Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

oddeľujúci oblasť, z ktorej nás svetlo môže dostihnúť, od oblasti, z ktorej to už možné nie je (obr. 4.18).

Veľmi podobné argumenty ukazujú, že by malo existovať tepelné žiarenie z tohto horizontu, rovnako ako existuje žiarenie z horizontu čiernej diery. Pri tepelnom žiarení očakávame charakteristické spektrum fluktuácií hustoty. V našom prípade fluktuácie hustoty expandovali spolu s vesmírom. Keď ich dĺžková škála presiahla rozmer horizontu udalostí, došlo k ich zmrazeniu, takže ich dnes môžeme pozorovať ako malé variácie teploty žiarenia kozmického pozadia, ktoré je reliktom raného vesmíru. Pozorovania týchto variácií súhlasia s predpoveďami tepelných fluktuácií s pozoruhodnou presnosťou.

Aj keď je svedectvo o žiarení čiernych dier trochu nepriame, každý, kto skúmal tento problém, súhlasí, že toto žiarenie musí existovať, aby sme dosiahli zhodu s inými teóriami, ktoré sú potvrdené pozorovaniami. Má to významné dôsledky pre determinizmus. Vyžarovanie čiernej diery bude z nej odčerpávať energiu, čo musí viesť k tomu, že čierna diera bude strácať hmotu a bude sa zmenšovať. To bude ďalej znamenať, že jej teplota sa bude zvyšovať a vzrastie rýchlosť vyžarovania. Nakoniec hmotnosť čiernej diery klesne na nulovú hodnotu. Nevieme vypočítať, čo sa stane v tomto bode, ale zdá sa, že jediný prirodzený a racionálny záver by bol, že čierna diera úplne zmizne. A čo sa stane potom s

časťou vlnovej funkcie vnútri čiernej diery a s informáciou, ktorú táto časť vlnovej funkcie nesie o tom, čo popadalo do čiernej diery? Prvý odhad môže byť taký, že táto časť vlnovej funkcie a informácia, ktorú nesie, by sa mohla objaviť, keď sa čierna diera definitívne stratí. Avšak informácia sa nemôže prenášať zadarmo, čo si človek uvedomí, keď dostane účet za telefón.

Informácia si vyžaduje na svoj prenos energiu a v konečných štádiách čiernej diery je už energie v jej vnútri veľmi málo. Jediný vhodný spôsob, ako by sa mohla informácia znútra dostať von by bol, že by nepretržite unikala so žiarením a nečakala na záverečnú fázu vývoja čiernej diery. Ak je však správna predstava, že jeden člen z virtuálneho páru častíc padá do čiernej diery a druhý z nej uniká, nedá sa očakávať, že by unikajúca častica súvisela s tým, čo padlo do diery, alebo by o tom niesla informáciu. Preto jedinou odpoveďou zrejme je, že informácia obsiahnutá v časti vlnovej funkcie vnútri čiernej diery sa stráca (obr. 4.19).

Takáto strata informácie má vážne dôsledky pre determinizmus. Na začiatku sme podotkli, že aj keď poznáme vlnovú funkciu po zmiznutí čiernej diery, nemohli by sme so Schrödingerovou rovnicou postupovať naspäť v čase a vypočítať, aká bola vlnová funkcia pred vznikom čiernej diery. Aká bola, to by čiastočne záviselo od toho kúska vlnovej funkcie, ktorá sa stratila v čiernej diere. Zvykli sme si myslieť, že minulosť dokážeme presne spoznať. No ak sa informácie strácajú v čiernych dierach, tak to neplatí. Mohlo sa stať čokoľvek.

Vo všeobecnosti sa ľudia ako astrológovia a tí, čo sa s nimi radia, zaujímajú viac o predpovedanie budúcnosti, ako o spätný pohľad do minulosti. Na prvý pohľad sa môže zdať, že strata časti vlnovej funkcie v útrobách čiernej diery by nám nemala zabrániť v tom, aby sme predpovedali tvar vlnovej funkcie mimo čiernej diery. Ukazuje sa však, že táto strata znemožňuje takú predpoveď, ako možno vidieť, keď zoberieme do úvahy myšlienkový experiment, ktorý v 30. rokoch minulého storočia navrhli Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen.

Predstavme si, že sa rádioaktívny atóm rozpadáva a vysiela v opačných smeroch dve častice s opačným spinom. Pozorovateľ, ktorý sa díva iba na jednu časticu, nemôže určiť, či sa bude otáčať doprava alebo doľava. Ale ak pozorovateľ zistí, že sa jedna častica otáča doprava, môže s istotou predpovedať, že druhá sa bude otáčať doľava, a naopak (obr. 4.20). Einstein si myslel, že to dokazuje absurdnosť kvantovej teórie: druhá častica by mohla byť vtedy už na opačnej strane galaxie a napriek tomu by pozorovateľ okamžite vedel, ktorým smerom sa otáča. Avšak väčšina iných vedcov sa zhodne na tom, že to bol Einstein, nie kvantová teória, kto sa mýlil. Einsteinov-Podolského-Rosenov myšlienkový experiment nedokazuje, že sme schopní vyslať informáciu rýchlejšie ako svetlo. To by bola absurdná vec. Človek si nemôže vybrať, že na svojej častici nameria spin doprava, preto nemôže ani stanoviť, aby častica vzdialeného pozorovateľa rotovala doľava.

V skutočnosti je tento myšlienkový experiment presne tým, čo sa deje so žiarením čiernej diery. Virtuálny pár častíc má vlnovú funkciu, ktorá predpovedá, že členovia páru majú zaručene opačný spin (obr. 4.21). Radi by sme predpovedali spin a vlnovú funkciu unikajúcej častice, čo by sme zvládli, ak by sme mohli pozorovať časticu, ktorá spadla do čiernej diery. Ale tá je teraz v čiernej diere, kde sa spin a vlnová funkcia nedá zmerať. Preto nie je možné určiť spin ani vlnovú funkciu unikajúcej častice. Môže mať rôzne spiny a rozdielne vlnové funkcie s odlišnými pravdepodobnosťami, ale jednoznačne určený spin alebo vlnovú funkciu nemá. Preto sa zdá, že naša schopnosť predvídať budúcnosť je ešte obmedzenejšia než sme si mysleli. Klasická idea Laplacea, že človek by mohol predpovedať aj polohy, aj rýchlosti častíc, musela byť modifikovaná, keď sa podľa princípu neurčitosti dokázalo, že zmerať presne polohy aj rýchlosti sa nedá. No ešte stále sa dá merať vlnová funkcia a použiť Schrödingerova rovnica na predpoveď toho, aká bude v budúcnosti. To nám umožňuje s istotou určiť jednu kombináciu polohy a rýchlosti — to je polovica toho, čo by sme mohli predpovedať podľa Laplaceových predstáv. S istotou môžeme predpovedať, že častice majú opačný spin, ale ak jedna častica padá do čiernej diery, neexistuje žiadna predpoveď ktorú môžeme s istotou vysloviť o druhej častici. To znamená, že neexistuje žiadne meranie spoza hraníc čiernej diery, ktorého výsledok by nám prinášal predikčnú istotu: naša schopnosť robiť jednoznačné predpovede klesla na nulu. Takže možno astrológia nepredpovedá budúcnosť o nič horšie ako prírodné zákony.

Mnohým fyzikom sa táto redukcia determinizmu nepáčila, preto tvrdili, že informácia uväznená v čiernej diere sa z nej môže nejakým spôsobom dostať von. Po dlhé roky bolo iba zbožným želaním, aby sa našiel nejaký spôsob na záchranu tejto informácie. V roku 1996 dosiahli Andrew Strominger a Cumrun Vafa významný pokrok. Rozhodli sa, že budú nazerať na čiernu dieru, akoby bola vytvorená z početných stavebných prvkov nazývaných p-brány.