Thread by @Mitokochan

Vítám všechny fyzikální nadšence u pátečního vlákna v sobotu 😂 #fyzivlakno

Minule jsme rozebírali koncept horizontu událostí, jak vlastně taková oblast ve vesmíru vypadá a co bystě viděli, kdybyste tam spadli. Pokud jste to prošvihli, mrkněte zde:

https://twitter.com/Mitokochan/status/1360333245515235331

Dnes se podíváme na to, co by mělo ležet v centru černé díry a co se ve fyzice nazývá gravitační singularita.



Singularita není pojem, který byl zaveden až s černými děrami, neboť obecný význam slova singularita je “výjimečný bod”.

V takovém bodě pak většinou naše teorie nějak nefungují, nebo se objekty, kterými se zabýváme (třeba funkce v matematice, nebo časoprostor), chovají zvláštně.



Mnoho fyzikálních teorií obsahuje singularity nějakého typu.

Když se vám taková singularita ve výpočtech objeví, pak většinou platí, že vaše teorie má někde nějaký chybný předpoklad, nebo používáte matematické značení, které pro daný systém není nejvhodnější.

Můžeme si ukázat příklad fyzikální singularity v praxi, na něčem, co se nazývá ultrafialová katastrofa.



Přibližně okolo roku 1900 se lidé snažili najít závislost mezi teplotou tělesa a tím, v jakých vlnových délkách převážně vyzařuje.

Abych to lépe vysvětlila: každé těleso ve vesmíru vyzařuje elektromagnetické záření. Například naše tělo vyzařuje hlavně v oblasti infračerveného záření, Slunce zase vyzařuje hlavně v oblasti viditelného světla.

Což je mimochodem důvod, proč jsou naše oči citlivé vůči viditelnému světlu. Buňky citlivé na záření, které máme, se evolucí přizpůsobily právě tomu světlu, které naše hvězda vyzařuje nejvíce.



To, v jaké oblasti nějaký objekt vyzařuje, pak závisí na jeho teplotě.

Jistě jste si všimli, že když třeba zahříváte nějaký kov, tak nejdříve nesvítí vůbec, pak tmavě červeně, pak oranžově, pak žlutě, a nakonec bíle.

To, jakou barvu hlavně vidíte, pak právě závisí na tom, jak moc je kov zahřátý.

Zpět ale k UV katastrofě.

Lidé tehdy (okolo roku 1900) ještě neměli k dispozici kvantovou fyziku, vycházeli proto z poznatků fyziky klasické. Když se však snažili nalézt vztah pro těleso vyzařující ve vyšších frekvencích, vyšlo jim, že by intenzita záření měla růst k nekonečnu.

Když si takovou věc však vyzkoušíte v praxi, nic takového nesledujete. Co se tedy stalo? Byla nalezena singularita v tehdejší teorii.

Tento nesoulad mezi experimentem a teorií pak pomohl zrodu kvantové mechaniky, ale o tom někdy jindy.

Zpět k černým dírám. Když Schwarzschild poprvé ukázal, že nějaký typ singularity se objevuje v řešení Einsteinových rovnic, lidé si mysleli, že to opět bude nějaká “chyba”, buď matematického typu, nebo ve formě špatných fyzikálních předpokladů.

Proto se snažili přejít na jiné značení, nebo najít nějakou chybu.

V rámci obecné relativity však singularity stále přetrvávají a nikomu se nedaří jich zbavit. V takovém bodě by podle stávající teorie měla být hustota hmoty nekonečná.

Stejně tak by i gravitační síla, tedy zakřivení časoprostoru, mělo být nekonečné. Neví se však, co to přesně znamená. Naše teorie prostě takový bod ve vesmíru neumí popsat a neumí ani předpovědět, co se tam děje.

Dnes víme jistě, že obecná relativita není finální teorie a proto se hledá kandidát na novou teorii, která by dala stejné výsledky, jako obecná relativita, ale uměla by zároveň vysvětlit a popsat gravitační singularity.

Lidé se snaží kvantovou teorii a obecnou relativitu spojit, z mnoha důvodů se to však pořád nedaří.

Předpokládá se však, že ani v singularitě nebude hustota nekonečná, už jen proto, že podle kvantové teorie není možné částice stlačit do nekonečně malého bodu.

Stávající teorie zná dva typy singularit, bodovou, která by měla být uvnitř černé díry Schwarzschildova typu, a prstencovou, která by měla vznikat v rotující černé díře.

Taková singularita by podle určitých výkladů mohla popisovat červí díru, pomocí níž by se teoreticky dalo cestovat.

Kam? Někdo tvrdí, že do jiného vesmíru, další zase tvrdí, že do jiného bodu v časoprostoru. Co to ale přesně znamená, to se neodvážím posuzovat. Osobně jsem trošku skeptická vůči takovým senzačním závěrům, ráda se však nechám překvapit budoucím vývojem v teorii.

Tady to dnes ukončíme.

Zajímá mě, mám ještě v černých dírách pokračovat, nebo byste raději už přesedlali na nové téma? Pokud za b), dejte mi vědět, o čem byste rádi četli.

Pokud vás vlákno bavilo, dejte mi prosím rtw. Užijte si zbytek víkendu a těším se za týden!❤️