V únoru tohoto roku astronomové provedli monumentální objev. Téměř sto let po jejich předpovědi Albertem Einsteinem vědci konečně objevili gravitační vlny - „vlnky v časoprostoru“, osvětlené zářením dvou sloučených černých děr. Toto pozorování bylo velmi jasným potvrzením Einsteinovy obecné teorie relativity, ale zároveň byla tato událost odvážným důkazem toho, že zákony této teorie přestanou fungovat, jakmile dosáhnou horizontu událostí černých děr.
Od února letošního roku zaznamenala laserová interferometrická gravitační vlna Observatoř (LIGO) gravitační vlny celkem třikrát. Vědci konečně podrobně prozkoumali tato zjištění a nyní tvrdí, že našli vlny tzv. "Ozvěn" ve vlnách, které zpochybňují Einsteinovy předpovědi černých děr.
Tato prohlášení jsou v současné době publikována ve vědecké online knihovně ArXiv.org, kde je mohou analyzovat další členové komunity fyziků před jejich předložením ke kontrole. Proto existuje velmi reálná pravděpodobnost, že nová fakta budou nalezena v rámci vnějšího pohledu na údaje o pozorování těchto ozvěn. Kromě toho byly předložené důkazy poskytnuty s přesností 5 Sigma, což je zlatý standard ve světě fyziky. To znamená, že v 3,5 milionu je jedna možnost, že pozorování jsou čistá náhoda.
Pokud však jiné studie ukážou, že tato „ozvěna“je skutečně přítomna, bude to pro fyziku obrovská událost. Dříve bylo navrženo, aby se zákony obecné relativity rozpadaly na kováře, když se blížili ke středu černých děr, ale tento objev ukáže, že zákony přestanou fungovat na hranici těchto jevů časoprostoru. Pokud je tomu tak, může to být začátek narození zákonů zcela nové fyziky.
"Objev LIGO a dalších organizací v perspektivě nabízí úžasnou příležitost prozkoumat nové fyzikální zákony," říká Steve Giddings, výzkumník černé díry na kalifornské univerzitě v Santa Barbara, který se nezúčastnil studie popsané dnes.
Pokud se ozvěny ukážou jako fiktivní, pak obecná relativita bude muset projít jen dalším testem. Po celá desetiletí se fyzici snažili vyladit černé díry do této teorie a pokusili se najít způsoby, které by ji integrovaly s kvantovou mechanikou, ale Einsteinova teorie se až doposud vedla dobře.
Ale než budeme pokračovat v diskusi, pochopme, co tyto ozvěny jsou a jak souvisí s obecnou relativitou.
Všechno jde až o tzv. Informační paradox černých děr. Podle Einsteinovy teorie by vše, co překračuje horizont událostí černých děr, mělo zmizet a nezanechat nic. V tradičním smyslu to znamená, že z černé díry se nemůže dostat nic, dokonce ani světlo, (mimochodem, název tohoto objektu).
Propagační video:
Vědci byli v poslední době velmi zmateni testováním této teorie. Podle zákonů kvantové mechaniky může hmota absorbovaná černou dírou skutečně zanechat stopu ve formě informací. Jak tedy lze horizont událostí popsat současně jak z hlediska obecné relativity (vše je zničeno po překročení jejích hranic), tak z pohledu kvantové mechaniky (z objektu zůstávají její informace)?
Tato otázka je jednou z nejobtížnějších v moderní fyzice a vědci na ni stále nemohou najít odpověď.
Jedním z navrhovaných vysvětlení je hypotéza brány firewall z roku 2012, která naznačuje, že kolem horizontu událostí jsou kruhy vysoce nabitých částic, které spalují jakoukoli látku, která jimi prochází.
Fyzik Stephen Hawking má jiný předpoklad. Věří, že černé díry mohou být obklopeny měkkými „vlasy“(vlasy se zde samozřejmě používají jako metafora). Tyto "chloupky" představují nízko nabité kvantové poruchy a drží podpisy (informace, pokud chcete) všeho, co kdysi spadlo do černé díry.
Bez ohledu na hypotézu, ke které jste více nakloněni, je jejich hlavní poselství stejné: namísto horizontu čisté události předpovídaného obecnou relativitou mohou být hranice černých děr mnohem složitější a nejasnější, než jsme si představovali. Hlavním problémem bylo, že jsme neměli příležitost tyto předpoklady nějak ověřit. Dokud LIGO nezjistil gravitační vlny.
Nyní, s údaji na ruce, mezinárodní tým vědců navrhuje způsob, jak zjistit, co se děje kolem černých děr. Podle nového předpokladu, pokud se horizonty událostí černých děr ve skutečnosti neřídí zákonům obecné relativity, měly by ozvěny zůstat i po počátečních gravitačních vlnách.
Podle vědců je bude možné odhalit díky „chlupům“obklopujícím černou díru, které jsou ve stavu vzrušení a v tomto okamžiku se chovají jako zrcadla. Zachycují některé gravitační vlny unikající z černé díry, obalují je, přenášejí část svého stavu poruchy a pak je mohou detekovat nástroje jako LIGO.
Podle výpočtů vědců mohly být tyto ozvěny detekovány pomocí LIGO 0,1 a 0,3 sekundy po počátečním uvolnění gravitační vlny. A - hle, aj! Vědci se toho stali svědky! Kromě toho byla událost pozorována nejen v rámci prvního odhalování gravitačních vln v únoru letošního roku, ale také v rámci všech tří pozorování gravitačních vln letos.
Mělo by se samozřejmě pochopit, že tyto tři události lze jen stěží nazvat spolehlivými statistickými údaji. Ačkoli zůstává možnost, že tyto ozvěny byly nějakým druhem šumu v pozadí (1 v 270 případech nebo 2,9 sigma chyba), další pozorování pomohou vědcům vybudovat pevnější důkazní základnu.
"Dobrou zprávou je, že jasnost a citlivost LIGO se brzy výrazně zlepší, takže v příštích dvou letech budeme mít pevnější příležitost tato pozorování potvrdit nebo popřít," uvedl hlavní výzkumný pracovník Niaesh Afshordi.
I když lze ozvěny potvrdit, nebudou odpovídat na otázku, jaké úrovně moudrosti mají hranice černých děr. Proto je řešení informačního paradoxu zatím odloženo. Jedna věc je zatím jasná: jeden z nejdůležitějších objevů ve fyzice v tomto roce se stal ještě lákavějším.
NIKOLAY KHIZHNYAK