Одна з найзагадковіших проблем сучасної фізики — так званий парадокс інформації чорних дір — може отримати несподіване розв’язання. Нове теоретичне дослідження припускає, що чорні діри, можливо, ніколи повністю не зникають, а залишають після себе стабільні залишки, які зберігають інформацію. Ба більше, ця ідея може допомогти пояснити навіть походження маси елементарних частинок.
Чому чорні діри створюють проблему для фізики
Ще у 1970-х роках Стівен Гокінг показав, що чорні діри не є абсолютно «чорними». Вони випромінюють слабке випромінювання — нині відоме як випромінювання Гокінга — і з часом втрачають енергію, поступово «випаровуючись».
Однак тут виникає фундаментальна суперечність. Квантова механіка стверджує, що інформація у фізичній системі не може зникати безслідно. Натомість класична інтерпретація випаровування чорної діри виглядає так, ніби вся інформація про матерію, що впала в неї, просто зникає. Саме це й називають парадоксом інформації чорних дір.
Нове рішення: чорні діри не зникають повністю
Дослідження, опубліковане в журналі General Relativity and Gravitation, під керівництвом Річарда Пінчака, пропонує інший сценарій. В основі моделі лежить розширена гравітаційна теорія Ейнштейна–Картана в семивимірному просторі з особливою математичною структурою — G2-многовидом із торсією.
На відміну від стандартної загальної теорії відносності, тут простір-час може не лише викривлятися, але й «закручуватися». Це явище називають просторово-часовою торсією.
Що відбувається всередині чорної діри
Згідно з розрахунками, на надзвичайно малих масштабах — близьких до планківських — ця торсія створює ефект відштовхування. Він протидіє гравітаційному колапсу і не дозволяє чорній дірі повністю «випаруватися» через випромінювання Гокінга.
Замість повного зникнення залишається стабільний об’єкт — так званий «ремнантом», або залишок чорної діри, з надзвичайно малою масою (приблизно 9×10⁻⁴¹ кг). Це принципово змінює питання: якщо чорна діра не зникає, то куди дівається інформація?
Чорна діра як «квантова пам’ять»
Автори дослідження припускають, що ці залишки можуть працювати як своєрідні сховища інформації. Уся інформація, яка потрапила в чорну діру, не зникає, а «записується» у коливаннях торсійного поля — так званих квазінормальних модах.
У випадку чорної діри масою Сонця така система могла б зберігати близько 1.5×10⁷⁷ кубітів інформації. Це теоретично достатньо, щоб розв’язати парадокс втрати інформації.
Не тільки чорні діри: зв’язок із масою частинок
Найцікавіша частина теорії виходить за межі астрофізики. Коли семивимірну модель зводять до звичних чотирьох вимірів простору-часу, природним чином з’являється енергетична шкала близько 246 ГеВ — саме та, що пов’язана з Higgs field.
Це важливо, адже саме поле Гіггса визначає масу елементарних частинок. Таким чином, геометрія додаткових вимірів може бути безпосередньо пов’язана з тим, чому частинки взагалі мають масу.
Чому ми не бачимо додаткових вимірів
Якщо такі виміри існують, чому їх досі не виявили? Відповідь проста: енергії занадто високі. Модель передбачає існування надважких частинок (Kaluza–Klein збуджень) з масами близько 8.6×10¹⁵ ГеВ — це значно вище можливостей Великого адронного колайдера. Тому пряме експериментальне підтвердження поки недосяжне.
Як перевірити теорію
Попри це, модель має перевірні наслідки. Один із них — існування стабільних залишків чорних дір, які можуть становити частину темної матерії. Їх іноді називають «планківськими реліктами».
Інші можливі сигнали можуть проявитися в реліктовому випромінюванні або первинних гравітаційних хвилях — слідах раннього Всесвіту.
Що це означає для фізики
Якщо ця теорія підтвердиться, вона змінить наше розуміння чорних дір і фундаментальних законів природи. Парадокс інформації може виявитися не проблемою квантової механіки, а ознакою того, що простір-час має глибшу, семивимірну структуру.
Іншими словами, розв’язання однієї з найбільших загадок фізики може одночасно відкрити двері до нової картини реальності — значно більш складної, ніж ми звикли уявляти.
Джерело: portaltele.com.ua