Nedávný příspěvek Stephena Hawkinga vyvolal docela rozruch, dokonce vedl Nature News k prohlášení, že neexistují žádné černé díry. Jak jsem psal v dřívějším příspěvku, není to přesně to, co tvrdil Hawking. Nyní je však jasné, že Hawkingovo tvrzení o černých dírách je špatné, protože paradox, který se snaží řešit, není přece jen paradoxem.
Všechno jde až o tzv. Paradox brány firewall pro černé díry. Ústředním prvkem černé díry je její horizont událostí. Horizont událostí černé díry je v podstatě bodem bez návratu, když se blížíme k černé díře. V Einsteinově teorii obecné relativity je horizont událostí tam, kde je prostor a čas tak deformovaný gravitací, že nikdy nemůžete uniknout. Překročte horizont události a jste navždy v pasti.
Tato jednosměrná povaha horizontu událostí je již dlouho výzvou k pochopení gravitační fyziky. Například by se zdálo, že horizont událostí černé díry porušuje zákony termodynamiky. Jedním z principů termodynamiky je, že teplota by neměla mít absolutní nulu. Dokonce i velmi chladné věci vyzařují trochu tepla, ale pokud se černá pára zachytí, pak to nevydává žádné teplo. Takže černá díra by měla teplotu nulovou, což by nemělo být možné.
Pak v roce 1974 Stephen Hawking demonstroval, že černé díry vyzařují světlo díky kvantové mechanice. V kvantové teorii existují limity toho, co lze o předmětu vědět. Například nemůžete znát přesnou energii objektu. Kvůli této nejistotě může energie systému spontánně kolísat, dokud jeho průměr zůstává konstantní. Hawking prokázal, že v blízkosti horizontu události se mohou objevit páry částic, kde se jedna částice zachytí v horizontu události (mírně se zmenší hmotnost černých děr), zatímco druhá může uniknout jako záření (odvádí trochu částice) energie černé díry).
Zatímco Hawkingovo záření vyřešilo jeden problém s černými dírami, vytvořilo další problém známý jako paradox brány firewall. Když se kvantové částice objeví ve dvojicích, jsou zapleteny, což znamená, že jsou spojeny kvantovým způsobem. Pokud je jedna částice zachycena černou dírou a druhá unikne, je zamotaná povaha páru přerušena. V kvantové mechanice bychom řekli, že pár částic se objeví v čistém stavu a zdá se, že horizont události tento stav narušuje.
V loňském roce se ukázalo, že pokud je Hawkingovo záření v čistém stavu, nemůže buď vyzařovat způsobem vyžadovaným termodynamikou, nebo by vytvořilo firewall vysokoenergetických částic poblíž povrchu horizontu události. Tomu se často říká paradox brány firewall, protože podle obecné relativity, pokud se ocitnete v blízkosti horizontu události černé díry, byste si neměli všimnout nic neobvyklého. Základní myšlenka obecné relativity (princip ekvivalence) vyžaduje, že pokud volně padáte směrem k horizontu události, nemělo by jít o zuřící firewall vysokoenergetických částic. Hawking ve svém příspěvku navrhl řešení tohoto paradoxu tím, že navrhl, aby černé díry neměly horizont událostí. Místo toho mají zjevné obzory, které nevyžadují, aby firewall dodržoval termodynamiku. Proto je v populárním tisku prohlášeno za „žádné další černé díry“.
Paradox firewallu však vzniká pouze tehdy, je-li Hawkingovo záření v čistém stavu a zpráva z minulého měsíce od Sabine Hossenfelderové ukazuje, že Hawkingovo záření není v čistém stavu. Ve své práci Hossenfelder ukazuje, že namísto dvojice zapletených částic je Hawkingovo záření způsobeno dvěma páry zapletených částic. Jeden zamotaný pár se zachytí černou dírou, zatímco druhý zamotaný pár unikne. Proces je podobný původnímu Hawkingovu návrhu, ale Hawkingovy částice nejsou v čistém stavu.
Takže neexistuje žádný paradox. Černé díry mohou vyzařovat způsobem, který souhlasí s termodynamikou, a oblast blízko horizontu události nemá firewall, jak vyžaduje obecná relativita. Hawkingův návrh je tedy řešením problému, který neexistuje.
Zde jsem uvedl velmi hrubý přehled o situaci. Vybral jsem si některé z jemnějších aspektů. Podrobnější (a pozoruhodně jasný) přehled najdete v příspěvku Ethana Seigela na jeho blogu Začíná bouchnutím! Podívejte se také na příspěvek na blogu Sabine Hossenfelderové, Back Reaction, kde sama mluví o problému.
