Má kvantový účes? Kredit: NASA / Wikimedia Commons.

Když se Stephen Hawking v sedmdesátých letech potýkal s černými děrami, dospěl k závěru, že se černé díry pomalu vypařují tepelným zářením, které teď nese jeho jméno. Toto záření by přitom nemělo nést žádnou informaci o vnitřku černé díry. Černá díra ovšem sežere spoustu hmoty a informace, která by tím pádem kvůli Hawkingovu záření zmizela. Jako pára. Jenomže fyzici jsou zároveň skálopevně přesvědčeni, že informace jen tak zmizet nemůže. Tak vznikl informační paradox černých děr, který od té doby budí astrofyziky ze spaní.

Xavier Calmet. Kredit:

University of Sussex.

Vědci již věnovali ohromné úsilí tomu, aby informační paradox černých děr odstranili. Ukázalo se ale, že je neobyčejně odolný a straší dodnes. Dalším pokus o likvidaci tohoto přízračného fenoménu učinil tým odborníků, který vedl Xavier Calmet z britské University of Sussex. Odpověděli na zlovolný paradox tím, že nechali černým dírám narůst kvantové vlasy (quantum hair).

Pokud jde o účes černých děr, ve skutečnosti jde o celé fascinující odvětví fyziky gravitačních monster. V šedesátých letech přišel fyzik John Archibald Wheeler s tím, že černé díry nemají jiné pozorovatelné vlastnosti, než hmotnost (mass), rotaci (spin) a elektrický náboj (charge). Vyjádřil to neuvěřitelně chytlavou frází, ze které se stala legenda: „Černé díry nemají vlasy.“ (Black holes have no hair nebo též No-hair theorem).

Logo. Kredit: University of Sussex.

Calmet s kolegy ve svém nedávném teoretickém výzkumu vyšli z toho, že černé díry vlastně představují unikátní laboratoř pro vysněné spojení (téměř) nespojitelného, tedy obecné relativity s kvantovou mechanikou. Obecně se předpokládá, že pro vyřešení úporného informačního paradoxu bude nutné zásadně posunout fyziku a přeformulovat obecnou relativitu nebo kvantovou mechaniku nebo obojí. Calmet a spol. ale kupodivu zjistili, že to možná nebude nutné.

Klasický pohled na černé díry říká, že horizont událostí černé díry funguje jako „membrána“, která je propustná pouze a výhradně jedním směrem, tedy do díry. Z toho plyne, že by vnějšek černých děr o shodné hmotnosti měl být úplně stejný, ať sežraly cokoliv. Jak říkají badatelé, klasika, podle které černé díry nemají vlasy.

Když se do toho ale opře kvantová mechanika, jak to udělali Calmet s kolegy, hmota pozřená černou dírou stále určitým kvantovým způsobem ovlivňuje vnějšek dotyčné černé díry. Přitom by to mělo být v souladu se současnými pozorováními a experimenty. Řečeno slovy astrofyzikálních kadeřníků, černé díry mají kvantové vlasy. Pokud je tato představa správná, řešilo by to informační paradox černých děr bez tektonických otřesů ve fyzice.

Video: The Black Hole Information Paradox

Literatura

Phys.org 18. 3. 2022.

Physics Letters B 827: 136995.

Physical Review Letters 128: 111301.