Je černá díra opravdu černá? Ne tak docela, přiznávají vědci

Je černá díra opravdu černá? Ne tak docela, přiznávají vědci

Foto: Unsplash

Publikováno:
více než 5 min
Pamatujte, že každý komentář bývá zprávou o komentujícím.
Děkujeme za vaše komentáře.

Představa dokonale černého objektu pohlcujícího vše kolem sebe je sice lákavá, ale ne zcela přesná. Fyzici dnes vědí, že černé díry ve skutečnosti vyzařují záření a nejsou tak docela černé, jak jejich název napovídá. Důvod spočívá v kombinaci Einsteinovy teorie relativity a kvantové fyziky, která odhaluje fascinující vlastnosti těchto kosmických objektů.

Reklama
Obsah článku
  1. Časoprostor kolem černé díry není statický
  2. Prostor sám se pohybuje rychleji než světlo
  3. Co vidíme, když něco spadne do černé díry?
  4. Kvantová fyzika odhaluje Hawkingovo záření
  5. Jak funguje Hawkingovo záření v praxi
  6. Budoucnost pozorování černých děr

Časoprostor kolem černé díry není statický

Většina z nás se při prvním setkání s teorií relativity cítí dezorientovaná. Objekty se nepohybují pouze prostorem, ale také časem, přičemž oba tyto pohyby jsou neoddělitelně propojeny do struktury časoprostoru. Hmota a energie ovlivňují zakřivení časoprostoru svou přítomností, hustotou a rozložením, zatímco zakřivený časoprostor určuje, jak se skrze něj pohybuje hmota a energie.

Když shromáždíte dostatek hmoty v určitém objemu časoprostoru, vznikne objekt známý jako černá díra. Každou černou díru obklopuje horizont událostí – hranice mezi místem, odkud objekt může uniknout gravitačnímu přitahování černé díry, a místem, odkud vše neodvratně padá směrem k centrální singularitě. Přesto, že z horizontu událostí neunikne žádný objekt, černé díry nejsou ve skutečnosti černé.

Prostor sám se pohybuje rychleji než světlo

Einstein přinesl v roce 1915 revoluci v našem chápání prostoru, času a gravitace. Souřadnice nejsou absolutní, ale relativní – každý pozorovatel má svou vlastní pozici, hybnost a zrychlení. Navíc žádný konkrétní souřadnicový systém nezůstává v čase fixní, protože i pozorovatelé v klidu jsou taženi pohybem samotného prostoru. Nikde není toto patrněji než v okolí černé díry.

Prostor si můžeme představit spíše jako pohyblivý chodník než jako pevnou síť třírozměrných ulic. Hmoty způsobují, že se prostor zrychluje směrem k nim, zatímco rozpínající se vesmír způsobuje, že se nevázané objekty od sebe vzdalují.

Mimo horizont událostí černé díry je hmota přitahována směrem k černé díře, ale srážky a elektromagnetické interakce mohou tento materiál zrychlit různými směry, včetně směru pryč od černé díry samotné. Jakmile však překročíte horizont událostí, už nikdy neuniknete. Prostor pod vašima nohama se zrychluje směrem k singularitě rychleji než světlo.

Co vidíme, když něco spadne do černé díry?

Černé díry rostou v hmotnosti, kdykoli cokoli z vnější strany horizontu událostí překročí horizont událostí a spadne dovnitř. Ale co když zůstanete mimo horizont událostí a budete sledovat, jak do něj někdo jiný spadne?

Pamatujte, že samotný prostor se pohybuje, že prostor a čas jsou propojené a že jevy popsané relativitou jsou skutečné. Na horizontu událostí samotném se prostor pohybuje rychlostí světla. To znamená, že pro někoho nekonečně daleko se zdá, že čas na horizontu událostí již neplyne.

Když pozorujete, jak něco jiného spadne do černé díry, uvidíte, že světlo vyzařované z tohoto objektu bude slabší, červenější a jeho poloha se bude asymptoticky blížit k horizontu událostí. Pokud byste mohli nadále pozorovat slabé fotony, které vyzařuje, zdálo by se, že se protahují v prostoru i v čase. Budou podléhat gravitačnímu rudému posuvu, přičemž světlo z nich vyzařované přejde z viditelného přes infračervené a mikrovlnné až po rádiové frekvence.

A přesto nikdy zcela nezmizí. Vždy, nekonečně daleko do budoucnosti, bude existovat světlo k pozorování z jejich pádu do černé díry. I když jsou fotony kvantované, neexistuje žádný limit, jak nízká může být jejich energie.

Kvantová fyzika odhaluje Hawkingovo záření

Zamyslete se nad kvantovou povahou prostoru mimo horizont událostí. Pokud jste v dokonale prázdném prostoru, kde není žádná hmota, energie nebo záření, mohli byste si myslet, že všichni inerciální pozorovatelé by se shodli na vlastnostech tohoto prostoru. Ale pokud mluvíme o prostoru mimo černou díru, to není možné.

Proč ne? Dva důvody společně zajišťují, že:

  • vakuum dokonale prázdného prostoru není zcela prázdné, protože nevyhnutelně obsahuje kvantové fluktuace
  • struktura samotného prostoru se zrychluje různou rychlostí v závislosti na vaší vzdálenosti od centrální singularity

Spojte tyto dvě věci dohromady a vznikne nevyhnutelná situace: různí pozorovatelé se nebudou shodovat na tom, jaký je skutečný stav s nejnižší energií kvantového vakua poblíž černé díry.

Pokud jste daleko od černé díry, můžete aproximovat prostor jako nezrychlující se tam, kde jste, a tak se blízcí pozorovatelé budou navzájem shodovat, když odkazují na kvantové vakuum. Ale když uvažujete o kvantovém vakuu poblíž horizontu událostí černé díry – jinými slovy, v oblasti prostoru, kde je zakřivení silně nerovinné – zdá se, že kvantové vakuum je ve vzbuzeném stavu.

Jak funguje Hawkingovo záření v praxi

Toto je to, čím Hawkingovo záření skutečně je: záření, které byste pozorovali, protože vaše vnímání kvantového vakua se liší v plochém prostoru od toho v zakřiveném prostoru. Jedná se o přesnější způsob vizualizace Hawkingova záření než Hawkingovo vlastní vysvětlení párů částic a antičástic vytvořených poblíž černé díry, kde jedna spadne dovnitř a druhá unikne.

Hawkingovo záření je téměř výhradně tvořeno fotony, nikoli částicemi nebo antičásticemi. Nevzniká veškeré z horizontu událostí, ale zhruba do vzdálenosti 10-20 Schwarzschildových poloměrů od horizontu událostí.

Ale jedná se o skutečnou formu záření. Má skutečné energie a vypočitatelné energetické rozložení pro své fotony, přičemž můžete vypočítat tok i teplotu tohoto záření pouze na základě hmotnosti černé díry. Masivnější černé díry mají menší množství záření s nižší teplotou, zatímco černé díry s nižší hmotností se rozpadají rychleji.

Budoucnost pozorování černých děr

Tomu lze porozumět, jakmile si uvědomíte, že Hawkingovo záření je nejsilnější tam, kde je prostor nejvíce zakřivený, a výraznější zakřivení prostoru nastává blíže k singularitě. Černé díry s menší hmotností znamenají menší objemy horizontů událostí, a to znamená více Hawkingova záření, rychlejší rozpad a záření s vyšší energií, které lze hledat.

Se správným teleskopem s velkou aperturou a citlivostí na dlouhé vlnové délky bychom jej možná jednou mohli pozorovat. Pokud máte astrofyzikální objekt, který vyzařuje záření, okamžitě to popírá definici černého objektu – kde něco je dokonalý absorbér a zároveň samo vyzařuje nulové záření.

Nejdokonaleji černý objekt v celém vesmíru tedy není skutečně černý. Místo toho vyzařuje kombinaci veškerého záření ze všech objektů, které do něj kdy spadly (které se asymptoticky přiblíží, ale nikdy nedosáhne nuly), spolu s ultranízkou teplotou, ale vždy přítomným Hawkingovým zářením.

Reklama
Zdroje článku:

Možná jste zmeškali

Za socialismu musel Ježíšek pracovat z ilegality. Stal se nepohodlným pro režim, přesto na děti nikdy nezapomněl

Za socialismu musel Ježíšek pracovat z ilegality. Stal se nepohodlným…

Spojování Vánoc s křesťanstvím bylo nevítané, takže o Ježíškovi v televizi nebo na ulici ani zmínka, jeho místo zaujal Děda Mráz. Přesto všechny děti věděly, že Ježíšek na ně nezapomene a přiletí večer s dárečky.

Spontánní samovznícení – fenomén, na který věda našla odpověď

Spontánní samovznícení – fenomén, na který věda našla odpověď

Už po dlouhou dobu lidstvo dráždí historky o záhadném ohni, který z ničeho nic pohltil lidskou bytost a spálil ji na uhel. Jde o fenomén „spontánního samovznícení“ a my se mu trochu podíváme na zoubek.

Najdi 10 rozdílů na tomto obrázku, jen 15 % lidí to zvládne pod 30 vteřin

Najdi 10 rozdílů na tomto obrázku, jen 15 % lidí to zvládne pod 30…

Na sociálních sítích jsou velmi oblíbené vizuální výzvy, při kterých hledáte rozdíly mezi dvěma velmi podobnými obrázky. Dnešní výzva se skládá ze dvou obrázků bobra a vaším úkolem je najít deset rozdílů mezi nimi.

Co mají minisukně společné s auty a jak je ovlivnila definice Quantové

Co mají minisukně společné s auty a jak je ovlivnila definice Quantové

V 60. letech minulého století začalo doslova šílenství v podobě nového – nejen módního – trendu. Minisukní. Vyjadřovaly rebelii, inspirativní módní volbu u zrodu ženského osvobozeneckého hnutí. Stejně jako o desítky let dříve sufražetky pálily korzety, nyní si jejich vnučky hrdě oblékly minisukně a... pochodovaly do práce! 

Stojí na hrázi a čekají za každého počasí. Na co a kdo jsou?

Stojí na hrázi a čekají za každého počasí. Na co a kdo jsou?

Jedna hubená, druhá plná. Obě dámy čekají. Hledí na krásnou oblohu, zelené slané bažiny a neustále se měnící Waddenské moře. Na hrázi u Holwerdu čekají za každého počasí na jediné: na vysokou vodu.

Prý jednoduchá ovocná hádanka. Tak proč u ní lidé selhávají?

Prý jednoduchá ovocná hádanka. Tak proč u ní lidé selhávají?

Máme tu pro vás další ovocnou rychlovku. Jedná se o jednodušší IQ test, ale my vám jej trochu znepříjemníme. Jen ti nejlepší totiž zvládnou dnešní hádanku vyřešit do jedné minuty. Zařadíte se mezi ně?

Optický IQ test, který prověří vaši schopnost detailního vnímání

Optický IQ test, který prověří vaši schopnost detailního vnímání

V dnešním článku si vyzkoušíte IQ test, který je trochu náročný pro oči. Musíte se tedy plně soustředit, abyste mohli úspěšně vyřešit dnešní záhadu. Dá-li vám zabrat, můžete se pak podívat na správné řešení.

Holič mě neholí a kadeřnice nekadeří. Jak jim máme říkat správně česky?

Holič mě neholí a kadeřnice nekadeří. Jak jim máme říkat správně…

Na jazykovou poradnu časopisu Naše řeč Ústavu pro jazyk český Akademie věd ČR se obrátil jeden z jeho čtenářů s dotazem, zda v naší mateřštině existuje nějaký vhodný termín označující povolání holič a kadeřník/kadeřnice. „Zajímá mě to proto, že holič mě neholí a kadeřnice nekadeří, nýbrž vlasy rovná,“ zněl konkrétní důvod čtenářovy otázky. Tak jak to tedy v češtině chodí?

Zkuste si obrázkový IQ test a najděte prasátku jeho siluetu

Zkuste si obrázkový IQ test a najděte prasátku jeho siluetu

Vítejte ve světě IQ zkoušek. V tomto článku se skrývá úkol, který si vyžaduje důkladné zamyšlení. Pokud jste připraveni se vypořádat se skutečnou výzvou, pokračujte ve čtení a na konci článku najdete řešení.

Zářez do Pražské plošiny: Osídlení Prahy od pravěku ovlivňuje velká výšková členitost terénu

Zářez do Pražské plošiny: Osídlení Prahy od pravěku ovlivňuje velká…

Matka měst, mezi návštěvníky často nazývaná zlatá, stověžatá apod., patří mezi nejnavštěvovanější města Evropy i světa. Se svým skoro 1,38 milionem obyvatel má dnes Praha charakter živé evropské metropole s významnou geografickou polohou, kudy život proudil již odpradávna.

Doporučené články

Tři osudové ženy, které pobláznily svět: Legendární oscarový klenot se vrací na televizní obrazovky

Tři osudové ženy, které pobláznily svět: Legendární oscarový klenot se vrací na televizní obrazovky

Život za Prahou a pravidlo 70 na 30: Andrea Růžičková popsala svůj životní styl

Život za Prahou a pravidlo 70 na 30: Andrea Růžičková popsala svůj životní styl

Zákaz kvůli politice i 7 let čekání. Jak František Vláčil vybojoval návrat Rudolfa Hrušínského

Zákaz kvůli politice i 7 let čekání. Jak František Vláčil vybojoval návrat Rudolfa Hrušínského

Nová role pro Pavla Lišku. V rodinné komedii dostane nečekaně druhou šanci

Nová role pro Pavla Lišku. V rodinné komedii dostane nečekaně druhou šanci

Známe největšího sympaťáka 21. sezóny Ulice. Obhájil loňské prvenství

Známe největšího sympaťáka 21. sezóny Ulice. Obhájil loňské prvenství

Reklama