Podivuhodný osud osoby padající do černé díry 1

Podivuhodný osud osoby padající do černé díry

Pokud spadnete do černé díry, můžete očekávat okamžitou smrt. Ale ve skutečnosti může být váš osud mnohem podivnější.

Může se to přihodit každému. Možná hledáte ve vesmíru novou obyvatelnou planetu, nebo jste na dlouhé procházce a uklouznete. Ať už jsou okolnosti jakékoli, vždy budeme všichni konfrontováni prastarou otázkou: co se stane, když spadnete do černé díry?

Můžete očekávat, že budete rozdrcení nebo možná roztrháni na kusy. Ale skutečnost je mnohem podivnější.

V okamžiku kdy vstoupíte do černé díry, realita se rozdvojí. V jedné budete okamžitě zpopelněni a ve druhé se ponoříte do černé díry bez jakékoliv újmy.

Velmi hmotné objekty zakřivují prostor (Credit: Julian Baum/SPL)

Černá díra je místo, kde přestávají platit zákony fyziky tak jak je známe. Einstein nás učil, že gravitace zakřivuje prostor. Takže dostatečně hmotný objekt může zakřivit prostoročas tak, že se zakřiví do sebe a vytvoří otvor skrz strukturu reality.

Masivní hvězda, která spálila veškeré palivo, může vytvořit extrémně hmotné těleso, jaké je potřebné pro takové zakřivení části prostoru. Jak se toto těleso ohýbá pod vlastní vahou a hroutí se do sebe, časoprostor se ohýbá s ním. Gravitační pole zesílí natolik, že ze zhrouceného prostoru nemůže uniknout ani světlo, což způsobí, že hvězda bude zcela temná: vznikne černá díra.

Nejkrajnější hranicí černé díry je její horizont událostí, bod, ve kterém gravitační síly působí přesně proti úsilí světla z něho uniknout. Při bližším přiblížení k černé díře už z ní nebude úniku.

Horizont událostí je rozzářený energií. Kvantové efekty na okrajích vytvářejí proudy žhavých částic, které vyzařují zpět do vesmíru. Tento jev se nazývá Hawkingova radiace, podle fyzika Stephena Hawkinga, který ji předpověděl. Při dostatku času černá díra svoji hmotu vyzáří a zanikne.

Jak budete padat dále do černé díry, prostor se ještě více zakřiví, až se ve středu díry stane nekonečně zakřiveným. To je singularita. Prostor a čas přestávají být smysluplnými pojmy a zákony fyziky jak je známe - všechny, které vyžadují prostor a čas - přestávají platit. Co se odehrává zde, nikdo neví. Další vesmír? Je to tajemství.

V černé díře je prostor nekonečně zakřiven (Credit: Henning Dalhoff/SPL)

Co se stane, pokud do jedné z těchto kosmických anomálií spadnete? Začneme tím, že se zeptáme vašeho kosmického společníka - nazveme ji Anna - která s hrůzou pozoruje, jak padáte směrem k černé díře, zatímco ona se nachází v bezpečí mimo její dosah. Z jejího pohledu se začnou dít podivné věci.

Jak zrychlujete svůj let směrem k horizontu událostí, Anna vidí, jak se prodlužujete a kroutíte, jako by vás viděla přes gigantické zvětšovací sklo. A co víc, čím více se blížíte k horizontu, tím více se váš pohyb zpomaluje.

Nemůžete na ni zakřičet, protože v kosmu není žádný vzduch, ale můžete se pokusit poslat jí zprávu morseovkou blikáním světla na vašem iPhonu (je tam pro to aplikace). Ovšem vaše slova k ní dorazí mnohem pomaleji, světelné vlny se prodlužují do stále nižších a červenějších kmitočtů: "Alright, a l r i g h t, a l r i…"

Poté, co dosáhnete horizontu, Anna uvidí, jak znehybníte, jakoby někdo stiskl tlačítko Pause. Zůstanete tam připlácnutí, nehybní, natažení přes plochu horizontu, a stoupající teplota vás začne pohlcovat.

Podle Anny jste pomalu zničeni natažením prostoru, zastavením času a žárem Hawkingovi radiace. Před tím, než se ponoříte do temnoty černé díry, jste proměněni v popel.

Ale ještě před tím než začnete plánovat váš pohřeb, zapomeňme na Annu a podívejme se na tu hrůznou scénu z vašeho úhlu pohledu. Stane se něco ještě podivnějšího - nic.

Hranici černé díry může tvořit žhnoucí ohnivá stěna (Credit: Equinox Graphics/SPL)

Poplujete přímo do nejhrozivějšího místa, jaké se ve vesmíru nachází, a to bez drncání či škubání - a zcela jistě i bez prodlužování, zpomalování či spálení radiací. To proto, že padáte volným pádem, a tudíž necítíte žádnou gravitaci: Einstein to popsal jako svoji "nejšťastnější myšlenku".

Ale horizont událostí není neprostupnou stěnou, plovoucí ve vesmíru. Je to artefakt perspektivy. Pozorovatel, který zůstane mimo černou díru, nemůže skrz něj vidět, ale to není váš problém. Pro vás žádný horizont neexistuje.

Jistě, pokud by černá díra byla menší, tak byste měli problém. Gravitační síla by byla u vašich nohou mnohem větší než u hlavy, což by vás natahovalo jako špagetu. Ale naštěstí tahle černá díra je velká, milionkrát hmotnější než naše Slunce, takže síly, které by z vás udělaly špagetu, jsou slabé natolik, že je můžete ignorovat.

Ve velké černé díře byste ve skutečnosti mohli prožít zbytek života úplně normálně, před tím, než byste zemřeli v singularitě.

Horizont událostí je pevná bariéra. (Credit: Richard Kail/SPL)

Možná že se optáte, co je normálního na tom, že jste vtaženi do otvoru v časoprostorovém kontinuu proti vaší vůli, bez možnosti vrátit se zpět?

Ale když o tom přemýšlíte, tak my všichni ten pocit známe, ne ze zkušeností s prostorem, ale s časem. Čas může plynout pouze vpřed, nikdy zpět, a vleče nás s sebou proti naší vůli, a brání nám v návratu zpět v čase. Nejde o pouhou analogii. Černé díry deformují prostor a čas do takové míry, že uvnitř horizontu černé díry si čas a prostor vymění role. V určitém smyslu je to opravdu čas, který vás vtahuje směrem k singularitě. Nemůžete se otočit a uniknout z černé díry, podobně, jako nemůžete uniknout z přítomnosti do minulosti.

V tomto bodě se možná budete chtít zastavit a položit si naléhavou otázku: Co se to k čertu stalo s Annou? Pokud vy mrznete uvnitř černé díry, obklopení ničím tajemnějším než prázdným prostorem, proč ona trvá na tom, že jste shořeli na popel na vnější straně horizontu? Má halucinace?

"Hawkigovo záření" proudí z horizontu událostí (Credit: Richard Kail/SPL)

Ale Anna je zcela při smyslech. Z jejího pohledu jste byli opravdu na horizontu proměněni v oharek. To není iluze. Anna by dokonce mohla sebrat váš popel a odeslat ho vašim milovaným.

Skutečnost je taková, že přírodní zákony vyžadují, abyste zůstali vně černé díry, tak jak to vidí Anna. To proto, že kvantová fyzika určuje, že žádná informace se nemůže v našem vesmíru ztratit. Každý kousek informace, vztahující se k vaší existenci, musí zůstat na vnější straně horizontu událostí, protože jinak by u Anny došlo k porušení fyzikálních zákonů.

Na druhé straně, zákony fyziky také vyžadují, abyste se při letu skrz horizont událostí nesetkali se žhavými částicemi ani s ničím neobvyklým. V opačném případě byste narušili Ensteinovu teorii obecné relativity.

Takže fyzikální zákony vyžadují, abyste byli zároveň vně černé díry spálení na popel a uvnitř černé díry, živi a zdrávi. A v neposlední řadě je zde ještě třetí fyzikální zákon, který říká, že informaci nelze naklonovat. Můžete se vyskytovat na dvou místech, ale může existovat pouze jedna vaše kopie.

Známé fyzikální zákony nás tak vedou k závěru, který se zdá poněkud nesmyslným. Fyzikové nazývají tuto záhadu informačním paradoxem černé díry. Naštěstí se ji podařilo v devadesátých letech nalézt cestu k řešení.

Leonard Susskind si uvědomil, že v tom není žádný paradox, neboť žádná osoba nikdy nemůže vidět váš klon. Anna vidí pouze jednu vaši kopii. Vy vidíte pouze jednu vaši kopii. Vy si nikdy s Annou nemůžete porovnat poznámky. A neexistuje žádný třetí pozorovatel, který by viděl současně vnitřek i vnějšek černé díry. A tak by nedošlo k porušení žádných fyzikálních zákonů.

Jak tam jednou spadnete, tak už není cesty zpět (Credit: Science Photo Library)

Pokud ovšem nechcete vědět, který příběh je opravdu pravdivý. Jste reálně mrtvý nebo jste reálně živý?

Velké tajemství černých děr nám odhalilo, že neexistuje žádná realita.Realita závisí na tom, koho se ptáte. Existuje realita Anny a existuje vaše realita. Konec příběhu.

Tedy, téměř. V létě 2012 skupina fyziků, kolektivně známá jako AMPS, vytvořila myšlenkový experiment, který hrozil převrátit vzhůru nohama všechno, co jsme si mysleli, že víme o černých dírách. Tito fyzikové si uvědomili, že řešení Leonarda Susskinda vychází z faktu, že jakýkoli nesoulad mezi vámi a Annou je zprostředkovaný horizontem událostí. Nezáleží na tom, jestli Anna viděla tragickou verzi vašeho rozpadu v Hawkingově radiaci, protože horizont jí zabránil vidět tu druhou verzi vašeho osudu při letu do vnitřku černé díry.

Nikdo neví s jistotou, co se nachází uvnitř černé díry. (Credit: Henning Dalhoff/SPL)