להפריך את קוגלבליצה: גבולות קוונטיים לרסק את תיאוריות החור השחור

חוסר האפשרות של הקוגלבליץ: השפעות קוונטיות אוסרות היווצרות של חורים שחורים מריכוזים גבוהים של אור עז.

חוקרים הגיעו למסקנה שקוגלבליצה, חורים שחורים שנוצרו מאור, הם בלתי אפשריים תיאורטית. ממצא זה נגזר ממודל מתמטי המשלב אפקטים קוונטיים, שחשף כי עוצמת האור הנדרשת עולה בהרבה על זו שנמצאת ביקום. אמנם מאכזב עבור הפיזיקה התיאורטית, אך לגילוי זה יש השלכות עמוקות על הבנת מכניקת הקוונטים ותורת היחסות הכללית.

בשבעת העשורים האחרונים, אסטרופיזיקאים העלו תיאוריה על קיומו של "קוגלבליץ", חורים שחורים הנגרמים מריכוזי אור גבוהים במיוחד.

החורים השחורים המיוחדים הללו, הם שיערו, עשויים להיות קשורים לתופעות אסטרונומיות כמו חומר אפל, ואף הוצעו כמקור הכוח של מנועי חללית היפותטיים בעתיד הרחוק.

ביטול קוגלבליצה: מחקר חדש

עם זאת, מחקר פיזיקה תיאורטי חדש על ידי צוות חוקרים ב- אוניברסיטת ווטרלו ו-Universidad Complutense de Madrid מדגים שקוגלבליצה הם בלתי אפשריים ביקום הנוכחי שלנו.

"החורים השחורים הידועים ביותר הם אלה הנגרמים מריכוזים עצומים של חומר רגיל שמתמוטט תחת כוח המשיכה שלו", אמר אדוארדו מרטין-מרטינס, פרופסור למתמטיקה יישומית ופיזיקה מתמטית ושותפו של המכון ההיקפי לפיזיקה תיאורטית. "מכיוון שבתורת היחסות הכללית של איינשטיין, כל סוג של אנרגיה מתעקל את המרחב-זמן, משערים זמן רב שריכוז עצום של אנרגיה בצורת אור עלול להוביל לקריסה דומה. עם זאת, תחזית זו נעשתה מבלי לקחת בחשבון השפעות קוונטיות".

מגבלות קוונטיות על חורים שחורים המושרים על ידי אור

הצוות בנה מודל מתמטי, תוך התחשבות בהשפעות קוונטיות, שהוכיח שריכוז האור הנדרש ליצירת קוגלבליצה יהיה גדול בעשרות סדרי גודל מזה שנצפה בקוואזרים, העצמים הבהירים ביותר ביקום שלנו.

"הרבה לפני שהצלחת להגיע לעוצמת האור הזו, השפעות קוונטיות מסוימות יתרחשו תחילה", אמר חוסה פולו-גומז, מועמד לדוקטורט במתמטיקה יישומית ומידע קוונטי. "הריכוז החזק הזה של אור יוביל ליצירה ספונטנית של חלקיקים כמו זוגות אלקטרונים-פוזיטרון, שיתרחקו מהר מאוד מהאזור."

למרות שאי אפשר לבדוק את התנאים הדרושים להשגת אפקט כזה על פני כדור הארץ באמצעות הטכנולוגיה הנוכחית, הצוות יכול להיות בטוח ב דיוק מהתחזיות שלהם מכיוון שהם מסתמכים על אותם עקרונות מתמטיים ומדעיים שסורקת טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET).

"דרך להבין את התופעה היא לחשוב על השמדת החומר והאנטי-חומר, כמו מה שקורה במהלך סריקות PET. אלקטרונים, והאנטי-חלקיקים שלהם (פוזיטרון) יכולים להשמיד זה את זה ולהתפרק לזוגות של פוטונים, או 'חלקיקים' קלים", אמר מרטין-מרטינס. "התוצאות שלנו הן תולדה של התופעה שנקראת 'קיטוב ואקום' ואפקט שווינגר, ולמרות שהסברתם בכמה מילים עשויה להיות מאתגרת, דרך מועילה לחשוב עליה היא זו: התופעה שחזינו שתמנע יצירת חורים שחורים מאור דומה במובנים רבים להיפך מתופעת התפוררות החומר-אנטי-חומר המתרחשת בסריקת PET: כאשר יש ריכוז גדול של פוטונים הם יכולים להתפרק לזוגות אלקטרונים-פוזיטרון, שמתפזרים במהירות. לוקחים איתם את האנרגיה ומונעים את קריסת הכבידה"

השלכות על פיזיקה וטכנולוגיות עתידיות

בעוד שאי-אפשרותו של קוגלבליצה עשויה להיות מאכזבת עבור אסטרופיזיקאים, התגלית היא הישג חשוב בסוג המחקר הפיזיקלי הבסיסי המאפשר השותפות בין מתמטיקה שימושית, המכון ההיקפי והמכון למחשוב קוונטי בווטרלו.

"למרות שלתגליות אלה אולי לא היו יישומים ידועים כרגע, אנחנו מניחים את הבסיס לחידושים הטכנולוגיים של צאצאינו", אמר פולו-גומז. "המדע מאחורי מכונות סריקת PET היה פעם תיאורטי באותה מידה, ועכשיו יש אחת בכל בית חולים."

המחקר, "אין חורים שחורים מאור", פורסם ב מכתבי סקירה פיזית.