Takže se chystáte skočit do černé díry. Co by vás mohlo čekat - i přes všechny šance - nějak přežijete? Kde bys skončil a jaké dráždivé příběhy bys byl schopen znovuzískat, kdyby se ti podařilo vyklouznout zpět?
Jednoduchá odpověď na všechny tyto otázky je, jak vysvětluje profesor Richard Massey, „Kdo ví?“ Jako výzkumný pracovník Královské společnosti na Institutu pro výpočetní kosmetiku na Durhamské univerzitě si Massey plně uvědomuje, že tajemství černých děr se šíří hluboko. „Propad horizontem události doslova prochází za závojem - jakmile někdo za něj spadne, nikdo nikdy nemůže poslat zprávu zpět,“ řekl. "Byli by roztrháni obrovskou gravitací na kusy, takže pochybuji, že by kdokoli, kdo by propadl, se dostal kamkoli."
Pokud to zní jako neuspokojivá - a bolestivá - odpověď, pak se dá očekávat. Od té doby, co byla všeobecná teorie relativity Alberta Einsteina považována za předpovídanou černé díry spojením časoprostoru s působením gravitace, bylo známo, že černé díry jsou důsledkem smrti obrovské hvězdy zanechávající malé, husté zbytkové jádro. Za předpokladu, že toto jádro má více než zhruba trojnásobek hmotnosti Slunce, gravitace by se přemohla natolik, že by se sama o sobě dostala do jediného bodu nebo singularity, chápané jako nekonečně husté jádro černé díry.
Výsledná neobyvatelná černá díra by měla tak silný gravitační tah, že by se jí nemohlo vyhnout ani světlo. Pokud se tedy ocitnete na horizontu události - v okamžiku, kdy světlo a hmota mohou projít pouze dovnitř, jak navrhuje německý astronom Karl Schwarzschild - není úniku. Podle Masseyho by přílivové síly redukovaly vaše tělo na prameny atomů (nebo „spaghettifikaci“, jak je také známo) a předmět nakonec skončil rozdrcen v singularitě. Myšlenka, že byste někde mohli vyskočit - možná na druhé straně - se zdá být naprosto fantastická.
A co červí díra?
Nebo je to? V průběhu let vědci zkoumali možnost, že by černé díry mohly být červí díry pro jiné galaxie. Mohou být dokonce, jak někteří navrhli, cestou do jiného vesmíru.
Taková myšlenka se už nějakou dobu vznáší: Einstein se spojil s Nathanem Rosenem na teoretických mostech, které spojují dva různé body v časoprostoru v roce 1935. Ale v 80. letech 20. století získal fyzickou pomoc nový fyzik Kip Thorne - jeden ze světových přední odborníci na astrofyzikální důsledky Einsteinovy obecné teorie relativity - vyvolali diskusi o tom, zda je mohou objekty fyzicky cestovat.
"Čtení populární knihy Kip Thorne o červích dírách je to, co mě poprvé jako dítě nadchlo fyzikou," řekl Massey. Nezdá se však pravděpodobné, že by existovaly červí díry.
Thorne, který poskytl své odborné rady produkčnímu týmu pro hollywoodský film Interstellar, napsal: „V našem vesmíru nevidíme žádné předměty, které by se mohly stárnout červy,“ ve své knize „Věda mezihvězd“ (WW Norton) and Company, 2014). Thorne řekl Space.com, že cesty skrze tyto teoretické tunely by s největší pravděpodobností zůstaly sci-fi, a neexistuje žádný jasný důkaz, že by černá díra mohla takový průchod umožnit.
Problém je však v tom, že se nemůžeme přiblížit, abychom se sami přesvědčili. Proč nemůžeme pořídit ani fotografie všeho, co se děje uvnitř černé díry - pokud světlo nemůže uniknout jejich obrovské gravitaci, nemůže být fotoaparátem zachyceno nic. Jak to stojí, teorie naznačuje, že cokoli, co přesahuje horizont události, se jednoduše přidá k černé díře a navíc, protože čas se zkresluje blízko této hranice, bude se to zdát neuvěřitelně pomalu, takže odpovědi nebudou rychle blížící se.
„Myslím, že standardní příběh je, že vedou ke konci času,“ řekl Douglas Finkbeiner, profesor astronomie a fyziky na Harvardské univerzitě. „Pozorovatel daleko neuvidí, že jejich astronautský přítel spadne do černé díry. Když se přiblíží k horizontu události, jen se začnou červenat a mdlobí. Ale přítel padne přímo na místo za„ navždy “. Cokoli to znamená. “
Možná černá díra vede k bílé díře
Pokud by černé díry vedly k jiné části galaxie nebo jinému vesmíru, na druhé straně by muselo být něco proti nim. Mohla by to být bílá díra - teorie předložená ruským kosmologem Igorem Novikovem v roce 1964? Novikov navrhl, aby černá díra byla napojena na bílou díru, která existuje v minulosti. Na rozdíl od černé díry bílá díra umožní světlo a hmotu opustit, ale světlo a hmota nebudou moci vstoupit.
Vědci pokračovali ve zkoumání možného spojení mezi černými a bílými dírami. Ve své studii z roku 2014 zveřejněné v časopise Physical Review D fyzici Carlo Rovelli a Hal M. Haggard prohlašovali, že „existuje klasická metrika, která splňuje Einsteinovy rovnice mimo konečnou časoprostorovou oblast, kde se hmota zhroutí do černé díry a poté se vynoří z na chvíli díra. “ Jinými slovy, všechny hmotné černé díry, které spolkly, by mohly být vyčištěny a černé díry se mohou stát, když zemřou, bílé díry.
Kolaps černé díry by se zastavil, aby ničil informace, které absorbuje. Místo toho by to mělo za následek kvantové odrazy, které umožní úniku informací. Pokud by tomu tak bylo, objasnilo by to návrh bývalého kosmologa a teoretického fyzika Cambridge University Stephena Hawkinga, který v sedmdesátých letech prozkoumal možnost, že černé díry emitují částice a záření - tepelné teplo - v důsledku kvantových fluktuací. .
„Hawking řekl, že černá díra netrvá věčně,“ řekl Finkbeiner. Hawking spočítal, že záření způsobí, že černá díra ztratí energii, zmenší se a zmizí, jak je popsáno v jeho dokumentu z roku 1976 publikovaném v Physical Review D. Vzhledem k jeho tvrzením, že vyzařované záření by bylo náhodné a neobsahovalo by žádné informace o tom, co spadlo, černá díra po jejím výbuchu vymaže spoustu informací.
To znamenalo, že Hawkingův nápad byl v rozporu s kvantovou teorií, která říká, že informace nelze zničit. Informace o fyzice uvádí, že informace jsou stále obtížnější najít, protože, pokud se ztratí, nebude možné poznat minulost nebo budoucnost. Hawkingova myšlenka vedla k „paradoxu informací o černé díře“ a má dlouho zmatené vědce. Někteří říkali, že Hawking se prostě mýlil, a sám muž dokonce prohlásil, že udělal chybu během vědecké konference v Dublinu v roce 2004.
Vracíme se tedy k konceptu černých děr, které emitují konzervované informace a vyhodí je zpět přes bílou díru? Možná. Ve své studii z roku 2013 zveřejněné v dopisech Physical Review Letters, Jorge Pullin na Louisianské státní univerzitě a Rodolfo Gambini na University of Republic v Montevideu v Uruguayi, aplikovali kvantovou gravitaci smyčky na černou díru a zjistili, že gravitace vzrostla směrem k jádru, ale snížila se a plonked co vstoupilo do jiné oblasti vesmíru. Výsledky daly extra důvěru myšlence, že černé díry slouží jako portál. V této studii singularita neexistuje, a tak netvoří neproniknutelnou bariéru, která nakonec zničí vše, s čím se setká. To také znamená, že informace nezmizí.
Možná černé díry nikam nevedou
Přesto fyzikové Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski a James Sully stále věřili, že Hawking mohl být na něčem. Pracovali na teorii, která se stala známou jako firewall AMPS nebo hypotéza brány firewall černé díry. Kvantová mechanika podle jejich výpočtů dokázala proměnit horizont událostí v obrovskou ohnivou zeď a všechno, co přijde do kontaktu, by za okamžik shořelo. V tomto smyslu černé díry nikam nevedou, protože se nic nemohlo dovnitř dostat dovnitř.
To však porušuje Einsteinovu obecnou teorii relativity. Někdo překračující horizont události by ve skutečnosti neměl cítit žádné velké utrpení, protože objekt by byl ve volném pádu a na základě zásady rovnocennosti by tento objekt - ani osoba - necítil extrémní účinky gravitace. Mohl by se řídit zákony fyziky přítomnými jinde ve vesmíru, ale i kdyby to nebylo v rozporu s Einsteinovým principem, podkopalo by to kvantovou teorii pole nebo by mohlo dojít ke ztrátě informací.
Černá díra nejistoty
Krok vpřed Hawking ještě jednou. V roce 2014 publikoval studii, ve které se vyhnul existenci horizontu událostí - což znamená, že není co spálit - říká, že gravitační kolaps by místo toho vytvořil „zjevný horizont“.
Tento horizont by pozastavil světelné paprsky, které by se pokusily vzdálit od jádra černé díry, a přetrvával by „po určitou dobu“. V jeho přehodnocení, zjevné obzory dočasně zadržují hmotu a energii, než se rozpustí a uvolní je později v řadě. Toto vysvětlení nejlépe odpovídá kvantové teorii - která říká, že informace nelze zničit - a pokud to bylo někdy prokázáno, naznačuje, že z černé díry může uniknout cokoli.
Hawking šel tak daleko, že řekl, že černé díry nemusí existovat. „Černé díry by měly být předefinovány jako metastabilní vázané stavy gravitačního pole,“ napsal. Nebyla by žádná singularita, a zatímco by se zdánlivé pole pohybovalo dovnitř kvůli gravitaci, nikdy by nedosáhlo středu a nebylo by konsolidováno do husté hmoty.
A cokoli, co se vydává, nebude mít podobu spolknutých informací. Nebylo by možné přijít na to, co se stalo, když se podíváme na to, co vychází, což způsobuje problémy samy o sobě - v neposlední řadě pro člověka, který se ocitl v tak alarmující poloze. Už nikdy nebudou cítit totéž!
Jedna věc je jistá, že toto konkrétní tajemství po dlouhou dobu spolkne mnohem více vědeckých hodin. Rovelli a Francesca Vidotto nedávno navrhli, že část tmavé hmoty by mohla být tvořena zbytky odpařených černých děr, a Hawkingův papír o černých dírách a „měkkých vlasech“ byl propuštěn v roce 2018 a popisuje, jak se částice nulové energie ponechávají kolem bodu bez návratu, horizont událostí - myšlenka, která naznačuje, že informace není ztracena, ale zachycena.
Toto letělo tváří v tvář bezsrsté větě, která byla vyjádřena fyzikem Johnem Archibaldem Wheelerem, a pracovala na základě toho, že dvě černé díry by byly pro pozorovatele nerozeznatelné, protože by nebyla zachována žádná ze zvláštních pseudoobjektiv fyziky částic. Je to nápad, který přiměl vědce mluvit, ale existuje nějaký způsob, jak jít, než bude považován za odpověď na místo, kde vedou černé díry. Kdybychom jen dokázali najít způsob, jak do jednoho skočit.
