה לדעות מנוגדות את אלבנזו אני זוכר בפרט שהאשים כמה מאיתנו כמי שפתחו סניף חסדים של פיטר וויאיט. זכור לי במיוחד עוד פיזיקאי קבליבר בתחומו (א****ה) שידע להשחיז את עטו ולהשיב בעיקר לאלבנזו (א.פ, זה אתה ?). מאלבנזו ו-א. למדתי ועל כך נתונה תודתי. מודה גם אני כי הדיונים פה לא גולשים כאן לתגרות מילוליות המזילות חברים נכבדים כפי שקורה לא אחת בפורומים/בלוגים בחו״ל (ע״ע לובוש מוטל, 2007).
    מכל מלמדי השכלתי כי עדותך שיחה לי.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן