פריצת דרך ישראלית בחקר היקום: מאמר אקדמי חדש של ד"ר עירא וולפסון מהחלקה להנדסת חשמל במכללה, שפורסם לאחרונה במגזין המדעי היוקרתי Classical and Quantum Gravity מציע חידוש מרעיש לאחת התעלומות הגדולות ביותר. בפיזיקה המודרנית הסוד הגיאומטרי של החורים השחורים. המחקר מצליח לפתור תעלומה שליוותה את עולם המדע במשך יובל, ומסביר בפשטות מספר קבוע ומסתורי שנמצא בלב ליבם של הגופים השמימיים האלה.
עבור רובנו, חורים שחורים נשמעים כמו מדע בדיוני או שם של סרט אקשן הוליוודי, אבל עבור פיזיקאים מדובר במעבדה הטבעית המרתקת ביותר. הגופים האלה כל כך דחוסים, וכוח המשיכה שלהם כל כך חזק, ששום דבר, אפילו לא אור או מידע, לא יכול לברוח מהם ברגע שהוא חוצה את נקודת האל חזור, "אופק האירועים".
כבר בשנות ה-70, הפיזיקאי הישראלי, פרופ' יעקב בקנשטיין הציע ניסוי מחשבתי מעניין: מה קורה אם אנחנו זורקים פתק עם סוד כמוס לתוך חור שחור ? המידע הרי נעלם, אבל בקנשטיין מצא שמצד שני, שטח הפנים של החור השחור גדל. הוא הבין שיש קשר ישיר בין שטח המעטפת של החור השחור לבין כמות המידע שאבדה בו, מושג שנקרא פיזיקלית "אנטרופיה". בעקבותיו הגיע הפיזיקאי המפורסם, פרופ' סטיבן הוקינג, וניסח את המשוואה המדויקת, שבאופן מסתורי מכולם, הציבה במרכז שלה מקדם קבוע אחד: רבע ¼.
במשך יותר מ-50 שנה, מדענים בכל העולם ידעו שהרבע הזה קיים שם והשתמשו בו. הבעיה הייתה שכדי להגיע אליו בחישובים, החוקרים נאלצו להשתמש בתאוריות פיזיקליות מתקדמות ומורכבות מאוד כמו תורת המיתרים או כבידה לולאתית קוונטית, שדורשות הנחות מוקדמות רבות על הרכב החומר שממנו עשוי החור השחור. במילים אחרות: ידענו שהוא שם, אבל לא באמת הבנו למה הוא חייב להיות שם באופן מוחלט.
כאן בדיוק נכנס החידוש של ד"ר וולפסון במאמר שפורסם. ד"ר וולפסון מראה כי המקדם של רבע הוא בכלל לא מקרי, והוא לא דורש תאוריות מורכבות ומסובכות, הוא פשוט תוצאה הכרחית של הגיאומטריה של היקום שבו אנחנו חיים.
המחקר מוכיח כי ביקום כמו שלנו, המורכב משלושה ממדים מרחביים שניתן למדוד בקו ישר (אורך, רוחב וגובה) ומממד זמן יחיד, הגיאומטריה עצמה מכריחה את האנטרופיה של החור השחור להכיל בדיוק את המספר רבע, בלי הנחות מוקדמות ובלי תלות בתאוריה ספציפית כזו או אחרת.
אז למה זה חשוב? ד״ר וולפסון מסביר: ״אמנם מדובר בפיזיקה תאורטית וביסודות היקום, כך שלא מדובר בהמצאה שתשנה לכם את הסמארטפון מחר בבוקר, אבל הערך המדעי של המחקר הוא עצום: הוא מספק עוגן יציב לחוקרים ברחבי העולם. מהיום, כל תאוריה עתידית של כבידה קוונטית, הגביע הקדוש של הפיזיקה המודרנית שמנסה לחבר בין תורת היחסות למכניקת הקוונטים, תהיה חייבת לשחזר את המקדם הגיאומטרי הזה".
המשמעות היא שהגילוי של ד"ר וולפסון הופך למעין "מבחן קבלה" קשוח שיסנן תאוריות מועמדות, ובמקביל מחזק את הגשר שבין שלושה תחומי ענק בפיזיקה: כבידה, תרמודינמיקה ותורת המידע.
בתחילת יולי, הציג ד"ר וולפסון את עבודתו בכנס הבינלאומי לפיזיקה סטטיסטית – SigmaPhi, המתקיים אחת ל-3 שנים בכרתים. בכנס נכחו מדענים בכירים מכל קצוות תבל, כולל זוכה פרס הנובל לשנת 2021, ג'ורג'יו פריזי (Giorgio Parisi).
המחקר הזה לא רק מעמיק את ההבנה שלנו על האופן שבו היקום בנוי, אלא גם פותח צוהר לפתרון שאלות פתוחות ומרתקות כמו "פרדוקס המידע" של החורים השחורים. מסתבר שלפעמים, התשובות לשאלות הכי גדולות ביקום מסתתרות פשוט ברבע אחד קטן.
בצילום העליון: ד"ר עירא וולפסון
באיור: תיאור קונספטואלי של חור שחור – המידע מקודד על אופק האירועים של החור השחור, אך רק רבע ממנו זמין לצופה (ביצוע: מעין הראל)
בתצלום משמאל: ד"ר עירא וולפסון בכנס הבינלאומי שהתקיים ביולי 2026 בכרתים, שבו הצג את ממצאי המחקר