O černých dírách a velkém třesku, singularitě a nekonečnu

Co by asi uviděl odvážný astronaut uvnitř černé díry, kdyby ho gravitace nerozdrtila? Co bylo před velkým třeskem a jak bude vypadat konec našeho vesmíru? To jsou témata které vzrušují nejen vědce na poli fyziky a astronomie, ale také řadu lidí kteří se o vědu a poznání světa zajímají.

vesmírz internetu

Již od dětství tato témata zajímala i mně. Vzpomínám si, že jsem chodil teprve do třetí třídy, když jsem dostal na vánoce svojí první knihu o Vesmíru. Napsal jí popularizátor astronomie Jiří Grygar. Jmenovala se Sejdeme se v nekonečnu a poprvé jsem se v ní dočetl o černých dírách i velkém třesku. Od této doby jsem nejednu chvíli života věnoval přemýšlení o těchto tématech.

Černé díry

Bylo to již na konci 18.stol. kdy anglického geologa Michella napadlo, že ve vesmíru by mohla existovat hvězda tak těžká, že z jejího povrchu  nedokáže uniknout ani světlo. Z této myšlenky vznikla ve 20 stol. hypotéza o posledním vývojovém stádiu hmotných hvězd u nichž, po ukončení termonukleární reakce v nitru hvězdy,  již nic nedokáže zabránit gravitačnímu kolapsu vlastní hvězdné hmoty. Objekt dostal název černá díra a začal být astronomy intenzivně hledán. I když nemůže být spatřen přímo, může být prozrazen gravitací. A to se také stalo. Byly pozorovány hvězdy, které obíhají kolem zdánlivě ničeho. Tím se teorie černých děr stala fakticky prokázanou. Dnes předpokládáme přítomnost velmi hmotných černých děr v centrech velkých galaxií. Některé z nich tzv. kvasary patří k nejsvítivějším objektům ve vesmíru díky obrovské energie, kterou vyzařuje hmota řítící se do supermasivní černé díry nacházející se ve středu těchto objektů.

Černá díra se ihned dostala pod paškál fyzikálních teoretiků. Klasická teorie gravitace vypočetla poloměr sféry tzv. horizont události za kterou již se nedá z obětí černé díry dostat, protože by k tomu musela být vyvinuta nadsvětelná rychlost ( u našeho slunce by to byly cca 4km kdyby se stalo černou dírou ). Obecná teorie relativity popsala objekt jako zdroj extrémní gravitace, která výrazně zakřivuje  prostor  a zpomaluje rychlost toku času ve svém okolí. Později  britský fyzik Hawking zjistil, že díky kvantovému tunelovému jevu se přece jen část hmoty z černé díry dostane a samotná černá díra se za velmi dlouhý čas nakonec sama vypaří.

Extrémní poměry udělaly z černé díry vítaný objekt, kde se projevují efekty tzv. kvantové gravitace- spojení OTR popisující svět velkých kosmických rozměrů a kvantové mechaniky popisující mikrosvět částic a atomů. Černou díru lze chápat také jako gravitační čočku, která díky kontrakci prostorových rozměrů vlivem silné gravitace propojuje náš vesmír z našeho omezeného lidského pohledu s nižším vesmírem, jehož hvězdné systémy představují atomy našeho vesmíru. Nabízí se tak využití černé díry  pro odvážného cestovatele jako tunelu do jiného vesmíru. Cesta by ale nebyla bez rizika a to i kdyby se podařilo najít způsob, jak eliminovat destruktivní vliv gravitace na astronauta a kosmickou loď a vyhnout se stavu singularity ve středu černé díry (pozn. o singularitě v další části článku ). Domnívám se totiž, že velmi silná gravitace může narušit časoprostorové  kontinuum v nitru či okolí černé díry do té míry, že se zde začnou spontánně vytvářet stabilní či nestabilní červí díry, které mohou ohrozit plánovaný cíl cesty. Kosmická loď se může začít chovat  jako částice v mikrosvětě, tak jak je popisován kvantový  tunelový jev. Začne spontánně přeskakovat do různých míst či časů v časoprostoru. Dnes možnost cestování časem s využitím černých děr připouštějí i některé teoretické práce založené na řešení složitých rovnic Einsteinovy OTR.

Vznik černé díry je spojen ještě s jedním zajímavým jevem. Na povrchu hroutící se hvězdy vlivem gravitace jejíž intenzita se postupně blíží  nekonečnu se téměř zastavuje tok času. Díky tomu se z pohledu vnějšího pozorovatele doba hroucení hvězdy blíží nekonečnu, i když z hlediska výpočtu je to pouhý okamžik. Tento projev relativity času a prostoru může mít zajímavé důsledky v hlubším chápání významů černých děr v životě vesmírů.

Velký třesk

Myšlenka velkého třesku, jako žhavého počátku vesmíru vznikla po objevu rozpínání vesmíru v polovině 20.stol zásluhou amerického fyzika Gamowa. Jako důkaz pravdivost teorie je astrofyziky  považován hlavně objev zbytkového tzv. reliktního záření o teplotě  2,7 K který naznačuje, že vesmír byl kdysi velice horký.

Stejně jako černá díra i velký třesk se stal doménou obecné teorie relativity a kvantové teorie, které jediné ze současných oborů jsou alespoň částečně schopny popsat extrémní stavy, které na počátku vesmíru panovaly. Předpokládá se, že vesmír byl v prvních okamžicích existence tvořen směsí částic kvarků, elektronů, neutrin, fotonů atd. Za tohoto stavu se předpokládá existence pouze jediné síly z které jak se energie vesmíru snižovala oddělila postupně síla gravitační, tzv. silná interakce  a nakonec slabá a elektromagnetická interakce. Kvarky se spojily v protony a neutrony. Protony, neutrony a elektrony později vytvořily atomy. Z plynné kosmické hmoty se postupně vytvořily galaxie složené z hvězd, jejich oběžnic a mezihvězdné hmoty.

Podle některých současných vědeckých teorií se bude vesmír rozpínat trvale. Podle jiných za velkou dobu se rozpínání změní ve smršťování a vesmír zanikne v tzv. velkém krachu- opaku velkého třesku, který je vlastně i gigantickou obdobou zhroucení hmoty hvězdy do černé díry.

Singularita a nekonečno

To co je pro teoretiky zkoumající černé díry a velký třesk největším oříškem je existence tzv. singularity. Fyzika popisuje singularitu jako stav nekonečně velké hustoty hmoty v nekonečně malém prostoru. Podle stávajících výpočtů by v takovém stavu měla skončit původní hvězdná hmota zhroucená v černé díře. Zároveň by to měl být i stav hmoty v čase nula velkého třesku.

Je to stav tak extrémní, že zde veškeré fyzikální teorie a popisy selhávají. Řadu teoretiků to vedlo a vede k intenzivní snaze o nalezení způsobu, jak se v popisu vesmíru tomuto stavu vyhnout.

Pokud bych měl říci svůj osobní názor, domnívám se, že singularita ve vesmíru skutečně existuje. Pochopení tohoto jevu v plnosti je  pro náš mozek pravděpodobně nemožné, jsme ještě příliš nedokonalí tvorové. Alespoň se tomuto stavu ve své fantazii pokusím trošku přiblížit. Představuji si hypotetického fiktivního cestovatele, který se rozhodne singularitu prozkoumat. Možná bude očekávat, že spatří superhustou kuličku uvnitř černé díry, ale ve skutečnosti nespatří nic. Naopak najednou si překvapen uvědomí, že se nachází ve stavu nekonečné prázdnoty ve které po husté hmotě není ani památky a ve které se doslova zastavil čas. Uvědomí si, že se nachází ve světě čtvrtého rozměru, kde jsou propojeny všechny události,  místa a časy vesmíru, která kdy byly a budou včetně okamžiku vzniku a zániku celého vesmíru. Uvědomí si přitom dokonalý řád, který vládne v celém universu. Řád díky kterému vše souvisí se vším. Každá událost má svůj smysl, svou příčinu i důsledek, které jsou nějak propojené s celým celkem Bytí. Spatří svět jako obří živý organismus a člověka jako jednu z buněk tohoto organismu. Uvidí jak kosmická hmota v černé díře vlivem nepředstavitelně silných dostředivých gravitačních sil mizí spolu s celým časoprostorem a vesmírem, aby se zase vynořila a obrovskou odstředivou silou rozprchla v podobě gigantické exploze velkého třesku na počátku nového časoprostoru, nového vesmíru. Tak si uvědomí věčný koloběh světa, koloběh vzniku a zániku který se projevuje všude v přírodě od života nepatrné buňky, samotného člověka až po život celého vesmírného celku.Pochopí, že za vším je věčné a nekonečné Bytí, které nazvali lidé slovem Bůh, Absolutno či Podstata.