Denník N

Ak by sa Zem zrútila do singularity, jej horizont udalostí by bol veľký ako hrášok

Čierna diera. Foto – NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital
Čierna diera. Foto – NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital

Všeobecná teória relativity má sto rokov, učí nás rozumieť čiernym dieram. Najbližšia známa čierna diera s asi 30-kilometrovým polomerom horizontu udalostí je od nás vzdialená približne 3-tisíc svetelných rokov.

V histórii ľudstva sa zatmenie Slnka spája s mnohými významnými osobnosťami a udalosťami – narodením Mohameda, ukrižovaním Ježiša či s pádom čínskeho cisára.

V minulom storočí bolo zatmenie Slnka spojené len s jednou osobnosťou – Albertom Einsteinom. Je to sto rokov, čo sformuloval teóriu, ktorá opisuje gravitáciu ako dôsledok zakrivenia časopriestoru. Volá sa všeobecná teória relativity, prepísal ňou najstaršie fyzikálne poučky.

Aby vedecká obec uznala Einsteinovu teóriu za platnú, potrebovala experimentálne dôkazy. Jeden bol hneď poruke – každý rok sa posunie dráha Merkúra o malý kúsok, a Einstenova teória to predpovedala. Druhý dôkaz priniesol experiment, ktorý uskutočnili počas zatmenia Slnka v roku 1919 – svetlo z hviezd obchádzajúce Slnko sa ohlo, opäť podľa fyzikovej predpovede. Z Einsteina sa stala vedecká hviezda svetového formátu.

Aj keď sa praktické dôsledky všeobecnej relativity zdajú malé, myšlienkový skok bol obrovský. Ak chceme vidieť trochu dramatickejšie predpovede ako len mierny ohyb lúčov či drobnú zmenu trajektórie Merkúra, neexistuje lepší príklad ako čierne diery.

Horizont udalostí Zeme veľký ako hrášok

Hmota sa vplyvom gravitácie stláča. Robí to tak dlho, až ju zastavia atomárne sily. Ak nahromadíme dostatok hmoty, pretlačí aj pôsobenie atómov a jadier a zrúti sa (takmer) do bodu, ktorý nazývame singularita.

Tá zakrivuje časopriestor tak veľmi, že z jej okolia nedokáže uniknúť ani svetlo. Hranicu okolo singularity, za ktorú neradno vstúpiť (nedá sa z nej vrátiť), voláme horizont udalostí. Čím je čierna diera hmotnejšia, tým je horizont väčší. Ak by sa Zem zrútila do singularity, jej horizont udalostí by bol veľký ako hrášok, v prípade Slnka by išlo o pár kilometrov. Vo vesmíre existujú aj čierne diery s polomerom niekoľko miliárd (!) kilometrov.

Čo sa stane, ak prekročíte horizont udalostí

Čo sa stane, ak neuposlúchnete dobré rady a horizont udalostí prekročíte? Ak by sa na vás pozeral človek zo vzdialenej rakety, uvidel by zaujímavé divadlo Zbadal by, že sčervenáte (gravitačný červený posun), že sa vám spomalia ručičky na hodinkách a že v momente prechodu horizontom zdanlivo zmrznete v čase.

Ako to bude vyzerať z vášho pohľadu? Budete cítiť stav beztiaže ako v padajúcom výťahu, ručičky hodiniek sa vám nespomalia (toto je tá relativita). Vaše nohy, ktoré sú k čiernej diere trochu bližšie než hlava, budú oproti nej padať rýchlejšie, čo vás postupne natiahne (celkom vážne sa to označuje ako špagetizácia).

Prípadné anatomické zmeny si budete môcť prezrieť vďaka röntgenovým lúčom, ktoré vyžaruje extrémne horúci plyn krúžiaci okolo čiernych dier.

Čierna diera, zdroj energie

Po tomto opise asi nevyzerajú čierne diery veľmi prívetivo; napravme im trochu renomé. V prípade, že sa čierna diera otáča, vzniká nad horizontom udalostí takzvaná ergosféra. Ak do nej vstúpite, nič nie je stratené – dá sa z nej vrátiť. Keď budete v nej, môžete skúsiť hádzať kamene do čiernej diery. Ak budete chvíľku trénovať, všimnete si, že ak správne namierite, dokážete hádzaním získavať energiu (je potrebné hádzať proti smeru otáčania čiernej diery – získaná energia potom pochádza zo spomaľovania jej rotácie).

Pre technologicky vyspelé civilizácie to predstavuje možný zdroj obrovského množstva energie. Postup je takýto: nájsť rotujúcu čiernu dieru, hádzať do nej niečo (napríklad technologicky menej vyspelé civilizácie) a tým obrať čiernu dieru o (rotačnú) energiu. Kým dnes sú bane „čiernymi dierami“, v budúcnosti môžu byť čierne diery „zlatými baňami“.

Najbližšia čierna diera

Z povahy čiernych dier je zrejmé, že sa ťažko hľadajú. K dispozícii máme len nepriame metódy. Najbližší známy kandidát s asi 30-kilometrovým polomerom horizontu udalostí je od nás vzdialený približne 3-tisíc svetelných rokov, no nevieme vylúčiť, že sme neprehliadli niečo bližšie.

Ak sa vám zdá 30-kilometrová čierna diera príliš malá, môžete skúsiť stred našej galaxie, v ktorom sa podľa odhadov nachádza jedna, ktorá má 4 milióny kilometrov.

Ako vidíte, Einsteinova všeobecná teória relativity dokáže mať aj gigantické praktické dôsledky a my môžeme byť radi, že sa nás (zatiaľ) netýkajú.

Autor je doktorandom teoretickej fyziky na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave, píše popularizačné blogy o fyzike. 

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Veda

Teraz najčítanejšie