Sciencemag.cz
Doporučujeme
Gravitační vlna, která k nám po 1,3 miliardy světelných let dorazila, je naprosto klasická vlna. LIGO v žádném případě nezaznamenal jednotlivé gravitony.
Uvažujme masivní objekt, jako je hvězda. Podle Newtona a Faradaye generuje hvězda kolem sebe gravitační pole úměrné její hmotnosti. Ale pole nese energii. To je podle Newtona a Faradaye v pořádku. Jenomže podle Einsteina je energie to samé jako hmotnost. Takže když hmotnost generuje gravitační pole, dokáže to i energie. Energie gravitačního pole generuje gravitační pole.
Gravitační pole generuje další gravitační pole. A tento proces může pokračovat pořád dál, nekonečně dlouho – takový proces je v matematice vyjádřen nekonečnou řadou. A právě tohle nekončící rozmnožování může vést k tomu, že kvantová teorie gravitace, v níž bude zakřivený prostoročas se prostoročas doslova zhroutí do sebe a vznikne např. černá díra.
Srovnejme gravitační pole s elektrickým. Elektrický náboj generuje elektrické pole. Elektrické pole nese energii, ale nikoliv náboj. Negeneruje tudíž další elektrické pole. Proces byl ukončen. Elektrické pole nebudí další elektrické pole. Jak už jsem uvedl, ve fyzikálním žargonu říkáme, že elektromagnetismus je lineární teorií, takže je v jistém smyslu považován za „triviální“. Naproti tomu gravitace je vysoce nelineární a práce s ní je horror. Kdybychom kupříkladu chtěli použít tradiční matematiku (tím mám na mysli analytické řešení rovnic na papíře) na výpočet gravitačních vln vysílaných dvěma fúzujícími černými děrami, neměli bychom šanci. Vypočtené teoretické křivky, které byly srovnány s naměřeným záznamem detekovaného signálu zachyceného zařízením LIGO (viz kapitolu 9), jsou výsledkem numerických výpočtů počítačů s obrovským výkonem.
Všimněte si dvou důležitých věcí. Nepřetržité generování vzniká už v klasické Einsteinově gravitaci, ještě předtím, než jsme se pokusili teorii kvantovat. Zadruhé, tento problém s nelinearitou je problém technický, nikoliv koncepční. Odráží naši neschopnost použít k výpočtu analytické metody.
Kvantovací fígl zřejmě na gravitaci nefunguje
Na okamžik odbočím, abych vyjasnil jeden pojem, který často mate mnoho čtenářů, když čtou o tom, že fyzici „kvantují“ nebo „rozkvantují“ tu nebo onu teorii. Termín „(roz)kvantovat“ znamená změnit klasickou teorii v kvantovou. Takže, když rozkvantujeme Newtonovu klasickou mechaniku, vznikne (nerelativistická) kvantová mechanika, a když rozkvantujeme Maxwellovu klasickou teorii elektromagnetismu, vznikne kvantová elektrodynamika, a tak dále. Kvantování je určitý formální postup, který se dneska přednáší studentům fyziky; je to prostě fígl, jak změnit klasickou teorii v kvantovou.
Nic nám však nezaručuje, že vzniklá kvantová teorie bude smysluplná, či jak fyzici říkají, že se bude chovat rozumě.
Když aplikujeme obvyklý kvantovací postup na teorii gravitace, vznikne teorie, která se rozumě nechová. Přesněji řečeno, v procesech zahrnujících gravitaci rostou kvantové fluktuace s rostoucí energií, takže když dosáhneme tzv. Planckovy energie, asi 1019 GeV, fluktuace začnou být tak obrovské, že jsou naprosto nezvladatelné. Takže osvědčený kvantovací postup na gravitaci nefunguje a tento fakt je nejhorší noční můrou teoretických fyziků snažících se během posledních zhruba osmdesáti let kvantovat gravitaci.
