Veľké Mystérium Kozmu: Tajomstvo pamäte čiernej diery. Prečo informácie, ktoré prídu do čiernej diery - a ona si ich navždy zapamätá - robia čierne diery stabilnejšími?

Len veľmi málo ľudí vie, že čierne diery majú pamäť. Ich pamäť je azda najfascinujúcejší fenomén kozmu. V kozme neexistuje nič podobné – biologická pamäť funguje úplne inakšie. Tento druh špeciálnej pamäte majú v kozme len čierne diery. Existenciu takejto pamäte umožňuje len kvantová fyzika a jej zákony. Čím viac spomienok si čierne diery ukladajú do svojej pamäte, tým stabilnejšie sa stávajú.

Okrem toho, váha informácií, ktoré nesú, ich robí odolnejšími voči vonkajším vplyvom – faktor, ktorý priamo formuje a ovplyvňuje ich vývoj.

Nazývame to „efekt rýchlej pamäte a záťaže“ – jav, ktorý teraz ponúka výskumníkom jedinečnú príležitosť získať prehľad o štruktúre týchto záhadných objektov.

Čierne diery sú absolútne záhadné kozmické javy (mne štúdium kvantovej fyziky a čiernych dier v mnohom nesmierne zmenilo pohľad na život, na ľudstvo, na spoločnosť a samozrejme aj pohľad na zrod i na smrť). Sú neviditeľné, no zložené sú z neuveriteľne a nepredstaviteľne hustej hmoty. Pohlcujú všetko, čo sa k nim priblíži – hviezdy, svetlo a ďalšie objekty, či zhluky energie – a zároveň zostávajú priamo nedetekovateľné.

Výskumníci identifikujú čierne diery iba pozorovaním toho, čo sa deje v ich blízkosti; napríklad meraním zmenených obežných dráh hviezd alebo vychýlenia svetla. Vedecká teória naznačuje, že prvé čierne diery sa mohli vytvoriť v samom okamihu Veľkého tresku. Najstarší doteraz pozorovaný objekt sa však objavil „len“ asi 400 miliónov rokov po Veľkom tresku, čo znamená, že má viac ako 13 miliárd rokov. Bol objavený pomocou vesmírneho teleskopu Jamesa Webba.

„Fyzika častíc a kozmológia“ už niekoľko rokov skúmajú, ako sa čierne diery vyvíjajú počas svojej existencie. Čierne diery, ktoré dnes poznáme, pochádzajú z hviezd s najmenej trojnásobnou hmotnosťou Slnka; keďže tieto hviezdy nedokážu odolať vlastnému gravitačnému tlaku, kolabujú a stlačia všetku svoju hmotu do malého priestoru.

Počas miliárd rokov sa čierne diery vyvíjajú prostredníctvom dvoch konkurenčných procesov: získavajú hmotu absorbovaním blízkych objektov a zároveň strácajú hmotu vyžarovaním častíc vo forme Hawkingovho žiarenia.

Uložená kvantová informácia

Tento proces, ktorý predpovedal Stephen Hawking, naznačuje, že čierne diery sa časom pomaly vyparujú. Táto teória je obzvlášť významná pre čierne diery, ktoré nevznikli z umierajúcich hviezd, ale mohli vzniknúť krátko po Veľkom tresku. Po mnoho rokov sa predpokladalo, že tieto prvotné čierne diery sa budú postupne zmenšovať, pričom tie s hmotnosťou menšou ako približne 10¹⁴ gramov úplne zmiznú. Skupina istých výskumníkov  však tento pohľad spochybňuje. Tvrdia, že v tomto procese sa čierne diery nielen zmenšujú; ale skôr nadobúdajú nové vlastnosti.

Čierna diera má „pamäť“, pretože úplne neničí informácie o hmote a energii, ktoré pohltila; namiesto toho tieto informácie uchováva kvantovo-mechanickým spôsobom a nesie si ich so sebou počas celej svojej existencie. Fyzika sa dlhý čas opierala o klasickú „teorému bez vlasov“ (no-hair theorem), podľa ktorej čierna diera nemá vôbec žiadnu pamäť a zvonku ju možno opísať iba tromi vlastnosťami: hmotnosťou, momentom hybnosti a elektrickým nábojom.

 Novšie poznatky v teoretickej fyzike však odhaľujú, že čierne diery sú oveľa zložitejšie:

1. Efekt „záťaže pamäťou“

Moderné kvantovo-fyzikálne modely naznačujú, že informácie o všetkom, čo spadne do čiernej diery, sa zachovávajú vo forme určitého vnútorného stavu alebo „pamäte“. Vedecky sa tento jav označuje ako efekt „záťaže pamäťou“.

Vplyv na stabilitu: Čím viac informácií (alebo „spomienok“) čierna diera obsahuje, tým je stabilnejšia.

Odolnosť voči Hawkingovmu žiareniu:

Podľa Stephena Hawkinga čierne diery v dôsledku kvantových efektov vyžarujú žiarenie, čo spôsobuje ich mimoriadne pomalé vyparovanie. Táto nahromadená pamäť však proces vyparovania spomaľuje. Záťaž v podobe uložených informácií robí čiernu dieru odolnejšou voči vonkajším vplyvom a mení jej celkový vývoj.

2. Informačný paradox a kvantová hysteréza

V kvantovej mechanike platí základný zákon, že informácia vo vesmíre sa nikdy nemôže stratiť bez stopy. Ak by čierna diera pohltila hmotu a následne počas svojho vyparovania emitovala len úplne náhodné tepelné žiarenie, informácia by zanikla – čo je scenár, ktorý je v rozpore s princípmi kvantovej fyziky.

Najnovšie výpočty naznačujú, že pamäť čiernej diery vedie k javu známemu ako hysterézia. To znamená, že stav čiernej diery závisí od jej predchádzajúcej histórie. Ak čierna diera narastie pohlcovaním hmoty a neskôr sa vďaka Hawkingovmu vyžarovaniu vráti na úplne rovnakú hmotnosť, napriek tomu nie je totožná so svojím predchádzajúcim stavom. Jej vnútorná, uložená pamäť sa líši, pretože odráža presný priebeh jej vzniku a následného zmenšovania.

3. Kde sa táto pamäť nachádza?

Fyzici predpokladajú, že informácia sa v nekonečne hustej singularite v strede čiernej diery nestráca. Namiesto toho je táto pamäť zakódovaná – v kvantovomechanickom zmysle – na horizontu udalostí (bode, odkiaľ niet návratu) alebo tesne nad ním. Keď sa čierna diera na konci svojej existencie vyparí, táto pamäť sa odtlačí do unikajúceho Hawkingovho žiarenia; týmto spôsobom sa informácia – podobne ako obsah mimoriadne bezpečného, ​​šifrovaného trezoru – napokon vráti späť do vesmíru.

Stručne povedané, pamäť čiernej diery nie je biologickou spomienkou, ale skôr fyzickým úložiskom dát, ktoré priamo ovplyvňuje stabilitu čiernej diery a spôsob, akým táto čierna diera starne.