Můžeme cestovat červí dírou? Podle vědců by to nejspíš bylo příliš pomalé

Před padesáti lety kniha 2001: Vesmírná odysea poprvé zobrazila cestu skrz červí díru. Od té doby teoretická existence zmíněného fenoménu neustále podněcuje fantazii široké veřejnosti i odborníků. Červí díry totiž představují takový malý zázrak a jednu z možných podob cestování vesmírem. Zřejmě by nám dovolily svištět galaxiemi nepředstavitelnou rychlostí, a prostupovat tak nejen skrz prostor, ale i čas. A zatímco se staly evergreenem science fiction, pro vědce se proměnily v nekonečný zdroj frustrace – nikoliv proto, že by samotná myšlenka byla směšná, ale naopak proto, že taková není ani v nejmenším. 

Udivujícím faktem zůstává, že červí díry tvoří přirozený následek současných teorií gravitace a sám Albert Einstein je studoval už před osmdesáti lety. Od té doby se vědci snažili zjistit, zda by mohla být bizarní teorie pravdivá. Nyní však dospěli ke značnému průlomu, který zkoumá hluboká spojení mezi povahou prostoru a času a zákony subatomárního světa. Výsledkem se stalo nové chápání toho, co je ke vzniku skutečné červí díry potřeba.

Zpochybněný most

Vlastnostmi červích děr se jako první zabýval Einstein spolu s Nathanem Rosenem už v roce 1935, a to s využitím vlastní teorie gravitace, známé jako obecná teorie relativity. Zjistili, že objekt nazývaný dnes černou dírou by mohl být propojen s dalším, a to trubicí připomínající hrdlo. Hypotéza známá jako Einsteinův–Rosenův most otevírala dveře k vytváření „zkratek“ v prostoru a čase. Člověk by jednoduše vstoupil na jednom konci vesmíru do červí díry a vystoupil by skrz druhou, vzdálenou třeba miliony světelných let, aniž by „potloukáním“ mezi galaxiemi strávil miliony roků – protože by cestoval nadsvětelnou rychlostí. 

Ohromující myšlenka však na počátku 60. let utrpěla tvrdý úder od brilantního amerického fyzika Johna Wheelera, který jako první přišel s termíny „černá“ a „červí díra“. Společně s Robertem Fullerem prokázal, že by se Einsteinův–Rosenův most zbortil hned ve chvíli, kdy by se zformoval. Jak vysvětluje fyzik Daniel Jafferis z Harvard University: „Pokud by do zmíněného mostu z každé strany skočil jeden člověk, uvnitř by se sice setkali, ale zároveň by to znamenalo jejich konec.“

S neznámým původem

Jafferis patří do elitní skupiny teoretiků z celého světa, kteří hledají způsob, jak se popsanému problému vyhnout. Po léta se nejslibněji jeví myšlenka, že by se na podporu mostu použila „exotická hmota“ s negativní energií. Jak už její název napovídá, jde skutečně o zvláštní látku – tak podivnou, že dokáže „ohýbat“ zákony gravitace. Zatímco běžná hmota vždy vytváří gravitační tah, negativní energie produkovaná exotickou hmotou tvoří antigravitační odpor. 

Jakkoliv podivně to zní, zmíněná energie skutečně existuje. Astronomové v 90. letech zjistili, že se celý vesmír rozpíná antigravitačním účinkem tzv. temné energie. Jenže její přesný původ zatím neznáme. A totéž platí o exotické hmotě: Nikdo netuší, jak ji vyrobit, natož jak ji použít, aby zůstala červí díra otevřená dost dlouho pro bezpečný průlet.

Příliš silná gravitace

Nyní však debata o tzv. průchodných červích dírách nabrala nový směr díky objevu způsobu, jak most udržet neporušený. Jedná se o překvapivý vztah mezi červí dírou a kvantovou teorií, tj. zákony o subatomárním světě. Řešení se podařilo najít během pokusů snažících se rozlousknout jiný problém, jenž nedával spát některým z největších teoretiků naší doby, včetně Stephena Hawkinga. A sice: Co se stane s objekty, které spadnou do černé díry?

Všichni víme, že z černé díry není úniku, její gravitace je příliš silná, a tak se ven nedostane ani světlo. Přesto Hawking senzačně ukázal, že černé monstrum neexistuje ve vesmíru navěky, ale nakonec exploduje v prudkém výbuchu záření, aniž by po sobě zanechalo jakoukoliv stopu po čemkoliv, co kdy spadlo dovnitř. Potíž tkví v tom, že je uvedené v rozporu s jedním z hlavních principů kvantové teorie, podle nějž nemůže být informace nikdy zničena. Černé díry ji ovšem zjevně dokážou dokonale vymazat, což vytváří známý „informační paradox“. Víme tak, že naše chápání fungování vesmíru zůstává plné ohromných bílých míst.

Jak projít červí dírou?

Po celá desetiletí se Hawking a další snažili uvedený paradox vyřešit. Nyní však vzrušení narůstá, protože se odpověď možná podařilo nalézt: Jednoduše řečeno, podle teoretiků je hranice černé díry – tzv. horizont událostí, odkud již není úniku – prošpikovaná drobnými červími dírami. Skrz ně potom informace „prosakují“ společně s tzv. Hawkingovým zářením, a černá díra se tak postupně vypařuje. Uvedené následně vedlo k novým poznatkům o povaze červích děr a o tom, zda jimi lze projít.

Až dosud spočíval jediný známý způsob v zastavení hroucení Einsteinova–Rosenova mostu s využitím negativní energie exotické hmoty. „Kvantové efekty umožňují určitou negativní energii,“ vysvětluje Jafferis. „Dlouho se však předpokládalo, že podmínky nutné pro vytvoření funkční červí díry jsou fyzikálně nemožné.“ Nyní se ovšem badatel spolu s kolegy Pingem Gaem a Aronem Wallem domnívá, že objevili další možnost. „Zjistili jsme, že přímá interakce mezi černými dírami na dvou koncích neprůchozí červí díry může vést k negativní energii,“ vysvětluje. Výsledný antigravitační účinek zastaví hroucení Einsteinova–Rosenova mostu a učiní červí díru průchozí.

Přímé spojení

Když Jafferis s kolegy říká „přímá interakce“, myslí tím, že se dvě černé díry tvořící konce tunelu červí díry vzájemně ovlivňují v reálném, obyčejném prostoru. „Dobrý příklad tvoří binární systémy černých děr, které navzájem polykají své Hawkingovo záření,“ objasňuje. Zmíněné záření fyzici také popisují jako „vypařování“ černých děr, protože zmenšuje hmotnost gigantických objektů a nakonec vede k jejich zániku. „Vzájemné pohlcování záření pak vlastně formuje přímé spojení děr,“ dodává Jafferis.

Dobrá zpráva tedy zní, že průchozí červí díry skutečně existují. A podle Jafferise je dokonce možné skrz ně poslat člověka – alespoň teoreticky. Samozřejmě je nejdřív potřeba překonat řadu problémů. Za prvé, tyto černé díry nemohou patřit mezi standardní typy, vzniklé z obří zhroucené hvězdy. Musejí být maximálně propojené ve smyslu zvláštního kvantového provázání, které může existovat mezi dvěma objekty a způsobuje, že cokoliv se stane jednomu z nich, okamžitě ovlivní i ten druhý – bez ohledu na to, jaká vzdálenost je dělí.

Bizarní fenomén kvantového provázání skutečně existuje, podobně jako negativní energie. Poprvé se jej podařilo odhalit během experimentu před čtyřiceti lety a momentálně ho zkoumají i společnosti jako Google, aby dokázaly zkonstruovat superrychlé kvantové počítače. Ale zatímco subatomární částice lze poměrně jednoduše provázat v laboratoři, nikdo nemá tušení, jak totéž provést s černými dírami. „Neumíme vytvořit ani obyčejnou černou díru, natož dvě přesně kvantově propojené,“ vysvětluje Jafferis.

Sci-fi má náskok

Přímá interakce mezi dvěma černými dírami nedovoluje jakékoliv triky s cestováním v čase. Nicméně, umožnila by alespoň cestovat nadsvětelnou rychlostí? Podle Jafferise se jedná o obtížnou otázku. Gravitace, prostor a čas jsou spolu úzce spjaty, což do představy o „pouhé rychlosti“ vnáší zmatek. Dle badatele výpočty založené na dosud studovaných typech červích děr naznačují, že by bylo putování jejich prostřednictvím ve skutečnosti pomalejší než obyčejná cesta prostorem. Jafferis každopádně připouští, že se některé detaily musejí ještě důsledně prozkoumat. 

Zatím se tudíž zdá, že science fiction reálnou vědu stále o trochu předbíhá. Přírodní zákony zřejmě trvají na tom, že červí díry sice mohou předvádět neuvěřitelné výkony, ale zároveň se okamžitě zhroutí. Jindy jsou zase průchozí, ovšem v praxi to nebude k ničemu. Příroda však teoretikům znovu a znovu odkrývá velká překvapení. Před několika desítkami let byla pouhá pravděpodobnost existence černých děr sporná a samotný Einstein odmítal věřit kvantovému provázání. Možná se tedy někde ve vesmíru vyskytují skutečné červí díry i se svými zázračnými schopnostmi?

Odhalení hostitelé

Na možnost pozorování opravdových červích děr se momentálně zaměřují výzkumy teoretiků, s využitím znalostí matematiky a počítačových modelů. Obtížné je už jen rozeznat, které černé díry existují samostatně a které jsou naopak propojeny do červích děr. Podle Rajibula Shaikha z Tata Institute of Fundamental Research v indické Bombaji leží odpověď nejspíš v jemných rozdílech způsobů, jakými ovlivňují své okolí a zejména chování světla. „Jak předpovídala Einsteinova obecná teorie relativity, dráha fotonů se v gravitačním poli ohýbá,“ vysvětluje.

Intenzivní gravitace černých děr kolem nich vytváří neskutečně horké a jasné akreční disky – struktury z rozptýleného materiálu, který spirálovitě klesá doprostřed. Běžně neviditelní hostitelé zmíněných disků následně odhalí svou přítomnost prostřednictvím černého stínu, jenž se po nich rozlije. A právě tvar stínu pak umožní určit, jak podivné černé monstrum je.

O půl století později…

Výmluvné znaky červí díry pocházejí podle Shaikha z gravitačního účinku jejího hrdla na výsledný stín. „Zjistil jsem, že se gravitační stín pomalu rotující černé díry téměř shoduje s tvarem stínu pomalu se otáčející červí díry. Jakmile však rychlost rotace vzroste, zdeformuje se stín červí díry víc než za normálních okolností u černé díry.“ Badatel zdůrazňuje, že se výzkum stále nachází v plenkách a výsledky zatím stavějí na specifických typech černých a červích děr. „Nemáme žádnou záruku, že je onen druh rotující červí díry, který zkoumáme, ve vesmíru zároveň tím nejběžnějším.“ 

TIP: Tajemství černých děr: 15 podivuhodných a málo uvěřitelných faktů

Přesto Shaikh poukazuje, že astronomové již mají prostředky pro detekci předpokládaných efektů okolo červích děr. Projekt Event Horizon Telescope představuje celosvětovou síť radioteleskopů, které dokážou studovat černé i červí díry. „Sběr dat už započal,“ uvádí Shaihk. Půl století poté, co se časoprostorová červí díra poprvé objevila na filmovém plátně, by tak nemusela zůstat pouhým sci-fi.