אופק אירועים

לפי תורת היחסות הכללית, אופק אירועים הוא מעטפת דמיונית המקיפה חור שחור, שאירועים המתרחשים עליה או מעבר לה אינם יכולים להשפיע על צופה חיצוני כלשהו והוא לא יכול להבחין בהם. שום מידע, לרבות אור, הנפלט מצדו הפנימי של אופק האירועים, לא יוכל לעולם להגיע לצופה חיצוני, וכל עצם או קרינה העוברים את אופק האירועים מצד הצופה, לא ייראו שוב, ויתרכזו, בסופו של דבר, בנקודה מסוימת במרחב-זמן.

בהכללה, ניתן להתייחס לאופק אירועים עבור צופה מסוים, כגבול במרחב-זמן, שאירועים המתרחשים עליו או מעבר לו לא יגיעו לעולם אל אותו צופה.

אופק אירועים של חור שחור

לפי התיאור היחסותי, חור שחור הוא עצם שמיימי דחוס עד כדי כך, שחומר וקרינה אינם יכולים להימלט משדה הכבידה שלו. לעיתים מגדירים זאת כאזור בחלל שמהירות הבריחה ממנו גדולה ממהירות האור. הגדרה מדויקת יותר היא שבתוך האופק, כל המסלולים הם דמויי-אור (lightlike), ומכאן - כל המסלולים בקונוס האור בתוך האופק, מתעקמים פנימה, לעבר מרכז החור השחור. מרגע שחלקיק עובר את האופק, התקדמותו אל תוך מרכז החור היא בלתי נמנעת.

המעטפת הדמיונית המוגדרת על ידי רדיוס שוורצשילד מתפקדת כאופק אירועים של גוף לא-מסתובב ברדיוס זה (יש לשים לב שחור שחור מסתובב פועל בצורה שונה במקצת). רדיוס שוורצשילד של עצם מסוים נמצא ביחס ישר למסה שלו. עבור מסת השמש הוא שווה ל-3 קילומטרים בערך, ועבור זו של כדור הארץ – כ-9 מילימטרים. לחור שחור שנוצר מקריסת כוכב בעל מסה הגדולה מגבול צ'נדראסקאר, הגבול התחתון הוא 4 קילומטרים בערך.

אופקי אירועים של חורים שחורים ראויים לציון במיוחד משלוש סיבות: ראשית, קיימות דוגמאות רבות לחורים שחורים, הקרובות דיין על מנת שיתאפשר לחקרן. שנית, חורים שחורים נוטים לספוח חומר מסביבתם, מה שמספק דוגמאות למקום בו חומר העובר אופק אירועים צפוי להראות. שלישית, התיאור של חורים שחורים באמצעות יחסות כללית ידוע כהערכה מקורבת, ומשערים כי תופעות של כבידה קוונטית תהפוכנה למשמעותיות בקרבת אופק אירועים. דבר זה מאפשר להשתמש בעקיפין בתצפיות על חומר בקרבת אופק אירועים של חור שחור, לחקר היחסות הכללית וההרחבות המוצעות שלה.

הגדרה רחבה יותר לאופק אירועים

בעוד שההגדרה הנ"ל לאופק אירועים היא ההגדרה המקובלת יותר, יש המרחיבים את ההגדרה גם מעבר לאופק אירועים של חור שחור (ראו, למשל,). לפי גישה זו, מקבל המונח אופק אירועים משמעות כללית יותר, של גבול במרחב-זמן, מעבר לו אין לאירועים השפעה על צופה חיצוני מסוים. כך, למשל, מבחינת צופה אחד יהיה קיים אופק אירועים, בעוד שמבחינת צופה אחר - לא.

לדוגמה:

דיאגרמת מרחב-זמן המציגה חלקיק הנע בתאוצה קבועה, P, ואירוע E הנמצא מחוץ לאופק האירועים של החלקיק. קונוס האור הבא של האירוע לא נפגש לעולם עם קו העולם של החלקיק.

• האופק החלקיקי של היקום הנראה הוא הגבול המייצג את המרחק המרבי בו אירועים הם בני-צפייה נכון לעכשיו. עבור אירועים מעבר למרחק זה, לאור לא היה מספיק זמן כדי להגיע למיקום שלנו, גם לו נפלט ברגע היווצרות היקום. האופן בו משתנה האופק החלקיקי לאורך זמן תלוי באופי התפשטות היקום. אם ההתפשטות היא בעלת תכונות מתאימות, קיימים חלקים ביקום שלא יהיו לעולם בני-צפייה, ללא כל תלות במשך הזמן במהלכו יחכה הצופה להגעת אור מחלקים אלו. הגבול מעבר לו אירועים לעולם לא יהיו בני-צפייה הוא אופק אירועים, ומייצג את גודלו המרבי של אופק החלקיקים.
• כאשר חלקיק נע בתאוצה קבועה ביקום בלתי-מתפשט, נטול שדות כבידה, הוא מתקרב, אך לעולם לא מגיע, למהירות האור ביחס למערכת היחוס המקורית שלו. דיאגרמת מרחב-זמן של מצב זה ניתן לראות באיור משמאל. בדיאגרמת המרחב-זמן, מסלולו הוא היפרבולה המתקרבת בצורה אסימפטוטית לקו של 45 מעלות (במסלול של קרן אור). אירוע שגבול קונוס האור שלו הוא האסימפטוטה הזאת, או שנמצא רחוק יותר ממנה, לעולם לא יהיה בר-צפייה על ידי החלקיק המאיץ (לא יצטלב בקו העולם של החלקיק). במערכת היחוס של החלקיק, נראה שקיים גבול מאחוריה, ממנו שום אות לא יכול להימלט (אופק אירועים).

אינטראקציה עם אופק אירועים

תפיסה מוטעית הנוגעת לאופקי אירועים, בייחוד לכאלה של חורים שחורים, היא שהם מייצגים משטח בלתי-משתנה אשר משמיד עצמים המתקרבים אליו. למעשה, קיימים מספר מאפיינים המשותפים לכל אופקי האירועים: הם נראים רחוקים במידת מה מכל צופה, ועצמים הנשלחים לכיוונם לעולם לא נראים חוצים אותם מנקודת הראיה של הצופה ששלח אותם (הואיל וקונוס האור של אירוע חציית האופק לא מצטלב לעולם עם קו העולם של הצופה). ניסיון לגרום לעצם המתקרב לאופק אירועים להישאר נייח ביחס לצופה, דורש הפעלת כח בעוצמה ההופכת לאינסופית, ככל שהוא מתקרב לאופק.

במקרה של אופק הנקלט על ידי צופה הנע בתאוצה קבועה בחלל ריק, האופק נראה כאילו הוא נותר במרחק קבוע מהצופה, לא משנה כיצד הסביבה שלו זזה. שינוי תאוצת הצופה יכול לגרום לאופק להראות נע לאורך זמן, או למנוע מאופק אירועים להתקיים, בהתאם לפונקציית התאוצה שנבחרה. הצופה לעולם אינו נוגע באופק, ולעולם לא חוצה את המיקום בו הוא נראה.

במקרה של אופק הנקלט על ידי מי שנמצא ביקום דה-סיטר, האופק נראה תמיד במרחק קבוע מצופה לא-מאיץ. לא ניתן להגיע אליו, גם לא אם הצופה מאיץ.

במקרה של אופק אירועים סביב חור שחור, צופים הנייחים ביחס לעצם רחוק כלשהו, יסכימו ביניהם על מקום המצאו של האופק. אף על פי שנראה כאילו מצב זה מאפשר להוריד צופה באמצעות חבל לכיוון החור השחור, וליצור מגע עם האופק, למעשה, לא ניתן לעשות זאת. אם הצופה מונמך מאוד באטיות, אזי, במערכת היחוס שלו, האופק נראה מאוד רחוק, והוא יזדקק לאורך הולך וגדל של חבל על מנת להגיע אל האופק. אם הוא מונמך במהירות, אזי הצופה, וחלק מהחבל, יוכלו לגעת ואף לחצות את אופק האירועים (של האדם המרוחק, המנמיך את הצופה). אם ימשכו חזרה את החבל כדי לחלץ את הצופה, הכוחות הפועלים לאורך החבל יגברו ללא גבול ככל שיתקרבו לאופק האירועים, ובנקודה מסוימת הוא יהיה חייב להקרע. יתר על כן, הקריעה תהיה חייבת לקרות לא באופק האירועים, אלא בנקודה בה מי שמנמיך את הצופה יוכל לראות את המתרחש.

ניסיון לנעוץ מוט קשיח מבעד לאופק האירועים של החור השחור לא יצלח: אם המוט מונמך באטיות רבה, הוא יהיה תמיד קצר מכדי לגעת באופק, לאור הדחיסה הקיצונית של קואורדינטות המערכת בקרבת קצה המוט. מנקודת מבטו של צופה בקצה (השני) של המוט, אופק האירועים יישאר בלתי ניתן להשגה. אם המוט מונמך במהירות, תופענה אותן בעיות, בדומה לאלה שהופיעו עבור החבל: המוט יהיה חייב להישבר, והשברים יפלו אל תוך החור השחור.

התופעות המוזרות האלה קורות אך ורק בגלל ההנחה שהצופים נייחים ביחס לצופה רחוק כלשהו אחר. צופים הנופלים אל תוך החור השחור נעים ביחס לצופה המרוחק, וכך קולטים את האופק כנמצא במקום אחר, בעודו נסוג לנגד עיניהם, כך שלעולם לא יוכלו להגיע אליו. כוחות גאות ושפל הולכים וגוברים (ופגיעה סופית בסינגולריות הכבידתית של החור השחור), הם התופעות היחידות שניתן להבחין בהן מקומית. על אף שנראה שזה מאפשר לצופה הנופל פנימה לממסר מידע מעצמים הנמצאים מחוץ לאופק האירועים כפי שהוא נקלט אצל הצופים הנופלים, אך בתוך האופק של הצופה המרוחק, בפועל, האופק נסוג במידה קטנה מספיק כך שעד שהצופה הנופל קולט אות כלשהו מתוככי החור, הצופים הנופלים כבר חצו את מה שהצופה המרוחק קלט כאופק, ואירוע הקבלה הזה (וכל ממסור אחר) לא יוכלו להראות על ידי הצופה המרוחק.

מעבר ליחסות הכללית

תיאור אופקי האירועים ביחסות הכללית נחשב כבלתי-שלם. לכשיוגדרו התנאים בהם מתקיימים אופקי אירועים תוך שימוש בתמונה שלמה יותר של הדרך בה עובד היקום, הכוללת את תורת היחסות ואת מכניקת הקוונטים גם יחד, צפויים מאפייני אופקי האירועים להיות שונים מאלה הנחזים באמצעות יחסות כללית בלבד.

נכון לעכשיו, מוערך כי ההשפעה הראשונית של התופעות הקוונטיות היא שאופקי אירועים יהיו בעלי טמפרטורה, וככאלה - יפלטו קרינת גוף שחור. עבור חורים שחורים, באה השפעה זו לידי ביטוי בקרינת הוקינג. השאלה הגדולה יותר - כיצד קיימת טמפרטורה לחור שחור - היא חלק מנושא התרמודינמיקה של חור שחור. עבור חלקיקים מאיצים, באה השפעה זו לידי ביטוי מתבטא באפקט אנרו (Unruh), הגורם למרחב מסביב לחלקיק להראות מלא בחומר ובקרינה.

תיאור מלא של אופקי אירועים יחייב, לכל הפחות, תאוריה של כבידה קוונטית. תאוריה מועמדת אחת שכזאת היא תורת M.

לקריאה נוספת

• סטיבן הוקינג, היקום בקליפת אגוז, ספרית מעריב, 2003.
• Kip Thorne, Black Holes and Time Warps, W. W. Norton, 1994.

קישורים חיצוניים

• הערך "חורים שחורים", באתר אסטרופדיה
• הערך "החור השחור במרכז גלקסיית שביל החלב", באתר אסטרופדיה
• סיינטיפיק אמריקן ישראל, ‏חורים שחורים במחלוקת מחודשת / מייקל מויר, באתר "הידען", 27 ביולי 2014
• אופק אירועים ביחסות פרטית?
• אופק אירועים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)