Proč si někteří fyzici myslí, že žijeme uvnitř černé díry, kde vše, co vidíme a vnímáme, je ve skutečnosti zakódováno na hranici našeho vesmíru?

Nedostatky jsou podivné objekty, které (ačkoliv jsme se o nich hodně dozvěděli) zmatejí naše chápání fyziky. Ve snaze sladit některé paradoxy objevené při jejich studiu fyzici navrhli ještě podivnější hypotézy, z nichž jedna naznačuje, že naznačují, že žijeme v holografickém vesmíru, kde vše, co vidíme a vnímáme, je ve skutečnosti zakódováno na hranici našeho vesmíru, což je 3D (plus čas) reprezentace dvourozměrného (plus časového) vesmíru. Navíc někteří naznačují, že by to mohlo naznačovat, že náš vesmír je uvnitř černé díry většího vesmíru.

Černé díry, které vznikají při kolapsu hmotných hvězd, jsou oblasti vesmíru, kde je gravitace tak silná, že ani světlo nemůže uniknout. Jejich existence představovala problém při jejich studiu z hlediska termodynamiky. Konečný stav černé díry, když dosáhne rovnováhy, závisí pouze na třech parametrech: její hmotnosti, momentu hybnosti a elektrickém náboji.

„V klasické obecné relativitě černá díra brání jakékoliv částici nebo formě záření uniknout ze svého kosmického vězení,“ vysvětluje francouzský astrofyzik Jean-Pierre Luminet v recenzi z roku 2016. „Pro vnějšího pozorovatele, když materiální těleso překročí horizont událostí, veškeré znalosti jeho materiálních vlastností jsou ztraceny. Zůstávají pouze nové hodnoty M [hmotnost], J [moment hybnosti] a Q [elektrický náboj]. Výsledkem je, že černá díra pohltí obrovské množství informací.“

Zní to jednoduše, že? Nebo alespoň tak jednoduše, jak jen fyzika může být? Ale pokud má černá díra hmotnost (a má ji hodně), měla by mít teplotu podle prvního zákona termodynamiky a podle druhého zákona termodynamiky by měla vyzařovat teplo. Stephen Hawking ukázal, že černé díry by měly vyzařovat záření – nyní nazývané Hawkingovo záření – vzniklé na hranici černé díry.

„Hawking pak poukázal na paradox. Pokud se černá díra může odpařit, část informací, které obsahuje, je navždy ztracena,“ pokračoval Luminet. „Informace obsažené v tepelném záření vyzařovaném černou dírou jsou degradovány; Neshrnuje informace o hmotě dříve pohlcené černou dírou. Nevratná ztráta informací je v rozporu s jedním ze základních postulátů kvantové mechaniky. Podle Schrödingerovy rovnice fyzikální systémy, které se v čase mění, nemohou vytvářet ani ničit informace, vlastnost známou jako unitarita.“

Tento paradox je známý jako informační paradox černé díry a – vzhledem k tomu, jak se zdá, že porušuje naše současné chápání vesmíru – byl předmětem mnoha studií a debat.

Jedno navrhované řešení bylo nalezeno zkoumáním termodynamiky černých děr v kontextu teorie strun. Gerard ‚t Hooft ukázal, že celkové stupně volnosti obsažené uvnitř černé díry jsou definovány úměrně povrchu jejího horizontu, nikoli objemu. To umožňuje sledovat entropii černé díry.

„Z hlediska informace každý bit ve tvaru 0 nebo 1 odpovídá čtyřem Planckovým oblastem, což umožňuje najít Bekenstein–Hawkingův vzorec pro entropii,“ pokračuje Luminet. „Pro vnějšího pozorovatele se informace o entropii černé díry, kterou kdysi nesla trojrozměrná struktura objektů, jež překročily horizont událostí, zdá být ztracena. Ale podle tohoto pohledu jsou informace zakódovány na dvourozměrném povrchu černé díry, podobně jako hologram. Proto, uzavřel Hooft, informace pohlcené černou dírou by mohly být během procesu kvantového odpařování zcela obnoveny.“

Ačkoliv to neplatí pro prostor mimo černou díru, existují návrhy, že vesmír sám o sobě by mohl být černá díra, kde všechny procesy probíhají na hranici a to, co pozorujeme, vychází z těchto interakcí. Je to divoký nápad, s ještě divočejšími doplňky. Například bylo navrženo, že gravitace by mohla vzniknout jako emergentní síla z entropie provázanosti na hranici.

Tato teorie není nejpřesvědčivější myšlenkou vysvětlující náš vesmír, přičemž standardní fyzika stále nejlépe popisuje vesmír, který vidíme. Ale existují důvody, proč to lidé berou vážně.

Aby model fungoval, musí být Hubbleův poloměr vesmíru – poloměr našeho pozorovatelného vesmíru – stejný jako jeho Schwarzschildův poloměr, tedy velikost černé díry, která by vznikla, kdyby byla veškerá hmota uvnitř zhuštěna do jednoho bodu. Tyto dvě postavy jsou si ve skutečnosti překvapivě blízké, i když to lze přičíst i kosmické náhodě.

Existují i jiné důvody, například tento graf všeho, který naznačuje, že bychom mohli žít uvnitř černé díry většího vesmíru. Ale dokud taková teorie nepřinese přesvědčivé důkazy a předpovědi přesahující naše současné chápání fyziky, doporučujeme zatím se nepouštět do existenční krize, ať už jste 3D objekt v konvenčním časoprostoru, nebo holografická projekce z 2D hranice uvnitř většího vesmíru.

Zdroj: IFLScience, Titulní obrázek: Pixabay.com / AlexAntropov86