Kvantová mechanika nevie predpovedať obežné dráhy čiernych dier
Valentín Korinek - 2020-04-27

Aj keď sú polohy trojice známe vďaka kvantovým limitom, nie je vždy možné predpovedať ich budúce pohyby

Predvídanie dráh troch obiehajúcich čiernych dier si vyžaduje viac presnosti ako ponúka kvantová mechanika. Aj keď by ste mohli fyzikálne čo najpresnejšie zmerať tri miesta čiernych dier, stále by ste nevedeli, kam by čierne diery ďalej smerovali. Takýto tanec tria je totiž tak chaotický, že pohyby sú v podstate nepredvídateľné, čo dokazujú aj nové počítačové simulácie.


Dráhy troch čiernych dier obiehajúcich sa navzájom sa môžu vypočítať na základe ich pozícií a rýchlostí v jednom časovom okamihu. V niektorých prípadoch sú však obežné dráhy také citlivé na presnosti polôh  každej z týchto čiernych dier, že do hry prichádza kvantová neistota. Malé kvantové neistoty pri určovaní polôh objektov môžu skolabovať, pretože krúženie čiernych dier pokračuje ďalšie desiatky miliónov rokov, uvádza astrofyzik Tjarda Boekholt . Nie je teda možné predvídať vzdialenú budúcnosť dráh čiernych dier.


Takáto extrémna citlivosť na počiatočné podmienky sa nazýva chaos. V novej štúdii Nathan Leigh navrhuje, že v prípade troch čiernych dier by kvantová mechanika bola vtlačená do chaosu celkového systému, teda vesmíru, na základnej úrovni.

V chaotických systémoch môžu malé zmeny generovať rôzne výsledky. Klasickým príkladom je motýlí efekt . (Motýlí efekt alebo efekt motýlieho krídla označuje veľkú zmenu vývoja systému pri minimálnych zmenách začiatočných podmienok systému. Pojem sa používa na zdôraznenie citlivej závislosti vývoja systému od začiatočných podmienok, ktorých malé zmeny môžu mať za následok veľké variácie v ďalšom priebehu. Pojem je odvodený od predstavy, že aj niečo tak malé, ako je trepotanie motýlích krídiel, môže v konečnom dôsledku vyvolať tornádo napríklad aj niekde na druhej strane Zeme). Tento chaos sa tiež prejavuje na obežných dráhach troch čiernych dier alebo iných troch a viacerých telies, čo sťažuje výpočet týchto dráh. Tento problém je známy ako problém troch telies.


Boekholt z University of Coimbra v Portugalsku si overil, či by bolo možné predvídať pohyby čiernych dier a jeho kolegovia skontrolovali, či by mohli spustiť počítačové simulácie obežných dráh dopredu aj dozadu a či by dosiahli rovnaký výsledok. Počnúc základnými polohami troch pôvodne stacionárnych čiernych dier vedci rozvinuli v čase tieto dráhy až do budúcnosti vzdialenej desiatky milióny rokov. Potom obrátili celý priebeh spať do minulosti, aby zistili, či dráhy týchto čiernych dier skončili tam, kde začali, teda v pôvodných polohách.


Počítačové simulácie majú obmedzenú úroveň presnosti. Napríklad v tomto prípade boli polohy čiernych dier známe iba na určitý počet desatinných miest. A táto nepresnosť sa nám môže extrémne odraziť v simulácii, kde sa posúvame o niekoľko milióny rokov.


Podľa kvantovej mechaniky nie je možné určiť polohu žiadneho objektu lepšie, ako je Planckova dĺžka (pri vzdialenosti rovnej Planckovej dĺžke začína gravitácia prejavovať kvantové efekty, ktorých pochopenie vyžaduje teóriu kvantovej gravitácie), približne 1,6-krát 10na-35 metrov. Vedci však zistili, že dokonca aj s presnosťou Planckovej dĺžky je približne 5% času kedy sa  čierne diery nevrátia na rovnaké miesta potom, čo sa simulácia obrátila spať do minulosti. Znamená to, že kvantový limit spôsobuje, že v určitom čase nemôžete ísť dozadu a zistiť, odkiaľ prišli.


„Tieto systémy sú v zásade nezvratné,“ hovorí Boekholt. „Kvôli týmto 5%  v prírodných systémoch nemôžete ísť dopredu ani dozadu. A to bol prekvapivý výsledok. “


Výsledok je teoretický a nedá sa uplatniť na skutočné čierne diery. No aj napriek tomu to neznižuje dôležitosť štúdie. Z koncepčného hľadiska je to viac-menej dosť zaujímavé.



Aj keď sú polohy trojice obiehajúcich čiernych dier na ilustrácii známe vďaka kvantovým limitom, nie je vždy možné predpovedať ich budúce pohyby (kvantový limit je tzv. stav predikcie kedy pomocou kvantovej mechaniky vieme predpovedať budúce udalosti).(NASA, CXC, A. Hobart, T. Tibbitts)