עבור לתוכן
  • צור חשבון
  • מאמר מספר 68 - על חורים שחורים – חלק חמישי שאלות פתוחות, פרדוקסים והסינגולריות


    amiorr

    מאמר מספר 68 - על חורים שחורים – חלק חמישי שאלות פתוחות, פרדוקסים והסינגולריות

    מאת עמי אור

     שאלות פתוחות

    קיימות שתי שאלות פתוחות מפורסמות בנוגע לחורים שחורים. ידוע כי מאחורי כל אופק אירועים נמצאת סינגולריות כבידתית - נקודה (או טבעת שעובייה אפס) במרחב בה הצפיפות היא אינסופית, כיוון שהמסה מרוכזת בנקודה קוונטית אחת. השאלה הראשונה היא שאלת נכונותה של השערת הצנזורה הקוסמית, שלפיה כל סינגולריות מוסתרת מאיתנו על ידי אופק אירועים. השאלה השנייה קשורה למציאת פתרון לפרדוקס השמדת המידע הנובע מכך שחורים שחורים "מתאדים", ובכך לכאורה מושמד עמם המידע הקוונטי של כל מה שספחו לתוכם - מה שסותר את חוקי הפיזיקה.

    מבנה חורים שחורים

    "שטח הפנים" של חור שחור נקרא "אופק אירועים". זהו משטח דמיוני המקיף את המסה של החור השחור. כל מה שנמצא בתוך אופק האירועים, ובכלל זה גם פוטונים, לא רק שאינו יכול להגיע לאופק האירועים אלא שכל מסלול של חלקיק או קרינה, מסתיים בהכרח בסינגולריות שבלב החור השחור. חלקיקים הנמצאים מחוץ לאזור זה יכולים ליפול פנימה ולחצות את אופק האירועים, אך לעולם לא יוכלו לחזור החוצה, ויסיימו את דרכם במרכז החור השחור.

    על פי תורת היחסות הכללית, אופק האירועים הוא אזור שבו המרחב־זמן נמתח לאינסוף, כלומר ביחס לצופה מן החוץ תנועה באזור הזה היא איטית עד אינסוף, ולכן לא ניתן לעבור אותו לעולם (גם פנימה וגם החוצה).

     בניסוח מתמטי, ביחס לקואורדינטות מרחב־זמן של צופה מן החוץ, המטריקה של המרחב נמתחת לאינסוף, וכל עצם (בפרט פוטון) סביב אופק האירועים נראה איטי ומוסח לאדום עד אינסוף.

    מכיוון שאין חלקיקים היכולים לצאת מתוך חור שחור, אין דרך בה צופה מן החוץ יוכל לקבל מידע מחלקו הפנימי של החור השחור. לחורים שחורים אין מאפיינים חיצוניים שבהם ניתן להשתמש כדי להעריך את תוכנם. משפט האין־שיער (וראה הסבר להלן) קובע כי על פי תורת היחסות הכללית, מחוץ לאופק האירועים ניתן למדוד רק שלושה פרמטרים של חורים שחורים: מסה, תנע זוויתי ומטען חשמלי.

     עצמים בשדה כבידה יחושו התארכות זמן. תופעה זו נבדקה בניסויים בלוויינים ועל־פני כדור הארץ בהרבה מאוד ניסויים. קרוב לחור שחור, התארכות הזמן היא משמעותית מאוד. מנקודת ראותו של צופה נייח מבחוץ, נראה שנדרש לגוף זמן אינסופי כדי להגיע אל אופק האירועים, גם אור מוסח לאדום בצורה אינסופית. לצופה מרחוק נדמה שהעצם, הנופל, ייפול יותר ויותר לאט, מתקרב, אך לעולם לא מגיע לאופק האירועים (כלומר, לוקח לו זמן אינסופי כדי להגיע אליו). מנקודת ראותו של הגוף הנופל עצמו, הזמן הנדרש כדי לחצות את אופק האירועים ולהגיע לסינגולריות יהיה סופי.

     הצפיפות המשוערת הממוצעת בתוך רדיוס שוורצשילד קטנה ככל שמסת החור השחור גדלה. לחור שחור שמסתו שווה למסת כדור הארץ תהיה צפיפות ממוצעת של 2×10^30 kg/m3, ואילו לחור שחור על־מסיבי עם מסה של 10^9 מסות שמש, תהיה צפיפות ממוצעת של בערך 20 kg/m3.

    מכיוון שלכדור הארץ יש רדיוס ממוצע של 6371 קילומטרים, יהיה עליו להידחס 4×10^26 פעמים כדי לקרוס ולהפוך לחור שחור.

     הסינגולריות

    במרכזו של אופק האירועים נמצאת "סינגולריות", שם צופה תורת היחסות הכללית את עיקומו האינסופי של המרחב. המרחב־זמן בתוך אופק האירועים הוא יוצא דופן בכך שהסינגולריות היא העתיד האפשרי היחיד, כך שכל החלקיקים בתוך אופק האירועים חייבים לנוע לעברה. במילים אחרות, עצם שנמצא פנימה לאופק האירועים - נגזר גורלו לא רק להישאר בתוך החור השחור, אלא אף להגיע אל הסינגולריות עצמה, שבה הזמן עבורו ייעצר.

     הרחבות או חלופות עתידיות לתורת היחסות הכללית (ובמיוחד הכבידה קוונטית) יצטרכו להתמודד עם סוגיות כדוגמת השערת הצנזורה הקוסמית ולהגדיר את אשר מתרחש בסינגולריות ובסביבתה. ישנם פיזיקאים שמפרשים את קיומה של סינגולריות מתמטית בתוך חור שחור כראייה לכך שהתאוריה הנוכחית אינה שלמה.

     נפילה לחור שחור

    טעות נפוצה היא לחשוב שלא ניתן להימלט מחור שחור מאחר שמהירות ההימלטות ממנו גבוהה ממהירות האור. למעשה עצם יכול להימלט מגוף שמימי (מחוץ לאופק האירועים) אם יפעיל כוח רציף הגדול ממשיכת הגוף השמימי. בתוך אופק האירועים של חור שחור הדבר בלתי אפשרי - משום שהמרחב והזמן מכופפים כך שכל מסלול אפשרי, בכל כיוון שהוא, מוליך לסינגולריות שבמרכז. לשון אחרת, בתוך אופק האירועים בכל כיוון שנביט נראה דבר אחד ויחיד - את הסינגולריות. אין דרך החוצה.

    בגלל אפקט התארכות הזמן, אסטרונאוט שנופל לעבר החור השחור ייראה בעיני צופה מרוחק כאילו הוא מאט את תנועתו, והסחה כבידתית לאדום תגרום לפנס שנמצא בידיו להראות אדום יותר בעיני אותו צופה מרוחק. למעשה, צופה חיצוני לעולם לא יראה את האסטרונאוט חוצה את אופק האירועים, ובשלב מסוים לא ניתן יהיה להבדיל בין האור שעוזב את הפנס ובין קרינת הוקינג של החור השחור. אולם, במערכת הייחוס שלו, יחצה האסטרונאוט הנופל, את אופק האירועים ויגיע לסינגולריות בזמן סופי. מרגע שחצה את אופק האירועים, בלתי אפשרי לצפות באסטרונאוט מן החוץ.

    ככל שהוא יתקרב לסינגולריות, כך הפרשי הכבידה בין חלק גופו הקרוב לסינגולריות ובין חלק הגוף הרחוק יותר (כוחות גאות) יהפכו למוחשיים יותר, והוא יימתח ולבסוף ייקרע, בתהליך הידוע בשם ספגטיפיקציה. בקרבת הסינגולריות, הפרשי הכוחות נעשים חזקים מספיק כדי שהגוף יתפרק לאטומים, ואחר־כך אפילו לחלקיקים יסודיים. הנקודה בה הפרשי הכוחות הללו הופכים משמעותיים תלויה בגודלו של החור השחור. בחורים שחורים על־מסיביים, אשר נמצאים במרכזי גלקסיות, נקודה זו נמצאת הרחק בתוך אופק האירועים, כך שהאסטרונאוט עשוי לחצות את אופק האירועים ללא פגע. לעומת זאת, בחור שחור כוכבי, הפרשים אלו הופכים למשמעותיים עוד לפני ההגעה לאופק האירועים.

    המאמר הבא: מאמר 69 – חורים שחורים המשך

    מבנה של חור שחור מסתובב. מסביב לאופק האירועים קיים אזור הקרוי ארגוספירה שבו גופים חייבים להסתובב עקב גרירת המרחב(frame dragging) על ידי סיבוב החור.png

    עידוש כבידתי.jpg

    איור המתאר חור שחור ומסביבו דיסקת ספיחה. המעטפת של החור השחור קרויה אופק אירועים.jpg

    אילוסטרציה של זוג כוכבים האחד חור שחור הסופח אליו חומר מבן הזוג כוכב  בסדרה הראשית.png

    הורדה.jpg

    הסילון היוצא ממרכז הגלקסיה M87. מקורו בדיסקת הספיחה של החור השחור העל־מסיבי במרכז הגלקסיה.jpg

    זוהי תמונת החור השחור הראשונה בתולדות האנושות צולמה באמצעות גלי מיקרו בתדר של כ 2 טרה־הרץ  על ידי רשת הרדיו-טלסקופים אופק האירועים ב־2017, עובדה ופורסמה ב 10 באפריל.jpg


    תגובות משתמשים

    תגובה מומלצת

    עדיין לא נוספו תגובות.



    הצטרף לשיחה

    אתה יכול לכתוב עכשיו ולהרשם אחר כך אם יש לכם חשבון הכנס עכשיו בשביל לכתוב מהחשבון שלך

    אורח
    Add a comment...

    ×   הודבק כטקסט מיוחד.   הדבק כטקסט רגיל

      Only 75 emoji are allowed.

    ×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

    ×   התוכן הקודם שלך שוחזר .   נקה

    ×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.


  • פעילות אחרונה

    1. 5

      שאלות בסיסיות - אסטרופוטוגרפיה

    2. 4

      פלטפורמה משוונית - סיום פרוייקט, וחלוקת התוכניות לכולם

    3. 4

      פלטפורמה משוונית - סיום פרוייקט, וחלוקת התוכניות לכולם

×
×
  • צור חדש...

Important Information