Potřebuji hlavně tužku a papír ****************************************************************************************** * Potřebuji hlavně tužku a papír ****************************************************************************************** Medailí ministra školství I. stupně ocenil stát práci doc. RNDr. Pavla Krtouše, Ph.D. Doce Matematicko-fyzikální fakulty UK ve spolupráci s kanadskými kolegy odkryl vlastnosti skryt vícedimenzionálních černých děr. Co jsou černé díry jsem si nastudovala. Ale co jsou skryté symetrie a vícedimenzionální ča Aby to bylo srozumitelnější, musíme začít od teorie relativity. Ta popisuje gravitaci jako prostoru a času a mimo jiné tak umožňuje mluvit v nových souvislostech o kosmologii, tedy na počátku vesmíru. Základním kamenem teorie relativity je poznatek, že v našem světě se v šíří nižší než světelnou rychlostí. To není nějaká technická bariéra, kterou „jenom“ neumí je základní věc pevně spjatá s kauzalitou a strukturou našeho prostoročasu.   A zde si tedy představujeme černé díry? Černá díra je příklad objektu jiné kauzality, než jsou nám běžně známé. Černou díru si můž jako něco, odkud se nemůžu dostat ven. Abych se dostal z jejího gravitačního působení, pot totiž nadsvětelnou rychlost a takovou nelze vyvinout. Představte si vír při odtoku vody z v odpadové trubce rybičky a chtějí se dostat zpátky do vany, musí plavat rychleji než voda teče. Pokud tuto rychlost nemohou vyvinout, ven se nedostanou. A podobně prostoročas černé tak, že z černé díry již  není cesta ven – musli bychom „plavat“ proti „proudu“ samotného Jak černé díry vznikají? Černé díry byly původně jenom myšlenkovou hříčkou. Rovnice obecné relativity dávaly „podiv řešení, ale nebylo jisté, jak moc jsou realistická. V současnosti jsme si prakticky jisti, existují. Černá díra je typický konec hvězdného kolapsu, když je hvězda na  začátku poměrn klasický případ výskytu černé díry jsou jádra galaxií. Jednu takovou velmi dobře ověřenou v jádru naší galaxie - Mléčné dráhy. Tyto černé díry v jádrech galaxií jsou velmi hmotné – řádech milionů až miliard hmotností Slunce. Zajímavá je otázka, jak se může černá díra pozorovat, když z ní nemůže nic vyletět. Ani sv díra nesvítí. Můžeme je tedy pozorovat nebo ne? Nedají se pozorovat přímo, ale dají se pozorovat jevy okolo nich. Díky tomu existuje někol kandidátů na černou díru. A nebo obráceně – pro řadu pozorovaných jevů nemáme jiné vysvětl je způsobuje černá díra. Černá díra má velkou gravitaci,  takže věci, které kolem ní letí, přitahované. Černé díry vytváří např. kolem sebe akreční disky, což jsou jakási oblaka pra kolem nich. A tyto jevy  už se pozorovat dají. Vždy ovšem zůstává otázka, jestli to „něco“ gravitací, co přitom ale přímo nevidíme, je opravdu černá díra a nebo nějaký jiný objekt, neznáme. Ilustrace: simulovaná deformace obrazu Mléčné dráhy gravitační čočkou černé díry dle wikip "http://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cern%C3%A1_d%C3%ADra"] . Tak už víme, co jsou černé díry. A co jsou ty jejich vícedimenzionální „kolegyně“? To, o čem jsme si povídali doteď, patří do oblasti klasické obecné relativity a současné o astronomie. K této v podstatě „experimentální“ fyzice má moje práce hodně daleko, protože zabýval také černými dírami, ale černými dírami v časoprostoru o více dimenzích. A ty už n pozorovatelné. Vícedimenzionální relativita patří zcela do teoretického a ne do astronomic Náš prostor je třídimenzionální. Dle obecné teorie relativity je pak čas čtvrtou dimenzí n prostoročasu. Víc dimenzí samozřejmě není typická situace, kterou pozorujeme. Proč má tedy smysl zkoumat něco, co nemůžeme vidět? V současnosti existují dvě hlavní velké fyzikální teorie. Jednou z nich je právě obecná te která popisuje celý vesmír, ta druhá je kvantová teorie, která umí velmi dobře popisovat m teorie která popisuje světlo, jádra atomů, jevy na atomární úrovni atd.  Co neumíme a na co teorii nemáme, je kvantová teorie gravitace. Ona taky běžně není moc po gravitace je velmi slabá a zcela vzdálená našim experimentálním možnostem. Kdy ale zajímav když se koukáme zpátky do minulosti. Teorie tzv. velkého třesku říká, že všechna hmota byl dávno nahuštěna ve velmi malém prostoru. Očekáváme, že právě tam kvantová gravitace hrála bychom kvantovou teorii gravitace rádi měli. Jenomže, kde ji vzít? To je velmi náročný úko době na ni máme dva velké kandidáty: teorii superstrun a teorii smyčkové gravitace. Teorie superstrun předpokládá, že náš prostor je vícedimenzionální, že má 26, 10 nebo 11 d fundamentální kvantové objekty jsou jakési struny. Pomocí nich pak vysvětluje všechny inte kvantové gravitace. Jsou různé názory na to, jak úspěšně. Můj osobní názor je, že toto nen cesta ke kvantové gravitaci. Rozhodně je ale teorie superstran v současnosti velmi rozvíje komunitě velmi populární.  Ve vícedimenzionálním prostoru teorie superstrun a tzv. bránových kosmologií je zajímavá o svět při vyšším počtu dimenzí vlastně fungoval. Jedny z objektů, které se v tomto teoretic zkoumají, jsou právě černé díry. A my jsme v naší práci studovali jejich vlastnosti a hled rovnic popisujících objekty v blízkosti těchto vícedimenzionálních černých děr. Říkáte „my“ – kdo s vámi při tom spolupracoval? Tento výzkum probíhal zejména ve spolupráci se skupinou na University of Alberta v Edmonto spolupracuji s profesory Donem N. Pagem a Valeri Frolovem. Čtvrtým členem týmu byl absolve studia na MFF UK David Kubizňák, který je v současné době jako postdok v Cambridgi. Na čes pak spolupracoval s doc. Arturem Sergyeyevem ze Slezské university. Naše výsledky jsou kla týmové práce. Naznačíte, jaké „vlastnosti skrytých symetrií“ jste tedy objevili? Kladli jsme si např. otázky typu, jak by vypadal pohyb částice kolem černé díry ve vícedim prostoročasu. Zjistili jsme, že v případě vícedimenzionálních černých děr lze využít maxim zákonů zachování. Některým z nich odpovídá nějaká symetrie – to je ukázka obecného pravidl symetrií souvisí zákon zachování. Např. symetrii vůči posunu (ta znamená, že pro každý obj fyzika nezávisle na tom, kam ho v prostoru posuneme) odpovídá zákon zachování hybnosti, sy čase zase odpovídá zákon zachování energie. V případě černých děr však existují ještě dalš symetrie, které sice nemůžeme jednoduše přirovnat k něčemu v našem prostoročase, ale jsou v tom, že nám dávají další zákony zachování a tím zjednodušují řešení velmi složitých sous Komplikovaný problém dovolují rozložit na několik jednodušších, které bude možné např. dál numerických modelech. Potřebujete vlastně k takovému výzkumu nějaké speciální vybavení – laboratoř nebo třeba da Ne, nic speciálního. Je to teoretická práce, takže všechno, co používáme, je papír, tužka počítač.