Akční plocha černých děr se v čase nezmenšuje. Nová analýza gravitačních vln potvrzuje objev z roku 2015.
Akční plocha černé díry, do níž je nasávána hmota a záření, se nemůže v čase zmenšovat. To je teorie Stephena Hawkinga, kterou právě potvrdila nová studie MIT. Analýza byla provedena na základě studia gravitačních vln, které před 1,3 miliardami let vyvolaly dvě obří černé díry spirálovitě obíhající kolem sebe, a byla publikována v časopise Physical Review D. Studie vychází z výsledků studie MIT. Ve srovnání s jinou teorií, která předpovídá, že v dlouhodobém horizontu se černá díra zmenší až k bodu vypaření, by to však zůstalo paradoxem.
Teorie černých děr Stephena Hawkinga
V roce 1971 Hawking teoreticky potvrdil, že plocha černé díry se v čase nezmenšuje, což vyplývá z Einsteinovy obecné teorie relativity. Toto pravidlo by pro fyziky úzce souviselo s druhým termodynamickým zákonem, který říká, že čas plyne určitým směrem, tj. že entropie neboli neuspořádanost uzavřeného systému se musí vždy zvyšovat. Protože entropie černé díry je úměrná její ploše, musí se obojí neustále zvětšovat.
Nová studie potvrzuje Hawkingovu teorii
Podle nového šetření se zdá, že potvrzení zákona plochy vědci naznačuje, že vlastnosti černých děr jsou významným vodítkem ke skrytým zákonům, které řídí vesmír. Kupodivu se zdá, že zákon plochy je v rozporu s dalším tvrzením, které slavný fyzik dokázal: že černé díry by se měly vypařovat v extrémně dlouhém časovém měřítku. Dalším krokem by proto bylo pochopení zdroje rozporu mezi oběma teoriemi, což by mohlo odhalit nové fyzikální poznatky.
Povrch černé díry je vymezen kulovou hranicí známou jako horizont událostí: za tímto bodem nemůže nic, ani světlo, uniknout její silné gravitaci. Podle Hawkingovy interpretace obecné teorie relativity se povrch černé díry zvětšuje s její hmotností, a protože žádný objekt, který je do ní vpuštěn, nemůže uniknout, její povrch se nemůže zmenšit. Plocha černé díry se však při rotaci zmenšuje, a tak vědce zajímalo, zda by bylo možné do černé díry vypustit objekt, který by ji roztočil tak silně, že by se její plocha zmenšila.
Pro ověření této teorie vědci analyzovali gravitační vlny neboli vlnění v časoprostoru, které před 1,3 miliardami let vytvořily dvě velké černé díry, když se k sobě velkou rychlostí přiblížily po spirále. Tyto vlny byly jako první v historii detekovány v roce 2015 pokročilou laserovou interferometrickou observatoří LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), která využívá laserový paprsek rozdělený do dvou drah dlouhých čtyři kilometry a je schopna detekovat sebemenší narušení časoprostoru. Rozdělením signálu na dvě poloviny, před a po splynutí černých děr, vědci vypočítali hmotnost a spin původní a spojené černé díry. Tato čísla jim umožnila vypočítat plochu povrchu každé černé díry před srážkou a po ní.
Plocha nově vzniklé černé díry byla větší než plocha původních dvou, což potvrzuje Hawkingův zákon o ploše o 95 %. Podle výzkumníků jejich výsledky do značné míry odpovídají tomu, co očekávali. Skutečnou záhadou zůstává snaha o integraci obecné teorie relativity s kvantovou mechanikou. Je to proto, že podle obecné teorie relativity se černé díry nemohou smršťovat, ale podle kvantové mechaniky ano. Za zákonem povrchu se skrývá i koncept britského fyzika známý jako Hawkingovo záření, při němž se na okrajích černých děr vlivem zvláštních kvantových efektů uvolňuje mlha částic. Tento jev způsobuje, že se černé díry smršťují a nakonec se za dobu mnohonásobně delší, než je stáří vesmíru, vypaří. Toto vypařování může probíhat po dostatečně dlouhou dobu, aby neporušovalo zákon krátkodobé plochy.
Japonská studie mezitím analyzovala bouři černých děr, která by mohla vysvětlit něco o vzniku galaxie.
Stefania Bernardini