Budeme létat skrz červí díry nebo s warpovým pohonem?  
Nedávné pozorování čtvrtého případu splynutí černých děr pomocí gravitačních vln ukazuje začátek intenzivního studia těchto objektů. Mohla by vést k poznání vlastnosti jejich horizontů a průlom v testech gravitačních teorií a možná i cestu ke kvantové gravitaci. Tyto znalosti jsou kruciální pro rozhodnutí, zda bude možné využívat k mezihvězdnému cestování černé díry nebo warpový pohon. Podívejme se na toto téma podrobněji.

Do pozorování kolizí černých děr pomocí gravitačních vln se zapojil i detektor VIRGO (zdroj LIGO/VIRGO).
Do pozorování kolizí černých děr pomocí gravitačních vln se zapojil i detektor VIRGO (zdroj LIGO/VIRGO).

V současné době se díky detekci gravitačních vln začíná průlom v našem poznání černých děr. Prostřednictvím černých děr se v našem cyklu rozboru budoucnosti mezihvězdného cestování (poslední díl zde) dostáváme k možnostem, které jsou už mimo oblast známé fyziky a zatím jsou čistě hypotetické a ve světě sci-fi, například Star Treku. Pro pohyb objektu v časoprostoru platí podle speciální teorie relativity omezení rychlosti. U hvězdoletu není možná rychlost větší, než je rychlost světla ve vakuu. Ovšem víme, že ve vesmíru existují objekty, které se od nás vzdalují rychlostí větší, než je tato rychlost. Jsou to například kupy galaxií, které jsou od nás dostatečně vzdáleny. Ovšem v tomto případě je toto vzdalování způsobeno rozpínáním časoprostoru. Toto rozpínání je popsáno Hubblovou konstantou, která je podle posledních měření okolo 70 (km/s)/Mpc. Objekty v našem vesmíru, které jsou vzdáleny okolo 14 miliard světelných let, se tak vzdalují rychlostí větší než je rychlost světla. Tato hodnota je přibližná, protože závisí na změnách Hubblovy konstanty v průběhu vývoje Vesmíru a dalších podmínkách.

 

Z pozorování velmi vzdálených supernov se zjistilo, že Hubblova konstanta se mění a rozpínání vesmíru se zrychluje. Existují i experimentální důvody pro hypotézu, že vesmír se na svém počátku rozpínal extrémně rychle. Tato hypotéza je označována jako inflační model vesmíru. V každém případě se v našem vesmíru řada objektů vzdaluje od sebe rychlosti i značně přesahující rychlost světla. Je tak vidět, že pohyb hvězdoletu v časoprostoru sice nemůže překonat rychlost světla, ale není úplně vyloučeno, že se najde nějaká možnost rychlejšího propojení dvou míst v časoprostoru jeho modifikací či nalezením „zkratky“ s využitím dalších rozměrů. Na tomto principu jsou založeny všechny úvahy o využití černých a červích děr či warpu.

 

Červí díry by mohly zkrátit cestování z jednoho místa našeho vesmíru na jiné (zdroj Detlev van Ravenswaay/SPL)
Červí díry by mohly zkrátit cestování z jednoho místa našeho vesmíru na jiné (zdroj Detlev van Ravenswaay/SPL)

Černé, bílé a červí díry

Hypotetickou možností nadsvětelného cestování je tak průlet černou dírou, a tentokrát by to nebylo pouze ergosferou, jako se o tom uvažovalo při rozboru možnosti gravitačního praku. Poprvé byla tato možnost v Schwarzchildově metrice popsána Ludwigem Flammem v roce 1916 a nezávisle pak podrobně Albertem Einsteinem a Nathanem Rosenem v roce 1935. Zatímco u černé díry nemůže nic, co se dostane a nachází pod horizontem událostí, v žádném případě tento prostor opustit, rovnice obecné teorie relativity ukazovala řešení, která obsahovala objekty s horizontem událostí, přes který by nešlo proniknout dovnitř a vše pod ním by mělo naopak přes něj uniknout ven. Tato řešení se označila jako bílé díry. Bílé díry jsou přes singularitu spojeny s černými děrami. Toto hypotetické spojení se označuje jako červí díra a mohlo by zajistit zkratku v časoprostoru. Druh červí díry nalezený zmíněnými dvěma fyziky se označuje jako Einstein-Rosenův most nebo Schwarzchildova červí díra. Kosmická loď by se skrz ní dostala do jiné části vesmíru za dobu i mnohem kratší, než za kterou tam normální cestou časoprostorem dorazí světlo. V tomto případě zase v principu nejde o narušení omezenosti rychlosti pohybu, protože jde o využití časoprostorové zkratky a přímé spojení dvou různých bodů v prostoru a v čase. Červí díra by v principu mohla spojovat i různé časoprostory, tedy různé vesmíry a mohla by tak umožnit cestování mezi nimi. Zatímco existenci černých děr, dokonce několika druhů, máme ve vesmíru potvrzenu pozorováním, bílé díry a červí díry jsou zatím pouze hypotetické objekty. Navíc mechanismus, který umožňuje vznik černé díry kolapsem velmi hmotné staré hvězdy, zabraňuje vzniku bílé díry.

 

Hmota padající z hvězdného partnera na černou díru vytváří akreční disk a při tomto procesu vzniká intenzivní rentgenovské záření. Na obrázku je rentgenovský zdroj Cygnus-X-1 v představách malíře. (Zdroj NASA/CXC/M. Weiss)
Hmota padající z hvězdného partnera na černou díru vytváří akreční disk a při tomto procesu vzniká intenzivní rentgenové záření. Na obrázku je rentgenový zdroj Cygnus-X-1 v představách malíře. (Zdroj NASA/CXC/M. Weiss)

Studium černých děr

Existence černých děr je nyní prokázána i přímo. Na konci roku 2015 se detektoru LIGO podařilo zachytit gravitační vlny vzniklé splynutím dvou černých děr (zde a zde). Šlo také o první přímé pozorování gravitačních vln, a to sto let od jejich předpovědi. Překvapivě šlo o splynutí černých děr s nečekaně velkými hmotnostmi, které bylo možné pozorovat na velmi velkou vzdálenost. V prvním zaznamenaném případě šlo o objekty s hmotností 36 a 29 hmotností Slunce ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných let. Potvrzuje to skutečnost, že v rannějších fázích vývoje vesmíru bylo více hvězd s větší hmotností. Nedávno byl zaznamenán čtvrtý případ, ten současně i detektorem VIRGO.

O existenci hvězdných černých děr, které jsou konečným stádiem velmi hmotných hvězd, máme navíc řadu nepřímých pozorování. Pokud se totiž vyskytuje černá díra ve dvojhvězdě, může ve vhodné konstelaci přetékat po spirále hmota z klasické hvězdy na černou díru, kolem ní se tak vytváří akreční disk složený z přetékajícího plynu. Je třeba zmínit, že složitý pohyb plazmy je ovlivňován magnetickými a elektrickými poli, které zde vznikají. Plazma se před dopadem na horizont černé díry urychluje na velmi vysoké rychlosti a při interakci vysoce urychlených jader a elektronů dochází k vytváření extrémně horkého plazmatu. V nitru akrečního disku dosahuje teplota hodnoty přesahující 10 milionů stupňů celsia. Tak horké plazma vyzařuje rentgenoé záření s vysokou energií. Dvojhvězdy obsahující kompaktní složku, která je konečným stádiem hvězdy s vysokou hmotností, jsou proto rentgenovými zdroji. Prvním kandidátem na takový zdroj se stal rentgenový zdroj Cygnus-X-1. Z pohybu komponent dvojhvězdy lze pak určit hmotnosti obou složek a rozhodnout, zda je kompaktní složka neutronovou hvězdou nebo černou dírou. Dominantní část černých děr je však osamělých a nelze je pozorovat. Jejich počet lze pouze odhadnout z počtu velmi hmotných hvězd, které mají toto konečné stádium. Podle těchto odhadů by měly být v naší Galaxii desítky milionů až miliarda černých děr.

 

Supermasivní černá díra uvnitř kvazaru RX J1131-1231 rotuje s polovinou rychlosti světla (zdroj NASA).
Supermasivní černá díra uvnitř kvazaru RX J1131-1231 rotuje s polovinou rychlosti světla (zdroj NASA).

Z nepřímých pozorování víme i o existenci supermasivních černých děr v centrech galaxií. Ty mají hmotnosti stovek tisíc až po miliardy slunečních hmot. Největší z nich se skrývají v nitru kvazarů. Projevují se opět hlavně zářením vznikajícím při akreci hmoty na tuto černou díru. Velice bouřlivé jsou zvláště projevy těchto procesů v kvazarech a aktivních galaxiích. Zde vznikají velice intenzivně zářící výtrysky relativisticky se pohybující hmoty. Pro určení jejich hmotnosti se využívá zkoumání gravitačního vlivu těchto kompaktních objektů na pohyb hvězd v jejich blízkém okolí. Tyto hvězdy se pohybují v tak intenzivním gravitačním poli, že mohou sloužit i k ověřování obecné teorie relativity.

 

Základní rozdíl mezi hvězdnými a galaktickými černými děrami je, že hustota supermasivní černé děr uvnitř horizontu je mnohem nižší než u těch hvězdných. Zároveň je daleko menší i gradient tíhové síly v okolí horizontu. Rozdíl tíhové síly na hlavu a nohy kosmonauta, který by do takové černé díry padal, by nebyl o moc větší, než je na zemském povrchu. Na rozdíl od pádu do hvězdné černé díry by tak kosmonauta při průchodu horizontem galaktické černé díry slapové síly neroztrhaly.

 

Horizont, singularita, ohnivá stěna

Aktivní galaxie Pictor A zobrazená v rentgenovském záření (modré) a na rádiových vlnách (červeně). Velice pěkně je vidět výtrysk hmoty z centrální supermasivní černé díry. (Zdroj Chandra).
Aktivní galaxie Pictor A zobrazená v rentgenové záření (modré) a na rádiových vlnách (červeně). Velice pěkně je vidět výtrysk hmoty z centrální supermasivní černé díry. (Zdroj Chandra).

Jak bylo zmíněno, ohraničuje horizont prostor černé díry, ze kterého nemůže vyletět ani objekt s rychlostí světla. Hmota pod horizontem podle obecné teorie relativity nezadržitelně kolabuje do singularity, tedy bodu s nekonečnou hustotou. Je třeba zdůraznit, že singularita pouze ukazuje, že se dostáváme do oblasti tak silných gravitačních polí, které tato teorie popsat nedokáže. Reálně pochopitelně bod s nekonečnou hustotou nevzniká.

 

Pro popis procesů v této oblastí limitních hodnot gravitačních polí je nutné znát kvantovou teorii gravitace, která zatím vybudována není. Snaha o skloubení teorie gravitace popisující chování časoprostoru a kvantové fyziky naráží na jejich nekompatibilitu, která se jen těžko překonává a vede k řadě paradoxů.

Přesto se v průběhu dosavadních snah o zapracování kvantových vlastností do popisu černých děl podařilo předpovědět několik velmi zajímavých procesů a dějů. Jedním z nich je prognóza existence Hawkingova záření. Kvantové procesy v blízkosti horizontu způsobují, že černá díra vyzařuje záření s tepelným spektrem. Teplota je nepřímo úměrná její hmotnosti, a čím má černá díra hmotnost menší, tím intenzivněji vyzařuje. Nakonec se vypaří. To se však zatím netýká současných černých děr, které mají hmotnost hvězdnou nebo větší. Teplota jejich Hawkingova záření je nižší, než je teplota reliktního záření a více záření tak pohltí, než vyzáří.

Vznik Hawkingova záření lze popsat tak, že v blízkosti horizontu černé díry vznikají virtuální páry částice a antičástice. Jedna z nich se však kvůli kvantové neurčitosti octne nad horizontem a odletí ven z černé díry, druhá pak do ní spadne. Energie potřebná k tomu, aby částice vyzářená z černé díry byla reálnou, se odebere z její hmotnosti. Jinou možností popisu je, že vlnová funkce popisující pohyb částice pod horizontem zasahuje i nad horizont. Částice se tak může octnout nad horizontem a může být z černé díry vyzářena.

 

Simulace vypaření mikroskopické černé díry vzniklé na LHC emisí Hawkingova záření. Urychlovač LHC mikroskopické černé díry neobjevil a jejich existence i existence Hawkingova záření zůstávají stále v oblasti hypotéz. (Zdroj CERN).
Simulace vypaření mikroskopické černé díry vzniklé na LHC emisí Hawkingova záření. Urychlovač LHC mikroskopické černé díry neobjevil a jejich existence i existence Hawkingova záření zůstávají stále v oblasti hypotéz. (Zdroj CERN).

Existence Hawkingova záření sice dosud nebyla experimentálně potvrzena, ale všeobecně se předpokládá. U jiných předpovídaných procesů to tak jednoduché není. Jeden z paradoxů vzniká, jestliže bude kosmonaut padat do velké černé díry, třeba té galaktické. Podle obecné teorie relativity by průchod horizontem neměl zaznamenat. Naopak fyzikální zákony zakazují, aby se informace z našeho vesmíru ztratila. Když se však dostanou pod horizont do místa singularity, tak z našeho vesmíru zmizí, jsou nedostupné. Navíc platí v obecné teorii relativity princip lokality, který znamená, že se působení na dálku šíří konečnou rychlostí. Tyto tři pravidla nemohou být splněna současně a vzniká něco, co se označuje jako informační paradox. Má-li být splněno zachování informace a lokalita, musí na horizontu existovat ohnivá stěna, kterou vytváří Hawkingovo záření. Ta však má pochopitelně dramatický dopad na objekt padající do černé díry. A může také ovlivnit průběh splynutí černých děr a průběh emise gravitačních vln. To je i důvod, proč se snaží projevy existence ohnivé stěny a jejich vlastností hledat fyzikové v datech experimentů LIGO a VIRGO, které pozorovaly již čtyři kolize černých děr. Protože není znám přesnější popis fyziky okolo horizontu a případných vlastností ohnivé stěny, je náročné najít i její odezvy v pozorovaném signálu gravitačních vln.

 

Do značné míry je tento paradox spojen s nekompatibilitou lokality obecné teorie relativity a nelokálností kvantové teorie. Jeho řešení se tak hledá i na úrovní pochopení provázaných (propletených) stavů více částic, který je právě projevem nelokálnosti a vede k řadě paradoxů v kvantové fyzice (více zde). V roce 2013 navrhli Leonard Susskind a Juan Maldacena, že provázané částice jsou spojeny zmíněnými červími děrami. Je však pořád otevřená otázka, jestli tato cesta povede k lepšímu pochopení kvantové teorie gravitace a propojení obecné teorie relativity s kvantovou fyzikou.

Je tak vidět, že události a procesy v blízkosti a pod horizontem událostí bez kvantové teorie gravitace popsat nedokážeme a je proto jasné, že nemůžeme zatím určit, jak skutečně černé díry vypadají a zda existují bílé a červí díry. Velký skok v této oblasti by mohla přinést astronomie gravitačních vln, jejíž éra právě začala. Hlavně pak intenzivní studium velkého počtu splynutí černých děr s co největší přesností. Přesná analýza průběhu a vlastností vzniklých signálů gravitačních vln by mohla umožnit i zkoumání vlastností horizontu černých děr.

Dne 14. srpna 2017 se podařila čtvrtá detekce gravitačních vln vzniklých při splynutí černých děr. Tentokrát úkaz zaznamenaly tři detektory. Dva z amerického systému LIGO a evropský detektor VIRGO. To umožnilo zatím nejpřesnější určení polohy zdroje gravitačních vln. (Zdroj LIGO – VIRGO Spolupráce – Optical Sky Data: A. Mellinger.
Dne 14. srpna 2017 se podařila čtvrtá detekce gravitačních vln vzniklých při splynutí černých děr. Tentokrát úkaz zaznamenaly tři detektory. Dva z amerického systému LIGO a evropský detektor VIRGO. To umožnilo zatím nejpřesnější určení polohy zdroje gravitačních vln. (Zdroj LIGO – VIRGO Spolupráce – Optical Sky Data: A. Mellinger.

 

Stabilizace červí díry

Většina dnes známých řešení Einsteinových rovnic obecné teorie relativity, které vedou k červí díře spojující body ve stejném časoprostoru, jsou však nestabilní. Ukázali to v roce 1962 John A. Wheeler a Robert W. Fuller. Navíc je doba jejich existence extrémně krátká. Během ní nestačí proletět červí dírou žádný objekt s rychlostí menší nebo rovné rychlosti světla. To se týká právě i zmíněných řešení v Schwarzschildově metrice, tedy Schwarzschildových červích děr.

K udržení stability dostatečně dlouho, aby červí dírou mohlo něco projít, je potřeba exotické formy hmoty. A to takové, která má zápornou hustotu energie a vede k velkému zápornému tlaku. Takovou možnost udržení otevřeného hrdla černé díry navrhl Kip Thorne. Možnost získání stabilní červí díry dovolující transport objektů s podsvětelnými rychlostmi v rámci obecné teorie relativity ukázali v roce 1973 nezávisle Homer Ellis a K. A. Bronnikov. Postupně byla v rámci obecné teorie relativity nalezena řada řešení vedoucí ke stabilním červím dírám a případným možnostem jejich využití pro zkrácení cestování mezi různými body časoprostoru. Další řešení byla nalezena v případě modifikací gravitační teorie.

Reálnou existenci nějakých exotických forem hmoty naznačují i některá experimentální pozorování. Například relativně nedávný objev zrychlování rozpínání vesmíru objeveny pomocí pozorování vzdalování velmi dalekých supernov prvního druhu lze vysvětlit pomocí temné energie. Mohla by vysvětlit také některá další kosmologická pozorování, například přesná měření nehomogenit v teplotě reliktního záření. Proto by potřeba jiných exotických forem hmoty nutných pro stabilizaci červí díry nemusela být úplně nepřekonatelnou překážkou. Zatím se však jeví značně nepravděpodobná. Pokud tato možnost existuje, je založena na některých vlastnostech kvantových fluktuací vakua spojených s kvantovou teorií gravitace, kterou však zatím nemáme. Se záporným tlakem a energií vakua se setkáváme i v případě Casimirova jevu, který vzniká extrémním přiblížením elektricky nabitých desek (blíže zde). Je však třeba zmínit, že s „energií vakua“ se často spojují značně spekulativní až pavědecké návrhy, které nemají moc společného s realitou. Jako je tomu třeba s mikrovlnným (EM) pohonem.

Ještě větším problémem může být, že využití stabilní červí díry, která spojuje vzdálená místa v časoprostoru, vede k problémům s plynutím času a umožňuje cestování v čase do minulosti. A je velmi nepravděpodobné, že by byla v reálném světě taková možnost dovolena. Známý je myšlenkový experiment prezentovaný Kipem Thornem. Předpokládá, že vytvoří červí díru, jejíž jeden konec je umístěn v jeho pokoji a druhý na připravené kosmické lodi. Jeho manželka se přemístí do mezihvězdné lodi. Loď se pak vydá v normálním prostoročase na okružní cestu rychlostí blízkou rychlosti světla, která pro ni bude trvat 12 hodin. Kip Thorn při ní stále vidí svou manželku skrz červí díru, dokonce se v principu mohou držet za ruce. Při pohledu červí dírou Kip Thorn vidí manželku, co dělá při odletu, samotném letu a při návratu. To vše v čase dvanácti hodin. Pokud se však dívá oknem ven ze svého pokoje, tak se raketa s jeho ženou vrátí za mnohem delší dobu závisící na rychlosti mezihvězdné lodi. Řekněme, že rychlost bude taková, že z pozemského pohledu bude let lodi trvat deset let. Kipova žena se může při svém opětném přistání na Zemi setkat s Kipem starším o deset let, ovšem zároveň i při průchodu červí dírou se stejným člověkem po dvanácti hodinách. Samotný Kip může v tomto okamžiku přes červí díru navštívit své budoucí já nebo jeho budoucí já může navštívit jeho.

Zatím se zdá, že v přírodě červí díry vznikat nemohou, kromě doby velmi krátce po vzniku vesmíru. Některé hypotézy totiž předpovídají primordiální červí díry, jejichž velikost je však pouze 10-33 m a ihned nastane jejich rychlý zánik. V průběhu expanze vesmíru by se však některé z nich za specifických podmínek mohly i zvětšit. Je však potřeba zdůraznit, že jejich vznik je spojen s existencí hypotetických topologických poruch časoprostoru, které fungují jako požadovaná exotická forma hmoty. Nejčastěji se tak dnes uvažuje umělá konstrukce takových objektů.

Dalším kritickým problémem je také průlet reálných kosmických lodí červí dírou. K jejímu vytvoření by se mohly využít černé díry. Problémem však je, že v tomto případě se musíme dostat pod horizont událostí černé díry. Každá loď, která se dostane pod horizont událostí, se už nemůže dostat přes něj zpět. Není žádné cesty zpátky. Platí to, ať už pod ním červí díra je nebo není. V případě černých děr hvězdné hmotnosti je případný hvězdolet vystaven obrovskému gradientu gravitačního pole, který by každou představitelnou konstrukci roztrhal. Tím menší je možnost, že by cestu skrz horizont hvězdné černé díry a vzniklou červí díru přežil kosmonaut. Psalo se už o supermasivních černých dírách v centrech galaxií. V tomto případě by kosmická loď z hlediska gravitačních vlivů měla překonat horizont bez problémů a ohrožení. Existuje navíc možnost, že by zmíněný exotický stav hmoty expandoval i u hvězdné černé díry její vstup mimo horizont a stabilizoval její hrdlo, takže by byla dlouhodobě průchodná.

Jak už bylo zmíněno, zatím neznáme kvantový popis gravitace a nevíme tak, jak vypadá oblast, která v Obecné teorii relativity vytváří singularitu. A také exotické formy hmoty, které se ve vakuu v extrémních podmínkách vytváří. Chování černých děr, hypotetických bílých děr a červích děr v oblastech extrémních hodnot gravitačního pole nelze bez znalosti teorie kvantové gravitace popsat. Proto také nelze říci, zda opravdu mohou bílé a červí díry existovat. Jednou z testovaných možností, jak by mohla tato teorie vypadat, jsou strunové teorie. Ovšem studium strunových teorií je momentálně v krizi a nelze říci, kdy se tak podaří kvantovou teorii gravitace vybudovat.

Warpový pohon by mohl umožnit zkrácení doby letu k jiným hvězdám (zdroj NASA/Marshall Space Flight Center).
Warpový pohon by mohl umožnit zkrácení doby letu k jiným hvězdám (zdroj NASA/Marshall Space Flight Center).

 

Warpový pohon

Další zatím hypotetickou možností pro cestování rychlostí větší než světlo je warp pohon. Ten je znám hlavně ze seriálu Star Trek. Jde o hypotetický princip, při kterém mezihvězdná loď deformuje prostoročas tak, že před lodí se prostor smršťuje a za lodí roztahuje. Je tak možné zajistit přesun lodi z jednoho místa ve vesmíru na jiné rychlostí větší, než je rychlost světla, i když ve skutečnosti nejde o pohyb lodi k danému místu, ale o takovou deformaci prostoru, že se k nám kýžený cíl přiblíží. V principu bychom tak mohli cestovat ke hvězdám a nemuseli přitom téměř opustit Zemi. Necestovali bychom k Alfě Centauri, ale Alfa Centauri by byla přenesena k nám.

Že je takové cestování s pomocí warpového pohonu přípustným řešením rovnic obecné teorie relativity, ukázal v roce 1994 fyzik Miguel Alcubierre. Je však třeba pro jeho uskutečnění obrovské množství exotické záporné energii a zároveň i extrémní množství normální kladné energie. Kladná energie by se využívala ke stlačování prostoru před lodí a záporná pro jeho roztahování za ní.

Stejně jako v případě červích děr narážíme na problém, že v případě možnosti realizace takového pohonu by v principu umožňoval cestování v čase. Ukázal to Allen E. Evrett v roce 1996 a může to znamenat další problém při posuzování reality této možnosti.

Rozbor Sergeje Krasnikova ukázal na to, že případná hypotetická warpová mezihvězdná loď by nešla během letu posádkou zevnitř ovládat. Vnitřek kosmické lodi by byl oddělený od vnějšího světa a oddělující hranici by nemohl žádný signál překročit. Průběh letu by tak musel být nastaven předem a nedal by se měnit. I tak by však v principu bylo možné vytvořit galaktické dálnice, které by propojovaly místa v naší Galaxii, či případně umožnily i skoky do galaxií jiných.

Červí díry by mohly zajistit cestování mezi různými vesmíry (zdroj Nature/MIT, Aldebaran)
Červí díry by mohly zajistit cestování mezi různými vesmíry (zdroj Nature/MIT, Aldebaran)

 

Cesty mezi různými vesmíry

Je však nutné opět zdůraznit, že z pohledu současné fyziky neznáme možnost, jak cestování pomocí červí díry nebo warpu dosáhnout. Fyziku, která ukáže, zda příroda takové možnosti dovoluje, zatím neznáme. Víme, že k tomu potřebujeme kvantovou teorii gravitace. Jisté náznaky potenciálních možností pozorujeme v chování celého našeho pozorovatelného vesmíru. Pozorujeme, že oblasti vesmíru se vzájemně vzdalují s rychlostí větší, než je rychlost světla. Současná pozorování ukazují, že přibývání galaxií, které se dostávají za náš pozorovatelný horizont, se zrychluje. Měla by to způsobovat temná energie. Navíc existuje řada náznaků toho, že ve velmi raném období vesmíru existovala inflační perioda, ve které se vesmír (prostor) rozpínal extrémně rychle. Není tak v principu možné vyloučit možnost i podobně rychlých kontrakcí prostoru, tedy hodně nadsvětelné přibližování vesmírných objektů.

Jedním z možných řešení filozofických problémů vznikajících při vysvětlování základních principů kvantové fyziky je hypotéza existence nekonečně mnoha paralelních vesmírů. Vlnová funkce popisuje pravděpodobnost realizace nějakého stavu. Naše konkrétní realita vzniká až „kvantovým pozorováním“, které znamená dekoherencí vlnové funkce popisující pravděpodobnostní stav a její kolaps, který vede k výběru konkrétní možnosti a její realizace. Hugh Everett přišel s předpokladem, že se realizují vždy všechny možnosti, ovšem každá v jiném vesmíru. Každá dekoherence a kolaps vlnové funkce tak znamená rozštěpení a vznik dalších vesmírů. Při každém kvantovém pozorování tak místo kolapsu vlnové funkce dojde ke štěpení vesmíru a vzniká tak nekonečná posloupnost stále se dělících vesmírů. Existuje tak nekonečně mnoho paralelních vesmírů. Vzniká tak každý vesmír a každá historie, která je fyzikálně přípustná. Z nich některé jsou téměř stejné, jako ten náš, pouze s nějakou drobnou odchylkou. Jiné pak se mohou i velmi dramaticky lišit. Každý z těchto světů je stejně reálný.

Umělecká představa, jak by mohl vypadat hvězdolet na warpový pohon Alcubierriho (zdroj NASA).
Umělecká představa, jak by mohl vypadat hvězdolet na warpový pohon Alcubierriho (zdroj NASA).

 

Existencí extrémně velkého počtu vesmírů se dá v kosmologiích postavených nejen na strunových teoriích vysvětlit velmi přesné nastavení parametrů Standardního modelu hmoty a interakcí, které vede k možnosti existence rozumné bytosti – člověka. Standardní model s uvážením nenulových hmotností neutrin popisuje v současné době mnohdy s extrémní přesností kromě gravitační interakce všechny pozorované jevy a procesy, které dokážeme v laboratořích vytvořit a pozorovat. Existují entity, jako je temná hmota, temná energie či singularita černé díry, na jejichž vysvětlení Standardní model nestačí. Teorie elektroslabé interakce popíše jednotně elektromagnetickou a slabou interakci. Kvantová chromodynamika pak popíše interakci silnou. Tyto dva popisy celkově tří interakcí jsou pak součásti zmíněného Standardního modelu. Jednotný popis elektroslabé a silné interakce by měla zajistit Teorie velkého sjednocení. Ta by měla vysvětlit různé volné parametry Standardního modelu, který musí být její součástí. Samotná by pak měla být součástí obecnější teorie, která by obsahovala i kvantový popis gravitace.


Dlouho se zdálo, že správnou cestou k jednotnému popisu všech čtyř známých interakcí jsou strunové teorie. V současné době se však tento obor fyziky potýká s obrovskými problémy, které nejsou spojeny jen s jejich extrémní matematickou náročností. Původní představa byla, že se mezi strunovými teoriemi vyloupne taková, která automaticky povede ke Standardnímu modelu a hodnotám jeho volných parametrů měřeným v našem vesmíru. Postupně se však ukázalo, že existuje téměř nekonečně mnoho strunových teorií, které vedou k velice různým vesmírům s fyzikou i velmi odlišnou od Standardního modelu. Pokud tak máme přirozeně (bez nějakého „vesmírného tvůrce“) vysvětlit vznik a naší přítomnost právě ve vesmíru, který je ideální pro naši existenci, musíme předpokládat, že vzniklo nekonečně mnoho různých vesmírů s velmi rozdílnými fyzikami i parametry Standardního modelu. My pak můžeme existovat jen v tom, který má tu správnou, pro naše bytí vhodnou, fyziku.

Prosazuje se tak opět hypotéza, že existují myriády různorodých vesmírů. Některé jsou opět téměř stejné, jako ten náš. Naopak jiné mohou mít fyziku a tedy i vše ostatní úplně odlišné. Většina nevede k existenci myslících bytostí, ale velký počet je obsahuje.

Je tak vidět, že hypotéza existence obrovského množství paralelních světů by nám pomohla vyřešit řadu nejen filosofických problémů, které přináší současná fyzika. Hypotetické červí díry by pak mohly umožnit cestování nejen mezi různými místy prostoročasu našeho vesmíru, ale i mezi různými vesmíry. Americký fyzik japonského původu Michio Kaku tak předpokládá ve své knize Paralelní světy, že budoucí civilizace stará milióny let či dokonce stovky milionů až miliardu let vyřeší problém s cestováním mezi vesmíry či dokonce dokáže vytvářet vesmíry nové. Najde tak případně možnost opustit vesmír, který bude chladnout a ztrácet podmínky pro existenci myslících bytostí.

Dvojice černých děr spěje ke splynutí (zdroj SXS/LIGO).
Dvojice černých děr spěje ke splynutí (zdroj SXS/LIGO).

Pokud však podobná možnost existuje, bude potřebovat extrémní množství energie a technologie, o kterých v současné době nemáme ani ponětí. Pokud se však civilizace v dohledné době nezničí, mohla by mít na výzkum v tomto směru dostatek času.

 

Závěr

Je vidět, že v principu je cestování rychlostí větší, než je rychlost světla, s využitím modifikací časoprostoru možné. Jestli bude reálné využití černých děr, červích děr nebo warpového pohonu je otázka úplně otevřená. V tomto případě kvůli naši neznalosti kvantové gravitace nevíme, zda takové možnosti alespoň v principu existují. Základní rozdíl mezi možnostmi mezihvězdného cestování, které jsme zatím v cyklu o vesmírných pohonech probírali, a černými děrami i warpem je, že ty předchozí, neodporují žádným fyzikálním zákonitostem a o jejich využití rozhodne nalezení odpovídající technologie. To se týká například i vesmírného výtahu, u kterého proběhla velmi intenzivní a zajímavá diskuze. U černých a červích děr či warpu neznáme odpovídající teorie, které tyto jevy dokáží popsat. Nedokážeme tak rozhodnout, zda přírodní zákonitosti tyto možnosti dovolují. O případných potřebných technologiích pak už nemáme představu žádnou. V současnosti jsou tak tyto způsoby mezihvězdného cestování čistě hypotetické a může se ukázat, že ani principiálně neexistují. Pro rozhodnutí potřebujeme vybudovat kvantovou teorii gravitace. K tomu se můžeme dopracovat buď přes částicovou fyziku v podobě signálů nové fyziky (hledají se třeba pomocí urychlovače LHC) nebo pozorováním velice kompaktních vesmírných objektů – černých děr. Zde nyní dochází k zásadnímu průlomu díky detekci gravitačních vln vznikajících při splynutí dvojice černých děr. Je tak možné, že již brzy budeme vědět v této oblasti více.

Psáno pro servery Osel a Kosmonautix.

Datum: 29.09.2017
Tisk článku

Píseční červi Duny - Anderson Brian Herbert Kevin J.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 199 Kč
cena: 187 Kč
Píseční červi Duny
Anderson Brian Herbert Kevin J.
Související články:

Jaké je hvězdné nebe nad černou dírou?     Autor: Pavel Bakala (14.12.2015)
Gravitačním prakem střílíme do mezihvězdného prostoru     Autor: Vladimír Wagner (19.08.2016)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace