Ta obludná síla III aneb naval foton

Černá díra - místo, odkud není úniku. I na našich, silničáři pilně záplatovaných silnicích čas od času potkáte podobný objekt, díru, která má svůj vlastní horizont událostí, naštěstí pouze událostí pojistných. Ani odsud není moc úniku, ale ve srovnání s kosmickou černou dírou to nic není. Její gravitace je tak strašlivá, že z ní neuletí ani světlo, protože rychlost, kterou vše do černé díry padá, je větší než první světelná.

Kosmická cenzura

Co je uvnitř černé díry, to nevíme. Objektu, který je vevnitř, se říká singularita a vědci v souvislosti s tím mluví o tom, že vesmír je cenzurován, že v něm nemůžeme spatřit nahé singularity. Nejspíše musí být frustrovaní tím, že to nemůžou změřit, zvážit, posoudit vliv tohoto objetu na globální oteplování, případně navrhnout pár grantů, které by tento vliv mohly posoudit a připravit opatření na snížení či potlačení vlivu černých děr na globální oteplování. Zřejmě jim nezbude než uspořádat demonstraci za zrušení této cenzury.

Pro nás obyčejné smrtelníky je ale důležité, že černé díry jsou nenasytní žrouti. Ta největší z dosud pozorovaných má hmotnost tří miliard našich Sluncí. Ale uznejte sami - vesmír, který by se skládal pouze z černých děr, by byl poměrně nudný, vyjma případu, kdy jedna černá díra pozře tu druhou.

Naštěstí se nedávno podařilo prokázat, že ani růst černých děr není neomezený, že opravdu žádný strom neroste až do nebe. I když díky výše zmíněné cenzuře nemůžeme žádnou černou díru pozorovat přímo, prozradí je právě jejich apetit. Pokud někde ve vesmíru najdeme silně zahřátý oblak plynu s dírou uprostřed, můžete se vsadit, že je tam singularita zalezlá jako sklípkan ve svém doupěti.

Černá díra s autoregulací

To, co nedovolí, aby v budoucnu celý vesmír skončil v jedné černé díře, je právě teplo vznikající při pádu do singularity. Hmota vtahovaná dovnitř je strašlivou gravitací rozmělněna na plyn, spíše horkou plazmu, která velice intenzivně září do okolí.

Priyamvada Natarajan z Yalské univerzity a Ezequiel Treister z Evropské jižní observatoře spočítali, že černá díra o hmotnosti 10 miliard našich Sluncí zahřeje přitahovaný plyn natolik, že je jeho veškerá hmota vyzářena do okolí dříve, než může být pohlcena, takže kosmický žrout zůstane o hladu.

Ale tohle není výhled do budoucnosti. Už krátce po vzniku vesmíru v něm panovaly takové podmínky, že mohly vznikat prvotní černé díry, nijak masivní, spíše o velikosti atomů - nezapomínejte na vztah mezi energií a hmotností - v podstatě by tedy prvotní vesmír měl být plný černých děr, které postupně rostou, rostou a zvětšují se.

Ale není tomu tak. Nad tímto nesouladem mezi teorií a pozorováním si vědci dlouho lámali hlavy. Kam se vypařily tyhle singularity?

Kam se ztrácejí černé díry?

A ony se skutečně vypařily. Ale jak k tomu mohlo dojít, je záhada podobná vypařování dobrého alkoholu ze zapečetěné láhve ve společné spižírně na studentských kolejích. Ale na rozdíl od tohoto případu už bylo nalezeno řešení.

V jednom z dřívějších dílů Kvantového kočkování jsme se zmínili o tom, že kvantové objekty mají silnou krizi identity, že jsou chvíli částicí, chvíli vlněním a potom zase něčím mezi. Ale ono to jde ještě dále. Takový foton, který si jen tak zvesela metelí vesmírem, se může změnit v pár částic - elektron a pozitron - a potom zase zpátky na foton.

Ale to zdaleka není všechno. Představte si, že něco podobného se děje i s vakuem. Tam, kde předpokládáme prázdný a pustý prostor, je naopak nekonečně mnoho potenciálních částic. Když vzniknou, je to vždy pár - částice a antičástice - půjčí si na to energii z vakua a při následné vzájemné anihilaci tuto energii vakuu zase vrátí.

Pozor, nejedná se o foton, jak říká klasik, tam žádné fotony nejsou. A ani se nejedná o spekulaci potrhlých vědců - tato hypotéza byla řádně otestována pokusem.

Casimírova síla vakua

Mluvíme o tzv. Casimirově efektu (prosím, neplést se Simirovým efektem - ten funguje pouze v Kobře 11 a způsobuje anihilaci reálných vozidel). Když umístíte do vakua dvě elektricky nenabité desky dostatečně blízko k sobě, aby jejich vzdálenost zabraňovala vzniku virtuálních částic mezi nimi, tak na tyto desky působí síla tlaku virtuálních částic, vznikajících všude kolem.

To proto, že částice, které mohou vzniknout mezi deskami, mají svoji vlnovou délku omezenou právě vzdáleností desek od sebe, resp. musí to být celočíselný násobek této vzdálenosti, zatímco v okolí to není nijak omezeno. Nedávno se vědcům podařilo přijít na princip, jak místo přitažlivé síly mezi dvěma destičkami získat sílu odpudivou a tak otevřít cestu ke konstrukci dokonalých nanoložisek.

Chcete se zbavit černé díry? Nechte ji vypařit

Ale zpět k vesmíru a singularitám. V okolí černé díry je silné gravitační pole, které působí na vznikající virtuální částice. Může se stát, že díky tomu od sebe částice odskočí dříve, než se stihnou vzájemně anihilovat, a jedna z nich je pohlcena černou dírou, zatímco druhá má šanci uletět do vesmíru a užít si života na svobodě.

Čím menší černá díra, tím větší gradient gravitačního pole má. Pokud si černou díru představíme jako důlek v prostoročasu, čím menší díra, tím je ten důlek užší a strmější a tím větší je pravděpodobnost, že se pár virtuálních částic roztrhne. A protože ještě nikdo nezrušil zákon zachování energie (jeho porušení se velmi přísně trestá už ve stádiu přípravy), energie, kterou do okolního prostoru odnáší částice, je čerpána z nitra singularity.

Takže čím menší černá díra, tím rychleji se vypařuje, až její celková hmotnost klesne pod kritickou mez a s velkým kaboooom rozhodí zbývající hmotu do okolního vesmíru. Ovšem u velkých cvalíků, kteří si spokojeně hoví uprostřed galaxií, je pravděpodobnost roztržení páru částic velmi malá, protože díra nemá kolem sebe důlek, ale obrovskou, pozvolna se svažující pánev gravitačního pole.

Nicméně to není nemožné, takže i tahle singularita, až zbaští zbytek galaxie, se začne vypařovat a zmenšovat a rychlost tohoto procesu poroste až k výslednému kaboooom. Ale na to si budeme muset počkat celou menší věčnost.

Otázka na závěr - jak se padá do singularity

A aby nám to čekání rychleji ubíhalo, mám tu jednu otázku: Co myslíte, je vůbec možné, aby něco do černé díry spadlo, když cokoliv se přiblíží k horizontu události, "zamrzne" v čase? Jaký je váš názor a co vás k tomu vede...