מאז שניסח אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית, נותרו חורים שחורים אחת התופעות המרתקות, הקיצוניות והמסתוריות ביותר ביקום. כעת, פריצת דרך מתמטית-פיזיקלית דרמטית חותמת סוף-סוף את אחד הדיונים הוותיקים ביותר בתחום: האם מספר חורים שחורים יכולים להתקיים יחד במצב של שיווי משקל סטטי (במקומות קבועים יחסית זה לזה, בלי להתקרב, להתמזג או לשנות את תנועתם) ומושלם? התשובה, כפי שהוכח כעת באופן מוחלט, היא לא.
כדי להבין את גודל התגלית, יש לחזור לשנות ה-70 של המאה הקודמת. פיזיקאים דגולים כמו סטיבן הוקינג ודיוויד רובינסון ביססו אז את מה שמכונה "משפטי האין-שיער" (No-Hair Theorems), שם לקבוצה של תוצאות בתורת היחסות הכללית שלפיהן חור שחור יציב ניתן לתיאור באמצעות מספר קטן מאוד של תכונות פיזיקליות, ובראשן המסה והתנע הזוויתי שלו (ובמקרים כלליים יותר גם המטען החשמלי). משפטים אלה קובעים כי חור שחור בודד ויציב הוא עצם "פשוט" יחסית, המאופיין אך ורק במסה שלו ובמהירות הסיבוב שלו (תנע זוויתי).
ניתן לדמיין חור שחור כזה כסביבון קוסמי מושלם המסתובב סביב צירו ללא הפרעה, במצב של שיווי משקל נצחי – מה שמוכר במדע כ"פתרון קר" (Kerr solution), הפתרון המתמטי של משוואות איינשטיין המתאר חור שחור מסתובב, שאינו טעון חשמלית. זהו אחד הפתרונות המרכזיים בתורת היחסות הכללית.
הבנה זו תיארה היטב חור שחור יחיד, אך הולידה שאלה שהעסיקה את הקהילה המדעית במשך חצי מאה: מה קורה כאשר מוצבים מספר חורים שחורים זה מעל זה לאורך אותו ציר סיבוב משותף? האם ייתכן תרחיש שבו שני חורים שחורים (או יותר) מסתובבים סביב אותו הציר בדיוק, תוך שמירה על מרחק קבוע זה מזה לעד במצב שיווי משקל קבוע, מבלי שיימשכו ויתנגשו? במשך עשרות שנים לא עמדה לרשות המדענים הוכחה מתמטית חד-משמעית לשאלה זו.
הדמיית מיזוג חורים שחורים
(הדמיה: LIGO Laboratory/Reuters)
אלברט איינשטיין, אבי תורת היחסות הכללית
(צילום: AP)
כעת, קבוצת חוקרים בינלאומית, וביניהם פרופ' גילברט ויינשטיין מהמחלקה למתמטיקה באוניברסיטת אריאל, הגיעה לפריצת דרך משמעותית ופתרה את התעלומה. "באמצעות ניתוח מתמטי מעמיק של משוואות הוואקום של איינשטיין (משוואות המתארות את הגאומטריה של המרחב-זמן באזורים שבהם אין חומר), הוכחנו את השערת היחידות: לא קיימת קונפיגורציה יציבה וקבועה בזמן של מספר חורים שחורים המיושרים לאורך אותו ציר סיבוב", מסביר פרופ' ויינשטיין.
החוקרים הראו כי ברגע שיש יותר מחור שחור אחד במערכת כזו, הכוחות ביניהם אינם יכולים להתבטל. "לאורך ציר הסיבוב המשותף שמחבר ביניהם פועל תמיד כוח משיכה נטו", מסביר פרופ' ויינשטיין. "המשמעות היא שהם אינם יכולים להישאר 'תלויים' זה מעל זה במצב סטטי של שיווי משקל. כוח הכבידה הבלתי מאוזן ביניהם יגרום בהכרח למערכת להשתנות ולהתפתח דינמית (כגון קריסה הדדית ומיזוג)".
תגלית זו אינה רק פתרון של בעיה מתמטית סבוכה, אלא מהווה אבן דרך בהבנת חוקי היסוד של היקום. היא מוכיחה באופן סופי את אי-היתכנותם של מצבי שיווי משקל כאלה במערכות מרובות חורים שחורים, סוגרת פער משמעותי בחקר תורת היחסות הכללית, ומעמיקה את ההבנה המדעית של הדינמיקה בין העצמים העוצמתיים ביותר בחלל. "התעלומה הוצגה בפניי לראשונה על ידי המנחה שלי לעבודת הדוקטורט, פרופ' דמטריוס כריסטודולו לפני כ-40 שנים. כעת, עם פתרונה מדובר עבורי בסגירת מעגל משמעותית", מסכם פרופ' ויינשטיין.
