Tohle je skvělá, ale poměrně záludná otázka, na kterou můžeme ve zkratce odpovědět takto: Těleso letící rychlostí libovolně blízkou rychlosti světla se černou dírou nestane, ale může tak na první pohled vypadat.

První zádrhel je již v pojmu „relativistická hmotnost“. Ten se v moderní fyzice téměř nepoužívá, protože svádí k mylným představám. Místo toho se pracuje s klidovou hmotností a celkovou energií [1,4]. Jenže i když se pojmu „relativistická hmotnost“ vyhneme, náš problém tím nezmizí, neboť rychle letící těleso má obrovskou kinetickou energii, a podle slavného Einsteinova vztahu mezi hmotou a energií E = mc² má energie gravitační účinky [1]. Mohli bychom tedy čekat, že při dostatečně vysoké rychlosti se těleso zhroutí do černé díry. Ale to se nestane.

Černá díra je objekt definovaný tak, že nic, ani světlo, nemůže uniknout zpod její hranice, zvané horizont událostí, pryč do vzdáleného vesmíru [2,3]. A tahle definice je objektivní a nezávisí na tom, kdo se dívá.

Co se ale opravdu stane: pro pozorovatele v klidu bude extrémně rychlé těleso působit jako velmi tmavé (až černé) a těžko pozorovatelné. Světlo z něj bude extrémně posunuto do červena, čas na tělese poběží pomaleji a prostor kolem bude silně zakřivený [2,4]. To všechno skutečně připomíná černou díru, jde však jen o souřadnicový efekt. Jde o stejné účinky, jaké známe z paradoxu dvojčat, kontrakce délek a dilatace času ve speciální teorii relativity, tedy o jevy závislé na volbě pozorovatele, nikoli o skutečný fyzikální kolaps [1,3].

Pokud bychom naskočili do rakety a těleso začali dohánět, pak ve chvíli, kdy by se naše rychlosti vyrovnaly, bychom zjistili, že jde stále o to samé těleso – žádná černá díra. Naopak, pro pozorovatele, kteří zůstali v laboratoři, bychom nyní jako dvě „extrémně rychlá“ tělesa mohli působit oba jako černé díry. A právě v tom spočívá princip relativity: popis je závislý na soustavě pozorovatele, ale fyzikální realita (například vznik černé díry) je absolutní a pozorovatelsky nezávislá [1].

Pro Zeptej se vědce odpovídal Martin

Zdroje:

[1] Einstein, A. Teorie relativity. Brno: VUTIUM, 2005.

[2] Hawking, S. W. Stručná historie času. Praha: Mladá fronta, 2003.

[3] Greene, B. Elegantní vesmír. Praha: Mladá fronta, 2001.

[4] Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M. Feynmanovy přednášky z fyziky I. Praha: Fragment, 2000.