החומר בחור שחור נמצא מצב יוצא דופן באופן חריג. כדי לראות עד כמה מצבו מוזר, נתחיל ברעיון של מהירות המילוט. טיפול מלא בנושא דורש הפעלת כלים מתורת היחסיות הכללית, אך אנו יכולים לקבל תשובה מקורבת באמצעות כוח הכבידה הניוטוני. מהירות המילוט מגוף שמסתו M ורדיוסו R היא:
v = √(2GM/R)
במשוואה זו G הוא קבוע הכבידה העולמי 6.67 × 10-11 Newton m2kg-2. כאשר M נמדד בקילוגרמים ו- R במטרים, המהירות v תתקבל ביחידות של מטר לשנייה. מהירות המילוט גבוהה יותר עבור עצמים מאסיביים יותר בעלי אותו גודל או עבור גוף קטן יותר בעל אותה מסה – בשני המקרים הצפיפות גבוהה יותר. אם תציבו בנוסחה מספרים המתאימים לכדור הארץ, תקבלו כי מהירות המילוט של כדור הארץ היא בערך 11 ק"מ לשנייה. עבור השמש, מהירות המילוט היא כ- 600 ק"מ לשנייה.
כדי לחשב את גודלו של חור שחור, נקבע את מהירות המילוט כמהירות השווה למהירות האור. כלומר,
v = c = √ (2GM / R). נעלה בריבוע את שני צדדי המשוואה ולאחר ארגון מחדש של המשוואה נקבל:
RS = 2GM/c2.
זהו רדיוס שוורצשילד של חור שחור. בואו נבחן מה נקבל עבור גוף בעל מסת שמש. במקרה זה, M = 2 × 1030 קילוגרמים ו- c = 3 × 108 מטר לשנייה, ולכן
RS = 2 × 6.67 × 10-11 × 2 × 1030 / (3 × 108) 2 = 2960 meter
, או כ- 3 ק"מ. אם דוחסים את השמש לגודל של עיר קטנה יתקבל חור שחור. רדיוס שוורצשילד פרופורציונלי למסה ולכן במקרה של גרעין כוכב מסיבי שגודלו 3 מסות שמש, רדיוס החור השחור הוא 9 ק"מ.
כל גוף יכול להפוך לחור שחור אם יהיה צפוף מספיק. לדוגמא, כדור הארץ היה הופך לחור שחור אם היה נדחס עד לרדיוס של סנטימטר אחד! פלנטת צדק תהיה חור שחור אם המסה שלה הייתה נדחסת למכל שגודלו 6 מטרים. אדם יהיה חור שחור אם יצטופף גודל זעיר השווה 10-25 מטר – קטן בהרבה מגודל פרוטון. אף אחת מהאפשרויות המעניינות הללו לא נמצאה ביקום. ככל הידוע, הטבע יכול ליצור חורים שחורים רק מגופים בגודל כוכב או גופים גדולים יותר.
באדיבות וויקיפדיה
המסה היא תכונה בסיסית של חור שחור והיא גודל פיזיקאלי שניתן למדוד אותו. אילו עוד תכונות יש לחור שחור? כל הכוכבים מסתובבים, ולכן כאשר כוכב מתמוטט ונדחס, התנע הזוויתי שלו נשמר וגורם לכך שקצב הסיבוב יואץ. התנע הזוויתי נמצא ביחס ישר למהירות המסלולית כפול הרדיוס, כך שאם התנע הזוויתי נשמר, אזי המהירות המסלולית חייבת להיות ביחס הפוך לרדיוס. מכיוון שמהירות מסלולית גבוהה יותר משמעותה זמן הקפה קצר יותר, זמן השלמת סיבוב פוחת ביחס ישר לרדיוס כאשר הגוף מתכווץ. השמש משלימה סיבוב בכל 25 יום לערך, והיא בעלת רדיוס של 700,000 ק"מ. כך שאם השמש תתכווץ לגודל של חור שחור ברדיוס 3 ק"מ, היא תשלים סיבוב כל
(3/700,000) × (25 × 24 × 3600) = 9 seconds
אנו יכולים לראות כי סיבוב מהיר מאוד חייב להיות מאפיין של כל כוכב שהופך לחור שחור.
לחור שחור אין תכונות אחרות שאנחנו יכולים למדוד. שימו לב, למשל, כי איננו יכולים לגלות ממה עשוי חור שחור, מכיוון שכל המידע על ההרכב הכימי אבד כאשר החומר נכנס לתוך אופק האירועים. לעובדה שמידע אבד בחור השחור יש תוצאה מסקרנת. ג'ייקוב בקנשטיין וסטיבן הוקינג הראו בשנות השבעים כי חורים שחורים נושאים כמויות אדירות של אנטרופיה. אנטרופיה גבוהה פירושה מצב של אי-סדר גבוה. חורים שחורים הצורכים חומר הם רק דוגמא נוספת לנטייה האוניברסלית לחוסר סדר.
יכול להיות ששמעת ספקולציות לגבי חורים שחורים. מישהו יכול לשרוד טיול לחור שחור? האם חפצים שנעלמים לחורים שחורים מופיעים במקומות אחרים ביקום? מה אנו יכולים לומר על חורי תולעת בחלל? רעיונות אלה הם נושאים לספרים, סרטים ותכניות טלוויזיה, והם מעוררים מחשבה. אבל האמת היא שאין לנו תיאוריה המאפשרת להסביר את מה שקורה מעבר לאופק האירועים של חור שחור. מכיוון שאופק האירועים הוא מחסום מידע, ומכיוון שאין לנו חורים שחורים שאנו יכולים לבחון אותם, איננו יכולים ליישם את עקרונות השיטה המדעית. לעת עתה, עלינו להסתפק בספקולציות.
Author: Chris Impey