Za 13,8 miliardy let jsme prošli dlouhou cestu; ale navzdory působivě rozsáhlému pochopení vesmíru zůstává ještě pár řetězců nezvázaných. Pro jednoho existuje často citovaný rozdíl mezi obecnou relativitou, fyzikou velmi velké a kvantovou mechanikou, fyzikou velmi malých. Poté, co spadne do černé díry, je problematický osud vnitřní informace o částici. Nyní se nová interpretace základní fyziky pokouší vyřešit oba tyto hlavolamy odvážným tvrzením: v určitých měřítcích čas a prostor prostě neexistují.
Začněme něčím, o čem není pochyb. Díky Einsteinově teorii speciální relativity se všichni můžeme shodnout, že rychlost světla je pro všechny pozorovatele konstantní. Můžeme také souhlasit s tím, že pokud nejste foton, blížící se rychlost světla přichází s některými docela zábavnými pravidly - konkrétně kdokoli, kdo sleduje, uvidí vaši kompresi délky a vaše hodinky zpomalí.
Ke zpomalení času však dochází také v blízkosti gravitačních silných objektů, které jsou popsány obecnou relativitou. Takže pokud náhodou vidíte uprostřed Mléčné dráhy a učiníte politováníhodné rozhodnutí dostat se příliš blízko k horizontu naší superhmotné černé díry (více zlověstně známý jako její bod návratu), kdokoli pozoruje uvidíte také, jak vaše hodinky zpomalují. Ve skutečnosti, on nebo ona bude svědkem vašeho pohybu směrem k horizontu události pomalu dramaticky nad nekonečný množství času; to znamená, že z pohledu vašeho traumatizovaného přítele nikdy nepřekročíte horizont události. Nebudete však pociťovat žádný rozdíl v průběhu času, jakmile propadnete za tuto neviditelnou bariéru, která bude brzy spaghettifikována obrovskou gravitací černé díry.
Kdo je tedy „správný“? Relativita diktuje, že pohled každého pozorovatele je stejně platný; ale v této situaci nemůžete mít oba pravdu. Čelíte svému zániku v srdci černé díry, nebo ne? (Poznámka: Toto není striktně paradox, ale intuitivně je to trochu lepkavé.)
A je tu další, větší problém. Předpokládá se, že horizont události černé díry vyvolává Hawkingovo záření, druh unikající energie, která nakonec povede jak k odpařování černé díry, tak ke zničení veškeré hmoty a energie, která byla v ní kdysi držena. Tento koncept má fyzici černé díry poškrábání hlavy. Protože podle fyzikálních zákonů musí být zachovány všechny vnitřní informace o částici nebo systému (konkrétně o kvantové vlnové funkci). Nemůže to jen zmizet.
Proč všechny tyto bizarní paradoxy? Protože v mlhavém prostoru existují černé díry, kde jedinečnost splňuje obecnou relativitu - úrodnou, přesto nevyužitou půdu pro nepolapitelnou teorii všeho.
Zadejte dva zajímavé, ale kontroverzní koncepty: dvojnásobná speciální relativita a gravitační duha.
Stejně jako rychlost světla je všeobecně dohodnutá konstanta ve speciální relativitě, tak je Planckova energie ve dvojnásobné speciální relativitě (DSR). V DSR tato hodnota (1,22 x 10)19 GeV) je maximální energie (a tedy maximální hmotnost), kterou může mít částice v našem vesmíru.
Dva důležité důsledky maximální energetické hodnoty DSR jsou minimální jednotky času a prostoru. To znamená, že bez ohledu na to, zda se pohybujete nebo stojíte, v prázdném prostoru nebo v blízkosti černé díry, budete souhlasit s tím, že klasický prostor se rozpadá na vzdálenosti kratší než Planckova délka (1,6 x 10)-35 m) a klasický čas se rozkládá ve chvílích kratších, než je Planckův čas (5,4 x 10-44 sec).
Jinými slovy, spacetime je diskrétní. Existuje v nedělitelných (i když mizivě malých) jednotkách. Množství níže, klasické výše. Přidejte do obrázku obecnou relativitu a získáte teorii gravitační duhy.
Fyzici Ahmed Farag Ali, Mir Faizal a Barun Majumder věří, že tyto teorie lze použít k vysvětlení výše zmíněných hlavolamů s černou dírou - jak vaše kontroverzní spaghettifikace, tak paradox informací. Jak? Podle DSR a gravitační duhy v oblastech menších než 1,6 x 10-35 ma občas kratší než 5,4 x 10-44 sec ... vesmír, jak ho známe, prostě neexistuje.
"V gravitační duze neexistuje prostor pod určitou minimální délkou a čas neexistuje pod určitým minimálním časovým intervalem," vysvětlil Ali, který spolu s Faizalem a Majumderem vypracoval referát na toto téma, který byl zveřejněn minulý měsíc . "Takže všechny objekty existující v prostoru a vyskytující se v čase neexistují pod touto délkou a časovým intervalem [které jsou spojeny s Planckovou stupnicí]."
Naštěstí pro nás je každá částice, o které víme, a tedy každá částice, ze které jsme vyrobeni, mnohem větší než Planckova délka a vydrží mnohem déle než Planckova doba. Takže - no tak! - vy a já a vše, co vidíme a víme, může jít o existující. (Prostě nezkoušejte příliš hluboce.)
Horizont událostí černé díry je však jiný příběh. Konec konců není horizont událostí vyroben z částic. Je to čistě časoprostor. A podle Aliho a jeho kolegů, pokud byste ho mohli pozorovat na extrémně krátkých časových nebo vzdálenostních stupnicích, přestal to mít smysl. Nebyl by to vůbec žádný bod návratu. Podle jejich názoru paradox nastane pouze tehdy, když s časoprostorem zacházíte jako s kontinuálním - bez minimálních jednotek délky a času.
„Jelikož informační paradox závisí na existenci horizontů událostí a horizont událostí, jako všechny objekty, neexistuje pod určitou délkou a časovým intervalem, v gravitační duze neexistuje absolutní paradox informací. Absence efektivního horizontu znamená, že neexistuje nic, co by absolutně bránilo informacím v úniku z černé díry, “uzavřel Ali.
Žádný horizont událostí, žádný paradox informací.
A co vaše spaghettifikace v černé díře? Opět záleží na rozsahu, ve kterém se rozhodnete analyzovat vaši situaci. V duhové gravitaci je časoprostor diskrétní; matematika proto odhaluje, že jak vy (odsouzený padák), tak i váš pozorovatel budete svědky vašeho zániku v omezené době. Ale v současné formulaci obecné relativity, kde je časoprostor popsán jako spojitý, vzniká paradox. Padající, no, spadne; mezitím pozorovatel nikdy nevidí, že padající prochází horizontem události.
"Nejdůležitější lekcí z tohoto článku je, že prostor a čas existují pouze za určitým měřítkem," řekl Ali. "Pod tímto měřítkem není prostor a čas." Proto nemá smysl definovat částice, hmotu nebo jakýkoli předmět, včetně černých děr, které existují v prostoru a čase pod tímto měřítkem. Dokud se budeme omezovat na měřítka, ve kterých existuje prostor i čas, dostáváme rozumné fyzické odpovědi. Když se však pokusíme klást otázky v délkách a časových intervalech, které jsou pod stupnicemi, ve kterých existuje prostor a čas, dostaneme paradoxy a problémy. “
Shrnutí: pokud spacetime pokračuje v libovolně malých měřítcích, paradoxy zůstávají. Pokud je však gravitační duha správná a Planckova délka a Planckova doba jsou nejmenší jednotkou prostoru a času, která v zásadě existuje, jsme v jasném ... přinejmenším matematicky řečeno. Planckovy stupnice jsou bohužel příliš malé na to, aby naše neohrabaně moderní srážky částic mohly prozkoumat. Tato práce tedy přinejmenším prozatím poskytuje další čistě teoretický výsledek.
Příspěvek byl publikován v 23. čísle Europhysics Letters. Zde je k dispozici předtisk papíru.
