Ozveny čiernych dier spochybňujú teóriu relativity

0
2292

Objavenie gravitačných vĺn začiatkom tohto roku sa oslavovalo ako elegantné potvrdenie Einsteinovej všeobecnej teórie relativity – no paradoxne by mohlo predznamenať aj prvý dôkaz, že spomínaná teória sa rúca na hranici čiernych dier. Fyzici analyzovali všeobecne dostupné údaje zo zariadenia LIGO, špeciálneho interferenčného observatória, a tvrdia, že zaznamenali „ozveny“ vĺn, ktoré sú na prvý pohľad v rozpore s predpoveďami všeobecnej teórie relativity.


Tip redakcie: Rozhovor: Vynálezca Bluetooth o budúcnosti bezdrôtových technológií


Pri ďalšom pozorovaní by sa ozveny mohli ticho vytratiť. Ak však nezmiznú, bolo by to naozaj mimoriadne zistenie. Fyzici predpokladajú, že Einsteinova teória by sa mohla v extrémnych prípadoch rozpadnúť, napríklad v jadre čiernych dier. Spomínané zistenia však poukazujú na oveľa dramatickejšiu možnosť, a to, že relativita zlyháva už na okraji čiernej diery, ďaleko od jadra. Ak spomínané ozveny stíchnu, všeobecná relativita obstojí v teste.

18672183 - black hole in universe

Mimo dosahu?

Horizont udalostí, sa dlho považoval za niečo mimo dosahu výskumov. Podľa teórie všeobecnej relativity všetko, čo prekročí hranicu horizontu nemá šancu uniknúť. Jadro to pohltí a ani svetlo nedokáže uniknuť z jeho gravitačného pôsobenia. „Čierne diery sa považovali za jamy bez dna,“ hovorí kozmológ Niayesh Afshordi, ktorý pracuje na Univerzite v kanadskom Waterloo. Podľa všeobecného chápania teda na horizonte udalostí neostane nič a čokoľvek, čo by malo tú smolu a prekročilo by ho, by si ani len nevšimlo náhlu zmenu v prostredí.

Ohnivá stena a iné teórie

V roku 2012 však istí fyzici v Kalifornii zistili, že ak sa kvantová fyzika nemýli, horizont udalostí by mala nahradiť akási ohnivá stena, teda prstenec vysokoenergetických častíc, ktorý by spálil každú hmotu prechádzajúcu cezeň – a to popiera teóriu relativity. Jednou z možností by bolo tvrdenie, že čierne diery nemajú ohnivé steny. To by však na druhej strane znamenalo, že sa mýli kvantová teória.

Iné nezvyčajné názory, ktoré popierajú všeobecnú relativitu, zas tvrdia, že na horizonte udalostí sú určité štruktúry či usporiadania. Napríklad podľa niektorých verzií tzv. teórie strún sú čierne diery vlastne zhluky chumáčov (fuzzballs) či priezračným klbkom strún bez horizontu udalostí. Podľa Afshordiho však doteraz ešte nikto nesledoval horizont udalostí tak podrobne, aby zistil, či tam vôbec niečo je.

Zvláštne odchýlky

Všetko sa zmenilo vo februári, keď observatórium LIGO oznámilo prvé zistenie gravitačných vĺn či vlnenia vo vesmíre. Vlny sa vytvorili pri splynutí dvoch čiernych dier. Krátko nato vyhlásil tím fyzikov pod vedením Vítora Cardosa na Hlavom technickom inštitúte v Lisabone, že ak existujú odchýlky všeobecnej relativity, napríklad ohnivé steny, vyvolajú podobné splynutia čiernych dier po počiatočnom návale gravitačných vĺn ozveny.

38211754 - black hole over star field

Ozveny gravitačných vĺn by mali vzniknúť vtedy, keby čiernu dieru neobklopoval tradičný horizont udalostí, ale akýsi rozmazaný priestor, ktorý by bol výsledkom pôsobenia ohnivej steny alebo podobnej štruktúry. Vnútorná hranica tohto priestoru by bola všeobecne známy horizont udalostí, teda hranica, spoza ktorej nemôžu uniknúť nijaké častice či fotóny. Vonkajšia hranica by bola priepustnejšia – bežný fotón, ktorý by cez ňu prešiel, by spadol do čiernej diery, no niektoré by mohli uniknúť. Rozhodujúci by bol uhol prechodu. Týmto spôsobom by sa mohli čiastočne zachytiť aj gravitačné vlny, ktoré vzniknú splynutím čiernych dier. Odrážali by sa medzi vnútornou a vonkajšou hranicou a niektorým by sa pri každom náraze podarilo uniknúť.

Afshordiho tím vytvoril jednoduchý model, v ktorom sú okolo čiernej diery zrkadlové steny namiesto zvyčajného horizontu udalostí. Stenám potom dodali vlastnosti na základe všetkých troch splynutí čiernych dier, ktoré zaznamenalo observatórium LIGO. Zistili tak, aký by mal byť presný interval medzi opakovanými ozvenami, ak by sa na horizonte udalostí čiernych dier objavila nejaká štruktúra. Šlo by približne o 0,1 sekundy, 0,2 sekundy a 0,3 sekundy. Pri pohľade na údaje zo zariadenia LIGO prišli na to, že pri všetkých troch splynutiach nasledovali po gravitačných vlnách ozveny presne v spomínaných intervaloch.

40264390 - spiral nebula and light ray in deep space

Lepšia citlivosť

Ozveny by však mohli byť iba štatistickou náhodou. Podľa Afshordiho existuje pravdepodobnosť asi 1:270, teda 2,9 sigma, že ide iba o náhodný šum. V každom prípade bude treba pokračovať so skúmaním vĺn ďalších splynutých čiernych dier, aby si vedci mohli byť istí. „Dobrá správa je, že LIGO čoskoro poskytne nové údaje s lepšou citlivosťou, takže v priebehu najbližších dvoch rokov by sme mali byť schopní potvrdiť spomínanú teóriu alebo ju vyvrátiť.“

Afshordiho jednoduchý zrkadlový model je priveľmi hrubý, aby sa dalo zistiť, či vlny vytvorili ohnivé steny, zhluky chumáčov alebo niečo iné. Podľa vedcových vlastných slov by však sofistikovanejšie modely mohli teoreticky poskytnúť viac informácií o možných rozdieloch – predpovedaním amplitúd ozvien či rýchlosti, akou zanikajú.

Výsledky Afshordiho tímu síce prinášajú „provokatívne náznaky“ odklonu od teórie relativity, no podľa Giddingsa zatiaľ ostávajú iba náznakmi. Americký vedec zároveň vyjadruje pochybnosti, že by Afshordiho zrkadlový model mohol odhaliť príčinu odchýlok od teórie relativity. Teórie, ktoré ich predpovedajú, vraj totiž nevyjadrujú jasne, čo nahrádza horizont udalostí, a preto ich len ťažko možno považovať za presný model. „Základný problém je v tom, že nevieme, ako naozaj vyzerajú zhluky chumáčov či ohnivá stena.“

Zdroj: https://www.scientificamerican.com

ZANECHAŤ ODPOVEĎ