- Černé díry vědce od nepaměti fascinují
- Jak je to s jejich entropií?
Vědci hlásí významný objev. Podle všeho konečně přišli na to, jak černé díry získávají svou entropii, tedy jaká je míra „chaosu“ nebo neuspořádanosti v systému těchto gravitačních monster. Slavní fyzici, jako Stephen Hawking a Jacob Bekenstein, se na to marně snažili přijít od 70. let minulého století.
Nepřehlédněte: Dospívající děti touží hlavně po iPhonech. Konkurence by se měla zamyslet
Záhada černých děr
Před padesáti lety zapsal slavný fyzik Stephen Hawking rovnici, která předpovídá, že černá díra má entropii, což je vlastnost obvykle spojovaná s neuspořádanou změtí atomů a molekul v materiálech, píše server Science. Argumenty pro entropii černých děr však byly nepřímé a nikdo dosud neodvodil slavnou rovnici ze základní definice entropie. Tým amerických teoretiků ve studii, kterou otiskl časopis Physical Review Letters, nyní říká, že se mu to podařilo.
Entropie je jedním z nejdiskutovanějších pojmů v termodynamice. Proč sůl rozpouští led na chodníku? Sůl přece nepřidává energii, která by led zahřívala… Černá díra však není hmotný objekt, je to gravitační pole, které zůstane po zhroucení masivní hvězdy. Do určité vzdálenosti od tohoto bodu je gravitace tak silná, že jí nic neunikne – dokonce ani světlo.
Tato vzdálenost definuje sférický horizont událostí černé díry. V polovině 70. let minulého století Hawking a teoretik Jacob Bekenstein nezávisle na sobě tvrdili, že černá díra by měla mít entropii úměrnou ploše svého horizontu událostí.
Jiný slavný vědec, Ludwig Boltzmann, si uvědomoval, že u plynu s pevně danými makroskopickými vlastnostmi, jako je teplota, tlak a objem, se molekuly v něm mohou nacházet v libovolném z velkého množství uspořádání poloh a rychlostí neboli mikrostavů. Z toho odvodil, že entropie je v podstatě počet těchto mikrostavů, které odpovídají stejným makroskopickým veličinám.
V zásadě by fyzici tedy měli být schopni vyjít z Boltzmannovy definice entropie, spočítat mikrostavy černé díry a dospět k Bekensteinovu-Hawkingovu vzorci. Zatím se to však podařilo pouze u hypotetických černých děr. Vijay Balasubramanian a jeho kolegové z Pensylvánské univerzity nyní tvrdí, že přišli na způsob, jak je spočítat i u existujících černých děr.
Měl Stephen Hawking celou dobu pravdu?
Ve studii popisují, že si představili kulovou vrstvu prachu o daném poloměru a hmotnosti, která se skrývá za horizontem událostí a deformuje tam časoprostor. Tím, že měnili hmotnost a poloměr vrstvy, zjistili, že mohou vytvářet nekonečně mnoho mikrostavů. Ne všechny tyto mikrostavy jsou však stejně důležité. Některé se mohou překrývat nebo vzájemně ovlivňovat.
Proto museli najít způsob, jak zjistit, kolik z těchto mikrostavů je skutečně nezávislých a důležitých. Pomocí matematických vzorců a složitých výpočtů nakonec zjistili, že počet důležitých mikrostavů má maximální hranici. Když tuto hodnotu dosadili do Boltzmannova vzorce pro definici entropie, vyšla jim Bekensteinova-Hawkingova rovnice.
Iosif Bena, teoretik gravitace na univerzitě Paris-Saclay, je však k nové vědecké studii značně skeptický. Domnívá se, že Balasubramanian a jeho kolegové pravděpodobně získali správný výsledek pouze díky anomálii ve své metodě, takže k vyřešení záhady, kterou nerozlouskl ani slavný Stephen Hawking, podle něj nejsme ani o krok blíž.
Zdroj náhledové fotografie: NASA / ESA, zdroj: Science, arXiv