Co když obecná relativita vlastně neříká, že černé díry už existují, ale pouze, že jejich vznik je nevyhnutelný v nekonečné budoucnosti, kterou nikdy nebudeme moci pozorovat? Nová teorie, kterou představil Daryl Janzen, fyzik na Univerzitě v Saskatchewanu v Kanadě, se zabývá otázkou, zda jsme si nepopletli matematickou nevyhnutelnost a fyzickou realitu a ukazuje, jak velká část našeho příběhu o černých dírách spočívá na tomto tichém skoku.
Černé díry patří mezi nejokouzlující a vědecky fascinující fenomény moderní fyziky, inspirující jak vědce, tak širokou veřejnost. Ale existují skutečně? Co když se stále tvoří, nikdy se neformují?
Představte si — co kdyby byl celý systém fyziky černých děr postaven na neplatném logickém závěru, který zůstal bez povšimnutí (nebo neuznán?) po většinu století? Nevyhnutelnost není skutečnost — to je dost zřejmé. Přesto fyzikové po šedesát let ignorovali nejzákladnější pravidlo relativity a bezmyšlenkovitě přijali, že to, co vyplývá z nevyhnutelnosti, platí.
Uvažujme o následujícím. Vyrobíme kosmickou loď s třemi předměty na palubě: horkým šálkem kávy, teploměrem na měření teploty kávy a hodinami, které měří arctangens uplynulého času od startu. Loď, která má dokonalé izolační stěny, je vypuštěna — a díky budoucím technologickým inovacím je schopna neustálé správné akcelerace od Země po dobu všech časů.
Neustálý signál je vysílán zpět na Zemi, posílající dvě informace: teplotu kávy a arctangens času. Podle Newtonova zákona chlazení teplota kávy exponenciálně přistupuje k ambientní teplotě kabiny, což znamená, že se velmi rychle přiblíží teplotě kabiny, ale skutečně dosáhne rovnováhy až v nekonečné budoucnosti. Teplota zaslaná zpět na Zemi se tedy exponenciálně přiblíží konečné hodnotě, ale tuto hodnotu skutečně dosáhne až v nekonečné budoucnosti.
Protože je uplynulý čas posílán jako jeho arctangens, i tato hodnota se asymptoticky přiblíží konečné hodnotě π/2 v nekonečné budoucnosti. A protože sluneční loď bude neustále akcelerovat, signál, který předává tyto informace, se rychle stane prakticky neviditelným v důsledku redshiftu. Nicméně v zásadě bude signál navždy přijímán zpět na Zemi, jak káva postupně chladne a čas ubíhá — zatímco rychlost lodi asymptoticky přistupuje k rychlosti světla.
Ztracený signál, znovu nalezený
Nyní si představte, že signál je ztracen, lidstvo zapomíná na experiment a všechny záznamy o existenci kosmické lodi zmizí. O století později pokročilá civilizace zachytí velmi slabý signál a pozoruje, že stále kontinuálně přenáší obě hodnoty. Po nějakém pozorování zjistí, že obě hodnoty se postupně mění — že asymptoticky přistupují k konečným limitám.
Tyto vědci si jsou vědomi, že kvůli konečné rychlosti světla nejsou hodnoty, které pozorují, ty, které jsou aktuálně spojeny s fyzickým objektem. Odehrály se nějakou dobu v jeho minulosti, když byl signál vyslán.
Vzhledem k základnímu fyzickému uspořádání experimentu je nám jasné, že tyto dvě hodnoty nemohou nikdy dosáhnout svých asymptotických limitů. Ale vědci, kteří pozorují signál, to nevědí. Pro ně se hodnoty mohou asymptoticky přibližovat — nebo se možná „teď, tam venku“ už vyvinuly za asymptotické limity, ačkoli nikdy nebudou vidět, že tuto situaci dosáhly.
Gravitační kolaps do černé díry
Scénář právě popsaný odráží, ve všech svých základních rysech, obecnou relativistickou popis kulového symetrického kolapsu do událostní horizonty černé díry. V tomto scénáři, když se poloměr hvězdy zhroutí do konečné hodnoty svého událostního horizontu, uplyne pouze konečné množství správného času na hodinách, které nese částice na jeho povrchu. Tyto dvě hodnoty — poloměr hvězdy a uplynulý čas od začátku kolapsu — se přibližují v podstatě stejným způsobem, jako se teplota kávy přibližuje svému asymptotickému limitu, zatímco arctangens čas směřuje k π/2.
Stojící z pohledu vnějšího pozorování se světlo vyzařované ven z kolabující hvězdy exponenciálně vytrácí a rychle se stává neviditelným — ačkoli v zásadě, bez ohledu na to, jak dlouho vnější pozorovatel počká, navždy „uvidí“, že když bylo světlo, které nyní dostávají, vyzařováno, hvězda ještě nespadla pod svůj událostní horizont.
Diferentní interpretace
Obecná relativita je agnostická vůči tomu, které vzdálené události se k sobě vážou. Je to záměrně: zda jakékoli dvě konkrétní události nastávají „současně“, není v rámci standardních popisů obecné relativity určeno. Schéma je tudíž věrnou reprezentací kolapsového scénáře, která nedělá interpretativní skoky.
Přesto, když k tomu události nastávají, například z pohledu pozorovatele, který zůstává venku? Řádky „teď“ a „později“ ukazují na dvě fundamentálně odlišné interpretace kolapsu, které mohou být dány perspektivou vnějšího pozorovatele.
Obecná relativity nespecifikuje, která z těchto dvou alternativních interpretací je pravdivá. Jejím designem myšlení je agnostické ohledně struktury současnosti, a tudíž která z těchto dvou odlišných ontologických interpretací této prostorově-časové struktury přesně odráží „vnější realitu“ v jakémkoli okamžiku z pohledu vnějšího pozorovatele.
Vědecké důsledky
Závěrem předchozí analýzy je dvojí. První, pokud jde o to, co černé díry jsou právě teď ve vnějším vesmíru, obecná relativita je formálně agnostická. Teorie nenabízí žádnou preferovanou strukturu simultaneity pro vzdálené oblasti a tudíž nerozsudlí mezi dvěma stejně platnými možnostmi: kolabující hmota přistupuje k událostnímu horizontu pouze v nekonečné budoucnosti; kolaps se již dokončil, formuje událostní horizont a singularitu.
A konečně, ačkoli i nadále panuje nejasnost ohledně „toho, co je tam venku teď“, výsledek je nejednoznačný vůči „tomu, co bylo pravdivé, když byl signál, který pozorujeme, vyslán“. Skutečný fyzický stav v okamžiku vyslání je vždy před horizontem.
