Horizont událostí

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Horizont událostí je plocha v prostoročasu, která pro daného pozorovatele vymezuje oblast, ze které ho nemůže dosáhnout žádné elektromagnetické záření (světlo). Typickým příkladem horizontu událostí je hranice černé díry – úniková rychlost je na ní rovna rychlosti světla, takže tato oblast je nejzazší mez, odkud může světlo uniknout. Jinak řečeno, pod horizontem všechny časupodobné a světelné světočáry zůstávají v černé díře (eventuálně směřují do singularity) a nemohou ovlivnit pozorovatele vně černé díry.

Ve Schwarzschildově řešení, které popisuje nerotující nenabitou černou díru, má horizont tvar koule o poloměru nazvaném Schwarzschildův poloměr. Závisí pouze na hmotnosti černé díry a je dán

kde G je gravitační konstanta, m je hmotnost, a c rychlost světla. Pro objekt hmotnosti Slunce jsou to přibližně 3 km, pro Zemi by tento poloměr byl cca 9 mm.

[editovat] Horizont a kvantová teorie

Jevy, ke kterým by mohlo docházet v okolí horizontu, jsou v současnoti předmětem intenzivního výzkumu. V roce 1974 Stephen Hawking použitím kvantové teorie pole na křivém prostoročasovém podkladu odvodil, že černá díra vyzařuje jako absolutně černé těleso. Hawkingovo vyzařování si lze názorně představit jako jev v těsném sousedství horizontu. Z vakua neustále vznikají páry virtuálních částic a antičástic, které za normálních okolností opět velmi rychle anihilují. Těsně nad horizontem se ale může stát, že pár je „roztržen“ a jedna částice pohlcena černou dírou. Druhá částice pak uniká jako reálná částice do nekonečna. Černá díra tímto procesem ztrácí hmotnost, proto se o něm mluví také jako o Hawkingovu vypařování.

Problémem tohoto výsledku je (možná zdánlivý) rozpor s jedním ze základů kvantové mechaniky. Představme si vesmír s hmotou, která zkolabuje do černé díry. Na počátku je vesmír v čistém kvantovém stavu. Pak projde gravitačním kolapsem, vytvoří se černá díra, a ta se Hawkingovým vyzařováním vypaří. Výsledné tepelné spektrum je ale popsáno stavem smíšeným, v průběhu procesu došlo k „zapomenutí“ téměř veškeré informace. V kvantové teorii je ovšem časový vývoj popsán unitárním operátorem, který uzavřený systém z čistého do smíšeného stavu nikdy nedokáže převést.

Vysvětlení tohoto paradoxu se věnuje dosti velká pozornost a bylo navrhnuto několik řešení. Velkou pozornost vyvolal návrh představený v červenci 2004 Stephenem Hawkingem, podle které kolem černých děr skutečný horizont událostí neexistuje a díky kvantovým fluktuacím se mohou informace dostávat ven z černé díry.