Neviditelný čert

Anglický přírodovědec a reverend John Mitchell a slavný francouzský matematik, astronom a markýz Pierre-Simon de Laplace se v letech 1784 a 1796 nezávisle na sobě zabývali myšlenkou, jaké vlastnosti by musela mít hvězda, jejíž úniková rychlost by se přesně rovnala rychlosti světla. Jelikož by od takové hvězdy nemohlo uniknout ani světlo, byla by to "tmavá hvězda". Mitchell a Laplace předběhli svou dobu o mnoho koňských délek i jinými hypotézami. Jejich úvahy však upadly v zapomnění a byly objeveny dlouho poté, co oba umřeli.

Lucifer

Hlavní úlohu při znovuobjevení sehrál brilantní astrofyzik Karl Schwarzschild, který se narodil v roce 1873 ve Frankfurtu nad Mohanem. Ve svých sedmadvaceti letech získal profesuru a stal se ředitelem hvězdárny v Göttingenu, kde spolupracoval s velkými matematiky, jako byli David Hilbert a Hermann Minkowski. Přivedl tam rozvněž slavného dánského astronoma Ejnara Hertzsprunga, spoluautora Hertzsprungova-Russelova diagramu, který má obrovský význam pro pochopení problematiky hvězd. V roce 1909 byl Karl Schwarzschild povolán na místo ředitele Astrofyzikální laboratoře v Postupimi. Vydal se tam s těžkým srdcem a nevzal sebou Hertzsprunga, kteý přibyl do Göttingenu nedávno předtím. V roce 1912 byl Schwarzschild přijat za člena Pruské akademie věd.

Když v roce 1914 vypukla první světová válka, přihlásil se Karl Schwarzschild okamžitě jako dobrovolník do armády, neboť jako německý žid ctil svou povinnost k vlasti. Třebaže vytáhl do pole, našel si čas, aby se věnoval fyzikálním otázkám. Práce, které vznikly na základě těchto úvah, posílal většinou Albertu Einsteinovi do Berlína, a ten je jeho jménem přednášel na akademii věd. Na ruské frontě v prosinci 1915, jen několik týdnů předtím, než byla zveřejněna Einsteinova obecná teorie relativity, nalezl Karl Schwarzschild první exaktní řešení Einsteinových rovnic gravitačního pole. Vypočetl zakřivený prostoročas mimo elektricky neutrální nerotující kulově symetrickou hvězdu ve vakuu. Své předběžné "zevní" řešení "gravitačního pole hmotného bodu podle Einsteinovy teorie", později podle něj nazvané "Schwarzschildova geometrie", poslal Albertu Einsteinovi.

V lednu 1916 přednesl Einstein Schwarzschildovým jménem výsledky na zasedání Pruské akademie věd. Podle této teorie existuje pro libovolnou hmotnost kritická vzdálenost, za níž je zakřivení prostoru tak velké, že z něj nemůže uniknout dokonce ani světlo. Je zajímavé, že na jeho počest nazvaný Schwarzschildův poloměr se rovná přesně veličině, k níž více než sto let předtím došli Mitchell a Laplace. Krátce nato dospěl Karl Schwarzschild také k "vnitřnímu" řešení Einsteinových rovnic pro hvězdu homogenně naplněnou hmotou. O několik týdnů později jej stihla na frontě závažná, tehdy neléčitelná kožní nemoc. Byl nucen vrátit se do Postupimi a zemřel v květnu 1916 ve věku pouhých čtyřiceti dvou let. Smuteční řeč nad jeho hrobem pronesl sám Einstein.

Uvnitř Schwarzschildova poloměru si souřadnice prostoru a času bizarně vyměňují vlastnosti: čas se stává prostorovým a prostor časovým, což u každé vnitřní souřadnice vede k tzv. singularitě, tedy hmotnému bodu, v němž jsou hustota a prostorové zakřivení nekonečně velké. Albert Einstein odmítal po celý svůj život konstrukci "Schwarzschildovy singularity" jako nelogickou a nefyzikální. Dodnes si většina fyziků myslí, že singularity neexistují. Dokonce i po Schwarzschildově řešení však bylo zapotřebí několika desetiletí vědecké polemiky velkých fyziků, jako např. Eddingtona, Chandrasekhara, Oppenheimera a Landaua, než byla přijata reálná existence objektů, které jsou tak kompaktní, že v jejich blízkosti panují relativistické jevy, tedy úniková rychlost pohybující se poblíž rychlosti světla.

Ještě před několika málo lety převládala domněnka, že vlastnosti černých děr určují vedle hmotnosti již jen dvě jiné fyzikální veličiny, a to jejich elektrický náboj a úhlový moment. Skutečnost, že vedle těchto tří veličin by černé díry neměly mít žádné jiné fyzikální vlastnosti byla charakterizována rčením: "Černé díry nemají vlasy". To ovšem platí pouze tehdy, když si vypomáháme výlučně teorií relativity. Nenadálých překvapení se dočkáme, když bereme v potaz kvantově mechanické jevy. Stephen Hawking je jeden z fyziků, kteří již několik desetiletí přemýšlejí o tom, jak obě teorie propojit. Hawking pozoroval vakuum, v němž se nachází černá díra. Ukázalo se, že vakuum by mělo být stále naplněno kvantovými fluktuacemi, virtuálními páry částic, které vznikají na krátký čas z ničeho a hned zase mizí. Pokud jeden z těchto virtuálních párů vznikne poblíž černé díry, může se stát, že jednu ze dvou částic pohltí černá díra, zatímco druhá nemůže najít partnerku a vzdálí se od černé díry. Z jedné virtuální částice se tak stane reálná.

Hawking sestavil revoluční tezi, že černá díra vyzařuje energii, ovšem v nepatrném množství. Stephen Hawking však zašel ještě o krok dále. Zeptal se, co se stane s informací, která spadne do černé díry. Podle teorému "černé díry nemají vlasy" by mělo být Hawkingovo záření nestrukturované. Hmota černé díry se postupem doby patrně opět vyzáří zpátky do univerza, ne však pohlcená informace. To přivedlo Hawkinga a Kipa Thorna na myšlenku "bílých červích děr". Podle této hypotézy by mohl být střed černé díry propojen jakousi tajemnou prostoročasovou smyčkou s jiným vesmírem nebo jinou oblastí našeho univerza, kde jako "bílá červí díra" opět vyplivne informaci, kterou sežral v našem univerzu. Tato představa podnítila nejednoho autora sci-fi k velkolepým příběhům o cestách časem černými dírami do jiných univerz. Dokonce i Kip Thorne spekuluje ve své knize Černé díry a zborcený čas o tom, jak by bylo možné vyrobit umělé černé díry a bílé červí díry, abychom se mohli pohybovat libovolně rychle z místa na místo.

V létě roku 2006 na setkání předních badatelů v oboru relativity a gravitace v Dublinu Stephen Hawking se vší parádou oznámil, že se při své původní analýze mýlil a černé díry nejsou plešaté. Informace se předává zpět přes mikroskopické struktury na Schwarzschildově poloměru s Hawkingových zářením. Omluvil se všem fanatickým scifistům také za tvrzení, že existují východy do jiných univerz a cesty časem. Ve stejném roce fyzikové z Ohijské státní univerzity pomocí teorie strun vypočítali, že černé díry sestávají ve svém nitru ze "špagetových žmolků", a proto jsou skutečně "vlasaté".

Zdroj: Günther Hasinger, Osud vesmíru

08.05.2011, 00:56:00   Publikoval Luciferkomentářů: 26