Jdi na obsah Jdi na menu
 


URYCHLOVAČ ČÁSTIC LHC

- SPOLKNE ČERNÁ DÍRA SVĚT?

Pokud pravidelně sledujete zpravodajství ze světa, jistě vám neunikla informace, kterou nás senzacechtivá média bombardovala během první čtvrtiny roku 2010. Masová média přišla se zprávou, která se týkala experimentu prováděného ve švýcarském urychlovači částic LHC (Large Hadron Collider - Velký hadronový urychlovač). Simulace velkého třesku by prý mohla vytvořit černou díru, která by pak pohltila Zemi. (Zajímavou představu, jak by to asi vypadalo, můžete vidět zde.) Jsou tyto obavy oprávněné?

Ed Witten, jeden z nejrespektovanějších teoretický fyziků na světě, s klidným výrazem tvrdí: „Představa lidí, že by vznikla černá díra a začala by vše kolem požírat je naprosto nerealistická.“ Když mu bylo během televizního rozhovoru sděleno, že nastane soudný den, nebo že se ze strachu někteří lidé přestěhovali do hor, neudržel vážnou tvář a dlouho se pobaveně usmíval. Na CERN (Conseil Européen pour money-black-hole.jpgla recherche nucléaire - Evropská organizace pro jaderný výzkum) bylo dokonce podáno několik žalob a stížností, které vesměs hlásaly různé apokalyptické scénáře o konci světa, nicméně vzhledem k nedostatku důkazů je CERN zatím všechny ustál. Ve skutečnosti se v Evropě už jedna černá díra nachází, jmenuje se Řecko a podivně v ní mizí finance Evropské Unie. Jak sami vidíte, stále jsme tu a žádná černá díra nás ještě nepohltila (Nicméně pokud byste si nebyli jisti, zkuste se kouknout na stránku pojmenovanou „Už LHC zničilo Zemi?“, která vám okamžitě odpoví.)

 

Černá díra je bizarní hříčkou Obecné teorie relativity. Je to objekt natolik hmotný, že z něj neunikne nic, dokonce ani světlo. (Ve skutečnosti z ní něco uniká - Hawkingovo záření - ale k tomu se dostaneme o pár odstavců později.) Takže kdyby vám někdo tvrdil, že pozoroval černou díru, tak si z vás jenom vystřelil, protože ji zkrátka pozorovat nejde. Tedy alespoň ne přímo. Kdybyste ji chtěli pozorovat přímo, viděli byste asi toto:

  bh.gif

Jediné, co můžete pozorovat, je její působení na okolní objekty (například hvězda zdánlivě obíhající kolem ničeho je strhávána gravitací černé díry, která je ovšem pro nás neviditelná). Pokud byste si chtěli udělat vesmírný výlet, tak se raději nepřibližujte k černým dírám a už vůbec ne k horizontu událostí, což je jakási nejzazší mez, odkud ještě může uniknout světlo. Překročením této pomyslné hranice si kupujete jednosměrný lístek do pekla. Peklem zde myslím singularitu - bod v centru černé díry, ve kterém přestávají platit veškeré fyzikální zákony (nekonečně velké zakřivení časoprostoru, nekonečná gravitace, atd.). Kdybyste nějakým nedopatřením zakopli a spadli do černé díry, vaše nohy by se začaly natahovat, protože na ně bude působit větší gravitace než u vaší hlavy, v bocích byste byli stlačováni a stala by se z vás jakási špageta (pokud jste takové nemehlo, že byste padali hubou napřed, pak by to samozřejmě platilo naopak). Cestou k singularitě se nakonec vaše tělo rozprskne na miliardy atomů (které se mimochodem taktéž rozprsknou). Takhle by tedy vypadala cesta do nitra černé díry z vašeho pohledu, ale z pohledu vnějšího pozorovatele by vypadala zcela jinak. Představte si, že si sedíte v klídku doma a k černé díře se naopak přibližuje váš kamarád. Zatímco se blíží k horizontu událostí, zpomaluje se pro něj čas a těsně před jeho dosažením skoro úplně zamrzne. To znamená, že ačkoliv je váš kamarád již dávno rozcupován na kousky, vy ho stále vidíte, jak se teprve pomalinku blíží dovnitř. Ve skutečnosti ho vlastně nikdy neuvidíte přejít horizont událostí - jeho čas se totiž oproti tomu vašemu nepředstavitelně pomalu vleče. Černá díra zkrátka pohltí vše, co se k ní přiblíží (Nevíte co s odpadem? Šup s ním do černé díry!). Černé díry většinou číhají ve středu galaxií a jedna taková se dokonce nachází i ve středu té naší. (Takže pokud si vzpomínáte na úplný začátek o vzájemných pohybech, pak ho ještě můžeme rozšířit, že se otáčíme kolem vlastní osy, obíháme kolem Slunce a to zas obíhá kolem černé díry a tak můžeme pokračovat pořád dokola.) Zkuste si představit tu katastrofu, kdyby se nějaká toulavá černá díra přiblížila k naší Sluneční soustavě - smlsla by si na nás jako na malině.

blackholeneutron.gif

Zatím jsme si tedy v podstatě řekli jen to, že černá díra je "těleso", které díky své ohromné gravitaci nedovolí žádnému objektu včetně světla opustit její „povrch“. Důvod, proč tomu tak je, je vcelku prostý - může za to tzv. úniková rychlost. Abyste opustili povrch nějaké planety (či hvězdy nebo v podstatě jakéhokoliv objektu) a zcela se vymanili ze spárů jejího gravitačního působení, musíte se pohybovat určitou minimální rychlostí. Pro Zemi činí tato rychlost 11 km/s, pro Slunce 617 km/s, pro černou díru je ale taková rychlost vyšší než je rychlost světla. A jelikož víme, že rychleji než světlo se nic nepohybuje, tak proto z černé díry nic neunikne. (Výše zmíněné rychlosti platí pro kolmý směr k intenzitě gravitačního pole.)

 escvel.gif

Jak ale taková černá díra vzniká? Buďto se zkrátka v nějakém prostoru v důsledku působení gravitace nahromadí takové množství hmoty, že se časoprostor zakřiví natolik, až úniková rychlost přesáhne hodnotu rychlosti světla (například srážka dvou neutronových hvězd), anebo prostě tím, že se zhroutí velice hmotná umírající hvězda (hmotnost takové hvězdy by musela být minimálně 25x vyšší hmotnost než našeho Slunce). Například aby se Země zhroutila do černé díry, museli byste veškerou její hmotu vtěsnat do kuličky o průměru 9 mm! Pro těleso o hmotnosti Slunce by pak byl průměr kolem tří kilometrů, což je však příliš malá hodnota na to, aby k tomu někdy skutečně došlo, neboť Slunce se na konci svého života zhroutí do koule o průměru několika tisíc km. Nevím jak vy, ale já osobně neznám žádný objekt na naší planetě, který by vážil 25x více než Slunce, a proto by se tedy dalo říct, že žádná černá díra v urychlovači částic nevznikne. To je ovšem dosti populistické tvrzení, takže mi dovolte pokračovat.


Víme, jak černé díry vznikají, otázkou tedy je, zdali i nějak zanikají, a pokud ano, tak jak? Jedno řešení je docela jednoduché - černá díra skončí svou existenci prostě tak, že ji pohltí jiná černá díra. Nás však zajímá spíše druhá možnost. V předchozích odstavcích jsem se zmínil o horizontu událostí a ještě před tím o Hawkingovu záření (a kdysi dávno i o hmotě a antihmotě, ale kdo by si to ještě pamatoval, že?). Co to s tím má všechno společného? Jednoduše řečeno to, že na úrovni horizontu událostí je úniková rychlost rovna rychlosti světla. Dostat se přes horizont událostí možné je, vrátit se zpět však nikoliv. Na horizontu událostí je ale zajímavá i jiná věc: vzniká na něm Hawkingovo záření, což v podstatě znamená, že černé díry nejsou zas tak docela černé, jak jsme si mysleli. Vyzařují tepelné záření a tím se vlastně pomalu vypařují. Všude kolem nás, tedy i ve vakuu, neustále vznikají a zanikají páry virtuálních částic. Virtuální částice sice nemůžeme pozorovat přímo, ale přesto víme, že existují - někde se na okamžik objeví, vzdálí se od sebe a nakonec se srazí, čímž dojde k anihilaci. To samé se děje i v blízkosti horizontu událostí, ovšem s tím rozdílem, že jeden člen z tohoto páru je pohlcen černou dírou, kdežto druhý člen unikne do okolního prostoru - z virtuálního páru se tak stane skutečný pár a pro vnějšího pozorovatele to vypadá, jakoby se najednou zničehonic objevila reálná částice. Tato uniklá částice má kladnou energii, kterou si však "vypůjčila" z okolí, a jelikož energie se nikam neztrácí, je nutno ji vrátit ve formě záporné energie, která "padá" do černé díry. Z Einsteinovi rovnice E = mc2 víme, že hmotnost je závislá na energii - a když je tato dodávaná energie záporná, pak dochází k poklesu hmotnosti. To tedy vede k tomu, že černá díra začne pomalu ztrácet svoji hmotnost, bude se vypařovat a tím i zmenšovat. Čím menší je poloměr horizontu událostí, tím větší je zakřivení, a tím více záporné energie do něj vstupuje - z toho tedy vyplývá, že velké černé díry se ze začátku vypařují dosti pozvolna, zatímco ty malé začínají čím dál tím více zářit (jsou tedy snadněji zaznamenatelné) a vypaří se mnohem rychleji. Například černá díra o hmotnosti Slunce by se tímto způsobem vypařovala neuvěřitelných 1066 let (kvintiliarda kvintiliard nebo chcete-li jiné vyjádření, tak milion milionů milionů milionů milionů milionů milionů milionů milionů milionů milionů let), což je vzhledem k tomu, že vesmír ještě ani neoslavil své čtrnáctimiliardté narozeniny, nepředstavitelně dlouhá doba.

 

hawkingradiation.gif

 

Faktem tedy je, že čím menší černá díra je, tím rychleji se vypaří. Pokud by tedy v urychlovači částic nějaká miniaturní černá díra skutečně vznikla (doposud jsme se bavili o klasických černých dírách, které se běžně vyskytují ve vesmíru), vypařila by se dříve, než by to vůbec náš mozek stačil zaznamenat! Je třeba si také uvědomit, že tato hypotetická miniaturní černá díra by měla nepatrnou hmotnost a její gravitační vliv na své okolí by byl v podstatě neměřitelný. I když zatím nevíme, jestli vůbec nějaké miniaturní černé díry existují, je jasné, že k jejímu vzniku by bylo zapotřebí obrovské množství energie. Problém je v tom, že nevíme, jak se gravitace chová na malé vzdálenosti. Už jsme si říkali, že oproti ostatním interakcím je gravitace až trapně slaboučká a že ji v kvantové mechanice můžeme v klídku zanedbat. To, že ji na subatomární úrovni zanedbáváme, rozhodně ale neznamená, že by nám na dveře zaklepal sociální pracovník a už vůbec to neznamená, že na extrémně malých vzdálenostech žádná gravitace nepůsobí (její účinky zatím máme změřeny pouze v řádech  milimetrů či desetin milimetrů). Také víme, že intenzita gravitace ubývá s kvadrátem vzdálenosti. Pokud do toho všeho ještě zamontujeme superstrunovou teorii, dojdeme k závěru, že čím více dodatečných dimenzí, tím chuck-norris.jpgprudčeji roste intenzita gravitace a tím méně energie postačí k vytvoření černé díry. Při srážkách protonů nebo jader sice vzniká obrovské množství energie, ale pořád je to příliš málo na to, aby ji LHC dokázal vyrobit, a proto nám tedy žádné nebezpečí nehrozí. Kdyby přece jenom nějaká černá díra začala požírat svět, pak už nám nezbývá nic jiného, než se spoléhat na Chucka Norrise, který nás zachrání.

 

 
 

 

 

Z DALŠÍCH WEBŮ

REKLAMA