Od chvíle, co na nás černé díry vykoukly z rovnic Einsteinovy obecné relativity, jsou zdrojem neuvěřitelných hypotéz, teorií a představ, s jejichž pomocí se snažíme s těmito extrémními objekty nějak přijatelně srovnat. Postupně se staly jedním z nejvíce bolavých míst soudobé fyziky, v němž se nelítostně střetává obecná relativita s kvantovou mechanikou.

 

Italští astrofyzici Francesco Benini a Paolo Milan z italských institutů International School of Advanced Studies (SISSA) a National Institute for Nuclear Physics (INFN) se ve své nové studii přiklonili k názorům, podle nichž jsou černé díry jako hologramy, v nichž je veškerá informace potřebná k vytvoření 3D obrazu zakódovaná na 2D povrchu.

 

Z kvantové mechaniky vyplývá, že by černé díry mohly být velice komplexní, a že by mohly koncentrovat enormní množství informace ve dvou rozměrech. Jako kdyby to byly harddisky, v tomto případě největší harddisky ve vesmíru. Obecná relativita zase popisuje černé díry jako 3D objekty, jednoduché, kulovité a hladké. Odpovídá to prvnímu detailním snímku supermasivní černé díry, který jsme viděli v loňském roce (2019) díky virtuálnímu Teleskopu horizontu událostí. Nový výzkum Beniniho a Milana tyto dva pohledy sjednocuje.

 

Právě informace představují jednu z nejvýznamnějších komplikací kolem černých děr. Podle Einsteinovské relativity jsou černé díry zcela jednoduché objekty, vyloženě informace-prosté. Naproti tomu podle kvantové fyziky jde o dokonce nejvíce složité, nejvíce komplexní objekty vůbec, protože mají enormní entropii, což odpovídá ohromné složitosti a tím pádem velikému množství informace.

Benini s Milanem využili 30 let starou myšlenku holografického principu. Z něho vyplývá, že chování gravitace v určité oblasti prostoru může být popsáno jiným systémem, který existuje pouze na okraji této oblasti, a má tedy o jednu dimenzi méně. A co bylo pro badatelé ještě významnější, holografická gravitace dovoluje popsat gravitaci matematickým jazykem, který sám o sobě gravitaci neobsahuje. Díky tomu se takový popis gravitace vyhne konfliktu s kvantovou mechanikou.

 

Když italští vědci použili holografický princip na černé díry, tak se tím jejich záhadné termodynamické vlastnosti staly více pochopitelnými. Vyšli z toho, že černé díry mají ohromnou entropii a z pohledu kvantové mechaniky je popsali jako hologram. V takovém pojetí mají černé díry dva rozměry, v nichž není místo pro gravitaci, ale zároveň generují objekt ve třech rozměrech.

 

Nejde o revoluční a rozhodující řešení. Nová studie je stále pouze počátečním krokem k detailnímu studiu povahy těchto zvláštních kosmických monster, sbližujícím obecnou relativitu s kvantovou mechanikou. V dohledné budoucnosti bychom měli být schopní testovat teoretické předpovědi, které budou vycházet z kvantové gravitace, která představuje tolik potřebný průsečík mezi obecnou relativitou a kvantovou mechanikou.

 

Video: What is the Holographic Principle?

 

Literatura

Phys.org 4. 6. 2020.

Physical Review X 10: 021037.