Mohou být černé díry vytvořeny z čistého světla? Nový objev zpochybňuje důležitou teorii

Když se na jedno místo namačká dostatečné množství věcí, časoprostor se sám sevře ve sladkém vesmírném polibku známém jako černá díra. Co se týče Einsteinových součtů, mezi tyto „věci“ patří i bezhmotná záře elektromagnetického záření.

Vzhledem k E = mc2, které popisuje ekvivalenci mezi hmotou a energií, by měla být energie světla sama o sobě – teoreticky – schopna vytvořit černou díru, pokud se jí dostatečné množství soustředí na jednom místě.

Než vytasíte lasery a uděláte pár děr do podlahových desek, chtějí vás vědci z Univerzity Complutense v Madridu ve Španělsku a z Univerzity Waterloo v Kanadě informovat o jedné věci.

Něco, čemu se říká Schwingerův efekt, by mohlo celou věc znemožnit ještě předtím, než začnete. Einsteinova obecná teorie relativity popisuje zkreslení prostoru a času v závislosti na přítomnosti energie, kterou obsahuje například hmota. Pokud na jedno místo umístíte dostatečné množství hmoty, zkreslení bude tak extrémní, že z něj neunikne nic, dokonce ani světlo.

V polovině 50. let 20. století americký teoretický fyzik John Wheeler zjistil, že v Einsteinově teorii není nic, co by vylučovalo možnost, že energie v dostatečné koncentraci gravitačních nebo elektromagnetických vln může deformovat časoprostor natolik, že tyto vlny zůstanou uvězněny na místě. Tento exotický objekt nazval geon a považoval ho za druh hypotetické, vysoce nestabilní částice.

Dnes jsou geony pozůstatkem doby vědeckých úvah, která nám dala také červí díry a bílé díry; teoretické hračky, které nám říkají více o limitech matematických modelů než o fyzikální realitě.

Přesto se forma geonu, kterou Wheeler označuje jako „kugelblitz“, tu a tam objeví ve vědeckofantastické literatuře jako fantastický zdroj energie. Tyto černé díry velikosti protonu, německy „kulový blesk“, by měly vznikat v intenzivním ohnisku neuvěřitelně energetických světelných paprsků, jako je například futuristický vysoce výkonný laser.

Zatímco obecná teorie relativity dává kugelblitze zelenou, kvantová fyzika má své pochybnosti. Teoretický fyzik Álvaro Álvarez-Domínguez z Univerzity Complutense v Madridu a jeho tým proto prověřili chování elektromagnetických polí při nárůstu jejich energie na extrémní hodnoty. Kvantová krajina je jako kasino, kde se vlny možností neustále vlní jako nepřetržitá ruleta. Malé sázky se vyplácejí jen zřídka, ale když na jeden stůl nasypete dostatek peněz, máte výhru téměř zaručenou.

Podobně silné elektromagnetické pole v jinak prázdném prostoru téměř zaručuje, že se z kvantového přívalu nekonečných možností vynoří dvojice elektronů a pozitronů. V článku, který ještě nebyl recenzován, Álvarez-Domínguez a jeho tým ukázali, že tento jev známý jako Schwingerův efekt zabrání vzniku kugelblitů o velikosti od téměř dvojnásobku velikosti Jupiteru až po zlomek velikosti protonu.

Shromáždění veškerého světla na jednom místě by v podstatě poskytlo potřebnou energii pro vznik párů nabitých částic, které by se rozletěly rychlostí blízkou rychlosti světla a zabránily by tomu, aby se v rostoucím důlku časoprostoru vytvořil horizont událostí definující černou díru.

„Naše analýza silně naznačuje, že vznik černých děr pouze z elektromagnetického záření je nemožný, ať už soustředěním světla v hypotetickém laboratorním prostředí, nebo v přirozených astrofyzikálních jevech,“ píše tým ve své analýze. To však neznamená, že by tuto možnost zcela vyloučili. Vědci připouštějí, že ve „výjimečně extrémních podmínkách“ raného vesmíru mohlo být vše jinak.

Jiné formy geonů, například ty založené na gravitačních vlnách, zůstávají kuriozitou, která mohla existovat i v rodícím se vesmíru před miliardami let. Ti, kteří spoléhají na to, že je ke hvězdám nyní vystřelí kosmická loď poháněná kugelblitzem, se však možná budou muset vrátit k rýsovacímu prknu.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: arxiv.org, nature.com