Student World

Stephen Hawking objevil, že černé díry vyzařují energii. Zdánlivě tedy nic nebrání ztotožnění černých a bílých děr. Je však taková úvaha správná? Otázka to přitom není bezvýznamná, pokud by bílé díry neexistovaly, stala by se i samotná fyzika černých děr zdrojem časové asymetrie.

Stephen Hawking nabízí následující myšlenkový experiment, který má na kvantové úrovni dokázat totožnost černých a bílých děr. Určitou oblast nazýváme podle Hawkinga černou, pokud je dostatečně velká a příliš nezáří. Malá černá díra vydává ovšem velké množství záření, a proto ji můžeme popisovat klidně i jako díru bílou.
Nyní tedy k slíbenému experimentu. Do kontejneru,jehož stěny budou ideálně odrážet záření, "vsadíme" energii. Podle Hawkinga se systém může nyní uspořádat v zásadě dvěma způsoby: jako hromada tepleného záření a jako černá díra v rovnováze s tepelným zářením. Za určitých podmínek může pak systém oscilovat mezi oběma stavy. Fluktuace povedou ke vzniku částic, ty se zhroutí do černé díry, která se vypaří a zmizí a kontejner opět ovládne záření.
Hawking a Penrose se však neshodnou na tom, zda se během těchto změn bude nějak měnit entropie systému. Hawking tvrdí, že nikoliv, Penrose se domnívá, že dojde ke ztrátě informace. Z toho podle Penroseho vyplývá, že kvantová teorie gravitace by měla být časově invariantní. Hawking nesouhlasí a tvrdí, že procesy v kontejneru mohou probíhat oběma směry a nedochází k žádnému narušení CPT symetrie. Systém je podle něj ve stavu s maximální entropií a neobsahuje žádnou informaci, ta se proto v průběhu oscilací ani nemůže ztrácet. Otočení času by tedy nebylo v rozporu s druhým zákonem termodynamiky.
Penrose navíc soudí, že ani ztotožnění černých a bílých děr není správné. Malá černá díra emituje záření a vypadá jako bílá – a naopak. Pro makroskopické objekty se však Penrosovi nezdá ztotožnění černých a bílých děr vhodné – a protože bílé díry neznáme, je to pro něj další důkaz nutné časové asymetrie pro kvantově-gravitační teorii.
Penrose se domnívá, že procesy probíhající v černých dírách představují právě ideální vazbu mezi kvantovou fyzikou/relativitou a termodynamikou. Informace hmoty spadlé do černé díry se podle něj nenávratně ztrácí (ovšem na druhé straně – černé díry mají různou entropii a není dosud jasné, zda entropie černé díry závisí na entropii hmoty, která je v černé díře pohlcena).
Mimochodem, v knize Povaha prostoru a času ztotožňují oba fyzikové budoucí teorii všeho s kvantovou gravitací a poměrně nelichotivě se vyjadřují na téma superstrun.

(Zdroj: Stephen Hawking, Roger Penrose: Povaha prostoru a času, Academia, Praha, 2000)

autor Pavel Houser