האם חורים שחורים באמת מתאדים - ואיך נדע?

ב-1974, סטיבן הוקינג העלה רעיון מסקרן: באמצעות עקרונות הפיזיקה הקוונטית, הוא חזה שלמרות ששום דבר לא אמור להימלט מזה של חור שחור., החיות הקוסמיות הללו יכולות למעשה לפלוט חלקיקים. ועל ידי פליטת החלקיקים הללו, חורים שחורים יתכווצו במשך זמן רב מאוד, ובסופו של דבר יתאדו ואולי להתפוצץ.

הוקינג עורר ויכוח שנמשך כבר יותר מ-50 שנה. הרעיון שחורים שחורים מתאדים מציב שני עקרונות יסוד בפיזיקה - תורת היחסות הכללית ו- לתוך עימות.

אבל, בהנחה שהוקינג ואחרים צודקים, איך חור שחור יתנדף ולא ישאיר דבר מאחור? לפני שנחקור את הרעיון המעצבן הזה, חשוב לדעת שפיזיקאים תיאורטיים עדיין מתלבטים כיצד זה אפשרי. אבל בעשורים האחרונים הופיעו מספר הסברים פוטנציאליים לאופן שבו נראה כי חורים שחורים מתריסים בפני חוקי היקום שלנו בכך שהם נעלמים.

"בילינו את 50 השנים האחרונות במאבק על זה",דניאל הארלו, פיזיקאי ב-MIT, אמר ל- Live Science. "הייתי אומר שעכשיו אנחנו מבינים את זה הרבה יותר ממה שהוקינג הבין".

קָשׁוּר:

אלברט איינשטיין חזה את קיומו שלבשנת 1915 עם התיאוריה שלו של, שמסביר כיצד. בהתבסס על תיאוריה זו, חורים שחורים הם עצמים בעלי מסה רבה דחוסים לאזור יחיד, שבוהוא כל כך חזק שאפילו האור לא יכול להימלט מהמשיכה שלו.

"לפי תורת היחסות הכללית, הכל יכול להיכנס רק פנימה [חור שחור] ושום דבר לא יכול לצאת החוצה", אמר.היינו פאלקה, אסטרופיזיקאי באוניברסיטת Radboud בהולנד שהיה מעורב בלכידת ה. "כל מה שנזרק נמחץ לגמרי לנקודה".

אבל בערך 60 שנה מאוחר יותר, הוקינג'סחישוביםהראה שאולי לא הכל נמחץ על ידי חורים שחורים. במכניקת הקוונטים, זוגות של חלקיקים - חלקיקים ואנטי-חלקיקים - מהבהבים בתוך ומחוץ לקיום. חלקיקים אלה בדרך כלל מבטלים זה את זה.

אבל הוקינג טען שתנודות של שדות באופק האירועים, "נקודת האל-חזור" של חור שחור ששום דבר לא יכול לברוח ממנה, פירושה שהחלקיקים האלה לא תמיד מתבטלים: אחד מהחלקיקים האלה יכול להישאב לתוך החור השחור, בעוד השני נפלט לחלל, מותיר מאחוריו ענן שנקרא קרינת הוקינג. ככל שנפלטים יותר ויותר חלקיקים, החורים השחורים מתחילים לאבד אנרגיה ומסה, ובסופו של דבר נעלמים, לפי תיאוריה זו.

תהליך זה יהיה איטי מאוד. חור שחור עם מסה של שמש יכול לקחת10^67 שניםלהתאדות מלאה - יותר מהגיל הנוכחי של היקום. ומדענים עדיין לא מצאו הוכחות לכך;, כלומר ייתכן שקרינת הוקינג לא ניתנת לזיהוי. כמה מדענים מנסים להציץ בקרינה החמקמקה הזו במעבדות ובחורים שחורים זעירים, שעשויים להתאדות מהר יותר מאלה שבגלקסיה שלנו.

פרדוקס חור שחור

עם זאת, לרעיון של הוקינג יש כמה סייגים שמובילים לשאלות מבלבלות. אידוי מציג חידה הנקראת פרדוקס המידע של החור השחור. אם חור שחור מתאדה ונעלם, לחלקיקים שהוא משאיר אחריו חסר מידע על מצבו המקורי של החומר. זה מפר את תפיסת ליבה בפיזיקה - שמערכת בנקודת זמן אחת צריכה לקבוע, או לשקף, את מצבה באחרת - הידועה גם בשם חיזוי.

מדענים עדיין מתלבטים כיצד לפתור את הפרדוקס הזה. "הדבר המדהים בפרדוקס של הוקינג הוא שכל פתרון שלו מחייב אותך לוותר על איזה עיקרון קדוש של הפיזיקה", אמר הארלו. הפתרון של הוקינג היה לוותר על הניבוי, כפי שהואקונן במאמר משנת 1976.

כמה פיזיקאים בודקיםהחוקים סביב התרמודינמיקהלפתור את הפער הזה, וכיצד אנטרופיה משפיעה על מידע קוונטי. קבוצה נוספת של פיזיקאים בוחנת את הלוקאליות, העיקרון לפיו עצמים מושפעים ישירות רק מסביבתם הקרובה. הם מאמינים שניתן לפתור את פרדוקס המידע באמצעות משהו שנקרא- הרעיון שחלקיקים בתוך חור שחור חולקים את מצבם הקוונטי עם חלקיקים מתואמים מחוצה לו.

למרות ההתקדמות בהבנת אידוי החורים השחורים, מסתוריות ממשיכות להיערם. במחקר משנת 2023 בכתב העתמכתבי סקירה פיזית, פאלקה ועמיתיו טענו כי ייתכן שפרדוקס המידע אינו מוגבל לחורים שחורים. על ידי ניסוח מחדש של החישובים של הוקינג, הצוות הציע שלכל העצמים יש את אותה בעיה., ובכך מעמיק את הפאזל.

"יש משהו בעולם שאנחנו לא יכולים להסביר," אמר פאלקה. "אבל, אתה יודע, על ידי יצירת תעלומות נוספות, אנו עשויים למעשה להיות צעד קרוב יותר לפתרון בסופו של דבר."