Pomocí pokročilých simulací vědci poodhalili podstatu singularity a osud hmoty uvnitř. Věda je tak o zásadní krok blíž k pochopení samotné podstaty časoprostoru a zákonů vesmíru.
Průlom, který mění fyziku
Tým vedený Enricem Rinaldim z University of Michigan využil kombinaci kvantového počítání a umělé inteligence, aby nasimuloval vnitřní kvantovou strukturu černých děr.
Studie, publikovaná v časopise PRX Quantum, umožnila vědcům nahlédnout za takzvaný horizont událostí – hranici, z níž se nic, ani světlo, nemůže vrátit zpět. Nešlo o skutečné pozorování, ale o simulaci, která představuje obrovský krok vpřed. Tento výzkum by mohl konečně propojit dvě největší teorie moderní fyziky – Einsteinovu obecnou relativitu a kvantovou mechaniku.
Dva světy, které se dosud míjely
Einsteinova teorie relativity dokonale popisuje velký vesmír – planety, hvězdy a gravitaci. Kvantová mechanika zase vládne mikrosvětu částic. Problém je, že tyto dva světy se odmítají potkat. „V Einsteinově teorii existuje časoprostor, ale nejsou v něm částice. Ve Standardním modelu částice jsou, ale neexistuje gravitace,“ vysvětluje Rinaldi. Tato propast vědce trápí už desetiletí.
Rinaldiho tým se však rozhodl použít holografický princip – myšlenku, že trojrozměrné gravitační systémy lze popsat jednoduššími kvantovými modely ve dvou rozměrech. Díky tomu se podařilo vytvořit nový most mezi oběma světy – první skutečný náhled do kvantového srdce černých děr.
Matrix modely: matematické jádro vesmíru
Základem výzkumu jsou takzvané matrix modely, které pocházejí ze strunové teorie. Ta předpokládá, že základní stavební jednotky vesmíru nejsou body, ale vibrující struny. Černé díry jsou pak představovány jako husté shluky těchto strun, které vytvářejí jejich extrémní strukturu.
Jenže vyřešit tyto modely je mimořádně složité – a právě tady nastupuje kvantový počítač.
Pomocí kvantových obvodů a neuronových sítí vědci testovali algoritmy, které dokázaly odhalit takzvaný základní stav systému – jeho nejnižší energetickou konfiguraci. Tento stav by mohl skrývat odpověď na otázku, z čeho je tvořena samotná struktura časoprostoru.
Jak říká Rinaldi: „Je důležité pochopit, jak tento základní stav vypadá. Když to víte, můžete z něj odvodit všechno ostatní – stejně jako u materiálu zjistíte, jestli je pevný, vodivý nebo supravodivý.“
Kvantová symfonie vesmíru
Rinaldi přirovnává práci s kvantovými obvody k psaní hudební skladby. Každý qubit je jako struna nástroje a kvantové brány představují noty, které mění tón. Jenže místo melodie vzniká kvantová symfonie, která se vyvíjí nepředvídatelně. Vědci musí algoritmus „vyladit“ tak, aby na konci „zahrál“ správnou skladbu – tedy dosáhl správného kvantového stavu.
„Když se to podaří, slyšíte tu správnou hudbu – a na konci máte základní stav,“ popisuje Rinaldi. Tento proces vědci poeticky nazývají „shaking“, tedy chvění systému, který se jemně dolaďuje, dokud nedosáhne rovnováhy.
Výsledek? Simulace, která dokáže napodobit samotnou strukturu černé díry. Jde o první skutečný krok k pochopení toho, co se děje uvnitř – bez toho, aby kdokoliv musel překročit hranici, z níž není návratu.
Brána do nové éry fyziky
Tento objev není jen technologickou kuriozitou. Mohl by přinést zcela nový pohled na gravitaci, čas i vznik vesmíru. Pokud se podaří principy modelu dále rozvinout, vědci by jednou mohli „stavět“ simulované černé díry – laboratoře, v nichž se fyzika dostane tam, kam zatím nevidí ani teleskopy.
Umělá inteligence tak paradoxně otevřela dveře k nejhlubším tajemstvím vesmíru, která lidstvo kdysi přisuzovalo bohům. A kdo ví – možná už brzy zjistíme, že černá díra není koncem všeho, ale začátkem nové fyzikální kapitoly.
Zdroje: Daily Galaxy, Unich.edu, Space.com, Quanta Magazine, Nature.com, Foto: ilustrační obrázek AI generated Leonardo