מה יותר סופי מחור שחור, חור ששואב כל דבר שבקרבתו? חורים שחורים הם תופעה מעניינת. אז איך למעשה הם נוצרים ולמה? מאת: איילה זאבי מכיתה יב'4
גרביטציה היא כוח משיכה אוניברסלי, שגורם לגופים בעלי מסה להמשך זה לזה. משמעות הדבר היא שבמערכות פיזיקליות שונות, החל מכוכבים בסוף חייהם, כשנפסק ההיתוך הגרעיני שבלבתם, ועד לענני גז שקורסים תחת המשקל של הגרביטציה העצמית שלהם, נקודת סיום טבעית של מחזור חיי הכוכב יכולה להיות התפתחות של חור שחור. חור שחור הוא למעשה אובייקט שבו יש חומר שארוז בצפיפות כל כך גדולה, שאפילו אור לא יכול לברוח ממשיכתה של הגרביטציה בפני השטח שלו, הנקראים אופק האירועים. חורים שחורים הם מסתוריים ושכיחים – בשביל החלב שלנו יש חור שחור ענק במרכז. אז מה הם בעצם חורים שחורים?
מושג שקשור לנושא הוא אנתרופיה. אנתרופיה במערכת פיזיקלית היא מדד לכמות הבלגן או האקראיות שמאפיינת את המערכת. למערכות שנמצאות במצבים מיוחדים מאוד – כמעט לכל מערך של חומר נורמלי בטמפרטורות נמוכות מאוד יש גם אנתרופיה נמוכה. הסיבה לכך היא שלרכיבי המערכת אין ברירה אלא להיות איפה שהם. בטמפרטורה נמוכה, בתוך גוש של חומר כל אטום יושב במקום שממזער את האנרגיה של המערכת. ניתן לדמות זאת לחדר נקי מאוד, שבו כל פיסת ביגוד מקופלת ונמצאת במקומה. בניגוד לכך, לחומר בטמפרטורה גבוהה, או בדוגמא שלנו - לחדר מבולגן, יש אנתרופיה גבוהה. כשמדובר בחומר חם, אטומים יכולים לעוף לכל כיוון. בחדר שינה מבולגן, חולצות ומכנסיים יכולים להיות בכל פינה בחדר. האנתרופיה של מערכת מוגדרת כלוגריתם של מספר המערכים האפשריים של הרכיבים שלה (אטומים עבור חומר, או חולצות ומכנסיים עבור חדר מבולגן) שהיו נראים אותו הדבר, עבור צופה מזדמן.
עבור אובייקטים רגילים שנמצאים סביבנו כמו שולחנות, חדרים, או פיסות עופרת, לא מפתיע שאפשר לשייך למערכת אנתרופיה. אנו יודעים ממה המערכות האלה בנויות, וכיצד לספור את המערכים של הרכיבים שמרכיבים אותן. להפתעתם הרבה של פיזיקאים תיאורטיים, התגלה בתחילת שנות ה-70 של המאה הקודמת כי לרשימת המערכות השכיחות האלה בעלות אנתרופיה, אפשר להוסיף גם חורים שחורים.
מהו בעצם חור שחור? דמיינו שאתם לוקחים גוש של חומר עם מסה מסוימת ומועכים אותו. תיאוריית הכבידה של איינשטיין אומרת שכשאתם מועכים את החומר לאזור מספיק קטן בחלל, האובייקט יהפוך למשהו מסוג חדש, חור שחור. חור שחור הוא גוש של חומר דחוס כל כך שאפילו אור לא יכול לברוח מפני השטח שלו, או מאופק האירועים (פני השטח של חור שחור). אפילו קרן אור לא יכולה לברוח מחור שחור, והיא נעה במהירות הגבוהה ביותר הידועה כיום. לכן, מה שמתרחש בתוך חור שחור הוא עדיין תעלומה.
איך נוצרים חורים שחורים? יש כמה דרכים להיווצרות חור שחור. ככל הנראה אחת מהן היא כתוצאה מקריסה של כוכב מאוד מסיבי בשלבי חייו האחרונים. בשלבים אלו נפסק ההיתוך הגרעיני בליבת הכוכב, והיא קורסת. כיום יש תיאוריות שונות שמסבירות את אופן היווצרותם של חורים שחורים כאשר כוכב מסיבי מאוד מת. ברוב המקרים, תגרום קריסת הליבה להתפוצצות גדולה מאוד, שקוראים לה סופר-נובה, וליצירתו של כוכב נויטרונים. בכל זאת, יש הסבורים שלעתים מסת הכוכב כה גדולה וכוחות הכבידה שלו כה אדירים, עד כדי שקריסת הליבה לא מסוגלת להעיף את הכוכב, ובמקום שתתרחש סופר-נובה – נוצר חור שחור.
קיימים חורים שחורים ענקיים, שהמסה שלהם גדולה מהמסה של השמש שלנו פי מאות מיליונים ואפילו פי מיליארדים. חורים שחורים אלה מצויים במרכזי גלקסיות. החורים האלה בולעים כוכבים שנמצאים בקרבתם. חלק מהחומר הנופל לאותם חורים שחורים מגיע לטמפרטורה של מיליוני מעלות ופולט אנרגיה חזקה כל כך, שבאמצעותה אנחנו מצליחים לאתר את אותם חורים שחורים ענקיים.
זמן הוא מושג פשוט וברור בחיי היום-יום שלנו. יש לנו עבר, הווה ועתיד, ונדמה לנו שאנחנו יודעים טוב מאוד להגדיר את היחס ביניהם, מה היה קודם, מה משפיע על מה... אבל אנחנו טועים. המהפכה שהוביל איינשטיין כשפרסם את תורת היחסות, הראתה שזמן הוא דבר יחסי. הוא מושפע בין היתר מהמהירות שבה נמצא הגוף, ומכוחות הכבידה הפועלים עליו. ככל שגוף נתון לכבידה חזקה יותר, הזמן שלו נע לאט יותר. חור שחור הוא בעל כוח כבידה כל כך גדול, עד שהוא מעקם את עצם המרחב סביבו. אחת ההשלכות של כך היא שאם יכולנו להתקרב לגבול של חור שחור, הזמן שלנו היה נע יותר ויותר לאט. אם היינו מגיעים ממש לגבול של החור השחור – הזמן היה עוצר מלכת, ומי שהיה צופה בנו מהצד היה רואה אותנו קפואים בזמן.
לסיכום, סוף הוא משהו שתמיד קיים. בחיים שלנו יש הרבה סופים, בין אם הם מוחלטים ובין אם פחות מוחלטים. אחד הדברים הכי מפחידים בסופים הוא הלא נודע, חורים שחורים הם דוגמה מצוינת לכך. אנחנו עדיין לא יודעים מה קורה בתוך חור שחור, כמו שאנחנו גם לא יודעים מה יקרה אחרי סוף של משהו שקורה לנו. נשאר לנו עוד הרבה לחקור ולבדוק על חורים שחורים, ובחיים שלנו נעבור עוד הרבה סופים. אבל חשוב לזכור, שבסופו של דבר, שכל סוף הוא גם התחלה חדשה.