גילוי של חוקר ישראלי עשוי לשפוך אור על אחת התעלומות הגדולות בפיזיקה המודרנית: מאמר אקדמי של ד"ר עירא וולפסון מהמכללה האקדמית להנדסה בראודה, שפורסם לאחרונה במגזין המדעי Classical and Quantum Gravity, מציע חידוש מרעיש לאחת התעלומות הגדולות ביותר בפיזיקה המודרנית - הסוד הגיאומטרי של החורים השחורים. המחקר מצליח לפתור תעלומה שליוותה את עולם המדע במשך יובל, ומסביר בפשטות מספר קבוע ומסתורי שנמצא בלב ליבם של הגופים השמימיים האלה.
כבר בשנות ה-70 של המאה הקודמת, הפיזיקאי הישראלי פרופ' יעקב בקנשטיין הציע ניסוי מחשבתי מעניין: מה קורה אם אנחנו זורקים פתק עם סוד כמוס לתוך חור שחור? המידע הרי נעלם, אבל בקנשטיין מצא שמצד שני, שטח הפנים של החור השחור גדל. הוא הבין שיש קשר ישיר בין שטח המעטפת של החור השחור לבין כמות המידע שאבדה בו, מושג שנקרא פיזיקלית "אנטרופיה". בעקבותיו הגיע הפיזיקאי המפורסם סטיבן הוקינג וניסח את המשוואה המדויקת, שבאופן מסתורי מכולם, הציבה במרכז שלה מקדם קבוע אחד: רבע.
במשך יותר מ-50 שנה, מדענים בכל העולם ידעו שהרבע הזה קיים שם והשתמשו בו. הבעיה הייתה שכדי להגיע אליו בחישובים, החוקרים נאלצו להשתמש בתאוריות פיזיקליות מתקדמות ומורכבות מאוד כמו תורת המיתרים או כבידה לולאתית קוונטית, שדורשות הנחות מוקדמות רבות על הרכב החומר שממנו עשוי החור השחור. כלומר, ידענו שהוא שם, אבל לא באמת הבנו למה הוא חייב להיות שם באופן מוחלט.
כאן בדיוק נכנס החידוש של ד"ר וולפסון במאמר שפורסם. ד"ר וולפסון מראה כי המקדם של רבע הוא בכלל לא מקרי, והוא לא דורש תאוריות מורכבות ומסובכות, הוא פשוט תוצאה הכרחית של הגיאומטריה של היקום שבו אנחנו חיים.
ד"ר עירא וולפסון
(צילום: אילון פרת)
המחקר מוכיח כי ביקום כמו שלנו, המורכב משלושה ממדים מרחביים שניתן למדוד בקו ישר (אורך, רוחב וגובה) ומממד זמן יחיד הגיאומטריה עצמה מכריחה את האנטרופיה של החור השחור להכיל בדיוק את המספר רבע, בלי הנחות מוקדמות ובלי תלות בתאוריה ספציפית כזו או אחרת.
ד"ר וולפסון הסביר על חשיבות הגילוי: "אמנם מדובר בפיזיקה תאורטית וביסודות היקום, כך שלא מדובר בהמצאה שתשנה לכם את הסמארטפון מחר בבוקר. אבל הערך המדעי של המחקר הוא עצום: הוא מספק עוגן יציב לחוקרים ברחבי העולם".
הוא הוסיף כי "מהיום, כל תאוריה עתידית של כבידה קוונטית, הגביע הקדוש של הפיזיקה המודרנית שמנסה לחבר בין תורת היחסות למכניקת הקוונטים, תהיה חייבת לשחזר את המקדם הגיאומטרי הזה. המשמעות היא שהגילוי הופך למעין 'מבחן קבלה' קשוח שיסנן תאוריות מועמדות, ובמקביל מחזק את הגשר שבין שלושה תחומי ענק בפיזיקה: כבידה, תרמודינמיקה ותורת המידע. המחקר הזה לא רק מעמיק את ההבנה שלנו על האופן שבו היקום בנוי, אלא גם פותח צוהר לפתרון שאלות פתוחות ומרתקות כמו 'פרדוקס המידע' של החורים השחורים. מסתבר שלפעמים, התשובות לשאלות הכי גדולות ביקום מסתתרות פשוט ברבע אחד קטן".
