Black holes are among the most destructive objects in the universe. Anything that gets too close to the central singularity of a black hole, be it an asteroid, planet, or star, risks being torn apart by its extreme gravitational field. And if the approaching object happens to cross the black hole’s event horizon, it’ll disappear and never re-emerge, adding to the black hole’s mass and expanding its radius in the process. There is nothing we could throw at a black hole that would do the least bit of damage to it. Even another black hole won’t destroy it– the two will simply merge into a larger black hole, releasing a bit of energy as gravitational waves in the process. By some accounts, it’s possible that the universe may eventually consist entirely of black holes in a very distant future. And yet, there may be a way to destroy, or “evaporate,” these objects after all. If the theory is true, all we need to do is to wait.
חורים שחורים הם מהעצמים הכי הרסניים ביקום. כל מה שמתקרב מדי לסינגולריות המרכזית של חור שחור, אם זה אסטרואיד, פלנטה או כוכב, מסתכנים בלהקרע על ידי השדה הכבידתי העצום שלו. ואם העצם המתקרב חוצה את אופק הארועים של החור השחור, הוא יעלם ולעולם לא יחזור, וכך יוסיף למסה של החור השחור ויגדיל את הרדיוס שלו בתהליך. אין משהו שנוכל לזרוק לתוך חור שחור שיזיק לו בצורה כלשהי. אפילו חור שחור אחר לא ישמיד אותו -- השניים פשוט יתמזגו לחור שחור גדול יותר, וישחררו מעט אנרגיה כגלים כבידתיים בתהליך. לפי כמה הנחות, יכול להיות שהיקום לבסוף יכיל רק חורים שחורים בעתיד המאוד רחוק. ועדיין, אולי יש דרך להשמיד, או "לאדות", את העצמים האלה אחרי הכל. אם התאוריה נכונה, כל מה שאנחנו צריכים לעשות זה לחכות.
In 1974, Stephen Hawking theorized a process that could lead a black hole to gradually lose mass. Hawking radiation, as it came to be known, is based on a well-established phenomenon called quantum fluctuations of the vacuum. According to quantum mechanics, a given point in spacetime fluctuates between multiple possible energy states. These fluctuations are driven by the continuous creation and destruction of virtual particle pairs, which consist of a particle and its oppositely charged antiparticle.
ב 1974, סטיבן הוקינג העלה תאוריה על תהליך שיכול להוביל חור שחור לאבד מסה בסופו של דבר. קרינת הוקינג, כמו שהיא נודעה, מבוססת על תופעה ידועה שנקראת תנודות קוואנטיות בוואקום. לפי מכאניקת הקוואנטים, נקודה נתונה בחלל זמן נעה בין אפשרויות מרובות של מצבי אנרגיה. התנודות האלו מונעות על יצירה והשמדה מתמשכת של זוגות חלקיקים וירטואליים, שכוללים חלקיק והאנטי חלקיק בעל המטען הנגדי.
Normally, the two collide and annihilate each other shortly after appearing, preserving the total energy. But what happens when they appear just at the edge of a black hole’s event horizon? If they’re positioned just right, one of the particles could escape the black hole’s pull while its counterpart falls in. It would then annihilate another oppositely charged particle within the event horizon of the black hole, reducing the black hole’s mass. Meanwhile, to an outside observer, it would look like the black hole had emitted the escaped particle.
בדרך כלל, השניים מתנגשים ומאיינים אחד את השני מייד אחרי הופעתם, שומרים על האנרגיה הכללית. אבל מה קורה כשהם מופיעים בדיוק בקצה אופק הארועים של החור השחור? אם הם ממוקמים ממש נכון, אחד החלקיקים יכול לברוח ממשיכת החור השחור בעוד עמיתו יפול פנימה. הוא יאיין אז חלקיק מנוגד אחר בתוך אופק הארועים של החור השחור, וכך יפחית את מסת החור השחור. בינתיים, למביט מבחוץ, זה יראה כאילו החור השחור פלט את החלקיק שברח.
Thus, unless a black hole continues to absorb additional matter and energy, it’ll evaporate particle by particle, at an excruciatingly slow rate. How slow? A branch of physics, called black hole thermodynamics, gives us an answer.
לכן, אלא אם החור השחור ממשיך לספוג חומר ואנרגיה נוספים, הוא יתאדה חלקיק אחרי חלקיק, בקצב כואב באיטיותו. כמה לאט? ענף של פיזיקה, שנקרא תרמודינמיקת חורים שחורים, נותן את התשובה.
When everyday objects or celestial bodies release energy to their environment, we perceive that as heat, and can use their energy emission to measure their temperature. Black hole thermodynamics suggests that we can similarly define the “temperature” of a black hole. It theorizes that the more massive the black hole, the lower its temperature. The universe’s largest black holes would give off temperatures of the order of 10 to the -17th power Kelvin, very close to absolute zero. Meanwhile, one with the mass of the asteroid Vesta would have a temperature close to 200 degrees Celsius, thus releasing a lot of energy in the form of Hawking Radiation to the cold outside environment. The smaller the black hole, the hotter it seems to be burning– and the sooner it’ll burn out completely.
כשעצמים יום יומיים או גופים שמימיים משחררים אנרגיה לסביבתם, אנחנו חשים זאת כחום, ויכולים להשתמש בפליטת האנרגיה שלהם כדי למדוד את הטמפרטורה שלהם. תרמודינמיקת חורים שחורים מציעה שאנחנו יכולים באופן דומה להגדיר "טמפרטורה" של חורים שחורים. התאוריה אומרת שככל שהחור השחור יותר מסיבי, הטמפרטורה שלו נמוכה יותר. החורים השחורים הכי גדולים ביקום יתנו טמפרטורה בסדר גודל של 10 בחזקת -17 קלווין, ממש קרוב לאפס המוחלט. בינתיים, לאחד עם מסה של האסטרואיד ווסטה תהיה טמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס, ולכן או ישחרר הרבה אנרגיה בצורת קרינת הוקינג לסביבה החיצונית הקרה. ככל שהחור השחור קטן יותר, נראה שהוא בוער חם יותר - וכך הוא יבער לגמרי מהר יותר.
Just how soon? Well, don’t hold your breath. First of all, most black holes accrete, or absorb matter and energy, more quickly than they emit Hawking radiation. But even if a black hole with the mass of our Sun stopped accreting, it would take 10 to the 67th power years– many many magnitudes longer than the current age of the Universe— to fully evaporate. When a black hole reaches about 230 metric tons, it’ll have only one more second to live. In that final second, its event horizon becomes increasingly tiny, until finally releasing all of its energy back into the universe. And while Hawking radiation has never been directly observed, some scientists believe that certain gamma ray flashes detected in the sky are actually traces of the last moments of small, primordial black holes formed at the dawn of time.
כמה מהר? ובכן, אל תחזיקו את הנשימה שלכם. ראשית, רוב החורים השחורים סופחים, או סופגים חומר ואנרגיה, יותר במהירות משהם מפיצים קרינת הוקינג. אבל אפילו אם חור שחור עם מסת השמש יפסיק לספוח, יעברו 10 בחזקת 67 שנים -- בהרבה הרבה יותר רמות מהגיל הנוכחי של היקום -- להתאדות לגמרי. כשחור שחור מגיע לבערך 230 טון מעוקב, תהיה לו רק שניה אחת נוספת לחיות. בשניה האחרונה הזו, אופק הארועים שלו הופך לזעיר בצורה קיצונית, עד שלבסוף ישחרר את כל האנרגיה שלו חזרה ליקום. ובעוד קרינת הוקינג מעולם לא נצפתה ישירות, כמה מדענים מאמינים שמספר הבזקי קרני גמא שזוהו בשמים הם למעשה עקבות של הרגעים האחרונים של חורים שחורים קטנים וקדמוניים שנוצרו בשחר הזמן.
Eventually, in an almost inconceivably distant future, the universe may be left as a cold and dark place. But if Stephen Hawking was right, before that happens, the normally terrifying and otherwise impervious black holes will end their existence in a final blaze of glory.
לבסוף, בעתיד רחוק שכמעט אי אפשר לתפוס, היקום אולי ישאר מקום קר וחושך. אבל אם סטיבן הוקינג צדק, לפני שזה יקרה, החורים השחורים המפחידים והבלתי חדירים בדרך כלל יסיימו את חייהם בהבזק אחרון של תהילה.