האם המציאות, ואנחנו בתוכה, היא למעשה הולוגרמה? האמת מסתתרת בחורים שחורים

פיזיקאים: אלו התופעות המוזרות שמלמדים אותנו שחורים חורים על מבנה היקום.

בועז מזרחי | 13 נובמבר, 2017

הושיטו רגע יד ומששו עצם שמונח לפניכם. מרגישים את המרקם, המסה, התכונות שלו? מששו את עצמכם. מרגישים את הנפח, המבנה התלת ממדי של הגוף? יכול להיות שכל זה הוא מן אשליה קוסמית ואנחנו למעשה הולוגרמה דו-ממדית המוקרנת על מסך שטוח. כמו פיקסלים על צג המחשב, ייתכן שאנחנו לא יותר מפיסות מידע שמאורגנות בסדר מסוים. אם התיאוריה הזו נשמעת לכם מוזרה ומשונה, אתם מוזמנים להפנות שאילתה לחורים שחורים.

למעשה, פיזיקאים עושים משהו לא רחוק במהותו. הם מנסים להבין מה קורה ליד חורים שחורים ובסביבתם, והמסקנות שלהם מבלבלות ומחשמלות בו זמנית. ההתנהגות הביזארית של הגופים השמימיים הללו מציבה באור חדש, ואולי יותר נכון לומר בסוג של אפלה, את מבנה המציאות כפי שהוא נתפס במוחנו. מה הם בעצם חורים שחורים, מה הם עושים ומהן ההשלכות שעשויות להיות להם על היקום? מטבע הדברים מדובר בנושאים מורכבים שחלקם עדיין בגדר השערות ולא מובנים דיים אפילו לפיזיקאים. אנו מתנצלים מראש, אם כן, על הקרבת הדיוק המדעי לצורכי אילוסטרציה.

העולם מסמר השיער של חורים שחורים

עד עכשיו דיברנו על עניינים די שגרתיים במונחים קוסמיים: החלל הוא מבנה שטוח בעל תכונות דינמיות. כלומר, האופי השטוח של המציאות אינו זר למדע למרות שהוא סותר לכאורה את תפיסתנו האינטואיטיבית של עומק ונפח. הסיפור הופך למוזר ממש כשאנו מתחילים לשאול מה זה אומר לגבינו, ומדוע אנו חווים את החיים בתלת-ממד אם המציאות שלנו שטוחה? עתה, כדי לנסות לתת הסבר אפשרי, בואו נלך רחוק יותר, אל הגבול שבין היקום כפי שאנו מכירים אותו ובין המציאות הבלתי אפשרית המתקיימת בתוך חורים שחורים. מציאות בלתי אפשרית היא מינוח פרדוקסלי, אבל במקרה של חורים שחורים זה הולם את הנסיבות, לכל הפחות מהסיבה הפשוטה שאנו לא באמת יודעים מה מתחולל בתוך העצמים המסתוריים הללו.

הגבול בין היקום ובין חורים שחורים נקרא "אופק אירועים". זה החלק האחרון שאנו יכולים לחקור לפני שנכנסים לחור שחור. הכניסה אליו בלתי אפשרית מכיוון שהוא בולע הכול, מהאדם שינסה להיכנס אליו ועד פוטונים של אור שיכולים היו לאפשר לנו להציץ פנימה מרחוק. סרטון אנימציה מטלטל של ערוץ היוטיוב Kurzgesagt – In a Nutshell עורך לנו היכרות עם חורים שחורים, מסביר לנו כיצד הם פועלים ומדוע הפעילות הזו עשויה להעיד כי היקום הוא לא יותר מהקרנה דו-ממדית שאנו חווים כ'אשליה' תלת-ממדית, כמו הולוגרמה.

אז מה זה בעצם חור שחור? על פי תורת היחסות הכללית, ככל שלעצם יש מסה גדולה יותר, כך כוח הכבידה שלו גדול יותר. זו הסיבה שאנחנו נמצאים במסלול סביב השמש, והירח נמצא במסלול סביבנו. חור שחור הוא תופעה קוסמית של ריכוז אדיר של חומר בנקודה זעירה, כך שכוח הכבידה שלו עשוי להגיע לעוצמה אינסופית. כוח מסוג זה יכול לשאוב לתוכו אפילו אור, התופעה בעלת המהירות הגבוהה ביותר הידועה ביקום. מכאן נובעת האפלה שבתוך חורים שחורים. במילים פשוטות אלה בולעני חלל, פה-גדול-אוכל-הכול. החיץ שעוטף את החור השחור הוא אופק האירועים. אפשר לדמיין מעין ספרה שחורה מוקפת במעטה קרינה שכל מה שחוצה את המעטפת נבלע ללא יכולת חזרה. זכרו את אופק האירועים, הוא שחקן ראשי בהצגה הזו.

וכשעצמים נשאבים פנימה, הם מתפרקים למרכיביהם הבסיסיים ביותר. על פי הסרטון, הכוח של חור שחור יכול לקרוע לגזרים כוכבים שלמים, וזו רק ההתחלה. "יש להם תכונה חזקה ואפלה יותר: הם עלולים למחוק את היקום עצמו". כיצד? לחורים שחורים יש תכונה הדומה לסיר מים על האש. כפי שהסיר מאבד נפח נוזלים בצורת התאדות, כך חור שחור מאבד מהמסה שלו בצורת קרינה. חור שחור פולט חלקיקים זעירים של מסה אל השוליים שלו ובכך למעשה משמיד את עצמו בתהליך שבקנה מידה אנושי עשוי להיראות כנצח. אבל במובנים פיזיקליים מדובר בתהליך דטרמיניסטי. הבעיה בתהליך הזה היא שככל הנראה חורים שחורים יהיו העצמים האחרונים שיישארו ביקום. אחרי שכל הכוכבים ימותו יישארו רק הבולענים הללו, וכאשר הם יכלו את עצמם על ידי הקרנת כל המסה שלהם, הם ייקחו איתם אל הקבר הקוסמי את הדבר שאנו לא יכולים לדמיין את ה"יש" בלעדיו – מידע באשר הוא.

שהרי אם חורים שחורים בולעים הכול כולל אור, הכול יאבד בתהום הנשייה עם היעלמותם. אבל אמרנו שהם מקרינים את המסה שלהם החוצה, אז האם היקום באמת יימחק? על מנת לבדוק מה קורה למידע הזה, הסרטון מגדיר עבורנו מהו בכלל מידע. על פי ההסבר, "מידע אינו דבר מוחשי. באופן טיפוסי אנו מבינים אותו כתכונת סידורם של חלקיקים". מידע הוא מה שמבדיל בין יהלום ופחם. שני החומרים מורכבים מאותם אטומים, אלא שהסידור שלהם שונה. למעשה, מידע הוא מה שמבדיל בין דברים, נקודה. זוהי הגדרה חשובה ביותר, כיוון שהיא המפתח להצלת היקום מאובדן בחור שחור. כל החוויות שאי פעם חווינו, כל המציאות, כל ההיסטוריה של כל הדברים כולם – הכול בסופו של דבר מתנקז להבדל בין סידור של אטומים. זה מה שמאפשר להפוך את אותו חומר גלם לגרגר חול וללב חי. על פי הסרטון, "ללא מידע כל דבר ביקום יהיה זהה", והמשמעות היא שלא יהיה דבר, או יותר נכון שעשוי להיות רק דבר אחד.

האם ניתן למחוק את כל המידע משחר ההיסטוריה?

המזל שלנו הוא שמידע קיים, ויותר מזה, "על פי מכניקת הקוונטים הוא בלתי ניתן להריסה". זה מזכיר את חוק שימור האנרגיה – מידע יכול לשנות צורה אבל לעולם לא להיעלם. "למשל, אם תשרפו פיסת נייר תקבלו אפר. הוא לעולם לא ישוב להיות נייר, אבל אם הייתם יכולים לאסוף בזהירות את אחרון אטומי הפחמן שבאפר ולמדוד את המאפיינים המדויקים של העשן והחום שמוקרנים מהאש, תוכלו, בתיאוריה, לשחזר את הנייר". המשמעות היא שבאופן היפותטי אנו מסוגלים להרכיב מחדש את כל המידע שאי פעם התקיים משחר ההיסטוריה, החל מהמפץ הגדול. זאת כמובן בהנחה שיש לנו דרך לאסוף ולמדוד את כל החלקיקים ואת גלי הקרינה שאי פעם גילו פניהם ביקום.

מה שעושים חורים שחורים הוא הניגוד המוחלט למשימה ההיפותטית של שחזור היסטוריית היקום. הם מפרידים כל חומר לחלקיו הבסיסיים, ובכך למעשה "לוקחים דברים שונים והופכים אותם לאותו הדבר". פחם ויהלום שייכנסו לחור שחור ייהפכו לחומר זהה. כוח הכבידה העצום שבמרכז החור השחור תולש את החלקיקים זה מזה, ומבטל את ההגדרה הבסיסית ביותר של דברים. דומה הדבר לקוד מחשב זדוני שעובר על כל התוכנות הקיימות בעולם ומפריד בין האפסים והאחדים. בסופו של דבר, הקוד מפרק גם את האפס והאחד של עצמו והעולם חוזר להיות כפי שהיה טרם המהפכה הדיגיטלית.

אם לחבר את כל הדברים, חורים שחורים שואבים חומר ומפרקים אותו לרכיביו הבסיסיים. בכך הם מוחקים את המידע שביקום. עם התאדותם של החורים השחורים יאבד כל המידע והיקום ייעלם כלא היה. כאן נוצר מה שמכונה פרדוקס המידע. מצד אחד, מכניקת הקוונטים גורסת שמידע לא יכול להיעלם. ומאידך, חורים שחורים מבטלים את המידע. לפרדוקס הזה כמה פתרונות אפשריים. במצב אחד המידע אכן אובד לנצח וללא יכולת שחזור. אם מצב זה נכון, זה מחייב אותנו להתחיל את הפיזיקה שלנו פחות או יותר מאפס. הפתרון השני מדבר על הסתרת המידע. במצב זה המידע נשמר, אך במקום ובאופן שאינם נגישים לנו. מבחינה מעשית אין למידע שום משמעות כיוון שהוא בלתי זמין עבורנו. הדבר היחיד שנותר לנו הוא הידיעה שהמידע קיים. כמו מטבע שנפל לנו לאוקיינוס – אנחנו יודעים שהוא שם, אבל לעולם לא נוכל להגיע אליו (בהנחה שאין ברשותנו ציוד צלילה).

הפתרון המרתק ביותר הוא שלמרות הכול המידע נשמר ואף נגיש. "אנחנו יודעים שחורים שחורים לוכדים מידע ועלולים למחוק אותו אחר כך, אבל אף פעם לא חשבנו מה הם עושים איתו בינתיים. היכן חורים שחורים מאחסנים את המידע שלהם?" חור שחור הוא מסה כל כך דחוסה של חומר, שאין עוד מקום להכניס אליה פירור. ובכל זאת, היא שואבת את כל מה שסביבה. כיצד זה ייתכן? ההסבר לכך הוא שעם כניסת כל פיסת מידע בדמותם של חלקיקים, החור השחור גדל, כדי שיוכל להכיל אותו. והיכן הגדילה הזו מתרחשת? במעטפת. זוכרים את אופק האירועים? אם היינו רוצים להכניס ארגז למחסן מלא על גדותיו, היה עלינו להזיז את הקירות כך שיתפנה מקום נוסף. זה מה שקורה למעטפת החיצונית, לאופק האירועים של חור שחור. "יותר מידע משמעו יותר שטח פנים".

מידע הוא מה שמאפשר לאותו חומר גלם לבוא לידי ביטוי בצורות שונות בתכלית.

היקום הוא מסך שטוח ואנחנו דמויות מרצדות

הנה אלגוריה שממחישה את העניין באופן ציורי יותר: "המידע נצבע על פני השטח [של החור השחור] בדומה למה שקורה כשאנו משליכים אבן לבריכה: לאחר שהאבן שוקעת לקרקעית איננו יכולים לראות אותה יותר, אבל אנו יכולים לספר שמשהו נכנס פנימה על פי האדוות שעל פני הברכה". כל מידע שנכנס לחור השחור מרחיב במעט את אופק האירועים שלו, כל כך מעט שאפשר להכיל יותר מסך כל הידע משחר ההיסטוריה על פני השטח של החור השחור הקטן ביותר. במובן זה, "חורים שחורים הם הכונן הקשיח האולטימטיבי". מה שעושים חורים שחורים לחומר ולחלקיקים הוא מה שעושה קינדל לספרים או אינסטגרם לתמונות. זהו אותו הדבר רק בקידוד שונה.

אם המידע מאוחסן על שטח הפנים של חור שחור, ואנו יודעים שחורים שחורים מקרינים את המסה שלהם דרך פני השטח, המסקנה היא שבאופק האירועים, במעטפת החיצונית הזו, מתקיימת אינטראקציה בין המידע שנבלע על החור השחור ובין היקום החיצוני לו. לקרינה יש אפשרות תיאורטית לשאת את המידע מפני השטח של החור הלאה אל החלל, ובעצם להציל אותו מהתפוגגותו של החור השחור.

אבל לפתרון הזה יש מחיר, והמחיר הזה בא בדמות האופן שבו אנו תופסים את המציאות ואת עצמנו. אם הפתרון לפרדוקס המידע הוא אכן הקרנת המידע דרך פני השטח, זה אומר שקיימת אפשרות שאנו תופעות דו-ממדיות שנוצרו עם אשליה של נפח. למה הכוונה? "אם כל מה שנופל לחור שחור מאוחסן על אופק האירועים שלו, זה בעצם אומר שדברים תלת-ממדיים מקודדים על פנים שטוחים. יש לנו שם לזה – הולוגרמה". חלקנו בוודאי זוכרים את זה מציוד בית הספר, כמו מחברות שעל כריכתן הופיע תמונה תלת-ממדית, או קלמרים שתמונה כזו הופיע על דפנותיהם. זוהי אשליה אופטית, כיוון שלתמונה אין עומק של ממש. בדומה לכך, חור שחור מקודד את המידע התלת-ממדי שבו על משטח דו-ממדי. "אדם שנמצא בתוך החור השחור יחווה את החיים התלת-ממדים הרגילים שלו, אבל מבחינתנו, שנמצאים בחוץ, הוא דימוי שטוח של פני השטח של החור השחור". במילים אחרות, החוויה בתוך חור שחור אינה משתנה עבור האדם שחווה אותה –מבחינתו, הוא חי במציאות תלת-ממדית אך במקביל מקודד על פני משטח. במאמר מוסגר, אנו כותבים 'במקביל' כיוון שהזמן מתעוות בקרבת חור שחור ומשנה את התפיסה בין תוכו וברו.

עד כה חזרנו על הטענה שלפיה חורים שחורים הם עוף מוזר בסביבה הקוסמית, וחוקי הפיזיקה שלהם אינם כפופים למה שמוכר לנו כאן על כדור הארץ. אבל אם נבחן שוב את המשפט הזה, ניאלץ להודות שעדיין מדובר בגופים הנמצאים בסביבה הקוסמית. לפיכך, "גם הם כבולים לאותם חוקים כמו כל דבר אחר". אחרי הכול, הבסיס לפעולתו של חור שחור הוא לא אחר מאשר כוח הכבידה. משמעות אפשרית היא שתופעה שנכונה לחור שחור יכולה בתיאוריה להיות נכונה גם עבור היקום כולו. כאן מגיע התהליך לשיא המוזרות. כפי שמסביר הסרטון, "מאחר שאדם הנמצא בתוך חור שחור לא יבין שהוא מקודד על משטח שטוח, ייתכן שאנו חולקים גורל דומה: ייתכן שאנו למעשה מוקרנים על מסך שטוח בסוף היקום".

המחשבה שאנו תמונות שטוחות עשויה לשמוט את הקרקע מתחת לתפיסת המציאות וחוויית החיים שלנו. בהקשר זה נשאיר אתכם עם הרהור אחרון הנוגע לתפיסת המציאות האנושית. עד לפני כמה מאות שנים (ואפילו היום) הייתה נפוצה האמונה שהעולם שטוח. מובן שלבני האדם אז לא היה גרגר מהידע על היקום שנמצא היום ברשותנו ותפיסתם הייתה אינטואיטיבית. יחד עם זאת, תיאוריית ההולוגרמה של המציאות מעמידה את תפיסת העולם כשטוח באור משעשע. התפיסה שהעולם עגול הייתה בלתי ניתנת לעיכול עבורם, כשם שהיותנו תמונות שטוחות קשה לעיכול עבורנו. אי אפשר שלא לראות את האירוניה שבמחזוריות הזו.

תמונת כותרת: andrey_l / shutterstock