Pokud neexistuje temná energie ani Hawkingova radiace, kdo jí tohle kuře?

Občas se prostě ve vědě nic zajímavého neděje. Navštívíme Pluto, vyfotíme supermasivní černou díru v centru naší galaxie, objevíme tisíce exoplanet ročně, sluneční soustavou proletí tři interstelární objekty, ale jinak nic, zív, nuda. Je proto skvělé, když se přeci jen něco zajímavého stane, a tím nejzajímavějším jsou vždy převratné vědecké koncepty, zpochybňující dříve zavedené představy o fungování světa.

Ve velmi nedávné době jsem například zpozorněl při poslouchání podcastů asi tak 2x, jednou když sem jedním uchem zaslechl tvrzení, že temná energie neexistuje, podruhé, když jsem možná tím samým, možná tím druhým jedním uchem zaslechl, že koncept Hawkingovy radiace byl vyvrácen.

Disclaimer: nejsem expertem v oboru astronomie ani teoretické fyziky, a to ani smykem. Jen mám tu smůlu, že mě poslouchání o věcech z těchto končin vědy dělá dobře na můj radar na zajímavé věci, často mnohem víc než cokoli v mém vlastním oboru. Proto toto není text s ambicemi něco dokonale vysvětlit a neobsahovat faktické chyby.

Exhibit 1: temná energie prý neexistuje. Jistý Fraser to takhle řekl, slyšel jsem to na vlastní ucho, nicméně asi k tomu dodal nějaké to “theoretically” a “if” a “perhaps”, ale to už jsem nedával pozor. Nicméně, o co jde: profesor Lee z Jižní Koreje publikoval studii, ve které tvrdí, že vesmír již vstoupil do fáze, kdy přestal zrychlovat své rozpínání, ba dokonce v tomto zpomalil. To by bylo poněkud divné, protože naše chápání tzv. temné energie (o které je jisté, že nějaký efekt tohoto typu pozorujeme) něco takového nepřipouští. Nejde tedy o to, že by temná energie neexistovala, ale že nějakým způsobem v průběhu času “zeslabuje”.

Leeho výzkum stojí na pozorování supernov typu Ia. Supernovy typu Ia jsou detonace ke kterým dojde, pokud bílý trpaslík (pozůstatek po menší než velké hvězdě, vlastně její bývalé jádro) v binárním systému požere dostatek hmoty ze sousední hvězdy, nebo se sloučí s druhým bílým trpaslíkem. Pokud tento typ tělesa dostáhne určité hmotnosti, která je fyzikálně přesně daná (Chandrasekharův limit), dojde k detonaci. Díky tomu, že tato hmotnost je fyzikální konstantou, už několik dekád se používají supernovy typu Ia k měření vzdáleností v kosmu a zároveň se došlo k tomu, že vzdálenější supernovy typu Ia vypadají že svítí slaběji než by měly, z čehož byla odvozeno že expanze vesmíru zrychluje. To je naprosto fundamentální tvrzení, na kterém do značné míry stojí i celá teorie o temné energii a její postupné “obsazování” větší a větší porce vesmíru (ačkoli ne z hlediska rozlohy, množství hmoty, ale... chce se mi říct, pro zjednodušení, “třetí tajné věci”, denzity energie, nebo gravitačního budgetu...).

Co tedy Lee tvrdí: jedná se o systematickou chybu, supernovy typu Ia ve vzdálenějších oblastech vesmíru jsou slabší proto, že jsou mladší, ne kvůli akceleraci rozpínání vesmíru. Vzhledem k tomu, že vzdálenější oblasti vesmíru z podstaty věci častěji obsahují mladší hvězdy (resp. jejich pozůstatky), dává určitý smysl se na takový aspekt podívat. Lee tvrdí, že tím vznikl bias, zakládá svoje tvrzení na pozorování 300 galaxií a potvrzuje svojí hypotézu s 99.999% jistotou. Dále pak tvrdí, že s touto korekcí na mládí supernov typu Ia už nevychází tzv. Lambda-CDM model konstantní temné energie, ale zato sedí na data z Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), která naznačují, že temná energie se v čase mění. Lee se nebojí jít tak daleko, že dokonce dochází k takovému závěru své kombinované analýzy, že vesmír nám už ve svém rozpínání nezrychluje, ale zpomauje.

To by pak v konečném důsledku mohlo v daleké budoucnosti vést k obrácení směru a k smršťování vesmíru, potenciálně i směrem k “velkému křupnutí”, opaku velkého třesku. Tahle myšlenka celkově vzato byla vždy tak nějak “pro pořádek” ve hře, ale už hodně dlouho (cca od oněch 90. let, kdy se došlo k onomu závěru o zrychlování rozpínání vesmíru) jsem o ní neslyšel, naposledy možná když jsem se snažil louskat knížku od Hawkinga.

Sluší se podotknout, že Leeho výsledky jsou vyvolaly vlnu kontroverze a čelí značné kritice od předních odborníků v oboru, včetně nositelů Nobelovy ceny, což lze očekávat jak u skutečně převratných, tak u ne zcela správných radikálních tvrzení.

Od Hawkinga se dostáváme k Exhibit 2, Hawkingově radiaci: byla vyvrácena? Titulky jako “Black Holes Never Shrink” zněly, jakože teorii vyvracejí. Každopádně, ne, Hawkingova radiace nebyla vyvrácena, jen se někdo neudržel a jal se vysvětlovat, že ve skutečnosti to s ní není tak jednoduché jak si většina lidí myslí.

Hawkingova radiace je myšlenkově velmi fascinující jev, černé díry, o kterých je z námo, že z jejich horizontu události nikdy nic za žádnou cenu nemůže uniknout, emitují termální radiaci a tím se velmi pomalu (ale jakože opravdu strašně pomalu, mluvíme tu o časovém horizontu tepelné smrti vesmíru) “vypařují”.

Problém nastává se způsobem, jakým sám Hawking jev ve své knize “Stručná historie času” vysvětloval, patrně ve snaze příliš do toho nezabrušovat. Hawking popisoval, že na hranici horizontu událostí se vyskytuje pár částice a antičástice, jedna spadne dovnitř, druhá ne, čímž v konečném součtu vždy černá díra příjde o malý kousek své hmotnosti. Toto vysvětlení je pochopitelné, skutečnost je mnohem složitější.

Záření nevychází jenom z horizontu událostí, ale z celého zakřiveného prostoru kolem něj, až do vzdálenosti cca 10-20 Schwarzschildových poloměrů. Do černé díry v doslovném smyslu nepadají žádné částice se zápornou energií. Zakřivený prostor kolem černé díry neustále emituje záření v důsledku gradientu zakřivení.

Skutečný mechanismus je mnohem abstraktnější a zahrnuje kvantovou teorii pole v zakřiveném časoprostoru. Jedinou zásadní věcí pro fungování Hawkingova záření je uvědomit si, že stav vakua v nekonečnu se liší od stavu vakua na horizontu, a protože se liší, horizont se pro někoho v nekonečnu jeví jako záření černého tělesa. Toto vysvětlení pochopitelně není z mé hlavy, ale “já pokud něčemu nerozumím, tak věřím”.

Takže to vidíte, Hawkingova radiace vyvrácena nebyla. Ve skutečnosti byla dokonce v roce 2021 a znovu 2025 nepřímo potvrzena pozorováním spojení černých děr pomocí dat gravitačních vln z LIGO, do toho už ale nevidím vůbec.