חור שחור קוסמולוגי

חור שחור קוסמולוגי, או יקום מסוג שוורצשילד, היא תאוריה מתמטית ופיזיקלית, המתבססת על תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין ומציעה פתרון מתמטי לבעיית הכיוון של הזמן (או חץ הזמן).

בסיס התאוריה

בבסיס התאוריה עומדת תורת היחסות הכללית של איינשטיין, שמציגה את מרחב הזמן הקוסמי, בה החומר אומר למרחב איך להתעקם, ומרחב הזמן העקום אומר לחומר איך לנוע:

$R_{\mu \nu }-{g_{\mu \nu }R \over 2}=8\pi {G \over c^{4}}T_{\mu \nu }$

הפתרון שמציע קרל שוורצשילד מציג מצב בו כמות חומר סופית הנדחסת למרחב קטן בצורה אינסופית (למעשה, הדרישה איננה לאינסוף, אלא למעבר של רדיוס שוורצשילד) יוצר חור שחור במרחב הזמן עצמו.

במאמר ב-Nature משנת 1972 הציע הפיזיקאי קומר פאריה (Kumar Pathria) שאם נדחוס את כל החומר והאנרגיה ביקום הנראה (כולל חומר אפל) לחור שחור, כמות המוערכת בכ-${10}^{53}kg$ (כלומר 1 עם 53 אפסים אחריו), נקבל כי רדיוס שוורצשילד גדול יותר מרדיוס היקום הנראה, כ-46.5 מיליארד שנות אור. למעשה, תאורטית, ניתן לתאר מצב בו היקום הנראה (ואנחנו בתוכו) מצוי בתוך חור שחור עצום, הנמצא בתוך יקום אב גדול בסדרי גודל מהיקום הנראה.

השערת כיוון חץ הזמן

בתוך חורים שחורים ביקום שלנו, הזמן והמרחב מחליפים תפקידים: בעוד ביקום החיצוני לחור השחור הזמן מתקדם כל הזמן מהעבר לעתיד, אך ניתן לנוע בכל כיוון בשלושת ממדי המרחב, בתוך החור השחור ניתן לבחור את כיוון הזמן, אך המרחב מתקדם לעבר הסינגולריות או הרינגולריות (המתמטית) שבמרכז החור השחור (לא מסתובב ומסתובב בהתאמה).

תאורית החור השחור הקוסמולוגי מציעה פתרון לבעיית חץ הזמן, בדמות מצב שבו אם היקום הנראה נמצא בתוך חור שחור עצום, הרי שייתכן כי מרכז החור השחור מצוי בעתיד של כל החומר והאנרגיה המצוי בתוכו, ולכן לזמן יש כיוון ביקום שלנו. התאוריה מציעה למעשה שביקום האב (מחוץ לחור השחור הקוסמולוגי) לזמן אין חץ התקדמות, וניתן לנוע במימד הזמן כפי שנעים אצלנו בממדי המרחב.

חולשת התאוריה

בעוד התאוריה מציעה פתרון מתמטי המבוסס על תורת היחסות הכללית בלבד, היא נחשבת בקרב רוב הקהילה המדעית כתאוריה חלשה ולא רלוונטית, שכן לא ניתן לבצע ניסוי כלשהו שיוכיח לנו (או יפריך לנו) שאנחנו חיים בתוך חור שחור קוסמולוגי. בדומה לבעיות המוכרות האחרות עם המתמטיקה של חורים שחורים, הדרך היחידה, תאורטית, לגלות מה נמצא בתוך החור השחור היא להיכנס לתוכו, אך לא ניתן יהיה להעביר את המידע החוצה בפרק זמן סופי (או לחלופין, לפתח תאוריה של כבידה קוונטית, שאין לנו בשלב זה). באופן מקביל, כדי לדעת האם אנחנו חיים בתוך חור שחור כזה, אנחנו חייבים להביט עליו מבחוץ, אך הדבר אינו אפשרי, שכן לשם כך יש צורך לנוע במהירות גבוהה יותר ממהירות האור.

ישנם מדענים שמנסים להציע ניסוים כאלו, אך נכון ל-2024, לא נמצא ניסוי כזה שעומד במבחן ההוכחה המדעית.