Je v srdci černé díry fuzzball? Kredit: alexalejandro / deviantart.

Asi každý z nás má černé díry spojené s temným a hrozivým chřtánem, který nekompromisně pohltí a ohromnou gravitační silou rozmělní úplně všechno, co se do něj dostane. Ne každý astrofyzik by ale s touhle noční můrou souhlasil. Řadí se k nim i teoretický fyzik Samir Mathur z Ohijské státní univerzity, který už delší dobu jde po podstatě stále záhadných a kontroverzních černých děr.

Samir Mathur. Kredit: Ohio State University.

Právě Samir Mathur je autorem fantaskního popisu černé díry jako zašmodrchaného klubka superstrun, kterému láskyplně říká fuzzball. Podle představ supestrunových fyziků by fuzzball měl být pravým kvantovým popisem černé díry. Pokud by teorie fuzzballu fungovala, vyřešily by se tím úporné problémy kolem černých děr – především slavný informační paradox spočívající v mizení kvantové informace v singularitě černé díry a pak samotná singularita, se svým nekonečně zakřiveným časoprostorem, nulovým objemem a nekonečně intenzivním gravitačním polem, se kterou si soudobá mainstreamová fyzika neví rady. Namísto singularity by totiž v srdci černé díry mohl být fuzzball, který by zabíral celou oblast, nepříliš ostře ohraničenou horizontem událostí. Fuzzball je kvantový chaos a vlastně nezahrnuje časoprostor – ten končí na hranici fuzzballu.

Fuzzballová černá díra. Kredit: rogerarm.

Fuzzball na první pohled působí spíše roztomilým dojmem. Když se ale skupina vědců nedávno pokusila rozpracovat Marthurovu teorii fuzzballu, tak jim vyšlo, že povrchem fuzzballu je ve skutečnosti ohnivá zeď (firewall). Paradox ohnivé zdi je mediálně slavné řešení informačního paradoxu černých děr podle kvantové mechaniky, které počítá s entanglementem, čili kvantovým provázáním Hawkingova záření. Problém je v tom, že přitom černé díry obklopí ohnivá zeď divoké energie – tedy alespoň v divokých astrofyzikálních rovnicích. A s ohnivou zdí není žádná legrace.

Mathur si to nenechal líbit a se svými kolegy také rozpracoval teorii fuzzballu. A jak se asi dalo čekat, dospěli k něčemu úplně jinému. Černé díry teď podle nich nejsou vražedné gravitační drtiče, ale víceméně neškodné kopírky. Stručně řečeno, cokoliv se podle Mathura dotkne povrchu černé díry, stane se to v tu chvíli hologramem, téměř dokonalou kopií sama sebe a dál to pokračuje ve své existenci. Prý by Země mohla být polapena černou dírou a my bychom si toho ani nevšimli.

Co se stane, když do černé díry hodíte Schrödingerovu kočku? Kredit: APS Physics.

Mathur přitom vychází z konceptu komplementarity černých děr, což je řešení informačního paradoxu černých děr navržené počátkem devadesátých let Leonardem Susskindem a dalšími fyziky. Podle této komplementarity by každý hologram vytvořený černou dírou měl být perfektní, jenže rovnice kolem černých děr tuhle možnost striktně vyloučily. Mathur proto navrhuje upravený model komplementarity fuzzballu, podle něhož černé díry nevytvářejí perfektní, nýbrž mírně nedokonalé hologramové kopie. A to by už mohlo být matematicky únosné.

Pokud by černé díry doopravdy byly Mathurovými fuzzbaly, tak by nelikvidovaly hmotu, která do nich padá. Tato hmota by se naopak stávala součástí černé díry. Znamenalo by to, že černé díry jsou jedinečné, protože do každé padá něco jiného. Zdá se, že teď je to kdo z koho – jsou černé díry fuzzbally nebo je obklopují ohnivé zdi? Podle Mathura hraje v odpovědi významnou roli ochota přijmout či nepřijmout princip nedokonalých hologramů. A v sázce je přitom celý vesmír, který buď má anebo nemá povahu hologramu.



The Black Hole Story in 4 Steps. Samir Mathur.



Literatura
Ohio State University 16. 6. 2015, arXiv:1506.04342, Wikipedia (Fuzzball / string theory, Black hole complementarity)