Tvrdit, že někdo vidí do hlavy Stephena Hawkinga, to by bylo směšně opovážlivé. Nicméně, když to tak člověk sleduje a když zhruba zná slavné milníky kariéry geniálního vědce, tak se neubrání dojmu, že Hawking má s černými dírami něco víc, než odborné neshody. Jako by v tom bylo něco osobního. Netají se tím, že jeho největším vědeckým trapasem byla představa, jak v černých dírách mizí informace. A podle všeho to černým dírám nezapomněl. Před pár dny šokoval fyziky provokativní studií, ve které se rozhodl zrušit černým dírám horizont událostí. Prostě, celý Hawking. V NewScientistu na to zareagovali pozoruhodným tutoriálem, který má čtenáře podle jejich slov zachránit před vcucnutím do singularity zmatků.
Co je vlastně černá díra?
Dobrá otázka. Podle fyziků jde o natolik zahuštěný časoprostor, že jeho drtivá gravitace vytváří slavný horizont událostí, plochu prostoročasu, zpoza které už nic černé díře neunikne. Když Hawking v roce 1974 přimíchal k už tak dost děsivému konceptu černých děr kvantovou mechaniku, přivolalo to bouři, která mezi fyziky běsní dodnes.
Co je na kvantové příchuti špatného?
Není tajemstvím, že se kvantová mechanika velice nesnáší s obecnou relativitou. Proto je obtížné proniknout do podstaty jevů, kde se významně uplatňují oba dva tyto myšlenkové světy najednou. A typickým příkladem takového neštěstí jsou právě černé díry. Když Hawking před lety na černé díry navlékl kvantovou mechaniku, tak zjistil, že nejsou až tak úplně černé. Podle Hawkinga by měly decentně zářit a pozvolna se zmenšovat až k úplnému vypaření.
Fajn, černé díry nejsou nesmrtelné. V čem je problém?
Jde o to, že podle konceptu Hawkingova záření by se s černou dírou mělo vypařit i všechno, co kdy spolkla. S tím má ale zásadní problém kvantová fyzika, podle které nemůže být informace o hmotě nikdy zničena, ani když ta hmota spadne do černé díry. A to je slavný informační paradox černých děr. Někteří fyzici navrhovali řešení spočívající v úniku informace při vypaření černé díry. Hawking s tím dlouho nesouhlasil a až po desetiletích se nechal přesvědčit, že je to přeci jen možné.
Znamená to, že je teď kolem černých děr mír a klid?
Samozřejmě, že ne. Poslední rok a půl jsou vědci černých děr na kordy kvůli zmutovanému informačnímu paradoxu, kterému se přezdívá paradox ohnivé zdi. Skupina Josepha Polchinského z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře přišla s tím, že fotony Hawkingova záření opouštějící černou díru v rámci kvantové mechaniky vytvářejí na horizontu událostí přízračnou stěnu energie, která sežehne všechno, co k ní dorazí. S tím má ale zase hrozný problém obecná relativita, podle které je průchod horizontem událostí vcelku nudnou záležitostí. A to je paradox ohnivé zdi v kostce.
Takže teď je to zase kdo z koho?
Přesně tak. Natvrdo postavený koncept ohnivé zdi by znamenal, že je špatně buď kvantová mechanika anebo obecná relativita. To fyziky pochopitelně děsí, takže hledají kompromis, který by neodstřelil ani jednu z opor naší reality. Teď se do věci zase jako uragán vřítil Hawking a prohlašuje, že pokud chceme přijatelné řešení zapeklité situace, tak se budeme muset vzdát toho, co je na černých dírách asi nejvíc fascinující – horizontu událostí.
Počkejte, znamená to, že lze přece jenom uniknout ze chřtánu černé díry?
Vlastně ano. I když, nejspíš by to chtělo dosáhnout rychlosti světla. Pointa je v tom, že když zrušíme horizonty událostí, tak vlastně zrušíme černé díry, tak jak si je teď představujeme, totiž že pohltí světlo jednou provždy. Hawking nahrazuje horizonty událostí takzvanými zdánlivými horizonty (apparent horizons). To by měly být plochy prostoročasu, které sice taky polapí světlo, co si trouflo příliš blízko k singularitě černé díry, zároveň ale mohou měnit tvar v důsledku kvantových fluktuací. To ponechává ve hře možnost, že by světlo přece jenom mohlo z náruče černé díry za určitých okolností uprchnout.
Liší se vůbec nějak tyhle dva horizonty?
To zatím není jasné. Myšlenka zdánlivého horizontu není úplně nová a Hawking spolu s Rogerem Penrosem z Oxfordu před časem použili obecnou relativitu, aby dokázali, že horizont událostí a zdánlivý horizont jsou vlastně totožné. Teď ovšem Hawking navrhuje, že kvantová mechanika v budoucnu možná odhalí jejich odlišnosti.
O co vlastně Hawkingovi jde?
Ve své nové studie chce zdánlivým horizontem rozbořit paradox ohnivé zdi. A skutečně, pokud se rozloučíme s horizontem událostí, tak to pošle ohnivou zeď k zemi. Hawking tak trochu šalamounsky navrhuje, že struktura černé díry pod horizontem je natolik chaotická, že je prakticky nemožné interpretovat kvantovou informaci pohlcené hmoty. Neznamená to ale, že by ta informace byla nenávratně ztracena.
Skoncoval Hawking s paradoxem?
Těžko říct. Studie je dost stručná – 2 stránky textu bez výpočtů, takže s ní lze jen těžko detailně polemizovat. A jak se dalo čekat, ne každý s Hawkingem souhlasí. Polchinski, jeden z předních aktérů sporu o ohnivou zeď, kroutí pochybovačně hlavou. Podle něj není jasné, co by vlastně měl vidět pozorovatel padající do černé díry. Jako kdyby Hawking nahradil ohnivou zeď zdí chaosu, která se možná ničím neliší. Jeho pochyby sdílí i Samuel Braunstein z Univerzity v Yorku.
Záleží vůbec na tom, jestli má Hawking pravdu?
Pokud se Hawking strefil do černého, tak by to mohlo vést k lepšímu porozumění kvantové mechanice i obecné relativitě, což by jistě nebylo na škodu. Podle Braunsteina bychom se zdánlivými horizonty mohli nalézt novou fyziku, která by mohla leccos osvětlit. Anebo taky ne.
Vadilo by Hawkingovi, kdyby se pletl?
Nikdo nemiluje své omyly. A jak už bylo řečeno, mezi Hawkingem a černými děrami to je nejspíš osobní. Na druhou stranu, Hawking už ukázal, že dokáže s nadhledem uznat svoji chybu.
Literatura
NewScientist 24. 1. 2014, arXiv:1401.5761
Wikipedia (Event horizon, Black hole information paradox).
Nature