הפיזיקאי הבריטי המפורסם סטיבן הוקינג שינה את התיאוריות הקודמות שלו ונתן הסבר מניח את הדעת לאופי החורים השחורים.
לא ידוע אם הוקינג צפה בשובר הקופות האחרון של כריסטופר נולאן Interstellar, ואם כן, מה הוא חשב על האפשרות שאב לכוד בחור שחור ישלח הודעות לבתו במרחב ובזמן.
עם זאת, התיאוריה החדשה של הוקינג על חורים שחורים מתייחסת גם ליכולתם של חורים שחורים להתמודד בדרכים חריגות עם מידע ש... נופל.
בינואר 2016, הוקינג שוב עלה לכותרות בכלי התקשורת המובילים בעולם. אחר כך הוא הצהיר שמצא פתרון אפשרי לפרדוקס החור השחור, כלומר. הצליח להסביר כיצד חורים שחורים יכולים למחוק מידע ולאחסן אותו בו זמנית.
עבודתו של הוקינג פורסמה באתר ArXiv.org, ומאפשרת לפיזיקאים אחרים לסקור אותה ולהעיר הערות ביקורתיות. ושישה חודשים לאחר מכן, מבלי להיתקל בהתנגדות רצינית מצד האליטה המדעית בעולם, פורסמה התיאוריה של הוקינג בכתב העת המוסמך Physical Review Letters.
ניסינו לעקוב אחר הלך המחשבה של הוקינג ולהבין מדוע התיאוריה החדשה שלו נחשבת לאירוע בעולם הפיזיקה.
זיכרון נצחי?
רעיונות עדכניים לגבי חורים שחורים נוצרים על בסיס תורת היחסות הכללית של איינשטיין.
על פי אמונות מבוססות, כל מה שחוצה את אופק האירועים בשולי חור שחור נעלם ללא עקבות.
אפילו האור לא יכול להימלט מגורל כזה. זו למעשה הסיבה שחורים שחורים קיבלו את שמם. הרי הם סופגים אור, ואיננו מסוגלים לראותם.
עם זאת, בשנות ה-70, הציע הפיזיקאי הבריטי סטיבן הוקינג שיש משהו שיכול "לברוח" מחור שחור הודות לחוקי מכניקת הקוונטים. המשהו הזה הוא קרינה.
אם ננסה לספר מחדש את תיאוריית הוקינג הזו בשפה פשוטה, נקבל משהו כזה. כאשר חור שחור "בולע" חצי אחד של זוג חלקיקים-אנטי-חלקיקים, החצי השני חוזר לחלל כחלקיק קרינה ולוקח איתו חלקיק קטן מהאנרגיה של החור השחור.
מים שוחקים אבנים, כמו שאומרים
לכן, אפילו יציאה לא משמעותית של אנרגיה יכולה במוקדם או במאוחר להוביל להיעלמות של חור שחור. והעקבות היחיד שלו יהיה הקרינה האלקטרומגנטית שהחור הזה פלט. תופעה זו נקראת "קרינת הוקינג".
הבעיה היא שלפי החישובים של הוקינג, הקרינה אינה יכולה להכיל מידע בעל ערך על מה שהחור השחור "בלע" במהלך קיומו. במילים אחרות, כל המידע אובד לנצח.
והצהרה זו סותרת את רעיונות הפיזיקה המודרנית שתמיד אפשר להחזיר את הזמן אחורה.
לפחות בתיאוריה, כל התהליכים ביקום צריכים להיראות אותו הדבר, ללא קשר אם הזמן נע קדימה או אחורה.
במבט ראשון זה נשמע מוזר. אבל אם משווים את העיקרון הזה לעקרון הפעולה של מחשב מודרני, אז הכל הופך להיות ברור ביותר, מסביר האסטרופיזיקאי דניס אוברבי.
"היקום הוא כמו מחשב-על", הוא אומר. "והוא אמור להיות מסוגל לשמור תיעוד של כל מה שקרה בגבולותיו."
כדוגמה, הוא מביא יומנים ממצלמות מעקב כבישים. הם מכילים תיעוד שאחד מכלי הרכב שעבר היה טנדר ירוק, והשני היה פורשה אדומה. והמידע הזה נשמר הרבה אחרי ששתי המכוניות עזבו זו את זו.
באותו אופן, היקום זוכר שאחד מהחלקיקים מורכב מחומר, והשני - מאנטי-חומר. "ניתן להשמיד חלקיקים, אבל מידע עליהם - על התכונות הפיזיות הבסיסיות שלהם - חייב תמיד להתקיים", מסביר אוברבי.
חורים שחורים מתנגשים עם התיאוריה הבסיסית הזו של מכניקת הקוונטים מכיוון שבדרך כלל מאמינים שהם משמידים לחלוטין את כל המידע.
הסתירה הזו היא בעיה לא רק לאסטרופיזיקה, אלא גם לפיזיקה בכלל.
ועכשיו, הוקינג טוען שמצא פתרון לבעיה.
שיער של זיכרון
ייתכן שיש סוג של הילה סביב חור שחור - זוהר של "שיער" רך שיכול לאחסן מידע, מציע הוקינג.
למעשה, "שיער" הוא מטפורה. הוא מתאר עירורים קוונטיים הנושאים נתונים על כל מה שעבר דרך החור השחור. והעירורים הללו קיימים גם לאחר שהחור השחור עצמו נעלם.
לפי אוברביי, ריגושים אלו מתוארים בקלות רבה כסוג של אנלוגי קוסמי של הרצועות על פני תקליטי ויניל. ה"מסלולים" הללו מתעדים מידע על מה שעבר באופק האירועים ואז נעלם.
לאחר שהעלה השערה זו בינואר 2016, הוקינג הודה בטעות החישובים הקודמים שלו, שעל בסיסם, בזמן מסוים, הוא הניח שחורים שחורים סופגים מידע לנצח.
ההשערה החדשה של הוקינג לגבי "שיער" לא זכתה למבקרים רציניים בחצי השנה שחלפה מאז פרסומו הראשון. החוקרים מציינים שההסבר האלגנטי הזה של פרדוקס המידע נראה סביר למדי.
אם כי לא לגמרי ממצה.
"ההשערה עצמה אינה מספקת פתרון מלא לבעיית אחסון המידע על ידי חורים שחורים", מסביר גארי הורוביץ, פיזיקאי מאוניברסיטת קליפורניה. "יש לבצע חישובים גם עבור שדות כבידה, ולא רק לשדות אלקטרומגנטיים."
הורוביץ גם לא בטוח שה"שערות" האלה מספיקות כדי לאחסן את כל המידע על מה שנפל לחור השחור.
עם זאת, הורוביץ מאמין שעצם הלך המחשבה של הוקינג יכול להוביל לגילוי סוגים חדשים של אחסון מידע ביקום. ובכך, הבעיה של פרדוקס המידע של חורים שחורים תיפתר בסופו של דבר, הוא מציע.
יקום אחר
"חורים שחורים הם לא בתי כלא נצחיים, כפי שחשבו בעבר", אמר הוקינג כשהציג את התיאוריה שלו בינואר. - אם אתה מרגיש שאתה בתוך חור שחור, אל תוותר. יש מוצא".
יש קצת הומור בציטוט הזה, אבל בסך הכל הוא מעלה בראש את הרעיון המרכזי שהוקינג החביא בעבודתו.
אם הרס מידע אפשרי באופן עקרוני, טוען הוקינג, אז ניתן להניח שניתן למחוק מידע על העבר.
לפיכך, אם חורים שחורים באמת יכלו להרוס כל מידע שנופל לתוכם ללא זכר, זה אומר ששוב, באופן תיאורטי בלבד, הם יכולים למחוק חלקים מהעבר.
אבל העבר הוא זה שאומר לנו מי אנחנו. "ללא עבר, נאבד את האינדיבידואליות שלנו", קובע הוקינג.
לכן, תוצאה של ההנחה של "שיער" של חורים שחורים היא ההשערה של יקום חלופי. או שיש הרבה כאלה.
הוקינג מאמין שכל מה שנופל לחור שחור מסתיים בחלל אחר. במקביל, הוקינג משוכנע שחורים שחורים הם כרטיס בכיוון אחד. לא ניתן לחזור ליקום שלנו דרך חור שחור.
במילים פשוטות, על פי התיאוריה של הוקינג, האירועים המוצגים ב-Interstellar לא יכלו להתרחש. לאחר שנפל לחור שחור, הדמות הראשית לא תוכל לשלוח הודעות לבתו בעבר.
"אני נרגש מטיסה לחלל, אבל אני לא מתכוון לטוס לתוך חור שחור", מתבדח הוקינג על חוסר הרחמים של חורים שחורים.
פיזיקאים שמצהירים כי "אין חורים שחורים, לפחות לא במובן שבו אנו מדמיינים אותם", יזכו, במקרה הטוב, למוניטין של... תמהונים. אולי אפילו האות "מ". אבל לסטיבן הוקינג מותר הכל.
בעבודתו החדשה, הפיזיקאי הנודע טוען לצורך לבטל את המושג "אופק האירועים", מרכיב מרכזי בהבנתנו הנוכחית של חורים שחורים. פעם מעבר לגבולותיו ששום דבר, כולל אור, לא יכול לעזוב את החור השחור (BH), שבסופו של דבר מוליד את כל הפרדוקסים הללו כמו אובדן מידע (שנראה כי לא יכול לקרות) ו"קירות אחרים של אֵשׁ."
הוכן מחדשות הטבע. תמונת Splash באדיבות Shutterstock.
אלכסנדר ברזין
24 בינואר 2014
קומפולנטה
| הערות: 0 |
לא, אנחנו לא מדברים על חומה של להבה אמיתית: אין מה לשרוף שם, ואין שום מקום. במקום זאת, חייבת להיות איזושהי "חומת אש" מעבר לאופק האירועים של חור שחור, מעין חומת אש. כי אם זה לא שם, GTR בסכנה.
הסרט התיעודי "קיצור תולדות הזמן" מבוסס על ספר רב המכר המדע הפופולרי באותו שם מאת הפיזיקאי התיאורטי הבריטי סטיבן הוקינג, בו המחבר מתייחס לשאלות: מאיפה בא היקום, איך ולמה הוא נוצר, ומה יהיה סופו, אם בכלל. אבל במאי הסרט, ארול מוריס, לא הגביל את עצמו רק בהצגת תוכן הספר: הסרט נותן תשומת לב רבה לאישיות וליום יום של הוקינג עצמו.
הרעיון של גוף מסיבי שהמשיכה הכבידה שלו כל כך חזקה עד שהמהירות הנדרשת כדי להתגבר על המשיכה הזו (מהירות בריחה שנייה) שווה או גדולה ממהירות האור הוצע לראשונה בשנת 1784 על ידי ג'ון מישל במכתב ששלח ל- החברה המלכותית. המכתב הכיל חישוב שממנו נובע שעבור גוף עם רדיוס של 500 רדיוסי שמש ועם צפיפות השמש, מהירות הבריחה השנייה על פניו תהיה שווה למהירות האור. לפיכך, האור לא יוכל לעזוב את הגוף הזה והוא יהיה בלתי נראה. מישל הציע שיכולים להיות הרבה חפצים בלתי נגישים כאלה בחלל.
סרט תיעודי משנת 2013 על אחד מגדולי המדענים של המאה ה-20, סטיבן הוקינג. הסרט יספר לנו על חייו של האדם המדהים הזה משנות בית הספר שלו ועד היום.
בסוף ינואר 2014 הופיעה באתר arXiv.org הדפסה מקדימה של עבודתו של סטיבן הוקינג, בה הציע לנטוש את המושג אופק אירועים - הגבול הפורמלי של חור שחור, שקיומו צפוי במסגרת המסגרת. של תורת היחסות. זה נעשה על מנת לפתור את מה שמכונה בעיית חומת האש, או "חומת האש", המתעוררת במפגש בין מכניקת הקוונטים ותורת היחסות. הוצע להחליף את אופק האירועים במה שנקרא אופק גלוי.
היקום מלא ברעש גלי כבידה - סופרפוזיציה כאוטית של גלי כבידה הנפלטים במגוון תהליכים לאורך כל חיי היקום. בדרך כלל, את ההשפעה של גלי כבידה מחפשים באמצעות מכשירים מיוחדים רגישים במיוחד, גלאי גלי כבידה. מחברי המחקר החדש נקטו במסלול אחר: הם השתמשו בנתונים מסיסממטרים שנבחרו במיוחד. הם הצליחו להשיג הערכות חדשות לעוצמת רעש גלי הכבידה ביקום, שהן מדויקות פי מיליארד מהקודמים.
שלושה פיזיקאים תיאורטיים מאונטריו פרסמו מאמר ב-Scientific American המסביר שהעולם שלנו עשוי בהחלט להיות פני השטח של חור שחור בארבעה ממדים. ראינו שיש צורך לפרסם הבהרות מתאימות.
ככל שתקופת שינוי הבהירות של כוכב משתנה קפאיד ארוכה יותר, כך הוא פולט יותר אנרגיה.
Ksanfomality L.V.
לקח כמה דורות עד שרעיונות פיזיקליים חדשים נקלטו באופן אורגני על ידי המדע ואז התחילו לשאת פרי (לפעמים, אבוי, כפטריות של פיצוצים תרמו-גרעיניים). ההישגים המדעיים והטכנולוגיים המהפכניים של המחצית השנייה של המאה העשרים התבססו בעיקר על ההתקדמות העצומה בפיזיקה של המצב המוצק, בעיקר מוליכים למחצה. אבל בתחילת המאה החדשה החלו להתרחש אירועים במדע, שהיקףם היה דומה למדי למה שהתרחש בתחילת המאה ה-20. בכנסים בינלאומיים, דיווחים על חדשות קוסמולוגיה מושכים הרבה אנשים. איינשטיין החדש עדיין לא נראה באופק, אבל הדברים הגיעו רחוק מאוד. מאמר זה ידון בתגליות חדשות שהובילו לעדכון עמוק חסר תקדים של רעיונות על היקום שבו אנו חיים.
אפילו אסטרונומים לא תמיד מבינים נכון את התפשטות היקום. בלון מתנפח הוא אנלוגיה ישנה אך טובה להתפשטות היקום. גלקסיות הממוקמות על פני הכדור אינן זזות, אך ככל שהיקום מתרחב, המרחק ביניהן גדל, אך גודל הגלקסיות עצמן אינו גדל.
הכל מסתכם בפרדוקס הידוע של חומת האש של החורים השחורים. המאפיין העיקרי של חור שחור הוא אופק האירועים שלו. אופק האירועים של חור שחור הוא נקודת האל-חזור כאשר מתקרבים אליו. בתורת היחסות הכללית של איינשטיין, אופק אירועים הוא מרחב וזמן שמעוותים כל כך על ידי כוח הכבידה עד שאי אפשר לברוח מהם. חצו את אופק האירועים ואתם לכוד לנצח.
הטבע החד-כיווני הזה של אופק האירועים הוא כבר מזמן בעיה להבנת פיזיקת הכבידה. לדוגמה, נראה כי אופק האירועים של חור שחור מפר את חוקי התרמודינמיקה. אחד מעקרונות התרמודינמיקה קובע ששום דבר לא צריך להיות בטמפרטורת אפס מוחלטת. אפילו דברים קרים מאוד פולטים קצת חום, אבל אם חור שחור סופג אור, הוא לא פולט שום חום. לפיכך, הטמפרטורה של החור השחור היא אפס, וזה לא אפשרי.
ואז בשנת 1974, סטיבן הוקינג הראה שחורים שחורים פולטים אור הודות למכניקת הקוונטים. בתורת הקוונטים יש גבולות למה שניתן לדעת על עצם. לדוגמה, אתה לא יכול לדעת בדיוק את האנרגיה של אובייקט. בגלל חוסר הוודאות הזה, האנרגיה של מערכת יכולה לנוע באופן ספונטני כל עוד הערך הממוצע שלה נשאר קבוע. הוקינג הדגים כי בסמוך לאופק האירועים של חור שחור, זוגות של חלקיקים יכולים להופיע כאשר חלקיק אחד נלכד בתוך אופק האירועים (מפחית מעט את מסת החור השחור) והשני יכול להימלט על ידי פליטת חלק מהאנרגיה של החור השחור.
בעוד שקרינת הוקינג פתרה בעיה אחת עם חורים שחורים, היא יצרה בעיה אחרת, המכונה פרדוקס חומת האש. כאשר חלקיקים קוונטיים מופיעים בזוגות, הם מסתבכים, כלומר, הם מחוברים במובן הקוונטי. אם חלקיק אחד נתפס על ידי חור שחור והשני בורח, אזי ההסתבכות של הזוג נשברת. במכניקת הקוונטים, אפשר לומר שזוג חלקיקים מופיע בצורה טהורה ומקורית, ונראה שאופק האירועים שובר את המצב הזה.
בשנה שעברה הוכח שאם קרינת הוקינג היא בצורתה הטהורה, אז או שהיא לא יכולה להקרין בכיוון הנדרש על ידי התרמודינמיקה, או שהיא תיצור חומת אש של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה ליד פני השטח של אופק האירועים. זה נקרא לעתים קרובות פרדוקס חומת האש מכיוון שלפי תורת היחסות הכללית, אם תתקרב לאופק האירועים של חור שחור, לא תבחין בשום דבר חריג. הרעיון הבסיסי של תורת היחסות הכללית (עקרון השקילות) דורש שאם אתה נפילה חופשית לעבר אופק האירועים, לא צריכה להיות חומת אש חזקה של חלקיקי אנרגיה גבוהה. בעבודתו, הוקינג הציע פתרון לפרדוקס זה בכך שהציע שלחורים שחורים אין אופקי אירועים. במקום זאת, יש להם אופקים גלויים שאינם דורשים התאמה בין חומת האש והתרמודינמיקה. לכן, האמירה "אין חורים שחורים" פופולרית בעיתונות.
אבל פרדוקס חומת האש מתרחש רק עם קרינת הוקינג טהורה, והמחקר של סבין הוזנפלדר מראה שקרינת הוקינג אינה טהורה. במאמרו מראה הוזנפלדר שבמקום זוג חלקיקים מסתבכים, קרינת הוקינג קשורה לשני זוגות כאלה. זוג אחד מסתבך נלכד בחור שחור בעוד השני בורח. התהליך דומה להצעה המקורית של הוקינג, אך חלקיקי הוקינג אינם בצורתם הטהורה.
אז אין פרדוקס. חורים שחורים יכולים לפלוט אור באופן העולה בקנה אחד עם התרמודינמיקה, ובאזור הסמוך לאופק האירועים אין חומה של אש, כמתחייב בתורת היחסות הכללית. בסופו של דבר, ההצעה של הוקינג היא פתרון לבעיה שאינה קיימת.
סטיבן הוקינג הפריך את התיאוריה המסורתית של חורים שחורים
הפיזיקאי המפורסם סטיבן הוקינג פרסם מאמר באתר ספריית אוניברסיטת קורנל (ארה"ב), בו הוא טוען שחורים שחורים בהבנתם הנוכחית אינם קיימים. כך מדווח כתב עת מדעי.
באופן מסורתי מאמינים שכל חור מוקף בגבול בלתי נראה - אופק אירועים, ששום דבר, אפילו לא אור, יכול לעבור אותו. בינתיים, הוקינג מציע להחליף את המונח "אופק אירועים" ב"אופק הגלוי", שלדעתו לוכד רק באופן זמני חומר ואנרגיה, ולאחר מכן הוא משחרר אותם שוב, אם כי בצורה מעוותת. והיעדר אופק אירועים פירושו שלא קיימים חורים שחורים.
סטיבן הוקינג מסביר שלמרות שלפי התיאוריה הקלאסית אין דרך חזרה מחור שחור, אם אתה עוקב אחר תורת הקוונטים, אז אנרגיה ומידע עדיין מסוגלים לעזוב את החור השחור. נכון, הסבר מלא של התהליך ידרוש יצירת תיאוריה של כוח הכבידה הקוונטית המשלבת מכניקת קוונטים ותורת היחסות הכללית, דבר שהפיזיקאים לא הצליחו לעשות כבר מאה שנה. אבל בהתחשב בכך שסטיבן הוקינג הוא אחד היוצרים של תורת החורים השחורים, כדאי לשים לב לתיאוריה שלו, גם אם לא הוכחה באופן מתמטי לחלוטין.
נזכיר שבסוף 2013, מועצת המחקר האירופית הנפיקה מענק של 14 מיליון יורו לצוות הפרויקט של BlackHoleCam, שמטרתו לצלם את התמונות הראשונות בעולם של חור שחור.
http://www.vokrugsveta.ru/news/14791/
סטיבן הוקינג פרסם הדפסה מקדימה של המאמר שלו באתר arXiv.org, שבו הציע הסבר לפרדוקס חומת האש, או "חומת האש". מההסבר עולה שחורים שחורים במובן הקלאסי של המילה אינם קיימים.
לפי הוקינג, עקב הפרעות הנגרמות מהשפעות קוונטיות, אי אפשר באופן עקרוני לקבוע את הגבול המדויק של חור שחור. בוויכוח שתופס רק שני עמודים של טקסט מודפס, הוא מציע להחליף את אופק האירועים במה שמכונה "אופק האירועים לכאורה". האופק הזה מסוגל ללכוד חומר ואנרגיה רק לזמן מה, לא לנצח.
"היעדר אופק אירועים פירושו שלא קיימים חורים שחורים. לפחות במובן של אזורי מרחב שאליהם האור לא יכול לחדור", מסכם הוקינג.
הפיזיקאי דון פייג', שצוטט על ידי נייצ'ר ניוז, מאמין שבתוכניתו של הוקינג, לאורך זמן, האופק הגלוי של חור שחור עשוי להיעלם כליל. כתוצאה מכך, כל מה שהיה בחור כזה ייזרק החוצה.
בעבודתו, הוקינג כותב גם שקרינת החור תהיה כאוטית (במובן המתמטי) בטבע. המשמעות היא שלמרות השימור הבסיסי של המידע, לא ניתן לחלץ אותו מקרינה. בעבודה משווה הפיזיקאי את בעיית חילוץ המידע עם משימת חיזוי מזג האוויר. כאוטיות במקרה זה פירושה תלות כזו של הבעיה בתנאים ההתחלתיים, עד שחוסר הדיוק הקטן ביותר בקביעת התנאים הללו מוביל לפתרונות שונים מהותית לבעיה. הפיזיקאי מודה שטרם נמצא יישום מתמטי קפדני של רעיונותיו.
לפי תורת היחסות, אם החומר מגיע לצפיפות קריטית מסוימת, בהשפעת כוח המשיכה שלו הוא מתמוטט לתוך חור שחור. זהו אזור בחלל שבו כוחות הכבידה כה חזקים שאפילו אור אינו יכול לברוח. החור מופרד משאר היקום על ידי אופק האירועים - מחסום מותנה, חדיר רק בכיוון אחד. במקרה של חור שחור סופר מסיבי ברדיוס גדול מספיק, כוחות הגאות והשפל באופק האירועים חלשים, ויתכן שצופה היפותטי אפילו לא יבחין בחציית הגבול הזה.
בתורת היחסות הקלאסית, חור שחור לא יכול היה לפלוט דבר (אסטרונומים מוצאים חורים, למשל, על ידי קרינת החומר הנופלת עליהם). באמצע המאה ה-20, סטיבן הוקינג גילה שהשפעות קוונטיות ליד אופק האירועים גורמות לחור להקרין בפועל. עם זאת, הספקטרום של קרינה זו התברר כדומה לספקטרום הקרינה של גוף שחור לחלוטין. מבחינת מכניקת הקוונטים, זה אומר שהחור השחור מאבד מידע על מה שהוא ספג. השפעה זו סותרת את ההנחה של שימור מידע (במובן מסוים, הכללה מרחיקת לכת של חוק שימור האנרגיה) והיא נקראת פרדוקס המידע של חורים שחורים.
לפיתוח רעיונותיו של הוקינג ולנסות לפתור את הפרדוקס, הפיזיקאי ג'ו פולצ'ינסקי ועמיתיו ב-2012תיאר את ההשפעה של מה שמכונה "קיר האש". המהות שלו היא ש, וח-עבור מה שנקרא דואליות AdS/CFT (על כך בפירוט בראיון עם Lenta.ru
נאמר על ידי בריאן גרין) במקום אופק האירועים, מה שנקרא"קיר האש" לכאורה הוא אזור עם חלקיקים של אנרגיות ענקיות. תוצאה זו, בתורה, סותרת את תורת היחסות, לפיה אופק האירועים הואזה לא שונה משאר אזורי החלל מבחינה פיזיתאקונוב.
