Neviditelný čert

V předchozí části populárně naučného seriálu o neznámém vesmíru jsem předložil obecnou teorii relativity v objetí černých děr. Bylo v ní naznačeno, že s černými děrami, o nichž se předpokládá, že se jimi náš vesmír doslova hemží jako mravenci v mraveništi, si naše soudobé fyzikální teorie neokážou poradit. Než v tomto seriálu dospěji k samotnému závěru, jenž bude bezpochyby velmi bombastický, musím těmto podivuhodným kosmickým „mravencům“ věnovat ještě jednu pozornost. A nebude poslední. Tím nechci říct, že v následující části přijde na řadu třetí pozornost černým děrám – jakoukoli další si už nechávám až na závěr.

Lucifer

Současná teoretická fyzika dospěla k závěru, že lze rozlišit několik druhů černých děr; buď podle velikosti, nebo podle vlastností, viz Aledbaran: Hvězdy a mlhoviny | Černé díry. Základní druhy jsou dva: hvězdné černé díry a galaktické černé díry. Hvězdné černé díry vznikají zhroucením supernovy v neutronovou hvězdu. Vznik mnohem větších černých děr, které sídlí ve středu každé galaxie, už není tak jasně definován.

Supernova je závěrečná fáze masivní hvězdy, v jejímž jádru vyhasíná termojaderná fúze. Neaktivní jádro hvězdy – jež má podle moderních modelů velikost zhruba naší planety, avšak obsahuje hmotu téměř jednoho a půl Slunce – se ve zlomku sekundy zhroutí pod vahou své vlastní gravitace a vznikne z něj neuvěřitelně hustá koule o průměru 10-20 kilometrů. Za takového tlaku se elektrony sloučí s protony v jádrech atomů a vytvoří neutrony. Zbytek hvězdy se pak zhroutí na tuto kouli, která se nyní nazývá neutronová hvězda. Na jejím povrchu dojde ke vzniku šokové vlny, která zažehne explozi supernovy. Hmota, která se navíc přidala k jádru, zesílí jeho gravitační pole natolik, že jádro zkolabuje znovu a stane se černou dírou o Schwarzschildově poloměru pouhých několika kilometrů.

Supermasivní černé díry ve středu každé galaxie obsahují něco mezi milionem a mnoha miliardami násobků hmotnosti Slunce, přičemž jejich velikost je srovnatelná s velikostí průměrné sluneční soustavy, povětšinou je však mnohem menší. Centrální supermasivní černá díra naší galaxie (Mléčné dráhy) se nazývá Sagittarius A*. Podle pohybů hvězd a plynu v její blízkosti se odhaduje, že obsahuje přibližně 4.5 milionu násobků hmotnosti Slunce. Vše tohle je nacpáno pod horizont událostí (moderní název pro Schwarzschildův poloměr) o velikosti 27 miliard kilometrů, což je vzdálenost, v jaké obíhá Merkur okolo Slunce.

V Mléčné dráze, stejně jako v 90 % všech dosud známých galaxií, je centrální supermasivní černá díra prakticky nečinná, jelikož do ní nic nepadá. Zbývajících 10 % těchto černých děr je aktivních. Neustále se „cpou“ materiálem ze svého okolí, a tuto aktivitu lze sledovat na vzdálenosti miliard světelných let. Aktivní galaxie totiž uvolňují do prostoru velká množství záření a částic. Než se hmota propadne do neexistence, obíhá v tzv. akrečním disku a přitom se zahřívá. V okolí supermasivní černé díry se začne vytvářet specifické magnetické pole a mikrosekundy předtím, než se částice ztratí za horizontem událostí černé díry a jsou navždy ztraceny, jsou některé z nich uchváceny oním magnetickým polem a vyvrženy v celých proudech zpět do prostoru.

Nejaktivnější galaxie vygenerují za sekundu více energie než bilion Sluncí, takže aktivní jádro svítí nejméně stokrát více než celá zbývající galaxie. Tato jejich jasnost po nějakou dobu dokonce dokázala před astronomy zamaskovat povahu toho, oč se jedná. Když je poprvé v padesátých letech minulého století letmo zahlédli, považovali je za hvězdám podobná aktivní jádra a dovodili, že jde o podivné blízké hvězdy. Nazvali tyto objekty „kvazi-stelární“, tedy „skoro-hvězdné“. Z toho pak vzniklo označení kvasar.

Astronomové kvasary demaskovali v roce 1962, když zjistili, že se nacházejí v nesmírných vzdálenostech. Z toho totiž vyplynulo, že se nemůže jednat o jedinou hvězdu, nýbrž o celou galaxii, jen my ji na tu dálku vidíme jako jeden zdroj záření. Méně silné aktivní galaxie jsou roztroušené v celém vesmíru v rozličných vzdálenostech od nás. Některé z nich jsou možná ve skutečnosti stárnoucími kvasary, jimž dochází zdroj obživy. Když supermasivní černá díra nakonec spolyká všechno ve svém dosahu, celá galaxie umlkne a stane se z ní galaxie normální, tedy taková, jaká je i ta naše. Může ale opět ožít, pokud se do blízkosti její centrální černé díry dostane další hmota. To znamená, že i Mléčná dráha se může stát aktivní galaxií – důsledky tohoto aktu pro nás radši nedomýšlet.

Co se děje uvnitř černé díry? Jak již bylo řečeno, setkáváme se zde s čímsi, na co ani pomocí našich nejlepších současných teorií nedokážeme odpovědět. Černá díra není pouze dírou ve vesmíru. Je současně dírou v našem chápání. Abychom se někam pohnuli, potřebovali bychom lépe porozumět chování gravitace na úrovni elementárních částic. Tomuto přístupu se říká kvantová gravitace, z níž se stal jakýsi svatý grál fyziků. K vybudování základů teorie kvantové gravitace potřebujeme pozorování, jež ukazují odchylky od teorie obecné relativity.

Snaha byla obrovská, ale veškerá měření, která slibovala, že odhalila odchylky od OTR, se nakonec ukázala být mylně interpretována. Zdrojem těchto „odchylek“ bylo něco úplně jiného a již velmi dobře známého. V polovině šedesátých let Robert H. Dicke a Carl H. Brans přišli s teorií, jež OTR konkurovala. Navrhli pátou přírodní sílu a porušili princip ekvivalence. Na základě své teorie předpověděli, že se Měsíc od své dráhy odchyluje o 13 metrů. Laserové signály odrážející se od povrchu měsíce měly jejich předpověď potvrdit. Nepotvrdily (zatím).

Luciferovy poznámky:

Standardní kvantová teorie (SKT) a obecná teorie relativity (OTR) představují naprosto odlišné přístupy k pojímání fyzikální reality. Oba přístupy nicméně napomohly po svém způsobu neobyčejnému rozkvětu vědecko-technických aplikací. OTR se zdá být zatím zcela nevyvratitelná a SKT, až na černé díry, prakticky nepotřebuje. SKT OTR potřebuje, ale jenom jako dosud nevyvratitelnou matematickou konstrukci, na jejímž podkladě může své kvantové představy v souladu s experimentálními výsledky rozvíjet. Byly a jsou činěny pokusy, jak oba přístupy zcela kompatibilně skloubit v teorii všeho, ale zatím nic dostatečně plodného dosaženo nebylo.

SKT předpovídá, že gravitace je zprostředkována polními částicemi zvanými gravitony. Podle této předpovědi by tyto částice měly mít stejně jako fotony nulovou klidovou hmotnost a stejnou rychlost – absolutní rychlost světla. Žádné měření či pozorování, ani žádný experiment jejich existenci zatím nepotvrdil. Tyto částice jsou tedy stále hypotetické. OTR je k popisu gravitace prakticky nepotřebuje. Představa, že fotony a gravitony mají nulovou klidovou hmotnost, je v podstatě nesmyslná, jak už jsem tady dříve naznačil. Pokud existují, tak nějakou hmotnost dle principu ekvivalence mají, jelikož energii jim upřít bezpochyby nelze.

Fotony – polní částice elektromagnetické interakce - jsou tudíž pod vlivem gravitace. Gravitony by měly být pod stejným vlivem, ale tady se nám to začíná motat tak nějak v kruhu. Jestliže pohyb fotonů je ovlivněn gravitací, musí tuto interakci zprostředkovávat gravitony – vlastně i mezi fotony. A co ji zprostředkovává mezi gravitony?

Na horizontu událostí černé díry je úniková rychlost jakékoli částice rovna rychlosti světla. Cokoli, včetně fotonů, nemůže zpod tohoto horizontu uniknout vně černé díry. Černé díry ale tu gravitaci zprostředkovanou gravitony mají. Vznikají tyhle gravitony na vnějším okraji černé díry? Fotony a jiné částice dle Stephena Hawkinga ano. Tímto způsobem se černé díry jakoby kvantově „vypařují“. Je gravitace černých děr kvantovým vypařováním gravitonů? Jsou vůbec nějaké gravitony? A i fotony? Otázky se kupí jako pára nad hrncem plným kypící polévky, která začíná působit poněkud nestravitelným dojmem. Asi bude zapotřebí nějaký nový KISS.

Zdroj: Stuart Clark, Neznámý vesmír v 10 kapitolách, Euromedia Group, a.s. – Knižní klub v edici Universum, Praha 2017

12.02.2018, 00:06:54   Publikoval Luciferkomentářů: 222