האם חורים שחורים הם פקעת של מיתרים?
7.3.2004
http://www.hayadan.org.il/stringblackhole.html
ייתכן שחורים שחורים אינם זללני הכבידה החלקים וחסרי המאפיינים, שבולעים כל פיסת חומר או מידע שנקרית בדרכם, אשר להם נחשבו זמן כה רב.
מחקר חדש טוען, כי קיימת אפשרות שמידע ימשיך להתקיים זמן רב לאחר כניסתו לחור שחור, שכן המידע יכול להישמר בסבך ענק של מיתרים, שנמתח ממרכז החור השחור עד לפני השטח שלו. מכאן נובע, שצורתו של החור השחור דומה יותר ל”פקעת מיתרים” מאשר לחור חלק.
“אני חושב שמרבית האנשים ויתרו על הרעיון, שמידע אובד בחור שחור, ברגע שתאוריית המיתרים עלתה למודעות בשנת 1995,” אמר סמיר מאתור, פרופסור לפיסיקה מאוניברסיטת אוהיו ומוביל המחקר. “העניין הוא שאיש לא הצליח להוכיח עד כה, כי המידע נשמר.”
המחקר התפרסם בגיליון האחד במרץ של כתב העת Nuclear Physics B.
מדענים חלוקים בדעתם כבר מספר שנים בנוגע לשאלה האם מידע עדיין קיים בתוך חור שחור. יתרה מזאת, הפיסיקאים המפורסמים סטיבן הוקינג, קיפ תורן וג’ון פרסקיל ערכו התערבות האם מידע נשמר לאחר נפילתו לחור שחור – כלומר האם תוכנו של החור השחור משתנה כתוצאה ממאפייניהם של החלקיקים, שנופלים אליו. המחקר של הוקינג טען, כי לחלקיקים אין כל השפעה על החור השחור, אך התיאוריה שלו מפרה את חוקי מכניקת הקוואנטים ויוצרת סתירה, הידועה בשם “פרדוקס המידע”.
המודל הקלאסי של היווצרות החורים השחורים טוען, כי עצם מסיבי במיוחד, כגון כוכב ענק, קורס ויוצר נקודה קטנטנה של כבידה אינסופית, שנקראת סינגולריות. מסביב לסינגולריות קיים אזור מיוחד בחלל, שנקרא אופק האירועים של החור השחור, שכל עצם שנכנס אליו נופל אל החור השחור ונעלם לעד.
התיאוריה קובעת, שאפילו אור לא יכול להימלט מהחור השחור.
קוטר אופק האירועים תלוי במסת העצם, שיוצר את החור השחור. לדוגמא, אילו הייתה השמש קורסת לסינגולריות, רדיוס אופק האירועים שלה יהיה כשלושה קילומטרים. אילו היה קורס כדור הארץ לסינגולריות, רדיוס אופק האירועים שלו היה כסנטימטר אחד בלבד.
באשר למה שנמצא בין נקודת הסינגולריות וקצה אופק האירועים, מדענים תמיד תארו לעצמם ריק, פשוטו כמשמעו. ללא תלות בחומר ממנו עשויה הסינגולריות, האזור בתוך אופק האירועים היה אמור להיות ריק ונטול כל מבנה שניתן למדוד את תכונותיו.
כאן בדיוק טמונה הבעיה.
“הבעיה בתיאוריה הקלאסית היא שכל שילוב של חומרים היה יכול ליצור את החור השחור – פרוטונים, אלקטרונים, כוכבים, כוכבי לכת, כל דבר – טיב החומר לא משנה. ישנם בוודאי מיליארדי דרכים ליצור חור שחור, אך לפי המודל הקלאסי, כל אפשרות תניב אותה תוצאה ותשאיר את מצבה הסופי של המערכת ללא שינוי,” אמר מאתור.
האחידות הזו מפרה את חוק ההפיכות של מכניקת הקוואנטים, הסביר מאתור. החוק טוען, כי פיסיקאים יכולים לשחזר כל תהליך, כולל התהליך של יצירת חורים שחורים, מתוצריו הסופיים למצבו הראשוני.
אם כל החורים השחורים זהים, לא ניתן להגיע למצבו הראשוני והייחודי של חור שחור בהסתמך על מצבו הנוכחי וכל מידע על החלקיקים, שיצרו את החור השחור, אובד לעד, ברגע שהחור השחור נוצר.
“איש כבר לא תומך בכך היום, אך גם איש עוד לא הצליח למצוא מה שגוי במודל הקלאסי,” אמר מאתור. “כעת יש בידינו הצעה מהו אותו גורם שגוי.”
בשנת 2000 דרגו תיאורטיקנים מתחום תיאורית המיתרים את פרדוקס המידע כמספר שמונה ברשימת הבעיות בפיסיקה שיש לפתור במילניום הבא. הרשימה הזו כללה שאלות כגון “מהו זמן מחצית החיים של הפרוטון?” ו”כיצד יכולה כבידה קוואנטית לסייע בהסבר מקור היקום?”
מאתרו החל לעבוד על פרדוקס המידע בהיותו מרצה זוטר במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס. הוא החל להקדיש לבעיה את מלוא זמנו, לאחר שהצטרף לפקולטה של אוניברסיטת אוהיו ב-2000.
בסיוע אולג לונין, חוקר בשלב הפוסט דוקטורט, חישב מאתור את מבנה העצמים, שגודלם נמצא בין מצבי מיתרים רגילים וחורים שחורים קלאסיים. הוא גילה, שגודלם של העצמים האלה הוא גדול ולא זעיר. לאחרונה, מאתור ושני דוקטורנטים – אשיש סקסנה ויוגש סריבסטבה – מצאו, כי אותו מבנה של פקעת היה תקף גם לעצמים הדומים לחור שחור קלאסי. התוצאות החדשות מופיעות ב-Nuclear Physics B.
תיאוריית המיתרים גורסת, כי כל החלקיקים היסודיים ביקום – פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים – מורכבים מצירופים שונים של מיתרים. ואולם, מאתור מאמין, שהמיתרים, קטנים ככל שיהיו, יכולים ליצור חורים שחורים דרך תופעה, שנקראת מתיחות שולית.
הוא אומר שניתן למתוח מיתרים, ולכל אחד מהם מתיחות מסוימת, בדומה למתיחות של מיתר של גיטרה. בתופעת המתיחות השולית המתיחות קטנה, ככל שמתארך המיתר.
כשם שקל יותר לפרוט על מיתר גיטרה ארוך, קל יותר למתוח כמה מיתרים קוואנטיים מאשר למתוח מיתר בודד, אמר מאתור.
אם כן, כדי ליצור את כל החלקיקים, שמרכיבים עצם גדול כמו חור שחור, יש צורך במיתרים רבים. כאשר מצטרפים יחדיו מיתרים רבים, סבך המיתרים שנוצר אלסטי וגדול מאוד.
כאשר הפיסיקאים מאוניברסיטת אוהיו פיתחו את הנוסחה שלהם לקוטרו של החור השחור, שעשוי ממיתרים, הם גילו, שהנוסחה תואמת לקוטרו של אופק האירועים של החור השחור לפי המודל הקלאסי.
כיוון שלפי השערתו של מאתור המיתרים ממשיכים להתקיים בתוך החור השחור, וטיבם של המיתרים תלוי בחלקיקים, שמרכיבים את החומר ממנו נוצר החור השחור, מכאן נובע שכל חור שחור הוא ייחודי בדיוק כמו הכוכבים, כוכבי הלכת או הגלקסיות שיצרו אותו. כמו כן יהיה ניתן לזהות את המיתרים של החומר, שנכנס לחור השחור לאחר היווצרותו.
משמעות הדבר היא שניתן לשחזר את מהלכו של החור השחור עד למצבו המקורי, והמידע נשמר.
המחלקה לאנרגיה מימנה חלק מהמחקר של מאתור.
קישור לכתבה המקורית ב-Space.com
http://www.space.com/scienceastronomy/fuzzball_blackholes_040301.html
Add Comment