“הדיון של הוקינג בחורים השחורים הסב את תשומת הלב לצורך באיחוד התורות הבסיסיות במדע

פרופ’ צבי פירן מהאוניברסיטה העברית אומר בשיחה עם אתר הידען כי פתרון הפרדוקסים הנוגעים לגורלם של חורים שחורים, עליהם מתריע הוקינג, גם אם לא בשיטה שהוא מציע עשוי לסייע בגילוי התורה שתאחד את תורות היחסות והקוונטים, שמטריד את המדענים במאה האחרונה בשל הסתירות ביניהן

קשה להבין את עולמו המדעי של סטיבן הוקינג. גם ההסבר שנתנו אתמול היה מסובך מדי לקוראים רבים, אך דבר אחד ברור, חורים שחורים קיימים אך גם קיים חור שחור בפיסיקה, שתופעה זו עשויים לנסות לסגור אותה.
ביקשנו הבהרות מפרופ’ צבי פירן ממכון רקח לפיסיקה הוא מומחה בעל שם עולמי לאסטרופיסיקה ולחורים שחורים : קרוב ל-40 שנה מאז שהוקינג הציע שחורים שחורים מתאדים ישנו קונפליקט בין תורת הקוונטים ותורת היחסות. כל זמן שהחורים לא התאדו לא היתה בעיה כל מה שנופל לתוך החור השחור נשאר שם לנצח וזהו.

“ברגע שחור שחור מתאדה ובסופו של דבר הוא נעלם החומר לתוכו חוזר החוצה ליקום אבל אז נשאלת שאלה מה קורה למידע שנפל לתוכו יחד עם החומר. הוקינג טען בהתחלה בתוקף שהאינפורמציה הזו הולכת לאיבוד ונעלמת מהעולם. אנשים אחרים בקהילה המדעית לא קיבלו את הטענה הזו כי הרעיון שאינפורמציה הולכת ונעלמת עומד בסתירה לתורת הקוונטים ואז היתה ההתערבות המפורסמת בה היה שותף הוקינג על השאלה האם המידע נעלם או לא.”

בפברואר 1997 התערבו הוקינג והפיסיקאי התיאורטיקן קיפ ת’ורן על תוצאת פרדוקס החורים השחורים מול עמיתם ג’ון פרסקיל (ראו את נוסח ההתערבות באתר קאלטק – http://www.theory.caltech.edu/~preskill/info_bet.html). ת’ורן והוקינג טענו כי מכיוון שתורת היחסות גורמת לכך שבלתי אפשרי שחור שחור יתאדה ויאבד מידע, המסה-אנרגיה והמידע הנישא בידי קרינת הוקינג חייבת להיות חסרת מידע ולא מידע שהגיע מתוך אופק האירועים של החור השחור. מכיוון שהדבר נגד את הרעיון של מכניקת הקוונטים של מיקרו סיבתיות, יהיה צורך לכתוב מחדש את תורת הקוונטים. פרסקיל טען ההפך, כי מכיוון שמכאניקת הקוונטים טוענת שהמידע שנפלט מחור שחור שייך למידע שנפל אליו בזמן מוקדם יותר, הדרך שבה חור שחור מתואר בתורת היחסות חייבת לעבור התאמה כלשהי. הוקינג ות’ורן מאמינים שהאיפנורמציה שנבלעת על ידי חור שחור נאבדת לנצח, ופרסקיל טוען שהאינפורמציה תשתחרר כאשר החור יתאדה. הפרס בהתערבות היה עותק של אנציקלופדיה לפי בחירת הזוכה.

פרופ’ פירן מוסיף בשיחה עם אתר הידען: “ב-2004 הוקינג הצהיר בכנס מדעי שהוא הפסיד בהתערבות הזו. ההצהרה עשתה המון רעש באותה תקופה. ת’ורן, שהיה לצידו של הוקינג בהתערבות, מעולם לא הסכים להודות שהוא הפסיד בהתערבות. הוקינג קיבל את העובדה שבזמן ההתאדות, המידע שנפל בתחילה לחור השחור לאט לאט גם בורח החוצה. מבחינה מעשית יהיה בלתי אפשרי לאסוף את המידע הזה אבל באופן תיאורטי אם יהיה לך מחשב מספיק גדול באופן עקרוני אפשר לשחזר את זה. הדבר דומה לזה שאתה לוקח ספר וזורק אותו למדורה. המידע שהיה בספר נעלם ואולם באופן היפותטי אם תאסוף את המולקולות בזמן הבעירה ואת הפוטונים ויש לך מחשב מספיק גדול תוכל לשחזר את המידע.”

“בשנתיים האחרונות קבוצת חוקרים מקליפורניה הראתה שאם אנחנו מקבלים את המסקנה שאם החומר מתאדה והמידע דלף החוצה יש פרדוקס נוסף שהדברים לא מסתדרים איתו. הם טענו שחומר שנופל לתוך החור השחור משאיר בצורה זו או אחרת את המידע שלו על הקליפה של החור השחור וחודר פנימה. המקום שבו המידע נשאר עד שהוא משתחרר מכונה ‘חומת אש’.

“הוקינג ואחרים חושבים שהרעיון של חומת האש יותר אבסורדי מהפרדוקס שהוא אמור לפתור ולכן צריך לראות איך מסתדרים עם זה ולמצוא פתרון אחר. הפתרון של הוקינג אומר כי התפיסה הבסיסית של חור שחור כפי שאנו מכירים אותו לא קיים אלא במקומו קיים משהו יותר עדין. במקום החור השחור הכולא את מה שנופל אליו ושום דבר לא בורח ממנו לנצח, ה’משהו’ היותר עדין שהוקינג מציע הוא שמה שנופל בתוך החור השחור כלוא בו לתקופה ארוכה מאוד מאוד מאוד, אך בסופו של דבר הוא ישתחרר. גם לפי ההשקפה של הוקינג היום קיימים גופים דמויי חור שחור. השאלה היא רק מה מידת האבסולוטיות של חוסר הבריחה מהם.”

יש לזה השלכה מעשית?
פרופ’ פירן: “מבחינה מעשית הפתרון הזה, גם אם הרעיון של הוקינג נכון (ואני לא חושב שהוא נכון) זה לא יעזור לאסטרונאוט שנופל לחור שחור. מדובר במשכי זמן עצומים של 10 בחזקת 60 או 80 כאשר גיל היקום עד כה הוא 10 בחזקת 10 מספר כל כך גדול שלצורך כל עניין מעשי הוא נצחי. הבעיה היא תיאורטית ולא באמת השאלה האם אפשר להתחמק מתוך חור שחור אחרי שנופלים אליו.

מה זה נותן לנו?

“מדובר בנושא מעניין וחשוב, שאנחנו יודעים שקיימות שתי תיאוריות בסיסיות בטבע – תורת הקוונטים של בוהר ותורת היחסות של איינשטיין. התורות הללו אינן עקביות זו עם זו, ברור לנו שקיימת תורת על שאמורה לאחד את שניהם, יש לה אפילו שם (כבידה קוונטית) אבל אנחנו לא מכירים את פרטיה . תורת הכבידה הקוונטית צריכה לענות על הרבה שאלות בין השאר על השאלה הזו. מדובר בתורה מאוד חשובה ומסקרנת כיוון שזו התורה שלפיה מתנהל היקום שלנו. מפריע שאנחנו לא מבינים אותה. אחד המקומות שבהם אנחנו יכולים לנסות להתקדם בהבנה ולו בסיסית של התורה הזו היא בדיוק בנקודה הזו של פרדוקס האינפורמציה בחורים שחורים משום שזה פרדוקס שנובע מהקונפליקט בין שתי התיאוריות הללו. התקווה היא שעל ידי דיון בפרדוקס הזה נוכל למצוא רמזים כיצד לבנות את התיאוריה החדשה הזו.

מכיוון שאנחנו לא מכירים את מהות התיאוריה אנחנו לא יודעים להגיד הרגע מה ייצא לנו אחרי שנבין אותה. לדוגמה במאה ה-19 פארדיי עשה נסיונות ראשונים בחשמל, וסיפור מפורסם שהמלכה ויקטוריה ביקרה במעבדה שלו ושאלה מה נעשה עם זה, הוא ענה לה בשאלה: דמה טוב בתינוק בן יומו?, תאר לך אותנו חיים בלי חשמל היום. בשנת 1915 איינשטיין מצא את תורת היחסות שגם היא היתה רחוקה מחיי היום יום. לא היה לה שום השלכה, שום שימוש. בזמנו חשבו שהיא לא רלוונטית לשום דבר על כדור הארץ ושהיא לא מעניינת עד שבשמות השמונים התחילו לבנות מכשיריGPS והסתבר שללא שימוש בתורת היחסות היינו מפספסים בכמה מאות מטרים את הבית שלנו.”