Takže sa chystáte skočiť do čiernej diery. Čo by vás mohlo čakať - napriek všetkým šanci - nejako prežijete? Kde by si skončil a aké vzrušujúce príbehy by si bol schopný zvíťaziť, ak by si sa dokázal poplaziť cestou späť?
Jednoduchá odpoveď na všetky tieto otázky je, ako vysvetľuje profesor Richard Massey, „Kto vie?“ Ako vedecký pracovník Kráľovskej spoločnosti na Inštitúte pre výpočtovú kozmológiu na Durhamskej univerzite si Massey plne uvedomuje, že tajomstvá čiernych dier siahajú hlboko. „Padnutie cez horizont udalostí doslova prechádza za závoj - keď niekto spadne mimo neho, nikto nemôže poslať správu späť,“ povedal. "Boli by roztrhaní na kusy obrovskou gravitáciou, takže pochybujem, že by sa niekto, kto prepadne, dostal kamkoľvek."
Ak to znie ako sklamaná - a bolestivá - odpoveď, dá sa očakávať. Odkedy sa všeobecná teória relativity Alberta Einsteina považovala za predpovedajúcu čierne diery spojením času a času s pôsobením gravitácie, je známe, že čierne diery sú výsledkom smrti masívnej hviezdy, ktorá zanechala malé, husté zvyšné jadro. Za predpokladu, že toto jadro má viac ako zhruba trojnásobok hmotnosti Slnka, gravitácia by sa premohla do takej miery, že by sa sama o sebe dostala do jediného bodu alebo do jedinečnosti, ktorá sa chápe ako nekonečne husté jadro čiernej diery.
Výsledná neobývateľná čierna diera by mala taký silný gravitačný ťah, že by sa jej nemohlo vyhnúť ani svetlo. Ak by ste sa potom ocitli na horizonte udalostí - v okamihu, keď svetlo a hmota môžu prejsť len dovnútra, ako navrhuje nemecký astronóm Karl Schwarzschild -, nedochádza k úniku. Podľa Masseyho, prílivové sily by vaše telo zredukovali na atómy atómov (alebo „spaghettifikáciu“, ako je známe) a predmet by nakoniec skončil rozdrvený v singularite. Myšlienka, že by ste sa niekde mohli objaviť - možno na druhej strane - sa zdá byť úplne fantastická.
A čo červia diera?
Alebo je to? V priebehu rokov vedci skúmali možnosť, že by čierne diery mohli byť červími dierami pre iné galaxie. Môžu byť dokonca, ako niektorí navrhli, cestou do iného vesmíru.
Takáto myšlienka sa už nejakú dobu vznáša: Einstein sa spojil s Nathanom Rosenom na mosty teoretiky, ktoré spájajú dva rôzne body v časopriestore v roku 1935. V 80. rokoch však získal nejakú čerstvú pôdu, keď fyzik Kip Thorne - jeden zo svetových poprední odborníci na astrofyzikálne dôsledky Einsteinovej všeobecnej teórie relativity - vyvolali diskusiu o tom, či cez ne objekty môžu fyzicky cestovať.
„Čítanie obľúbenej knihy Kip Thorne o červí diery je to, čo ma ako dieťa po prvýkrát vzrušilo,“ povedal Massey. Nezdá sa však pravdepodobné, že by existovali červí diery.
Thorne, ktorý poskytol svoje odborné rady produkčnému tímu pre hollywoodsky film Interstellar, napísal: „V jeho vesmíre nevidíme žiadne predmety, ktoré by sa mohli stať starými červami,“ v knihe „Veda medzihviezdnej“ (WW Norton) and Company, 2014). Thorne povedala Space.com, že cesty cez tieto teoretické tunely by pravdepodobne zostali sci-fi a určite neexistujú presvedčivé dôkazy o tom, že by čierna diera mohla umožniť takúto pasáž.
Problém je však v tom, že sa nemôžeme priblížiť, aby sme sa sami presvedčili. Prečo nemôžeme ani odfotografovať čokoľvek, čo sa deje vo vnútri čiernej diery - ak svetlo nemôže uniknúť z ich obrovskej gravitácie, fotoaparátom nemôže byť nič zachytené. Podľa súčasného stavu teória naznačuje, že k čiernej diere sa jednoducho pridá čokoľvek, čo presahuje horizont udalostí, a navyše, pretože čas sa deformuje blízko tejto hranice, bude sa zdať neuveriteľne pomaly, takže odpovede nebudú rýchlo nastávajúcej.
„Myslím si, že štandardný príbeh je taký, že vedie ku koncu času,“ povedal Douglas Finkbeiner, profesor astronómie a fyziky na Harvardskej univerzite. „Pozorovateľ ďaleko neuvidí, že sa jeho priateľ z kozmonautov dostane do čiernej diery. Keď sa blížia k horizontu udalostí, len sa začnú červenať a mdloby. Priateľ však spadne priamo na miesto za„ navždy “. Čokoľvek to znamená. “
Možno čierna diera vedie k bielej diere
Ak by čierne diery viedli k inej časti galaxie alebo k inému vesmíru, na druhej strane by bolo potrebné niečo proti nim. Mohla by to byť biela diera - teória predložená ruským kozmológom Igorom Novikovom v roku 1964? Novikov navrhol, aby čierna diera bola prepojená s bielou dierou, ktorá existuje v minulosti. Na rozdiel od čiernej diery umožní biela diera opustiť svetlo a hmotu, ale svetlo a hmota nebudú môcť vstúpiť.
Vedci pokračovali v skúmaní možného spojenia medzi čiernymi a bielymi dierami. Vo svojej štúdii z roku 2014 uverejnenej v časopise Physical Review D fyzici Carlo Rovelli a Hal M. Haggard tvrdili, že „existuje klasická metrika spĺňajúca Einsteinove rovnice mimo konečnej časopriestorovej oblasti, kde sa hmota zrúti do čiernej diery a potom sa objaví z na chvíľu otvor. ““ Inými slovami, všetky prehltnuté čierne diery by sa mohli roztrhnúť a čierne diery sa po smrti môžu stať bielymi dierami.
Kolaps čiernej diery by sa zastavil, aby ničil informácie, ktoré absorbuje. Namiesto toho by došlo k kvantovému odskoku, ktorý by umožnil únik informácií. Ak by to tak bolo, objasnilo by to návrh bývalého kozmológa a teoretického fyzika Cambridge University Stephena Hawkinga, ktorý v sedemdesiatych rokoch preskúmal možnosť, že čierne diery emitujú častice a žiarenie - tepelné teplo - v dôsledku kvantových fluktuácií. ,
„Hawking povedal, že čierna diera netrvá večne,“ povedal Finkbeiner. Hawking vypočítal, že žiarenie by spôsobilo, že čierna diera stratí energiu, zmršťuje sa a zmizne, ako je opísané v jeho dokumente z roku 1976 uverejnenom v Physical Review D. Vzhľadom na jeho tvrdenia, že emitované žiarenie by bolo náhodné a neobsahovalo by žiadne informácie o tom, čo spadlo, čierna diera po jej výbuchu vymaže množstvo informácií.
To znamenalo, že Hawkingov nápad bol v rozpore s kvantovou teóriou, ktorá hovorí, že informácie nemožno zničiť. Informácie o stave fyziky sú stále ťažšie dostupné, pretože ak dôjde k ich strate, nebude možné poznať minulosť alebo budúcnosť. Hawkingova myšlienka viedla k „paradoxu informácií o čiernych dierach“ a má už dávno zmätených vedcov. Niektorí tvrdia, že Hawking sa jednoducho mýlil a sám muž dokonca vyhlásil, že na vedeckej konferencii v Dubline v roku 2004 urobil chybu.
Vrátime sa teda k koncepcii čiernych dier, ktoré emitujú konzervované informácie a vyhodia ich späť cez bielu dieru? Možno. Vo svojej štúdii z roku 2013 uverejnenej v liste Physical Review Letters Jorge Pullin na Louisianskej štátnej univerzite a Rodolfo Gambini na University of Republic v Montevideu v Uruguaji aplikovali kvantovú gravitáciu slučky na čiernu dieru a zistili, že gravitácia sa smerom k jadru zvýšila, ale znížila a plonked čokoľvek vstúpilo do inej oblasti vesmíru. Výsledky dali extra dôveryhodnosť myšlienke, že čierne diery slúžia ako portál. V tejto štúdii singularita neexistuje, a preto netvorí nepreniknuteľnú bariéru, ktorá nakoniec zničí čokoľvek, s čím sa stretne. To tiež znamená, že informácie nezmiznú.
Možno čierne diery nikam nevedú
Fyzici Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski a James Sully si napriek tomu stále mysleli, že Hawking mohol byť s niečím. Pracovali na teórii, ktorá sa stala známou ako firewall AMPS alebo hypotéza brány firewall čiernej diery. Kvantová mechanika podľa ich výpočtov dokázala premeniť horizont udalostí na obrovskú ohnivú stenu a všetko, čo by prišlo do kontaktu, by za okamih horelo. V tomto zmysle čierne diery nikam nevedú, pretože sa nič nemohlo dostať dovnútra.
To však porušuje Einsteinovu všeobecnú teóriu relativity. Niekto, kto prekročí horizont udalostí, by nemal cítiť žiadne veľké ťažkosti, pretože objekt by bol vo voľnom páde a na základe zásady rovnocennosti by tento objekt - alebo osoba - necítil extrémne účinky gravitácie. Mohlo by sa riadiť zákonmi fyziky prítomnými inde vo vesmíre, ale aj keby to nebolo v rozpore s Einsteinovým princípom, podkopalo by to kvantovú teóriu poľa alebo by mohlo dôjsť k strate informácií.
Čierna diera neistoty
Krok vpred Hawking ešte raz. V roku 2014 publikoval štúdiu, v ktorej sa vyhýba existencii horizontu udalostí - čo znamená, že nie je čo horieť - tvrdenie, že gravitačný kolaps by namiesto toho priniesol „zjavný horizont“.
Tento horizont by pozastavil svetelné lúče, ktoré sa pokúšajú vzdialiť od jadra čiernej diery, a bude pretrvávať „časové obdobie“. V jeho prehodnotení si zdanlivé horizonty dočasne zachovávajú hmotu a energiu, kým sa rozpustia a uvoľnia neskôr po línii. Toto vysvetlenie najlepšie zapadá do kvantovej teórie - ktorá hovorí, že informácie nemožno zničiť - a ak sa to niekedy dokázalo, naznačuje, že z čiernej diery by mohlo uniknúť čokoľvek.
Hawking zašiel tak ďaleko, že čierne diery nemusia existovať. „Čierne diery by sa mali predefinovať ako metastabilné viazané stavy gravitačného poľa,“ napísal. Neexistovala by žiadna jedinečnosť a hoci by sa zdanlivé pole pohybovalo smerom dovnútra kvôli gravitácii, nikdy by sa nedostalo do stredu a nebolo by zlúčené do hustej hmoty.
A predsa nič, čo sa vydá, nebude mať formu prehĺtaných informácií. Bolo by nemožné zistiť, čo sa stalo, keď sa pozrieme na to, čo vyjde, čo spôsobuje jeho vlastné problémy - v neposlednom rade pre človeka, ktorý sa ocitol v takej alarmujúcej pozícii. Už sa nikdy viac necítia!
Jedna vec je istá, že toto konkrétne tajomstvo po dlhú dobu prehltne oveľa viac vedeckých hodín. Rovelli a Francesca Vidotto nedávno navrhli, že zložku tmavej hmoty by mohli tvoriť zvyšky odparených čiernych dier a Hawkingov papier o čiernych dierach a „mäkkých vlasoch“ bol prepustený v roku 2018 a opisuje, ako sa častice nulovej energie ponechávajú okolo bodu bez návratu, horizont udalostí - myšlienka naznačujúca, že informácie sa nestratia, ale zachytia.
Toto lietalo tvárou v tvár bezsrstej vety, ktorú vyjadril fyzik John Archibald Wheeler, a pracoval na základe toho, že dve čierne diery by boli nerozoznateľné pre pozorovateľa, pretože by sa nezachovala žiadna zo špeciálnych fyzikálnych častíc pseudo-nábojov. Je to myšlienka, ktorá viedla vedcov k rozprávaniu, ale je nejaký spôsob, ako ísť, kým sa nepovažuje za odpoveď na miesto, kde vedú čierne diery. Keby sme len mohli nájsť spôsob, ako skočiť do jedného.
