Výstredné hypotetické objekty by podľa niektorých odborníkov mohli byť odpoveďou na viaceré nevysvetliteľné vesmírne anomálie.
Supermasívna čierna diera Gargantua vo filme Interstellar režiséra Christophera Nolana z roku 2014. Zdroj: space.com
Taliansky teoretický fyzik a spisovateľ Carlo Rovelli prichádza k slovenskému čitateľovi s ďalšou knihou. Po publikácii Helgoland, v ktorej fascinujúcim spôsobom opisuje počiatky zrodu kvantovej mechaniky, teraz upriamuje našu pozornosť na fenomény makrosveta. V knihe sa venuje tajuplným vesmírnym objektom, ktoré poznáme výhradne v rovine hypotéz – bielym dieram. Príznačne ich označuje za nepolapiteľné mladšie sestry čiernych dier.
„Toto je rozprávanie o dobrodružstve, ktoré práve prebieha. Ako vždy na začiatku putovania, ani teraz neviem, kam presne nás cesta zavedie.“ (Carlo Rovelli)
Záhadné dvojča
Existencia bielych dier nebola doteraz potvrdená. Ani vedci s istotou nevedia, ako vyzerajú, ako sa správajú a čo sa odohráva v ich útrobách. Podľa Rovelliho tvrdení sú však rovnako ako čierne diery výsledkom tej istej Einsteinovej rovnice, ktorú sformuloval v rámci všeobecnej teórie relativity. Ibaže s opačným znamienkom času.
„Hovoria nám, čo máme očakávať na okraji čiernej diery a v jej vnútri. Hovoria nám, čo sú biele diery. Ukazujú cestu čudesnými končinami,“ píše v knihe Rovelli, ktorý si vyslúžil aj prezývku básnik fyziky.
Opačná strana lievika
Samotný autor nás pozýva, aby sme sa spoločne s ním spustili do podivuhodného sveta, ktorý vytvorí kolabujúca hviezda, mnohonásobne ťažšia ako naše Slnko. Do vnútra čiernej diery.
Jadrová fúzia v strede hviezdy už nedokáže vytvárať účinný protitlak. Gravitácia víťazí a hviezda sa prepadá časopriestorom, ktorý sa pod zmršťujúcim sa objemom prepadáva, naťahuje a zužuje. Priestor si môžeme predstaviť ako elastickú látku a hviezdu ako ťažké závažie. Vzniká útvar podobný lieviku.
Grafické znázornenie čiernej diery, ktorá prechádza do bielej diery. Zdroj: iStockphoto.com
Jeho okraj sa nazýva horizont udalostí a tvorí priestorovú hranicu medzi udalosťami, ktoré sú nám z fyzikálneho hľadiska známe, a medzi tými, o ktorých nevieme nič. Hrdlo lievika je čoraz užšie, hviezda sa zmršťuje, až kým nedosiahne maximálne stlačenie.
V tomto okamihu však podľa Rovelliho nenastáva singularita, ale takzvaná Planckova hviezda – najmenšie možné zoskupenie hmoty. Tento koncept navrhol ešte v roku 2014 spoločne s talianskou vedkyňou Francescou Vidottovou, ktorej zároveň adresuje venovanie na začiatku knihy.
Čo sú biele diery?
Rovelli sa vo svojej vedeckej práci zaoberá teóriou slučkovej kvantovej gravitácie (angl. loop quantum gravity). Spoločne s kolegami sa snažia zostaviť matematickú štruktúru, ktorá by opisovala kvantový čas a priestor. Vychádzajú pri tom z jednej fundamentálnej kvantovej vlastnosti – zrnitosti alebo granularity samotného priestoru.
To je podľa nich dôvod, prečo čierna diera nikdy nemôže dosiahnuť singularitu. Existujú elementárne častice priestoru, ktoré majú konečné rozmery.
„Ak sa čierna diera vo svojej trajektórii dostane až na dno, odrazí sa a celý jej príbeh sa akoby vráti v čase,“ vysvetlil Rovelli a dodal, že biela diera predstavuje to, ako by vyzerala čierna diera zachytená na videu a prehraná pospiatky.
„Bingo! Za singularitou jestvuje riešenie, kde je čas prevrátený naruby – vnútro bielej diery. Vonku sa však nič nedeje.“ (Carlo Rovelli)
Rovnaké, a predsa iné
Rozlíšiť čiernu dieru od bielej by pre vonkajšieho pozorovateľa bolo problematické. Obe majú horizont udalostí, no líšia sa v zásadnej veci. Kým z čiernej diery nemôže nič uniknúť, do bielej sa nemôže nič dostať. Ak by sme ju pozorovali dostatočne dlho, videli by sme ju vyvrhnúť materiál.
Vizuálna podoba supermasívnej čiernej diery. Zdroj: NASA
Ako teda obe diery spolu súvisia? Rovelli vyslovil zaujímavú myšlienku. Keď kolabujúca hmota čiernej diery dosiahne maximálne možný stlačený objem, opúšťa režim princípov všeobecnej teórie relativity a nastupuje kvantové správanie.
Čo sa deje ďalej, nebudeme prezrádzať, aby sme budúcich čitateľov útleho Rovelliho diela nepripravili o momenty úžasu, údivu, o úsmev či o pokývanie hlavou.
Akým hypotézam sme sa smiali kedysi?
Dejiny vedy sú plné príbehov, keď sa – v metaforickom zmysle – z bájneho jednorožca stal reálny živočích. Ibaže cesta tejto premeny je často dláždená opovrhovaním, odmietaním a neraz aj búrlivým výsmechom.
Napríklad v druhej polovici 19. storočia skupina vedcov zastúpená rakúskym fyzikom Ludwigom Boltzmannom kvôli hypotéze, že vlastnosti látok vyvierajú z ich mikroštruktúry až na úrovni atómov, čelila mohutnému odsúdeniu. Koľká satisfakcia však prišla po tom, keď sme ich po prvý raz zbadali pod mikroskopom!
V roku 1915 Albert Einstein dospel pomocou rovníc gravitačného poľa k predpokladu, že pri zrážke dvoch nesmierne hmotných telies môže dôjsť k záchvevom samotného časopriestoru. Ide o jav, ktorý označujeme pojmom gravitačné vlny. V roku 2015 zachytil experiment LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) signál, ktorý pochádzal z kolízie dvoch čiernych dier. V roku 2016 vedci oficiálne potvrdili existenciu gravitačných vĺn.
Einsteinove rovnice ich predpokladali
Rovnakému výsmechu bola vystavená aj teória o čiernych dierach. V súčasnosti sa už úplne vymanili z roviny sci-fi, dokonca už nepochybujeme ani o tom, že sú hnacím motorom väčšiny galaxií.
Prvú teoretickú predstavu o telese, ktoré je také hmotné, že z neho neunikne ani svetlo, ponúkol svetu už v roku 1784 geológ John Michell. Aké veľké by bolo jeho nadšenie, keby 10. apríla 2019 uvidel historicky prvú fotografiu čiernej diery!
Prvá fotografia čiernej diery. Na obrázku je supermasívna čierna diera v galaxii Messier 87, ktorá je od Zeme vzdialená takmer 54 miliónov svetelných rokov. Zdroj: NASA
O rok neskôr získala trojica vedcov – Andrea Ghezová, Roger Penrose a Reinhard Genzel – Nobelovu cenu. Ich práca a presvedčivé argumenty prispeli k potvrdeniu teórie o existencii čiernych dier.
Zaujímavosťou je, že ani samotný Einstein v ich existenciu neveril. Pritom jeho rovnice, ktoré tvoria základ všeobecnej teórie relativity, ich priamo predpokladajú.
Prechádzka mysľou fyzika
V roku 2019 časopis Foreign Policy zaradil Carla Rovelliho medzi 100 najvplyvnejších globálnych mysliteľov. Rodáka z talianskeho mesta milencov spoznáte podľa striebristých vlasov, tmavého obočia a okrúhlych okuliarov. A podľa kníh, ktoré sú síce malé rozmermi, ale veľké obsahom.
Taliansky teoretický fyzik a spisovateľ Carlo Rovelli. Zdroj: Wikipedia
Kniha Biele diery nie je len holou zbierkou fascinujúcich myšlienok a téz o výstredných vesmírnych objektoch. Je pútavým bedekrom mysľou vedca, ktorý premýšľa nad všetkými aspektmi ich existencie. Do písmen vkladá aj emócie, ktoré ho pri riešení problematiky sprevádzali, čím zároveň poľudšťuje všetky vedecké kapacity, ktoré pri svojom bádaní zažívajú nielen radosť, ale aj obavy a strach zo sklamania.
Na Slovensku vyšlo niekoľko Rovelliho kníh. Do povedomia verejnosti sa dostal najmä knihou Sedem krátkych prednášok o fyzike. Zdroj: Kristína Benkovičová
Na Slovensku vychádza kniha presne desať rokov po tom, čo Rovelli spoločne s kolegami sformulovali hypotézu, že biele diery sú výsledkom smrti čiernej diery.
Zdroje:
space.com, Rovelli, C: Biele diery. Slovtatran, 2024.
(af)
