Brian Greene, americký fyzik, teoretik strun a popularizátor vědy.

Má vůbec smysl, aby laik něco psal o černých dírách? Omluvitelné je to snad pouze v případě, když člověk nebude přicházet s žádnými vlastními názory a teoriemi, vyvaruje se „osobních kosmologií“. Následující řádky tedy představují teorie cizí; a samozřejmě jde o představy velmi divné. Přišli s nimi sice odborníci, ale věřit jim úplně nemusíme; navíc zdrojem jsou spíše další populární než striktně vědecké texty. Nakonec můžeme pochybovat i o tom, že nějaké černé díry vůbec existují - třeba zda by jejich místo nemohly zaujímat gravastary (ovšem dokázali bychom my laici jen tak od boku vůbec říct, čím se gravastar a černá díra od sebe liší?).

O co vlastně dále půjde: představíme si vedle sebe dva koncepty týkající se černých děr, a pak…. Však na to dojde. Takže ony dva koncepty jsou

Černá díra a rozpad reality

Černá díra a počítání s nekonečny

První myšlenkový rámec popisují v česky vyšlých popularizačních knihách Brian Greene (Skrytá realita, Paseka 2012) a Leonard Susskind (Válka o černé díry, Argo, Dokořán, Paseka 2013). Greene je u nás samozřejmě znám hlavně jako autor Elegantního vesmíru, Susskind je pak zase člověk, který celý následující myšlenkový experiment (spolu)vymyslel.

Co se tedy stane, když člověk padá do černé díry přes její horizont? Jasně, roztrhají ho slapové síly, a to nejspíš dávno předtím, než k horizontu vůbec dospěje – na nohy a hlavu bude prostě působit příliš různá gravitace. Teď si v rámci experimentu představme, že by k roztrhání nedošlo, nakonec i tak fungující černou díru lze nějak namodelovat.

Leonard Susskind je profesorem teoretické fyziky na Stanfordově univerzitě a ředitelem Stanfordského institutu pro teoretickou fyziku. Je považován za jednoho z tvůrců teorie strun. (Autor: Jonathan Maltz, GFDL).

Člověk padající v raketě do černé díry se pak prostě snáší volným pádem a nic zvláštního nepocítí (v tomto bude asi shoda). Z pohledu pozorovatele venku se ale skokan střetne s vysokoenergetickým zářením, které ho spálí na popel, tvrdí Greene a Susskind. A jejich pointa: Prý takový rozpor nevadí, když je světlo současně vlna a částice, proč by někdo nemohl být z jednoho pohledu živý a z jiného mrtvý? (Mohlo by se říct, že nakonec už speciální teorie relativity stojí na tom, že různí pozorovatelé změří různé věci. To je ale přece jen jiný případ. V STR různí pozorovatelé zjistí třeba různé pořadí událostí, neuvidí ale dva zcela odlišné filmy.)

Susskind i Greene tvrdí, že k rozporu by došlo pouze tehdy, kdyby se skokan do díry a vnější pozorovatel mohli nějak potkat, komunikovat spolu a své záznamy si porovnat. Tok informace mezi nimi je však už nadobro přerušen. Z černé díry ven nic poslat nejde (a ani až se černá díra „vypaří“, už takovou informaci ze vzniklého záření zrekonstruovat asi nepůjde? Nebo ano? O co se to vlastně ten Hawking zase sázel a jak to dopadlo?) a i když skočíte do černé díry s vlastním záznamem hned po skokanovi, už ho nedostihnete (prý se dá spočítat, že to tak musí být). A když se vedle sebe nedají dát řekněme dvě fotky, veškerá rozpornost reality zůstává jen v našich myšlenkách, což prý nevadí (respektive komu to vadí, prý se s tím má stejně prostě smířit, protože svět tak funguje).

Řekněme, že Susskindovi i Greenovi budeme prozatím věřit. Dají se z toho odvozovat lecjaké další kuriózní myšlenky: tak třeba bychom do černé díry mohli vrhat zločince. Na jednu stranu bychom před nimi ochránili společnost, jim samým bychom neublížili („netrestali“ je), pozůstalí po obětech by zase mohli s uspokojením pozorovat, jak jsou vrahouni spáleni na horizontu, a dostat svou satisfakci. Třeba by tak byli všichni spokojeni? Napadá mě ještě jeden milý scénář – když chcete někoho citově vyřídit svou smrtí, má to ten problém, že při tom sami přijdete o život. Pokud však skočíte do černé díry, adresát sdělení uzří vaši sebevraždu, ač vy sami přežijete. Půvabně škodolibé, i když skokan už bohužel neuvidí, co způsobil. (V obou případech efekt zjevně závisí na tom, zda fakt rozpadu reality při skoku do černé díry vejde ve všeobecnou známost.)

Jistě by se související myšlenkové experimenty daly dále rozvíjet.

John David Barrow je jedním z významných anglických kosmologů a teoretických fyziků a matematiků. (University of Cambridge)

Teď tedy druhý podivný černodírový koncept. V monografii o umělé inteligenci (Umělá inteligence 5, Academia 2006) jsem poprvé narazil na model, kdy černá díra může svými neobvyklými fyzikálními vlastnostmi umožnit konstrukci opravdového superpočítače.

Toto jsem poněkud rozebíral, respektive převyprávěl, ve Zvrhlé vědě, které se zde na Oslu dostalo již štědré propagace, takže jen stručně, ať se vše příliš neopakuje (celý úryvek o počítání u černé díry na Sciencemag.cz). Vychází se z toho, že počítač umístěný těsně nad horizontem černé díry by mohl počítat nekonečně dlouho, tedy pokud takto do nekonečna bude trvat i vesmír. Experimentátor, který se vrhne do černé díry, prý může sledovat celé budoucí dějiny vesmíru a takto se dostane i k výsledku libovolně dlouhého výpočtu. Řekněme, že nás zajímá, zda všechna přirozená čísla mají vlastnost x. Stačí i pouze hrubá síla: Necháte počítač pracovat nad horizontem černé díry a sami si způsobíte jakousi „nekonečnou dilataci“ času skokem dovnitř. Najde-li počítač kdesi „až do nekonečna“ protipřípad, vyšle signál. Nezaregistrujete-li signál, můžete pokládat za dokázané, že všechna přirozená čísla mají vlastnost x.

Tímto způsobem by, jak vidno, mohly být dosažitelné i výsledky, které klasický Turingův stroj poskytnout nedokáže – právě kvůli té práci s nekonečny. Přitom v učebnicích informatiky se vždy začíná tím, že postavit nic výpočetně silnějšího než Turingův stroj nelze (Churchova-Turingova teze). Tady se problematika může zase rozeběhnout mnoha směry:

- jaký typ úloh je takto řešitelný a jaký i zde odolá (v trochu jiném kontextu se tímto zabývá John Barrow v Pí na nebesích a jiných svých hloubavých starších dílech; to ještě než začal chrlit knihu za knihou). Co by z toho vůbec vyplývalo pro matematiku/logiku se všemi tezemi o nerozhodnutelnosti apod.?

- i kdyby vesmír trval nekonečně dlouho, měl by počítač u horizontu černé díry k dispozici dostatek energie na provádění nekonečně výpočtů? Nebo by to znemožnila rostoucí entropie? (Dejme tomu i v nekonečně dlouho trvajícím vesmíru by šlo zpracovat jen konečně informací?) Nenarušuje nám to celé třeba i vypařování černých děr?

- ještě dále to zamotává australský autor sci-fi (a matematik) Greg Egan v povídce Plankcův skok (ve sbírce Luminous, Talpress 2011).

Sbírka Luminous od Grega Egana, australského programátora, autora hard sci-fi.

Ovšem klíčové je následující: Člověk, který se vrhl do černé díry, má v rámci tohoto konceptu stále přístup k vnějšímu světu za horizontem, respektive se mu odtud může poslat signál. Proč by mu pak ale nešlo poslat i záznam toho, jak byl při průchodu horizontem usmažen zářením?

Tak nějak to vypadá, že oba výše představené koncepty jsou v rozporu, ne? Co působí důvěryhodněji, „rozpad reality“, „konstrukce nadturingovského superočítače“ nebo ještě nějaká další možnost? Samozřejmě se sám neodvažuju zaujmout jakýkoliv názor a už vůbec ne přidávat nějakou vlastní myšlenku („Naší ctižádostí bylo neříkat nic opravdu nového a originálního,“ jak praví autoři knihy Jak se dělá evoluce 2.0, a to na rozdíl ode mě píší o svém oboru). Dostatečně pošahané se z pohledu zdravého selského rozumu rozhodně zdají být obě konstrukce...

Po debatě na toto téma s Pavlem Brožem (jemuž tímto děkuju, ale není nikterak odpovědný za obsah textu výše), bych ještě dodal následující poznámky:

- „Rozpad reality“ je koncept, který je sotva v souladu s teorií relativity (STR i OTR), newtonovskou fyzikou a vlastně i jakoukoliv jinou známou teorií.

- Někomu, kdo padá do černé díry, už zřejmě informace poslat zvenku nejde (a to, že kdo padá do černé díry, vidí celé budoucí dějiny vesmíru, je možná jen tvrzení, které od sebe opisují různí popularizátoři). Z čehož plyne: oba výše uvedené koncepty, „rozpad reality“ a „nadturingovské počítání“, jsou asi navzájem ve sporu. Rozhodně ale ony dvě myšlenky/koncepty mohou být špatně i obě, v tom by spor být neměl.

- Často by stálo za to, kdyby autoři populárně-vědeckých knih napsali, v rámci jakého systému se jejich teorie pohybují (zda to jde například „za hranice obecné relativity“).

- Od Susskinda jsem nic jiného nečetl, v případě prací Briana Greena jsem už byl u jiných děl upozorňován, že i na celkem benevolentní poměry popularizační literatury zachází někdy dost daleko a příliš se neobtěžuje rozlišovat, co je mainstrem, co výstřední teorie, co okamžitý nápad apod.