Vedci riešia najväčšiu záhadu vesmíru. 4 teórie, ktoré búrajú mýty o čiernych dierach

Čierna diera nie je „diera“, ale oblasť priestoru, kde gravitácia natoľko zakriví priestor a čas, že nič nedokáže uniknúť – ani svetlo. Gravitáciu tu vysvetľuje Einsteinova všeobecná teória relativity, ktorá hovorí, že veľká masa deformuje priestor tak, ako bowlingová guľa prehne trampolínu.

Najdôležitejším bodom čiernej diery je horizont udalostí – hranica, z ktorej „niet návratu“. Ak niečo túto hranicu prekročí, podľa klasickej relativity sa pre okolité pozorovanie stráca navždy.

Slávny informačný paradox

V klasickej fyzike by bola odpoveď jednoduchá, áno. Všetko čo spadne do čiernej diery (svetlo, atóm, dokument), je navždy preč.

Informácia sa ale v prírode nikdy nestráca. Ak by čierna diera dokázala mazať informácie, porušila by základné zákony kvantovej mechaniky. To je problém, ktorý sa nazýva Hawkingov informačný paradox.

V 70. rokoch Stephen Hawking zistil, že čierne diery nie sú úplne čierne, môžu pomaly vyžarovať energiu (tzv. Hawkingovo žiarenie) a časom sa odparia. Toto žiarenie ale podľa jeho výpočtov nenesie žiadnu informáciu o tom, čo do čiernej diery spadlo. Ak diera napokon zmizne, informácia by bola zničená kde prichádza problém porušovania kvantovej mechaniky.

Je množstvo teórií, ktoré sa snažia túto záhadu vyriešiť, toto sú tie 4 najpopulárnejšie.

Informácia uniká s Hawkingovým žiarením

Moderné teórie tvrdia, že Hawkingovo žiarenie predsa len nesie informáciu – veľmi jemne zakódovanú. Podľa tejto teórie sa čierna diera správa ako obrovský „kvantový trezor“. Keď sa odparuje, trezor sa otvára pomaly, pričom jej trvanie sú trilióny rokov a informácia sa postupne vracia do vesmíru.

Táto myšlienka nevznikla zrazu, ide o výsledok postupného vývoja po roku 1976, keď Hawking publikoval svoj slávny výpočet, podľa ktorého je Hawkingovo žiarenie čisto termálne (náhodné) a nenesie žiadnu informáciu. Od 90. rokov však teoretici (Daniel Harlow, Patrick Hayden, Don Page) ukazujú, že Hawkingov výsledok nemusí byť úplný.

Don Page v roku 1993 publikoval tzv. Pageovu krivku, ktorá ukazuje ako by informácia mohla unikať. Moderné výpočty v kvantovej gravitácii (najmä holografické modely) ukazujú, že je možné, aby žiarenie informáciu nieslo. Zisťuje sa to sa to pomocou kvantových modelov čiernych dier.

Chronický stres môže zvyšovať riziko smrteľných zdravotných problémov u mladých žien. Vedci dvíhajú varovný prst

Dnes je to najpopulárnejší názor väčšiny teoretikov. Informácia uniká, ale je extrémne skrytá.

Holografický príncip

V roku 1993 Gerard´t Hooft ako prvý navrhol myšlienku, že fyzické informácie môžu byť zakódované na dvojrozmernom povrchu.

O dva roky neskôr Leonard Susskind sformuloval holografický princíp explicitne pre čierne diery a bránil ho proti Hawkingovi v známej „Black Hole War“.

Teória tvrdí že informácia o trojrozmerných objektoch padnutých do čiernej diery je zakódovaná na jej dvojrozmernom horizonte udalostí. Svet je akoby hologram a 3D realita je projekcia z 2D povrchu. Vyšlo to zo štúdie entropie čiernych dier, kedy Bekenstein a Hawking ukázali, že entropia je úmerná povrchu, nie objemu. Naznačuje to to, že práve povrch nesie informáciu a teda nezmizne do vnútra ale uchovávaná na okraji čiernej diery.

Táto odvážna hypotéza tvrdí, že kvantové prepletenie medzi časticami môže byť matematicky ekvivalentné miniatúrnym červím dieram. Podľa tejto predstavy môže byť informácia akoby „prepletená“ s priestorom mimo čiernej diery a nikde sa nestratí, len sa správa neintuitívne.

Firewall – najradikálnejšia teória

Ako poslednú možno uviesť tzv. firewallovú hypotézu, ktorá je jednou z najkontroverznejších. Tvrdí, že aby sa informácia zachovala, musí byť horizont udalostí veľmi zvláštnym miestom.

Podľa tejto teórie existuje na horizonte extrémne energetický “firewall”, ktorý okamžite zničí všetko, čo sa priblíži. Tým by sa informácia dá sa povedať že prepísala do Hawkingovho žiarenia hneď na hranici čiernej diery.

Problém je, že takýto firewall by porušoval princíp relativity, podľa ktorého by pozorovateľ pri prechode cez horizont nemal cítiť nič zvláštne. Preto, je táto teória veľmi kontroverzná.

Extrémny dážď paralyzuje letisko. Zasahujú hasiči, platí 3. stupeň povodňovej aktivity

Každá z týchto teórií ponúka úplne odlišný pohľad na to, čo sa deje s informáciou v extrémnych podmienkach čiernej diery. Od kvantových červích dier cez holografické štruktúry až po exotické firewally – fyzika stále hľadá definitívnu odpoveď. Kým ju nemáme, problém straty informácie zostáva jednou z najfascinujúcejších otázok kozmológie.

Čítaj viac z kategórie: Veda a vesmír