Úterý 27. července 2021, svátek má Věroslav
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 27. července 2021 Věroslav

Černé díry de facto neexistují, říká slavný fyzik Stephen Hawking

Nejznámější fyzik současnosti se vložil do debaty o tom, co se nachází na okraji černých děr. A jeho řešení je radikální: v důsledku navrhuje zrušit tyto objekty jako takové, protože v nich světlo nemůže zůstat uvězněno navždy. Zatím se nezdá, že by zbytek fyzikální obce jeho nápad přijal.

Co takhle zrušit gravitaci? Stephen Hawking v roce 2007, kdy se vydal na krátký parabolický let s několik desítek sekund trvajícím stavem beztíže. | foto: Reuters

Když fyzik Stephen Hawking před před dvěma lety slavil 70. narozeniny, byl na světě o zhruba čtyři desítky let déle, než odhadovali lékaři. A rozhodně to nebyl špatně strávený čas. Je podle všech znalců oboru zaslouženě uznávaným a s ohledem na své postižení poměrně plodným a také zajímavým autorem fyzikálních textů.

Asi nejznámější je jeho přínos ke studiu tzv. černých děr. Tedy objektů, které jsou tak hmotné, že z nich nemůže uniknout nic, ani záření. Nejde tedy ani tak o označení barvy, ale fyzikální terminus technicus. Tyto objekty jsou černé, protože vůbec nezáří.

Hawking byl jedním z prvních fyziků, kteří se v 70. letech pustili do zdánlivě nemožného úkolu zavést do studia černých děr, popisovaných do té doby pomocí teorie relativity, kvantovou fyziku, jejíž zákony naopak platí ve světě jednotlivých částic, ale ve větším měřítku je pozorovat nemůžeme.

Napsal velmi inspirativní, vlivné a ve své době naprosto neprůstřelné práce, které ukazovaly, že v černých dírách se dějí velmi zajímavé věci. Vzbudily velký ohlas a jsou zajímavé dodnes, byť některé Hawkingovy teorie pod drobnohledem kolegů nakonec neodolaly.

Asi nejznámějším a dodnes úspěšným závěrem jeho práce bylo, že černé díry tak úplně černé nejsou. Z Hawkingových prací totiž vyplývalo, že z černých děr přece jen něco uniká. Konkrétně mělo jít o záření (později pojmenované Hawkingovo).

Díky kvantovým jevům se tak černé díry pomalinku "odpařují", až časem zcela zmizí. Ty malé relativně rychle, velké velmi pomalu -  za dobu výrazně převyšující stáří našeho vesmíru. Zatím jsme toto záření nezachytili, ale fyzici obecně řečeno této hypotéze věří. Matematicky je prokázaná dobře a přesvědčivější nemáme.

Ve své době se také zdálo, že Hawkingovo záření vede k tomu, že z černé díry postupně uniká hmota, ale informace o této hmotě je zničena. To pro nás laiky nezní jako nic převratného, ale z fyzikálního hlediska jde o rouhačství. Fundamentální pravidla kvantové fyziky totiž říkají, že informace nemůže být nikdy zničena.

V tomto případě se Hawking zřejmě mýlil. Jeho závěr byl sice při daném stavu poznání logický, ale nakonec díky pokroku teoretické fyziky převládl spíše názor, že informace o hmotě se v černých dírách neztrácí a mohla by se například uvolnit při zániku černé díry. Tzv. informační paradox černých děr tak zatím nemá definitivní řešení, ale zřejmě to nakonec paradox nebude.

Hawking nakonec veřejně uznal svůj omyl, ale vlivnou osobností v oboru je nadále. A nějaká autorita by se nyní v oboru hodila.

Takhle nějak by mohl vypadat pohled na černou díru (na snímku pro názornost...

Takhle nějak by mohl vypadat pohled na černou díru (na snímku pro názornost přímo před galaxií). Samotný objekt samozřejmě není nijak vidět, ale patrný by měl být jeho vliv na světlo v okolí. Ohýbá a vyvolává tzv. efekt gravitační čočky, kdy se objekty za tímto hmotným objektem zdají trochu blíže, ale jsou zakřivené.

Ohnivá debata

Nejde o nějakou velkou krizi, ale atmosféra mezi odborníky, kteří se touto problematikou zabývají (asi nejlepší termín je kvantová gravitace) je nyní poněkud "nažhavenější". Hledají se nové směry dalšího postupu a vědci přemýšlí nad možným i nemožným. Logickým důsledkem je pak rozstříštěnost názorů a řada sporů a půtek.

Svým dílem k nesouladu přispěla i skupina Josepha Polchinského z Kalifornské univerzity. Ta si ve své práci zveřejněné před necelými dvěma lety myslí, že díky Hawkingovu záření (připomínáme, že tepelnému) jsou těsně před místem, odkud už není z černé díry návratu (tzv. horizont událostí) velmi nehostinné podmínky. Mělo by jít o oblast ničivě vysokých energií. V práci se proto pracuje s termínem "ohnivá stěna" (firewall). Práce je dostupná zde.

Abychom použili slavný hypotetický příklad: kosmonaut padající do černé díry by shořel na popel, než by se do ní dostal. Z jeho hlediska je to asi v podstatě jedno, ale teoretickým fyzikům na tomto tvrzení vadí, že porušuje předpovědi vyplývající z teorie relativity. Pokud by se to nepodařilo vyvrátit, znamená to, že bychom museli poměrně výrazně upravit Einsteina. A to se kvůli pouhému (bez urážky) Polchinskému nikomu nechce.

Hodilo by se tedy jiné vysvětlení a Hawking jedno nabízí. Ve své dvoustránkové práci bez jediné rovnice na serveru arXiv.org (dostupná zdarma zde) píše, že "ohnivé stěny" nemohou hned z několika důvodů existovat. Například proto, že porušují jeden ze základních uznávaných fyzikálních zákonů, tzv. CPT symetrii. Velmi jednoduše řečeno to znamená, že bychom nedokázali vytvořit kopii "ohnivé stěny" podle receptu, který by měl být platný pro všechny jevy ve vesmíru.

CPT symetrie

Choval by se náš svět stejně, kdybychom všechnu hmotu vyměnili za antihmotu, otočili směr času či zaměnili pravou strany za levou? To je otázka, na kterou odpovídá tzv. CPT teorém. Říká, že nejjednodušší recept na vytvoření vesmíru, na kterém bychom nikdy nepoznali, že není náš, zahrnuje tři ingredience. Tři věci, které bychom museli zajistit, jsou:

C symetrie (od "charge", náboj), tedy záměna všech částic za antičástice;
P symetrie ("parity", parita nebo také "zrcadlová symetrie"), tedy záměna všeho levého za pravé;
T symetrie ("time", čas), tedy obrácení chodu času.

Pozorovali jsme děje, které každou jednotlivou z těchto symetrií narušují. Každý si dokáže představit, že řada dějů nemůže proběhnout "pozpátku", třeba rozbití hrnku je narušení T symetrie. Najdou se i případy narušení dalších symetrií, a třeba rozpady některých mezonů narušují najednou C i P symetrii. A tak nám zbývá jen spojená CPT symetrie.

Podrobnější vysvětlení najdete třeba zde, na webu Aldebaran.cz

Tvrzení má i další, radikálnější důsledky. CPT symetrii podle Hawkinga porušuje i další, pro černé díry charakteristický jev, totiž horizont událostí. To je hranice, za kterou už není možné se vymanit z působení černé díry ani pro nekonečně rychlou raketu, ani pro paprsek světla.

To znamená, že z černé díry by mělo být možné se dostat nejen Hawkingovu záření, ale i tomu, co do ní napadalo ("prakticky" by to bylo světlo). Tím de facto dochází ke zrušení černých děr jako takových. "Neexistence horizontu událostí znamená, že neexistují černé díry ve smyslu oblastí, ze kterých světlo nikdy nemůže uniknout," píše Hawking.

Udělal mistr chybu?

Hawking samozřejmě není první, kdo chtěl přijít s novým a lepším vysvětlením povahy černých děr, a tím přispět k pokroku fyziky jako takové. Že by zrovna jeho návrh učebnic nakonec uspěl, není ještě vyloučeno, ale v tuto chvíli se to nezdá příliš pravděpodobné. Alespoň pokud bychom se měli orientovat podle veřejných vyjádření fyziků. Ti se superalativy zatím šetří.

Kdyby s tímto příspěvkem přišel někdo jiný, určitě by to nevzbudilo takový ohlas, říká Martin Schnabl z Fyzkálního ústavu a dodává: "Podstata Hawkingova sdělení není po fyzikální stránce úplně zřejmá, jedná se spíše o spekulace o tom jak vyřešit paradox ohnivé stěny."

Samotný autor hypotézy "ohnivé stěny" Joseph Polchinsky pro časopis NewScientist řekl, že britský fyzik v podstatě nahradil ohnivou stěnu něčím velmi podobným. Jde o jakousi chaotickou oblast na povrchu objektu. Tady se chaoticky zobrazuje informace o hmotě, kterou objekt přitáhne, aby se nikam neztrácela. Je vidět, že Hawking opravdu uznal svůj starší omyl.

40 let navzdory lékařům

Více o Stephenovi Hawkingovi a jeho životě jsme psali v našem článku k jeho 70. narozeninám.

SLAVNÁ OSOBNOST. Tématem slavnostního ceremoniálu bylo "osvícení" a průvodcem...

Nejde o novou, ale starou myšlenku, píše třeba Clifford Johnson na svém blogu Asymptopia. "Ohnivá stěna" (a jiné příliš exotické jevy) mohou zmizet i díky jiným snahám. Existují i další nápady, které vycházejí ze stejných rovnic a zákonů, ale dospívají k jiným řešením. (Pro hodně zvědavé, toto by mohl být jeden příklad).

Práci nevěří ani český teoretický fyzik Luboš Motl. Na svém blogu jí věnoval už dva příspěvky (první reakce zde, novější zde). Jeho základní námitka říká, že o porušení CPT symetrie v tomto případě nejde.

"Černé díry jsou jako pece," píše Motl. V principu si můžeme představit, že prach z pece se znovu složí do podoby uhlí, ale je to velmi nepravděpodobné. Stejně tak není úplně vyloučeno, že by hmota mohla opustit oblast za horizontem událostí. Ale je to tak nepravděpodobné, že ho můžeme považovat za neprostupnou jednosměrnou membránu. A v takové situaci nemá smysl tvrdit, že hranice neexistuje.

Poznámka: Původní text jsme rozšířili o vyjádření Martina Schnabla z Fyzikálního ústavu. 

Autor:
  • Nejčtenější

Opravdová vesmírná turistika začala. Bezos s hosty strávili minuty v kosmu

O něco málo více než deset minut trvala celá cesta od startu do přistání pro čtyři vesmírné turisty, kteří se v úterý...

Rusko ukázalo novou „neviditelnou“ stíhačku. Šach mat má vzlétnout za dva roky

Rusko představilo chystaný „neviditelný“ letoun 5. generace. Stíhačka s přezdívkou Šach mat má jeden motor, v budoucnu...

Událost vyhubivší dinosaury, přichází průměrně jednou za 500 milionů let

Nové poznatky o kosmickém zabijákovi dinosaurů ukazují, že to byl temný kosmický tulák. Na zkoumání jeho původu se...

Jak začalo strategické bombardování a budování první protivzdušné obrany

Pod pojmem letecký souboj si většina lidí představí boj dvou letounů. V počátcích letectví se však utkávaly i letouny...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Poprava v přímém přenosu. Superzeppelin L 48 podlehl britským stíhačům

Červnový hromadný nálet šesti německých vzducholodí na Británii, v roce 1917, přišel hned na začátku o třetinu své...

KOMENTÁŘ: Cesta do elektromobilního pekla. Auta přinášejí víc problémů než výhod

Premium Nová doba elektromobilní nás vrátí o půlstoletí zpátky: auto bude luxus, mobilita taky a draze to zaplatíme všichni. I...

Mlčeti zlato. Profesionální vyjednavač vysvětluje, jak jednat s dětmi či šéfem

Premium Každý člověk vyjednává v průměru pětkrát za den. Doma s partnerem, s dětmi, v práci se šéfem, s podřízenými. Radim...

Český vlk z Wall Street jde k soudu. Hlavní roli v kauze Via Chem má miliardář Sisák

Premium Schyluje se k dlouho očekávané soudní bitvě, v níž je hlavní postavou známý český finančník a miliardář Petr Sisák...

  • Další z rubriky

Událost vyhubivší dinosaury, přichází průměrně jednou za 500 milionů let

Nové poznatky o kosmickém zabijákovi dinosaurů ukazují, že to byl temný kosmický tulák. Na zkoumání jeho původu se...

STO OBJEVŮ: Edwards přinesl s asistovanou reprodukcí štěstí mnoha rodičům

Seriál Neplodné páry měly po staletí smůlu. Dokud se v roce 1978 neobjevila asistovaná reprodukce. Od té doby se z narození...

Největší suchozemský savec v dějinách Země byl nejspíš nosorožec, ukazuje nový nález

Čínským vědcům se podařilo objevit nový druh pravěkého nosorožce, Paraceratherium linxiaense. Pro potravu dosáhl až do...

STO OBJEVŮ: Nepochopení dohnalo otce umělé inteligence Turinga k sebevraždě

Seriál Povídáme si s ní, slouží nám a jednou nám možná bude vládnout. Umělá inteligence je podle mnohých cesta budoucnosti,...

LETNÍ SOUTĚŽ: Přidejte svůj tip na výlet a hrajte o jednu z 10 krásných cen
LETNÍ SOUTĚŽ: Přidejte svůj tip na výlet a hrajte o jednu z 10 krásných cen

Vkládejte svoje tipy na výlety s dětmi a vyhrávejte hodnotné ceny po celé léto. Sdílejte svoje oblíbená místa, hodnoťte tipy ostatních, hrajte o...

Královská rodina znovu pohromadě. Palác ukázal společné foto

Členové švédské královské rodiny se po delší době opět setkali. Snímek, na kterém je král Carl XVI. Gustaf (75) s...

Dabéři Naked Attraction: Byli jsme v šoku, že něco takového může vůbec existovat

Nahota je televizní evergreen a stále dokáže diváky přikovat u obrazovek. Počátkem devadesátých let to bylo Tutti...

Představujeme Amouranth, sexuální ikonu hráčů počítačových her

Sedmadvacetiletá Amouranth je jednou z nejpopulárnějších streamerek na světě. Od vysílání průchodů počítačovými hrami...

Neteř princezny Diany se vdala. Vzala si o 32 let staršího miliardáře

Lady Kitty Spencerová (30) se vdala. Neteř princezny Diany si vzala jihoafrického módního magnáta Michaela Lewise (62)....

Mlčeti zlato. Profesionální vyjednavač vysvětluje, jak jednat s dětmi či šéfem

Premium Každý člověk vyjednává v průměru pětkrát za den. Doma s partnerem, s dětmi, v práci se šéfem, s podřízenými. Radim...