Záhadná kosmologie (2): Informační paradox černých děr, Ohnivá zeď, Planckova hvězda

Někteří kosmologoé nepočítají s tím, že by náš vesmír byl jediný, ale jeden z mnoha a mnoha. Jejich vlastnosti by byly náhodné, určené pouze množstvím energie, která by se uvolnila při vzniku jejich bubliny prostoročasu. Mnoho nových kosmů by vůbec neumožňovalo vznik hmoty, natož života. Řada z nich by se brzy zase zhroutila do sebe. A asi jen velmi vzácně by se mezi nimi objevil vesmír s příznivou hodnotou kosmologické konstanty, jako je ten náš.

Nepřehledněte: Předchozí část článku o záhadách kosmologie

Kosmologie v černé díře

Zdá se vám bránový vesmír extravagantní? Pak jste zřejmě ještě neslyšeli o kosmu v černé díře, který si vymyslel teoretický fyzik Raj Patria. Podle něj se totiž celý pozorovatelný vesmír nachází uvnitř černé díry, tedy v místě se zhrouceným prostoročasem, v němž by měla sídlit singularita, podobná té z našich představ o Velkém třesku.

Astrofyzik Niayesh Afshordi nabízí jiný extrémní koncept zrození našeho kosmu – v podobě trojrozměrné brány v gravitačním chřtánu černé hyperdíry ze čtyřrozměrného vesmíru. Těžko říct, jestli je taková představa méně šílená než Velký třesk, ovšem podle Afshordiho a jeho kolegů dobře řeší některé problémy singularity Velkého třesku. Černé hyperdíry vycházejí z alternativních a poněkud problematických kosmologických modelů a úplně přesně neodpovídají pozorováním teleskopu Planck. Afshordi to však zatím nevzdává.

Bitva o paradoxy černých děr

Singularity černých děr jsou přinejmenším stejně protivné jako singularita, kterou tušíme ve Velkém třesku. Vesmír vznikl velice dávno, téměř před čtrnácti miliardami let. Černé díry se podle všeho neustále rodí všude kolem nás a na rozdíl od Velkého třesku je můžeme – alespoň nepřímo – sledovat v přímém přenosu. 

Poslední dobou se černé díry staly velice horkým bojištěm astrofyzikálních teorií, kde si nevybíravě vyřizují účty obecná relativita s kvantovou mechanikou. K hlavním viníkům nastalé situace patří nejslavnější fyzik přelomu tisíciletí Stephen Hawking. Když před lety „napasoval“ na černé díry kvantovou mechaniku, zjistil, že nejsou tak úplně černé. Podle něj by vlastně měly trošku zářit a pozvolna se při tom vypařovat. 

Potíž však spočívá v tom, že by se podle Hawkingova konceptu mělo s černou dírou vypařit i všechno, co kdy spolkla. S tím má ovšem zásadní problém kvantová fyzika, podle níž nemůže informace o hmotě nikdy zaniknout, ani v černé díře. A to tvoří podstatu informačního paradoxu černých děr.

Zmutovaný paradox ohnivé zdi

Vášně kolem informačního paradoxu černých děr časem vychladly. Nedávno se však objevil jeho mutant, zákeřný a nakažlivý jako ptačí chřipka. Podle Josepha Polchinského z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře vytvářejí fotony Hawkingova záření, jež opouští černou díru, na horizontu událostí přízračnou stěnu energie. A ta by sežehla všechno, co k ní dorazí. S tím nicméně zase bojuje obecná relativita, pro kterou je průchod horizontem událostí, padá-li něco do černé díry, vcelku nudný. Pokud byste se ocitli na horizontu událostí, jednoduše spadnete do černé díry a ničeho si nevšimnete – jen toho, že vás roztrhají slapové síly.

Tak vznikl paradox ohnivé zdi (firewall paradox), přičemž se ukazuje, že se v tomto sporu jedná o víc než jen o nějakou zeď – relativita jde čelem proti kvantům. A fyziky doopravdy děsí představa, že si budou muset vybrat mezi obecnou relativitou a kvantovou mechanikou, což by otřáslo celým světem. Proto ve snaze zabránit fatálnímu dilematu vymýšlejí podivuhodné triky, které by ohnivé zdi kolem černých děr uhasily a nahradily něčím méně osudovým.

Ledová zeď a zdánlivý horizont

Leonard Susskind ze Stanfordu a Juan Maldacena z Princetonu proměnili černé díry a unikající částice Hawkingova záření v systém kvantově provázaných čili entanglovaných červích děr. To by sice uhasilo ohnivou zeď, podle kritiků by však kolem černé díry v důsledku kvantových vztahů naopak povstala ledová zeď, prý srovnatelně ohavná. Juan Maldacena přišel také s dalším mazaným nápadem – nechat uvnitř černé díry plynout čas opačným směrem. Informace by se z ní dostávala méně dramaticky, aniž by vzedmula stěnu ohně na horizontu událostí. Pozorovatel padající do černé díry by ovšem prošel posunem času, což je v rozporu s obecnou relativitou. 

Podle odborníků na teorii superstrun nemají černé díry horizont událostí se singularitou uvnitř, ale vyplňuje je tzv. fuzzball – klubko zašmodrchaných strun. Fuzzball by sice stále intenzivně připomínal černou díru, neměl by ovšem horizont událostí, a tudíž by ani nevyvolával paradox ohnivé zdi. Do bojů u stěny z plamenů se nedávno vložil i samotný Stephen Hawking: nemilosrdně zrušil horizonty událostí černých děr a nahradil je zdánlivými horizonty (apparent horizon), za nimiž nelze kvantově interpretovat hmotu. Joseph Polchinski však pochybuje, že se Hawkingova zeď chaosu nějak podstatně liší od ohnivé zdi. 

Planckova hvězda

Aby toho nebylo málo, zjevily se nedávno tzv. Planckovy hvězdy. Podle zmíněné představy by se umírající stálice nezhroutily do singularity, ale zkolabovaly by do struktury o Planckově hustotě. Ta se v podstatě pohybuje jen krůček od singularity, neboť odpovídá hmotě 10²³ sluncí, stlačené do prostoru jediného atomového jádra. Kvantověgravitační efekty by pak udržely zhroucenou hvězdu mimo singularitu. 

TIP: Po tajemstvích temné hmoty a temné energie ve vesmíru pátrá síť superpočítačů

Z pohledu stálice by šlo o pouhý mžik, ale v okolním vesmíru by v důsledku nesmírně velké dilatace (čili protažení času působením mohutné gravitace) uplynuly miliardy let. Planckova hvězda by v nitru černé díry rostla a po vyhasnutí Hawkingova záření by se vynořila do vesmíru. Paradox ohnivé zdi by pak zcela ztratil smysl. Šarvátky u ohnivé zdi ještě zdaleka nekončí. Jak to dopadne?