Mysl foukaná
Je ve vesmíru něco divnějšího než černé díry? Tyto bizarní, gravitační nestvůry nejen deformují prostor a čas; jen přemýšlet o nich se natáhne a ohne i představivost lidí. A spolu se všemi ohromujícími vlastnostmi, které jste možná slyšeli - jejich úžasnou hmotou, jejich neuvěřitelně malou velikostí - černé díry mají tunu ještě více mimozemských vlastností, které jsou méně známé. Podíváme se na některé z nejúžasnějších charakteristik a teoretických možností týkajících se těchto kosmických zvláštností.
Černé díry mohou mít vlasy
V 60. letech 20. století fyzik John Wheeler navrhl, že černé díry „nemají vlasy“, což znamená, že každý konkrétní vesmírný objekt lze odlišit od svých bratří jen svou rotací, úhlovou hybností a hmotou. Jakékoli jiné rozlišující informace o černé díře se považují za „vlasy“ a předpokládá se, že zmizí za horizontem neproniknutelné události černé díry, hranicí kolem černé díry, za níž nemůže uniknout nic, včetně světla.
Řez do roku 2016, kdy známý fyzik Stephen Hawking navrhl, aby černé díry skutečně sportovaly bohatý účes vyrobený z přízračných částic s nulovou energií a že tato chřestová aglomerace obsahuje informace o materiálu, který černá díra spotřebovala. Tato hypotéza nebyla prokázána, ale mohla by pomoci vyřešit dlouhodobý paradox o tom, co se stane s plynem a prachem, který upadl do černé díry.
Černé díry vytvářejí fontány
Nic by nemělo být schopno uniknout silné gravitační přilnavosti černé díry. Ale to platí pouze pro materiál, který se dostal extrémně blízko okraje díry. Mnoho černých děr je ve skutečnosti obklopeno proudem plynu a prachu, které obíhají kolem díry, jako voda stékající po odtoku. Tření v tomto materiálu generuje teplo, které vytváří víření, bouřkovité struktury v plynu a prachu. Nedávná pozorování naznačují, že tento pohyb také vytváří obloukovité prstence obklopující vnitřní sloupce hmoty, které střílí přímo do vzduchu a silně připomínají fontány.
Černé díry se mohou odpařit
Kvantová mechanika poskytuje částicím další způsob, jak uniknout černé díře. Podle teorie dvojice subatomických částic neustále blikají a vystupují kolem horizontu události černé díry. Konfigurace je tak často zarovnána správným způsobem, aby jeden z partnerů spadl do černé díry. Stejný společník částice je potom poháněn pryč extrémně vysokou rychlostí a okrádá černou díru o maličký kousek energie. Toto produkuje to, co je známé jako Hawkingovo záření, po Stephenu Hawkingovi, který tento jev objevil. Protože energie se rovná hmotnosti, může tento proces ve skutečnosti způsobit, že se černá díra zmenší a nakonec se po dlouhou dobu odpaří.
Černé díry mohou být obklopeny ohněm
Jedním z problémů s Hawkingovým zářením je to, že fyzikům způsobuje hádanky. Subatomické částice produkované tímto zářením jsou zapleteny, což znamená, že to, co se stane jedné, je okamžitě pociťováno druhou. Co cítí partner, který nespadl do černé díry, když se jeho společník dostane do nekonečně hustého bodu? Nikdo neví. Jedna teorie tvrdí, že černá díra odděluje zapletení částic, což je výsledek, který - podle zákonů kvantové mechaniky - bude produkovat šílené množství energie. To by zase znamenalo, že všechny černé díry jsou obklopeny vroucími ohnivými stěnami.
Černá díra může zakódovat informace, nebo ne
Je těžké rozbít hmotu černých děr podle zákonů kvantové mechaniky, které tvrdí, že informace o částicích nemohou být nikdy zničeny. Ale materiál, který sklouzne za okraj černé díry, by se měl navždy ztratit ve vesmíru. Toto kondundrum je známé jako paradox informací o černé díře; rezoluce dosud vědcům unikla. Nedávný výzkum naznačuje, že informace, které se zakódují v černé díře, by mohly být předávány odcházejícím partikulárním partneři v Hawkingově radiaci; na tento paradox však nebyla nalezena definitivní odpověď.
Černé díry mohou být tmavou hmotou
Krátce po Velkém třesku měl vesmír produkovat množství malých černých děr. Protože tyto rysy by byly masivními objekty, které nevydávají žádné světlo, někteří fyzici předpokládali, že tyto prapůvodní černé díry mohou odpovídat za temnou hmotu, z níž je vyroben tajemný materiál, z něhož je vyrobena velká většina hmoty ve vesmíru. Tato myšlenka je však kontroverzní vzhledem k tomu, že data z gravitačního vlnového observatoře laserových interferometrů (LIGO) vyloučila vesmír plný mnoha drobných černých děr. Možná by se tam mohly stále skrývat černé díry střední velikosti, ačkoli pozorování naznačuje, že by tvořily pouze 1% až 10% tmavé hmoty.
Hmota může cestovat do budoucnosti v černé díře
Černé díry se dostávají do problému nekonečna - hmota černé díry je rozdrcena do nekonečně hustého bodu, který je nekonečně malý. Fyzicky to nedává žádný smysl, takže vědci hledali alternativní rámce, aby získali úchyt na černých dírách. Jeden návrh se nazývá kvantová gravitační smyčka, což naznačuje, že struktura časoprostoru je velmi silně zakřivena poblíž středu černé díry. To by mělo za následek, že by část díry zasahovala do budoucnosti, což by znamenalo, že by se do ní vtala hmota, která by časem cestovala kupředu. Dosud zůstává tato myšlenka rozšiřující mysl teoretická.
Vědci mohli spatřit černé díry z jiného vesmíru
Jedno vysoce kontroverzní pozorování naznačuje, že náš vesmír je zpožděním. Dřívější vesmíry mohly existovat před našimi a obsahovaly by černé díry. Prominentní matematický fyzik na Oxfordské univerzitě Roger Penrose tvrdil, že kosmické záření v pozadí - energetická památka z Velkého třesku - obsahuje otisk těchto černých děr z dřívějších dob. Jiní vědci tvrdili, že Penroseova data nejsou ničím jiným než náhodným šumem, ale možnost zůstává zajímavá.
Brzy budeme mít obrázek černé díry
Během několika dnů jsou fyzici připraveni vydat vůbec první obraz černé díry. Tato supermasivní zvíře se skrývá v srdci naší Mléčné dráhy; pořízení jeho fotografie bylo cílem dalekohledu Event Horizon. Tento nástroj je ve skutečnosti globální sítí rádiových dalekohledů po celé Zemi, které spojily své schopnosti přiblížit se blíže ke galaktickému centru než kdykoli předtím. Dalekohled by měl být schopen spatřit stín černé díry přes její materiální okolí a obrazy se očekávají 10. dubna.
