Sciencemag.cz
Doporučujeme
A jak to souvisí se stínem černé díry, horizontem událostí a různými teoriemi gravitace?
Pod horizont událostí kolem černé díry nedohlédneme, ale někde nad ním by měla existovat „rovnovážná“ oběžná dráha, kde světelný paprsek sice ze sevření černé díry neunikne, ale ani nebude pohlcen.
K tomuto závěru došla studie vědců z německého Max Planck Institute for Gravitational Physics a portugalského Universidade de Aveiro publikovaná ve Physical Review Letters.
I pokud příslušný fyzikální zákon alespoň provizorně přijmeme („nebyl dosud falzifikován“ apod.), je třeba k němu dodat několik dalších věcí. Tak za prvé, pravidlo by platilo pro stacionární černou díru – tím, že pohltí další hmotu, se její vlastnosti změní (horizont se posune dál atd.) a až poté dojde zase k obnově stabilního stavu. Za druhé, oběžná dráha pro světlo existuje ve směru rotace černé díry (a ve směru opačném), jde tedy o kružnici (elipsu původní text nezmiňuje, i když jinak jsou oběžné dráhy dle Keplerových zákonů elipsy). Pro složitější kombinované rotace mají existovat stabilní kruhové oběžné dráhy v každém směru rotace. A za třetí, co je nejdůležitější – nemáme dosud žádnou finální teorii černých děr, Einsteinova obecná relativita zde možná selhává a bude třeba použít alternativní teorie gravitace. Autoři studie Pedro Cunha a Carlos Herdeiro pro Phys.org uvedli, že právě v tom ale spočívá hlavní přínos jejich teorie/věty – ať už bude platit jakákoliv teorie gravitace, pro každou z nich půjde určit příslušnou kružnici obíhajícího světelného paprsku. Přesněji alespoň jednu (+ protisměrnou), takových stabilních drah může být i víc. Podmínkou je pouze to, aby příslušná teorie gravitace existenci černých děr vůbec připouštěla.
Získat tento výsledek ovšem nebylo snadné, protože se při něm autoři museli obejít bez řešení konkrétních pohybových rovnic (rovnic pole; protože ty jsou zase specifické pro různé teorie gravitace). Pouze se zkoumalo, jak se časoprostor má chovat v blízkosti černé díry a jak daleko od ní. Odvození mj. závisí i na tom, že někde daleko od černé díry je gravitační působení nulové – zde do hry může ale vstoupit kosmologická konstanta (kterou lze chápat např. jako antigravitaci atd.).
Tvrzení, že každá černá díra má stabilní oběžné dráhy dále než horizont, poskytuje testovatelné předpovědi. Vyplývá z nich například, že to, co se označuje jako stín černé díry, bude odlišné (větší) než černá díra samotná (oblast pod horizontem událostí).
Pedro V. P. Cunha et al. Stationary Black Holes and Light Rings, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.181101
Zdroj: Phys.org a další
Poznámky PH: Pokud stín černé díry bude „stínem stabilní oběžné dráhy“ a nikoliv stínem horizontu událostí, co se bude se světlem dít v příslušném mezikruží? Laicky, selským rozumem, se zdá, že světlo by mělo obíhat právě „ještě po horizontu událostí“, skoro z definice. Nicméně samozřejmě laickému pohledu na černé díry není určitě radno věřit.
Jak vůbec poznáme, že jsme změřili nikoliv stín horizontu, ale ten větší, čili že výše uvedená věta dala správnou předpověď? (Zjistíme hmotnost černé díry, z ní spočítáme horizont/Schwarzschildův poloměr a oblast ohraničená „vyfotografovaným“ stínem nám vyjde jinak?)
Jen takový myšlenkový experiment:
Mějme velké množství fotonů obíhajících po kruhové oběžné dráze a neřešme, jak se tam dostaly. Všechny tyto fotony mají nějakou hmotnost. V daném orbitalu jim musí připadat, že jsou těsně nad horizontem, protože jejich hmotnost z jejich pohledu by se nezapočítavala do hmotnosti černé díry.
Jenže vnější pozorovatel, na kterého působí jak gravitace černé díry, tak gravitace fotonů, by měl vidět horizont o něco výše. Pro něj nejspíš budou fotony už pod horizontem.
Proto nemám rád černé díry. Singularity jsou nejlepší nahaté…
no, myslenkove experimenty „jak co pripada fotonum“ maji jednu vadu. foton nemuze obsahovat zadne merici zarizeni. kdyz toto pomineme, dostaneme se k velmi divnym dusledkum uz pri myslenkovych experimentech velmi jednoduchych, kde cerne diry vubec nepotrebujeme. staci nam dva fotony rovnobezne letici: jak foton vidi vedlejsi foton? musi se prece pohybovat rychlosti svetla, jenze soucasne je logicky v klidu, stale stejne daleko. k tomu lze pridat „jak fotonu pripada plynuti casu“, odehrava se „pro nej vse najednou“, jak se nekdy uvadi, ovsem coby metafora nejiste kvality? lecos by se mozna vyresilo (zametlo pod koberec?), kdybychom foton prohlasili za kvazicastici (jsou takove pohledy na vec). jasne, na svetlo narazime vsude, ale to pro zvuk plati taky a fonon je kvazicastice. ovsem foton je take nosic interakce el.-mag. interakce, tak to opravdu netusim, zda pak muze byt „jen“ kvazicastice. rozhodne bych ale prenechal vytvareni dalsich teorii fyzikum.
jeste se neubranim teto poznamce. ze samotne teorie relativity neplyne hodnota rychlosti svetla, ani to, ze ji nejake castice mohou pohybovat. jen, ze ji nemohou dosahnout castice s nenulovou klidovou hmotnosti. zadne castice s nulovou klidovou hmotnosti by existovat nemusely, rychlost svetla by byla proste limita. mnohe paradoxy a podivnosti by pak zrejme nenastavaly. otazka „jak co citi foton“ by nemela smysl (ma smysl ted? i v tom druhem vesmiru by ovsem byl mozny myslenkovy experiment „kdyby existovaly castice s nulovou klidovou hmotnosti, jak by…“). byl by takovy vesmir elegantnejsi? 🙂 (ale zase, je to jen literarni hricka, neni-li clovek prislusny fyzik, co k tomu dal rict)
@Pavel Houser
Je zajímavé, jak jste odbočil od toho, nad čím jsem přemýšlel. O fotony jako takové vůbec nešlo. Jde o horizont událostí jako takový.
A mimochodem, osobně foton chápu jako energii změny hybnosti částice v elektromagnetickém poli. Stejně jako vlna na hladině vody vyjadřuje změnu hybnosti předmětu spadlého do vody.