Literatura a odkazy:

[X1] John G. Cramer: General Relativity without Black Holes. Analog Science Fiction & Fact Magazine. Alternate View Column AV-100. April 2000
 

Obecnou teorii relativity poprvé zformuloval Albert Einstein v roce 1913. Dodnes zůstává standardním modelem gravitace ve velkých měřítcích. V roce 2003 uplyne již 90 let od jejího vzniku, během nichž tato teorie přetrvala všechny experimentální testy a pozorování, aniž by bylo nutné ji nějak modifikovat. Ani nedávná pozorování supernov typu 1A, která naznačují existenci energie vakua, nevyžadují modifikaci obecné teorie relativity. Někdy se proto hovoří o téměř dokonalé teorii. Byla vybudována na pevných fyzikálních základech a má svoji vnitřní matematickou krásu díky použitému matematickému aparátu - tensorové analýze. Obecná teorie relativity proto představuje vysoký standard, jehož většina ostatních teorií v jiných oblastech nedosahuje.

Přesto se v 90. letech 20. století objevila malá skupina teoretických fyziků, kteří poukazují na jisté problémy ortodoxní obecné teorie relativity a navrhují její modifikaci s některými zajímavými důsledky.

Standardní obecná teorie relativity považuje gravitaci za geometrický důsledek křivosti prostoročasu, která je způsobena hmotností a energií. Pokud v určité části prostoročasu existuje hmota nebo pole obsahující energii, pak podle obecné teorie relativity bude tato část prostoročasu zakřivena. Křivost prostoročasu způsobuje gravitační jevy, jako je přitahování hmotných těles a ohýbání paprsků světla.

Výjimkou z tohoto pravidla (nikoliv však toto pravidlo potvrzující) je samotné gravitační pole. Pokud je energie obsažena v gravitačním poli, na rozdíl od ostatních známých polí (slabá a silná jaderná interakce, elektromagnetická interakce) energie gravitačního pole podle standardní obecné teorie relativity nezpůsobuje křivost prostoročasu. Gravitace je tedy důsledkem křivosti prostoročasu a nikoliv její příčinou.

Pokud však gravitační energie není zdrojem křivosti, dochází k problémům s lokalizací energie a zákonem zachování hybnosti. S výjimkou gravitační energie lze zákon zachování energie použít na všechny fundamentální silové interakce "lokálně", tedy ve všech bodech prostoročasu. Protože však gravitační energie není zdrojem křivosti, porušuje lokální zákon zachování energie. Energie se zachovává ve velkých objemech prostoru, avšak nikoliv v jednotlivých bodech.

Další známý problém obecné teorie relativity spočívá v tom, že mnoho jejích řešení obsahuje prostoročasové singularity, body a oblasti, kde matematické vztahy vedou k nekonečným hodnotám určitých fyzikálních veličin. S tímto problémem například souvisí problém, že na horizontu událostí černé díry se čas v určité vzdálenosti od velmi hmotného objektu zastavuje. Uvnitř této hranice je singulární oblast, v níž matematické vztahy obecné teorie relativity ztrácejí platnost. Takové matematické anomálie řešení Einsteinových rovnic jsou velmi znepokojivé. Představují jasný signál, že ve formalismu obecné teorie relativity za přítomnosti silných gravitačních polí musí být nějaká chyba.

Třetím problémem obecné teorie relativity je požadavek teorie (kvantová gravitace) pro popis gravitace na kvantové úrovni. Avšak ortodoxní obecná teorie relativity je zřejmě se standardní kvantovou mechanikou neslučitelná. Téměř všechny pokusy sloučit kvantovou mechaniku a obecnou teorii relativity selhaly, částečně také proto, že singularity obecné teorie relativity nejsou slučitelné s kvantovým formalismem. Jedinou výjimkou je teorie superstrun a membránová M-teorie, v nichž jsou bodové částice nahrazeny buď strunami nebo membránami. Teorie superstrun však přes veškerý svůj teoretický pokrok zatím neposkytuje výsledky nebo předpovědi, které by bylo možno ověřit měřením a testováním.

Jednu z revizí obecné teorie relativity vypracovala skupina fyziků pod vedením Hüseyna Yilmaze z Tufts Univesity. Autoři nové verze tvrdí, že malá modifikace formalismu ortodoxní obecné teorie relativity by mohla vyřešit výše popsané problémy a navíc nabídnout další matematické výhody. Yilmazova verze obecné teorie relativity modifikuje Einsteinovy rovnice předpokladem, že stejně jako všechna ostatní energetická pole, také gravitace způsobuje zakřivení prostoročasu. Yilmaz do Einsteinových rovnic zavedl gravitačně vznikající "tensor napětí-energie". Výsledná varianta obecné teorie relativity zachovává lokálně energii a neobsahuje singularity. Yilmaz dále tvrdí, že jeho teorii lze kvantovat a na rozdíl od ortodoxní obecné teorie relativity se jeho teorie v limitním případě slabých polí redukuje na Newtonovu gravitaci a mechaniku. Jeho teorii lze formulovat jako "kalibrační teorii" (velmi podobným způsobem jako elektromagnetismus). Díky tomu je jeho teorie matematicky schůdnější a snadněji lze získat řešení problému více těles.

Pokud jsou gravitační pole relativně slabá, Yilmazova verze obecné teorie relativity vede k předpovědím, které jsou pozorováním nerozlišitelné od předpovědí Einsteinovy verze. Pouze v případě silné gravitace jsou rozdíly mezi oběma verzemi zjevné, protože začne být podstatná také dodatečná křivost prostoročasu způsobená gravitačním polem. Yilmazova verze obecné teorie relativity se chová matematicky lépe a neobsahuje žádné singularity nebo horizont událostí, tedy nepředpovídá existenci černých děr. Hmotné hvězdy mohou zkolabovat do stavu hustšího než neutronová hvězda, avšak nikdy nedosáhnou stavu černé díry, která je obklopena horizontem událostí a obsahuje singularitu.

Na první pohled se může zdát, že právě tato předpověď je pro Yilmazovu verzi zničující. Nedávná astronomická pozorování, která jsou prováděna roentgenovými a gama dalekohledy, jsou považována za důkaz existence černých děr. Avšak po podrobném vyhodnocení výsledků lze dospět také k závěru, že tyto výsledky potvrzují existenci zhroucených hvězd s extrémně horkým akrečním diskem, které jsou příliš hmotné na to, aby byly neutronovými hvězdami. Proto jsou tato pozorování v souladu s Yilmazovou verzí obecné teorie relativity. Neexistují žádné důkazy existence horizontu událostí. Dosud provedená astronomická pozorování tedy nemohou Yilmazovu verzi falzifikovat.

Existuje však možnost testů astronomickým pozorováním. Když dostatečně hmotná hvězda spotřebuje své jaderné palivo a začne se ochlazovat, dojde k jejímu katastrofickému zhroucení a následné mohutné explozi, tedy ke vzniku supernovy. Proces hroucení hvězdy s hmotností srovnatelnou s hmotností Slunce se jadernými silami zastaví a vznikne bílý trpaslík nebo neutronová hvězda. Proces hroucení hmotnější hvězdy však jaderné síly zastavit nemohou a vznikne objekt hustější než neutronová hvězda, kandidát na černou díru. Yilmazova verze obecné teorie relativity předpovídá vyšší maximální hmotnost neutronových hvězd než ortodoxní teorie. Pozorování velmi hmotných neutronových hvězd tedy mohou Yilmazovu verzi podpořit. Pozorování roentgenovým dalekohledem již objevila zřejmě neutronovou hvězdu o hmotnosti 2,3 hmotnosti Slunce. Tato hmotnost významně přesahuje hranici předpovězenou standardní obecnou teorií relativity, protože vyžaduje určité dosud nejasné vlastnosti jaderných sil, aby taková neutronová hvězda mohla existovat. Na druhé straně samozřejmě taková pozorování nejsou dostatečným důkazem Yilmazovy verze. Podobným způsobem lze také interpretovat měření tvaru roentgenového spektra neutronových hvězd.

Yilmazova verze má v porovnání se standardní verzí ještě další výhody. Předpovídá omezený tensor napětí-energie, zatímco standardní teorie nikoliv. Poskytuje přesná řešení pro gravitační vlny libovolné intenzity pole, zatímco standardní teorie nikoliv. Yilmazova verze obsahuje skutečný Lagrangián, zatímco standardní verze nikoliv. Důsledkem Yilmazovy verze je Einsteinův princip ekvivalence, zatímco ve standardní verzi je samostatným předpokladem. Konečně Yilmazovu verzi lze kvantovat, zatímco standardní verzi nikoliv.

Yilmazovu verzi obecné teorie relativity řada teoretiků odmítá. Někteří kritikové podrobně publikují kritiku nového formalismu a jeho interpretace a mezi zastánci a odpůrci této verze obecné teorie relativity probíhají vášnivé debaty.

Je nutné připomenout, že mnoho teoretických fyziků, jako jeden z nejvýznamnějších - Steven Hawking, získali svoji pověst teoretickými výpočty černých děr. Nedávného pokroku teorie superstrun bylo dosaženo také díky dualitě mezi superstrunami a černými děrami. Musíme si položit otázku, jaké důsledky by měla Yilmazova verze pro teoretickou fyziku a zejména pro teorii superstrun, pokud by se ukázalo, že černé díry jsou pouze nešťastným opomenutím Alberta Einsteina při formulaci obecné teorie relativity? Nezaujatý pozorovatel může pouze říci, že jde o velmi zajímavý rozpor, který definitivně vyřeší teprve pečlivé výpočty a astronomická pozorování.

Odkazy autora článku [X1]:

Yilmazova verze obecné teorie relativity:

* Hüseyn Yilmaz, Phys. Rev. 111, 1417-1426 (1958).

* Hüseyn Yilmaz, Annals of Physics (NY) 101, 413-432 (1976).

* Hüseyn Yilmaz, Il Nuovo Cimento 107B, 941 (1992)

* [X2] Carroll O. Alley, Per Kennett Aschan, and Hüseyn Yilmaz, preprintgr-qc/9506082 in the LANL Archive, (30 June, 1995).

* [X3] Laro Schaltzer, "There are no Black Holes!"

Kritika Yilmazovy verze obecné teorie relativity:

* [X4] Charles W. Misner, preprint gr-qc/9504050 in the LANL Archive, (28 April, 1995).

* F. I Cooperstock and D. N. Vollick, Il Nuovo Cimento 111B, 265 (1996).