Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jak se liší vnějšek bílé díry od vnějšku černé díry? Nacházíme-li se vně, jak vůbec můžeme rozeznat černou díru od bílé?
Překvapivá odpověď zní, že nemůžeme. Nedostává-li se něco dovnitř anebo ven z horizontu, je zvenčí bílá díra od té černé v zásadě nerozeznatelná.
Černá díra vše gravitačně přitahuje, stejně jako každá hmota – a totéž platí i pro bílou. Kolem černé díry mohou obíhat planety – a totéž platí i pro bílou.
A tak dále. Můžete padat k černé díře a můžete padat k bílé díře.
Je to poněkud matoucí. Bílá díra je jako černá díra, která se odrazila. Někdo by mohl být v pokušení očekávat, že při obrácení toku času se z gravitační přitažlivosti stane odpudivost. Ale není tomu tak.
Gravitační přitažlivost se obrácením času nestane repulzí: i ve filmu zachycujícím Sluneční soustavu promítaném pozpátku Slunce stále přitahuje planety; ve filmu kamene, který je vržen vzhůru a pak padá, vidíme stejně kámen letět vzhůru a pak padat dolů, přitahovaný Zemí, i když je film promítán od konce.
Ani vnějšek černé díry se nezmění, obrátí-li se směr času: při pohledu zvenčí se černá i bílá díra chovají naprosto stejně. Obě jsou to hmoty, které přitahují gravitační silou.
Jak si to vysvětlit? Zdá se, že jde o velmi odlišné objekty: do černé díry lze pouze vstoupit a z bílé díry lze pouze vystoupit. Jak je tedy možné, že navzdory tomu jsou zvenčí nerozlišitelné? Vypadá to jako paradox. Ne, není to žádný paradox. Právě zde se totiž projevuje neobyčejné kouzlo obecné teorie relativity. Je to delikátní, opravdu krásný důsledek. Podrobně ho vysvětlím ve zbytku této kapitoly. Jde o jemnou a složitou záležitost a většina lidí se při sledování argumentace ztrácí. Nebuďte smutní, jestli se to stane i vám. Pro to, co bude v knize následovat, to není důležité. Konec této kapitoly proto můžete přeskočit, aniž byste tím ohrozili pochopení celého příběhu.
Pokud se vám však podaří mě nyní sledovat, budete ohromeni tím, co všechno relativita času zahrnuje. Tak pojďme na to. Kámen může vyletět z bílé díry. Proto vidím, jak se kámen volně p ohybuje od bílé díry směrem pryč. Mohu vidět kámen, který se volně pohybuje pryč od černé díry? Na první pohled se to zdá těžké: jak se může kámen volně pohybovat pryč od černé díry, když ji nic nemůže opustit? A přece je to možné. Tady je návod, jak na to. Hodí-li někdo kámen velkou silou směrem od hroutící se hvězdy chvíli před tím, než překročí horizont, kámen odletí pryč. Při pohledu z dálky však bude první část letu probíhat nesmírně pomalu, protože z dálky se zde všechno jeví v extrémně zpomaleném pohybu. Kámen se nakonec od černé díry nadobro vzdálí až po velmi dlouhé (vnější) době. Proto ho můžeme vidět vynořit se kdykoli později. Není tedy nemožné, abychom viděli kámen volně se vzdalovat od černé díry, stejně jako je možné vidět kámen vzdalující se od bílé díry.
Tento argument platí i obráceně. Kámen padající k bílé díře nemůže překročit horizont, protože do horizontu bílé díry nemůže nic vstoupit. To by zdánlivě naznačovalo, že zvenčí můžeme černou a bílou díru snadno rozlišit: stačí pozorovat padající kámen.
Vidíme-li ho vnikat do díry, musí být díra černá. Nezapomeňte však, že zdálky nikdy neuvidíte kámen vstupovat do horizontu černé díry! Vzdalujícímu se světlu, jež nese informaci, totiž trvá stále déle a déle, než k vám doletí. Spatříte proto jen, jak se kámen postupně přibližuje k horizontu, aniž byste ho kdy viděli vstoupit. A přesně totéž vidíme i u kamene, který padá k bílé díře! Vidíme, jak se postupně přibližuje k jejímu horizontu, aniž by do něho vstoupil.
Co se však s kamenem padajícím k bílé díře děje? Nakonec se srazí s materiálem, který z bílé díry vylétá: stane se to v čase, který je pro samotný kámen, jenž se dostane k vystupující hmotě před dosažením horizontu, velmi krátký. Ale při pohledu zvenčí je extrémně dlouhý (ještě jednou: v blízkosti horizontu se čas zpomaluje!).
V tom právě spočívá kouzlo „elasticity“ času. Černý a bílý horizont se od sebe principiálně liší, ale zvenčí vypadají úplně stejně. Horizonty a vnitřky rozlišují bílou díru od černé, budoucnost od minulosti; jejich vnějšky ale nikoli.
Připomeňme si znovu název práce, v níž David Finkelstein v roce 1958 ukázal, co se děje na horizontu: „Asymetrie minulosti a budoucnosti gravitačního pole“. Už sám název zdůrazňuje hlavní fakt: geometrie vnějšku černé díry se při otočení směru nemění, ale na horizontu je tato symetrie porušena. Horizont není invariantní vůči změně směru času, vnějšek díry ano. Právě z tohoto důvodu jsou vnějšek černé díry i vnějšek bílé díry úplně stejné, přestože jejich horizonty jsou tak odlišné.
To vše se zdá být až neuvěřitelné, ale takhle příroda opravdu funguje. Navzdory naprostému rozdílu mezi tím, co se děje uvnitř, časové čachry na horizontech dovolují, aby bílá a černá díra byly zvenku totožné…
tento text je úryvkem z knihy
Carlo Rovelli: Bílé díry. Uvnitř horizontu
Dokořán 2025
O knize na stránkách vydavatele
