Červie diery mali byť skratkou cez vesmír: Stali sa slepou uličkou fyziky, alebo môžu v skutočnosti existovať?

Červie diery patria medzi najznámejšie hypotetické objekty modernej fyziky. Filmy a sci-fi knihy ich často vykresľujú ako skratky cez vesmír, vďaka ktorým by cestovateľ prekonal obrovské vzdialenosti za zlomok bežného času. Niektoré predstavy im dokonca pripisujú schopnosť umožniť cestovanie v čase.

Realita je však podstatne komplikovanejšia. Vedci dodnes nenašli nijaký potvrdený dôkaz, že červie diery skutočne existujú. To však neznamená, že nad nimi zlomili palicu. Výskum sa postupne presunul od predstavy vesmírnych tunelov k otázkam, ktoré súvisia s čiernymi dierami, kvantovou informáciou a povahou časopriestoru.

Portál Gizmodo sa na túto tému opýtal viacerých odborníkov. Ich odpovede naznačujú, že červie diery nemusia predstavovať slepú uličku vedy. Problém spočíva skôr v tom, čo od nich očakávame a aké možnosti máme na overenie ich existencie.

Červia diera slúži podľa teórie ako skratka naprieč obrovskými kozmickými vzdialenosťami

Základná predstava červej diery je pomerne jednoduchá. Predstav si dva veľmi vzdialené body vo vesmíre. Za bežných okolností by cesta medzi nimi trvala tisíce alebo až milióny rokov. Červia diera by teoreticky mohla vytvoriť spojenie medzi týmito miestami a výrazne skrátiť cestu na minúty, možno ešte menej.

Takýto tunel by však nepredstavoval obyčajnú dieru v priestore. Jeho existencia by súvisela s geometriou časopriestoru, ktorý podľa Einsteinovej všeobecnej teórie relativity ovplyvňuje hmota a energia.

Súvisí s tým

Teória strún mala byť slepou uličkou fyziky. Nový matematický výskum však ukázal, prečo sa jej vedci stále nevedia zbaviť

Fyzikálne rovnice umožňujú opísať niektoré riešenia, ktoré pripomínajú červie diery. To však automaticky neznamená, že ich príroda skutočne vytvára alebo že by cez ne dokázala prejsť kozmická loď.

Enrique Gaztañaga, kozmológ z Univerzity v Portsmouthe, upozorňuje, že predstava cestovania cez červiu dieru čelí zásadným problémom.

„Nemyslím si, že červie diery predstavujú slepú uličku vedy. Zmenilo sa skôr naše očakávanie, na čo by mohli byť užitočné,“ vysvetlil vedec.

V tomto prípade vedec hovorí o malom, no dôležitom rozdiely. Výskum nemusí priniesť funkčný dopravný tunel, aby pomohol fyzikom pochopiť vesmír. Červie diery totiž môžu ponúknuť matematický model, pomocou ktorého vedci preskúmajú javy, ku ktorým sa inými spôsobmi dostávajú len veľmi ťažko.

Aj keby mohli existovať, boli by extrémne nestabilné

Jednou z najväčších prekážok je stabilita. Pôvodná hypotéza Einstein-Rosenovho mostu, ktorá súvisí s riešeniami rovníc opisujúcimi čierne diery, neumožňuje bezpečný prechod z jednej strany na druhú. Takéto spojenie sa nedá využiť ako priechodný tunel, ktorým by preletela kozmická loď.

Pri priechodných červích dierach nastáva ďalší problém. Mnohé teoretické modely vyžadujú nezvyčajné vlastnosti energie a hmoty, ktoré by udržali tunel otvorený. Kvantová fyzika síce za určitých okolností pripúšťa zápornú hustotu energie, no jej výskyt podlieha prísnym obmedzeniam.

Juan Maldacena, teoretický fyzik z Institute for Advanced Study, upozorňuje aj na hranice samotných fyzikálnych zákonov.

„Červie diery, ktoré by umožnili cestovať rýchlejšie než svetlo v okolitom priestore, základné princípy všeobecnej relativity a kvantovej mechaniky nepripúšťajú. Preto je nepravdepodobné, že existujú,“ uviedol.

To však nevylučuje všetky teoretické podoby červích dier. Niektoré modely skúmajú ich vlastnosti bez toho, aby umožňovali nadsvetelné cestovanie. Iné sa zameriavajú na ich súvislosť s kvantovými javmi.

Jedna z najzaujímavejších myšlienok spája červie diery s kvantovým previazaním. Tento jav umožňuje, aby dva kvantové systémy vykazovali vzájomné korelácie, ktoré klasická fyzika nedokáže vysvetliť.

V teoretickej fyzike sa táto súvislosť často označuje skratkou ER = EPR. Prvá časť odkazuje na Einstein-Rosenov most, druhá na Einsteinov-Podolského-Rosenov paradox, ktorý súvisí s kvantovým previazaním.

V určitých teoretických modeloch môžu červie diery predstavovať geometrické vyjadrenie spojenia medzi previazanými kvantovými systémami. Neznamená to však, že vedci objavili priechodný tunel medzi dvoma miestami vo vesmíre. Ide o hlbšiu matematickú súvislosť, ktorá môže pomôcť vysvetliť vzťah medzi gravitáciou a kvantovou fyzikou.

Táto otázka súvisí aj s jednou z veľkých záhad čiernych dier. Podľa kvantovej mechaniky by sa informácia o fyzikálnom stave systému nemala pri jeho vývoji jednoducho stratiť. Klasický opis čiernych dier však vyvoláva otázky o tom, čo sa stane s informáciou, keď hmota prekročí horizont udalostí.

Červie diery môžu fyzikom poskytnúť spôsob, ako skúmať tieto problémy v rámci širšieho kvantového opisu časopriestoru.

Vedci sa už pokúsili simulovať červiu dieru na kvantovom procesore

Výskum sa neobmedzuje len na matematické výpočty. V roku 2022 vedci uskutočnili experiment s kvantovým procesorom Sycamore od spoločnosti Google. Pomocou zjednodušeného kvantového systému skúmali dynamiku, ktorú možno interpretovať prostredníctvom teoretického modelu priechodnej červej diery.

Na internete sa vtedy objavili titulky, podľa ktorých vedci vytvorili červiu dieru, v tomto prípade išlo ale o skresľujúce tvrdenia. Experiment nevytvoril fyzický tunel v našom časopriestore a cez procesor nepreletel nijaký objekt do inej časti vesmíru.

Výskumníci namiesto toho preskúmali správanie kvantových informácií v malom systéme, ktorého matematický opis súvisí s niektorými modelmi červích dier. Experiment tak poskytol nástroj na štúdium vzťahu medzi kvantovou informáciou a gravitáciou, hoci jeho možnosti zostali obmedzené.

Ali Övgün, teoretický fyzik z Východostredomorskej univerzity, zdôrazňuje, že teoretická možnosť a reálna existencia predstavujú dve odlišné veci.

„To, že dokážeme napísať rovnice opisujúce červiu dieru, ešte neznamená, že vieme, ako by príroda taký objekt vytvorila, udržala alebo zabezpečila jeho stabilitu pri prechode hmoty,“ upozornil Övgün.

Aj napriek pochybnostiam astronómovia pátrajú po červích dierach vo vesmíre

Vedci hľadajú aj spôsoby, ako by sa hypotetické červie diery mohli prejaviť pri astronomických pozorovaniach. Jednou z možností je skúmanie svetla, ktoré sa v blízkosti takéhoto objektu ohne vplyvom gravitácie.

Červia diera by za určitých podmienok mohla vytvoriť charakteristické obrazce, prstence svetla alebo nezvyčajné zmeny jasu objektov v jej okolí. Výskumníci skúmajú aj možné signály v gravitačných vlnách.

Háčik spočíva v tom, že niektoré modely červích dier môžu vytvárať podobné prejavy ako čierne diery. Astronómovia by preto museli vylúčiť iné vysvetlenia a overiť, či pozorovaný jav skutočne zodpovedá predpovediam konkrétneho modelu.

Ani prípadný nezvyčajný obraz čiernej diery by preto sám osebe nestačil na potvrdenie červej diery. Vedci by potrebovali ďalšie merania a presvedčivé dôkazy.