Červie diery možno vôbec nie sú tunely cez vesmír. Nový výklad Einsteinovej myšlienky ukazuje na niečo ešte zvláštnejšie
Einsteinov a Rosenov most nemusí byť tunelom cez vesmír. Nový výklad naznačuje hlbší vzťah medzi časom, čiernymi dierami a Veľkým treskom.
Keď sa vo filmoch otvorí červia diera, väčšinou nasleduje skok na opačný koniec galaxie alebo riskantný výlet v čase. V populárnej kultúre sa z nej stal univerzálny tunel cez vesmír, akási skratka, ktorá obíde obrovské vzdialenosti aj bežné pravidlá fyziky. Lenže nový výklad starej Einsteinovej myšlienky ukazuje, že táto predstava môže byť zavádzajúca. Skutočný význam takzvaného Einsteinovho a Rosenovho mosta môže byť oveľa zvláštnejší než predstava kozmickej chodby pre vesmírne lode. Na tému upozornil portál The Conversation.
Albert Einstein a jeho kolega Nathan Rosen sa v roku 1935 nezaoberali žiadnymi vesmírnymi diaľnicami. Nerobilo im starosti, ako dostať človeka na druhý koniec galaxie. Riešili oveľa základnejší problém fyziky, ako opísať častice a gravitáciu tak, aby sa teória nezrútila na nekonečných hodnotách a aby lepšie zapadala do rodiaceho sa kvantového obrazu sveta. Pri práci s rovnicami všeobecnej relativity narazili na možnosť prepojiť dve symetrické časti časopriestoru. Túto matematickú konštrukciu označili ako most, no nešlo o návod na cestovanie medzi hviezdami.
Až neskôr sa z tejto predstavy vyvinula populárna myšlienka červej diery. Teda tunela, ktorý by spájal vzdialené oblasti vesmíru alebo dokonca rôzne časy. Problém je, že pôvodný Einsteinov a Rosenov most v klasickej všeobecnej relativite takto nefunguje. Jeho hrdlo sa uzavrie skôr, než by ním dokázalo prejsť čo i len svetlo. Inými slovami, nejde o priechodný objekt, ale o nestabilnú matematickú štruktúru. Kozmická loď by tadiaľ nepreletela. A už vôbec nie človek.
Einsteinov a Rosenov most nemusí byť tunel cez vesmír, ale stopa po zvláštnom správaní času
Napriek tomu sa obraz červích dier pevne uchytil vo vedeckej fantastike aj v odvážnych teoretických scenároch. Fyzici síce poznajú modely, v ktorých by mohli existovať priechodné červie diery, no tie zvyčajne vyžadujú exotickú hmotu alebo úpravy samotnej gravitácie. A práve tu treba byť opatrný. Zatiaľ neexistuje žiadny pozorovací dôkaz, že by v prírode existovali veľké priechodné červie diery. Rovnako nemáme silný dôvod myslieť si, že by sa mali prirodzene objavovať v štandardnej Einsteinovej teórii.
Autori novej práce sa preto vracajú k pôvodnej myšlienke a čítajú ju inak. Nie ako tunel v priestore, ale ako kvantový most medzi dvoma zložkami fyzikálneho opisu. Podľa ich interpretácie môže Einsteinov a Rosenov most vyjadrovať spojenie medzi dvoma časovými smermi v jednom kvantovom stave. V jednej zložke čas plynie tak, ako ho poznáme. V druhej sa opisuje zrkadlovo opačne.
Neprehliadni
Na prvé počutie to znie ako filozofia, no v skutočnosti ide o tvrdý problém kvantovej fyziky. Väčšina základných fyzikálnych zákonov nerozlišuje medzi minulosťou a budúcnosťou tak prísne, ako to robí náš každodenný život. Rovnice často fungujú aj vtedy, keď smer času obrátiš. My však v bežnom svete vidíme len jednu šípku času, pretože rozbité vajce sa samo neposkladá a horúca káva sama od seba nevychladne naspäť do vriaceho stavu. To súvisí s entropiou, teda so sklonom systémov prechádzať od usporiadania k neporiadku.
V extrémnych podmienkach, napríklad pri čiernych dierach alebo pri úvahách o ranom vesmíre, však taký jednoduchý pohľad nemusí stačiť. Autori tvrdia, že ak chceme mať úplný kvantový opis, nemali by sme si jednu šípku času vybrať ručne a druhú zahodiť. Ich rámec pracuje s tým, že obe zložky patria do jedného celku. Einsteinov a Rosenov most potom nie je fyzická chodba, ale matematický prejav toho, že úplný opis systému má dve zrkadlové časové strany.
Čierne diery môžu skrývať informáciu inak, než sme si predstavovali
Práve tu sa dostávame k jednému z najväčších problémov modernej fyziky, k informačnému paradoxu čiernych dier. Stephen Hawking v 70. rokoch ukázal, že čierne diery nemusia byť úplne čierne. Vďaka kvantovým efektom by mali vyžarovať teplo a po extrémne dlhom čase sa môžu odpariť. Lenže ak sa čierna diera úplne vyparí, kam zmizne informácia o všetkom, čo do nej spadlo?
Pre kvantovú fyziku je to vážny problém. Tá totiž hovorí, že informácia sa nemá len tak stratiť. Ak by sa stratila v čiernej diere, znamenalo by to, že niečo zásadné v našom chápaní fyziky nefunguje. Nová interpretácia ponúka odvážne riešenie: informácia z nášho pohľadu mizne za horizontom udalostí, no v úplnom kvantovom opise pokračuje vo vývoji v zrkadlovo opačnom smere času.
Horizont udalostí si môžeš predstaviť ako hranicu, spoza ktorej sa späť nedostane ani svetlo. Pre pozorovateľa z vonkajšieho vesmíru to vyzerá ako definitívny bod bez návratu. Autori však tvrdia, že tento problém vzniká hlavne vtedy, keď horizont opisujeme iba jednou šípkou času. Ak sa do celkového opisu zahrnú obe časové zložky, informácia sa nemusí zničiť, ale presunie sa do časti opisu, ktorú bežne nevidíme.
Treba však zdôrazniť jednu vec. Toto nie je dôkaz, že fyzici práve vyriešili čierne diery raz a navždy. Ide o teoretický návrh, ktorý sa snaží ukázať, ako by sa informácia mohla zachovať bez toho, aby bolo nutné zavádzať sci-fi tunely alebo exotickú hmotu. Je to skôr nový spôsob čítania starej rovnice než hotová mapa toho, čo sa deje vo vnútri skutočnej čiernej diery.
Veľký tresk nemusel byť ostrým začiatkom, ale toto je stále len hypotéza
Autori spájajú svoju interpretáciu aj s jednou zvláštnosťou kozmického mikrovlnného pozadia. To je slabé žiarenie, ktoré zostalo po horúcej ranej fáze vesmíru a často sa označuje ako dozvuk Veľkého tresku. Pozorovania v ňom ukazujú drobné asymetrie, ktoré kozmológovia skúmajú už roky. Podľa autorov by práve zrkadlové kvantové zložky mohli pomôcť vysvetliť, prečo sa v tomto pozadí objavuje preferencia jedného priestorového usporiadania pred jeho zrkadlovým obrazom.
Aj tu však treba držať nohu na brzde. Kozmické mikrovlnné pozadie obsahuje anomálie, o ktorých sa diskutuje už dlho, no ich výklad nie je uzavretý. Nová práca tvrdí, že jej rámec ich dokáže opísať prirodzenejšie, no nejde o všeobecne prijatý dôkaz novej fyziky. Vo vede je rozdiel medzi zaujímavým modelom a potvrdenou realitou obrovský. A pri kozmológii to platí dvojnásobne.
Z tejto predstavy však vyplýva ešte odvážnejší scenár. Veľký tresk nemusel byť absolútnym začiatkom všetkého, ale skôr akýmsi odrazom. Teda kvantovým prechodom medzi dvoma fázami kozmického vývoja, ktoré sú voči sebe časovo zrkadlové. V takom obraze by sa náš vesmír nerozbehol z ničoho, ale z predchádzajúcej fázy kontrakcie, ktorá sa na extrémnej hranici preklopila do rozpínania.
Ešte ďalej ide myšlienka, že čierne diery by mohli fungovať ako mosty medzi rôznymi kozmickými epochami. Nie ako tunely, ktorými by si niekto preletel, ale ako oblasti, kde sa fyzika extrémnej gravitácie napája na nové fázy vesmíru. V najodvážnejšej verzii by náš vesmír mohol byť vnútrom čiernej diery, ktorá vznikla v inom, rodičovskom kozme. Niektoré relikty z predchádzajúcej fázy, napríklad menšie čierne diery, by potom mohli prežiť tento prechod a v našom vesmíre sa prejavovať ako časť toho, čo dnes nazývame temná hmota.
To znie dramaticky, ale nejde o hotový záver. Temná hmota môže mať viacero možných vysvetlení a malé čierne diery sú len jedným z kandidátov. Rovnako platí, že predstava vesmíru vzniknutého z čiernej diery patrí medzi špekulatívne kozmologické scenáre. Je fascinujúca, no ešte nie je potvrdená pozorovaním.
Ak má nová interpretácia pravdu, červie diery sme možno pochopili úplne zle
Najdôležitejšie na celej práci nie je predstava cestovania cez vesmír. Práve naopak. Nový výklad hovorí, že červie diery ako kozmické tunely možno vôbec nepotrebujeme. Einsteinov a Rosenov most môže byť skôr časový a kvantový než priestorový. Nespája vzdialené hviezdy, ale dve zrkadlové časti úplného fyzikálneho opisu.
Ak by sa tento rámec ukázal ako správny, neznamenalo by to, že zajtra otvoríme portál do inej galaxie. Znamenalo by to niečo menej filmové, ale možno oveľa dôležitejšie. Čas by v najhlbšej vrstve fyziky nemusel byť taký jednoduchý, ako ho vnímame my. To, čo pre nás plynie iba jedným smerom, môže byť v kvantovom opise súčasťou väčšej symetrie.
Einsteinov a Rosenov most tak možno nie je bránou pre vesmírne lode, ale stopou po tom, že náš obraz reality je neúplný. A práve v tom je táto myšlienka silnejšia než sci-fi predstava červej diery. Nesľubuje rýchlejšiu cestu ku hviezdam. Naznačuje, že samotný čas môže mať zrkadlovú stranu, ktorú v každodennom živote nikdy neuvidíme.
