У 1970-х роках видатний фізик Стівен Гокінг за допомогою розрахунків зробив революційне відкриття: чорні діри не є абсолютно чорними. Він показав, що через квантові ефекти поблизу горизонту подій чорні діри мають слабко випромінювати теплову енергію. Це так зване випромінювання Гокінга змушує їх надзвичайно повільно втрачати власну масу та енергію і, зрештою, може призвести до їхнього повного випаровування. Однак цей процес породжує інформаційний парадокс чорних дір — одну з найбільших невирішених проблем сучасної фізики.
Суть конфлікту полягає в тому, що зникнення чорної діри нібито назавжди стирає всю інформацію про речовину, яка коли-небудь у неї падала. Дійсно, якщо чорна діра зникає, що відбувається з інформацією про все, що колись у неї потрапило? Це питання – одна з найважливіших проблем на стику квантової механіки та гравітації. Це прямо порушує принцип унітарності та фундаментальні закони квантової механіки, які безапеляційно стверджують: квантову інформацію неможливо знищіти.
Скручений простір
Нещодавно команда науковців під керівництвом Річарда Пінчака опублікувала у виданні General Relativity and Gravitation дослідження, яке пропонує одну з можливих моделей розв’язання інформаційного парадоксу. Їхнє рішення базується на ефектах гравітаційної моделі Ейнштейна — Картана у так званій семивимірній системі — математичній структурі, відомій як G2-багатовимірний простір із крученням.
На відміну від класичної загальної теорії відносності, ця модель дозволяє простору-часу не лише викривлятися під впливом маси, але й буквально «скручуватися». Дослідники виявили, що за екстремальних щільностей на шкалі Планка це кручення може створити потужну силу відштовхування. За теоретичним висновком моделі, ця сила протидіє гравітаційному колапсу і може зупиняти фінальну стадію випаровування Гокінга. Як наслідок, чорна діра не зникає, а перетворюється на стабільний залишок із передбачуваною масою близько 9 × 10⁻⁴¹ кг.
Квантова пам’ять у реліктах
Якщо чорна діра залишає по собі такий релікт, постає логічне запитання: що відбувається з поглиненою інформацією? Науковці вважають, що цей стабільний залишок функціонує як своєрідний архів пам’яті Всесвіту. Квантова інформація фізично кодується у довготривалих «вібраціях» торсійного поля.
За розрахунками команди, релікт, утворений із чорної діри масою з наше Сонце, здатний надійно зберігати величезний обсяг даних — близько 1,515 × 10⁷⁷ кубітів. Цього резервуару цілком достатньо, щоб повністю розв’язати інформаційний парадокс.
Несподіваний зв’язок із полем Хіггса
Нова фізична модель має значення не лише для астрофізики, а й для фізики елементарних частинок. Науковці виявили, що математичне «згортання» їхньої семивимірної геометрії до чотирьох вимірів природним чином породжує електрослабку шкалу на рівні близько 246 ГеВ.
Ця шкала тісно пов’язана з полем Хіггса — механізмом виникнення мас багатьох фундаментальних частинок Стандартної моделі. Вакуумне очікуване значення торсійного поля динамічно прив’язане до цієї електрослабкої шкали. Простіше кажучи: той самий геометричний ефект скручування, який рятує інформацію від знищення в чорній дірі, одночасно пропонує геометричне пояснення проблеми ієрархії мас у квантовому світі.
Як перевірити семивимірну реальність?
Чому ж сучасна наука досі не знайшла жодних прямих доказів існування цих прихованих додаткових вимірів? Відповідь криється у недосяжних енергетичних масштабах. Частинки, що пов’язані з цими вимірами, відомі як збудження Калузи — Кляйна, повинні мати колосальну масу близько 8,6 × 10¹⁵ ГеВ. Це приблизно на сім порядків перевищує межу можливостей Великого адронного колайдера.
Проте теорія не є неможливою для перевірки, адже вона дає чіткі прогнози:
- стабільні залишки чорних дір теоретично можуть бути одним із кандидатів на роль темної матерії;
- Виявлення об’єктів із властивостями, що відповідають передбаченим залишкам чорних дір, стало б важливим аргументом на користь цієї гіпотези;
- якщо така геометрія існувала в ранньому Всесвіті, вона потенційно могла залишити слабкі сліди в анізотропії реліктового випромінювання;
- індикатори теорії можуть ховатися у спектрі первинних гравітаційних хвиль.
Хоча ця модель поки не має експериментального підтвердження, вона демонструє, що інформаційний парадокс чорних дір потенційно можна пояснити без порушення законів квантової механіки. Натомість його розв’язок може бути пов’язаний із глибшою геометричною структурою простору-часу, яка проявляється лише на планківських масштабах.
Раніше ми розповідали цікаві факти про чорні діри.
За матеріалами scitechdaily.com
