I když je z toho sama nejspíš nešťastná, tak obecná relativita předpovídá, že když umírá dostatečně velká hvězda, utrhne se její gravitační křeč z řetězu a hvězda se totálně zhroutí do černé díry. V rovnicích obecné relativity se přitom vynoří zlovolný horizont události a nepříjemná singularita s neuchopitelnými parametry, která dodnes ztrpčuje život astrofyzikům. Znáte to, ani světlo neunikne, nekonečná hustota, nekonečně zakřivený prostor, klasické fyzikální zákony k ničemu, kdo by měl černou díru rád … Není divu, že s tím nejeden fyzik odmítá smířit. Mnozí mají za to, že během hroucení masivní hvězdy v určitou chvíli vstoupí do hry kvantová gravitace a svojí autoritou zamezí vzniku opovrženíhodné singularity.
Jedním z dominujících konceptů, které spojují kvantovou mechaniku a gravitaci, je smyčková kvantová gravitace. Podle téhle, doposud zcela teoretické představy není časoprostor zcela hladký, ale utkaný z myriád zcela nepatrných a dále nedělitelných smyček. Jeden z hlavních tvůrců smyčkové kvantové gravitace Carlo Rovelli z francouzské Univerzity Aix-Marseille a jeho spolupracovník Hal Haggard nedávno spočítali, že by smyčková struktura časoprostoru měla zarazit hroucení hvězdy do černé díry. Podle nich se v jednom okamžiku kvantové smyčky hmoty hroutící se hvězdy namačkají tak, že to už víc nejde. Vzápětí dojde ke kvantovému odrazu (quantum bounce) a z téměř hotové nenasytné černé díry se jako mávnutím kouzelného proutku stane velkorysá bílá díra, která hmotu naopak vyvrhuje. Kdo kdy byl na maturitním plesu, tak si jistě udělá obrázek. Zároveň by nevznikl horizont událostí, na který se poslední dobou nabalují nepříjemné paradoxy, ale jen zdánlivý horizont (apparent horizon), který by měl být přijatelnějším pro kvantovou mechaniku.
Haggardova a Rovelliho teorie praví, že se vznikající černá díra překlopí do bílé díry prakticky ihned. Jenže zdrcující gravitace hroutící se hvězdy způsobuje závratnou dilataci času, konkrétně jeho extrémní zpomalení. V okolním vesmíru by tudíž uběhlo hodně miliard až hodně bilionů let, podle hmotnosti původní černé díry. Pokud mají autoři pravdu, tak by jsme mohli pozorovat zániky malých černých děr, které snad vznikly ve velmi mladém vesmíru. Není prý vyloučeno, že některé záblesky vysokoenergetického záření jsou právě smrtelné výkřiky umírajících černých děr, které se překlopily na bílou díru.
Jiní kvantoví smyčkaři už před časem popsali podobnou situaci pro celý vesmír. Ten by podle nich mohl být cyklický a procházet Velkými odrazy (Big Bounce). Celý slavný Velký třesk by pak byl důsledkem odrazu při zhroucení předchozího vesmíru. Podle Haggarda s Rovellim ale není ke kvantovému odrazu nutné zhroutit hned celý vesmír. Může se odehrát i v ohraničeném okrsku časoprostoru, jako je třeba hroutící se hvězda. Kvantový odraz z černé na bílou díru také vlastně nabízí řešení informačního paradoxu černých děr. Jednoduše řečeno, bílá díra chrlí všechno ven, takže žádná informace vlastně nezmizí.
Autoři přiznávají, že některé jejich závěry ještě bude potřeba vyztužit detailními výpočty, reakce okolí se různí. Někteří fyzici, jako Steven Giddings z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře, spatřují ve kvantovém odrazu naději pro pochopení kvantové mechaniky černých děr, možná i kvantové gravitace jako takové. Samotný Giddings nedávno navrhl podobné řešení informačního paradoxu černých děr, které sice nezahrnuje spektakulární bílé díry, ale rovněž počítá s nespojitou, zrnitou strukturou časoprostoru, díky níž informace prosakují z černých děr.
Joseph Polchinski, taktéž z Kalifornské univerzity v Santa Barbaře, se naproti tomu obává, že Haggardův a Rovelliho scénář zahrnuje nerealisticky velké kvantové jevy. Teoretický fyzik Donald Marolf, do třetice ze Santa Barbary, zase varuje, že by kvantový odraz mohl narušovat princip růstu entropie, tedy jeden ze základních kamenů celé fyziky. Podle Marolfa by totiž materiál vyvrhovaný bílou dírou mohl mít nižší entropii, než původní černá díra. Kvantová smyčkař Abhay Ashtekar z Pensylvánské Státní zmíněnou studii velmi vítá, protože kvantový odraz podle něj příznivě podpírá základy teorie smyčkové kvantové gravitace. Jedním dechem ovšem dodává, že i on si rád počká na detailnější propočty. Důležité je prý hlavně načasování, tedy doba potřebná k překlopení černé díry na bílou. Haggard a Rovelli předběžně odhadli, že by to mělo být pár tisícin sekundy, což je jejich teorii příznivé.
Time does not exist: Carlo Rovelli at TEDxLakeComo.
Cosmology and Quantum Gravity: Loops and Spinfoams (Carlo Rovelli). Kredit: Oxford-Cambridge Mini Series.
Literatura
Nature News 17. 4. 2014, arXiv:1406.7001, Wikipedia (Loop quantum gravity, Big Bounce).
Diskuze:
