ברכות לרוג’ר פנרוז, ריינהרד גנצל ואנדריאה גז על זכייתם בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2020 על תרומתם לביסוס קיומם של חורים שחורים.
חור שחור הוא עצם בעל צפיפות אינסופית של חומר ועקמומיות של מרחב-זמן. חורים שחורים נוצרים בדרך כלל כאשר כוכב מסיבי (לפחות פי עשרה ממסת השמש) נגמר הדלק שלו, והלחץ החיצוני של פיצוצים גרעיניים בתוך הכוכב אינו יכול עוד לפצות על הלחץ הפנימי של הכבידה. כאשר זה קורה, הכוכב קורס בפיצוץ פנומנלי הנקרא סופרנובה. כל החומר של הכוכב מתמוטט אל הסינגולריות—מרכז הכוכב. על פי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, הצפיפות ועקמומיות מרחב-הזמן במרכז הופכות לאינסופיות. בעולם האמיתי, כמובן, לא קיימים אינסופים. זה מרמז שתורת היחסות הכללית אינה שלמה. סביר שהיא תוחלף בתורה קוונטית של כבידה, שתסביר טוב יותר את הפיזיקה של חורים שחורים תוך הימנעות מאינסופים. התכונה הייחודית של חור שחור היא אופק האירועים—כדור של אי-חזרה שממנו שום מסה או אפילו אור לא יכולים לברוח. האחרון הופך כל חור שחור לבלתי נראה. אם היינו שולחים חללית לכיוון חור שחור וממשיכים לצפות בכלי דרך טלסקופ, היא הייתה נראית לנו מאטה כשהיא מתקרבת לחור השחור, ולבסוף קופאת באופק האירועים. החללית הייתה, כמובן, נופלת דרך אופק האירועים ונשאבת אל מרכז החור השחור, אבל כל מה שהיינו רואים הוא התמונה של החללית קפואה לנצח באופק האירועים. זה בגלל שעל פי תורת היחסות הכללית, השדה הכבידתי מאט את הזמן. כשהחללית מתקרבת לחור השחור, מנקודת התצפית שלנו, הזמן מאט עד שהוא “עוצר” באופק האירועים (במסגרת הייחוס של החללית, הזמן זורם כבעבר בעודה חוצה את אופק האירועים).
למרות שנחזו על ידי הפתרון של שוורצשילד למשוואות איינשטיין, עד פנרוז הם נותרו עצמים היפותטיים. במאמרו משנת 1965, הפיזיקאי המתמטי הבריטי סר רוג’ר פנרוז הראה שחורים שחורים אינם פרי דמיונם של תיאורטיקנים, אלא הם יכולים ובאופן צפוי אכן נוצרים בטבע. פנרוז, שהוא ממוצא רוסי-יהודי (סבתא שלו הייתה הפסנתרנית הקונצרטית סוניה נתנסון שעזבה את רוסיה בסוף המאה ה־19), הציג את המושג של “משטח לכוד”. משטח דו-ממדי סגור זה מסיט קרני אור לכיוון מרכז החור השחור. ביחסות הפרטית והכללית, זמן ומרחב מאוחדים לרצף מרחב-זמן ארבע-ממדי. פנרוז הראה שבתוך המשטח הלכוד, זמן ומרחב מחליפים תפקידים—זה הזמן שמראה את הכיוון לכיוון מרכז החור השחור. כתוצאה מכך, בריחה מהחור השחור סבירה כמו נסיעה אחורה בזמן.
אסטרונומים חיפשו זמן רב אחר כל סימן לחורים שחורים. בשנת 1931, קארל יאנסקי זיהה אות רדיו שהגיע מכיוון קבוצת הכוכבים קשת. בשנת 1974, האסטרונומים ברוס באליק ורוברט בראון מצאו עצם בהיר וקומפקטי במרכז הגלקטי, קשת A*. בתחילת שנות ה-2000, האסטרונום הגרמני ריינהרד גנצל ויריבתו האמריקנית, אנדריאה גז עם הצוותים שלהם, עקבו אחר תנועות כוכבים סמוכים.
שני הצוותים זיהו באופן עצמאי כוכב הנקרא S2, שמסלולו עבר קרוב לקשת A* ושמסלולו הצביע על כך שקשת A* יכול להיות רק חור שחור סופר-מסיבי.
חורים שחורים קלאסיים (לא-יחסותיים) הוגו לראשונה כבר במאה השמונה עשרה. בשנת 1783, בהרצאתו בפני החברה המלכותית, האנגלי ג’ון מישל שיער שהאור לא יברח מכוח הכבידה על כוכב לכת גדול מספיק. הוא הסיק, “אם עצם כזה באמת קיים בטבע, האור שלו לעולם לא יוכל להגיע אלינו.” בשנת 1796, המתמטיקאי, הפיזיקאי והאסטרונום הצרפתי פייר-סימון דה לפלס פרסם ספר Exposition du Système du Monde. בספר זה, לפלס, שעקב אחר התיאוריה הקורפוסקולרית של ניוטון לגבי אור, שיער על כוכבים מסיביים שמהם שום אור לא יכול לברוח. הוא קרא לכוכב כזה corps obscur, כלומר, “גוף חשוך”. השערות אלה נשכחו עד שהפיזיקאי הגרמני-יהודי הצעיר קארל שוורצשילד פרסם את הפתרון המדויק שלו למשוואות השדה של איינשטיין עבור כוכב כדורי שחזה חורים שחורים.
העניין שלי בחורים שחורים החל בשנת 1970 כשהייתי בן 13. עדיין לא ידעתי את תורת היחסות הכללית, אבל כבר למדתי את תורת היחסות הפרטית עד אז. החלטתי להשתמש במתמטיקה פשוטה של יחסות פרטית כדי לבנות מודל צעצוע של חורים שחורים. על ידי הנחת הצפיפות המקסימלית של חומר כאינווריאנט השני של התיאוריה (בנוסף למהירות המקסימלית של האור), הצלחתי לחשב את הרדיוס של חור שחור, שבאופן מדהים התאים (בטווח של פקטור 2) לרדיוס שוורצשילד—התוצאה של פתרון שוורצשילד למשוואות היחסות הכללית. מעולם לא פרסמתי תוצאה זו כיוון שחשבתי עליה כמשחק ילדים. רק הרבה יותר מאוחר הבנתי שהייתי על משהו—מה שבעצם בניתי היה גרסה של מה שנקרא תורת היחסות הכפולה-מיוחדת. לפחות אני יכול לישון בשקט בלילה, בלי דאגות שיעירו אותי שיחת טלפון מוקדמת בבוקר משוודיה.
כיוון שהעניינים הנוכחיים שלי נמצאים בצומת של פיזיקה ויהדות, ובפרט במציאת הקבלות מבניות בין השתיים, אני מציע שהמושג הפיזיקלי של חור שחור נרמז בתורת הקבלה של צמצום כפי שמתואר בספרי בהיר, זוהר ועץ חיים. התיאור המפורש ביותר של הצמצום ניתן על ידי רבי חיים ויטאל בשם רבו, האר”י ז”ל, בעץ חיים:
…האין סוף ([אור] אין סוף) צמצם עצמו בנקודה האמצעית שלו במרכז המדויק של אורו…
הצמצום היה אחיד לחלוטין סביב הנקודה האמצעית, כך שהחלל היה עגול אחיד מכל הצדדים…
כאן יש תיאור ברור של התכווצות האור לנקודת סינגולריות—תכונה אופיינית של החור השחור. יתר על כן, העיגול שצייר חיים ויטאל נראה לי כרמז לאופק האירועים. אם זה לא מספיק, הזוהר משתמש במטפורה של נר החושך (בוצינא דקרדנותא) עבור צמצום. בהיר באופן דומה מצטט את הפסוק מאיוב: “ועתה לא ראו אור בהיר הוא בשחקים…” (איוב לז:כא), משתמש בחושך כמטפורה לצמצום. האם בהיר וזוהר רמזו לcorps obscure של פסקל (גוף חשוך) הנקרא כיום חור שחור?
