Новая теория о семи измерениях может наконец разрешить информационный парадокс черных дыр
Согласно новому теоретическому исследованию, черные дыры могут никогда полностью не исчезнуть, что потенциально может помочь разрешить давний парадокс черной дыры с информацией.
Одна из самых сложных нерешенных проблем современной физики, известная как «информационный парадокс черных дыр», возможно, наконец-то получила убедительное решение. Предложенный ответ также может помочь объяснить, откуда берется масса фундаментальных частиц.
В 1970-х годах Стивен Хокинг с помощью полуклассических расчетов показал, что черные дыры не являются абсолютно черными. Вместо этого они испускают слабое излучение, которое постепенно истощает их энергию, пока они окончательно не исчезают. Это создает серьезный конфликт с квантовой механикой, поскольку, по всей видимости, приводит к необратимому уничтожению информации, нарушая принцип унитарности. Согласно квантовой физике, информация не может быть стерта, однако испарение черных дыр, похоже, приводит именно к этому.
В новом исследовании, опубликованном в журнале «Общая теория относительности и гравитация», проведенном под руководством Ричарда Пинчака, предлагается возможное решение, основанное на геометрии многомерного пространства.
Дополнительные измерения и искривление пространства-времени
В исследовании, опубликованном в журнале General Relativity and Gravitation, ученые изучили влияние гравитационной модели, известной как теория Эйнштейна — Картана, в семимерной системе, построенной на математической структуре, известной как G2-многообразие с кручением. В отличие от стандартной общей теории относительности, эта теория допускает не только искривление, но и «скручивание» пространства-времени за счет свойства, называемого пространственно-временным кручением.
Модель дает интригующий результат. При экстремальных плотностях, связанных с планковским масштабом, это торсионное поле создает силу отталкивания, которая препятствует гравитационному коллапсу и останавливает финальную стадию испарения Хокинга. Вместо того чтобы исчезнуть полностью, черная дыра оставляет после себя стабильный «остаток» с предполагаемой массой около 9*10-41 кг.
Если черная дыра никогда не исчезает полностью, возникает вопрос: что происходит с информацией, которую несет в себе все, что в нее попадает? Исследователи предполагают, что стабильный остаток черной дыры функционирует как своего рода архив памяти. Его структура обеспечивает физический механизм сохранения информации посредством спектра «квазинормальных мод».
Остатки черных дыр как квантовая память
По мнению ученых, квантовая информация кодируется в виде длительных «вибраций» торсионного поля внутри остатка черной дыры. Согласно их расчетам, остаток черной дыры с массой Солнца может хранить примерно 1,515*1077 кубитов информации, чего достаточно для разрешения парадокса.
Исследование также имеет большое значение для физики элементарных частиц. Ученые обнаружили, что при уменьшении геометрии с семи до четырех измерений, что соответствует наблюдаемому пространству-времени, естественным образом возникает электрослабая шкала (~246 ГэВ). Эта шкала тесно связана с полем Хиггса, которое придает массу элементарным частицам.
В рамках этой теории вакуумное математическое ожидание (ВМО) торсионного поля динамически связано с электрослабой шкалой (около 246 ГэВ). Другими словами, тот же геометрический эффект, который не позволяет черным дырам полностью испаряться и сохраняет информацию, может служить геометрическим объяснением проблемы иерархии масс в физике элементарных частиц.
Поле Хиггса и геометрия массы
Так почему же до сих пор не было обнаружено никаких свидетельств существования этих дополнительных измерений? Ответ кроется в энергии. По оценкам исследователей, частицы, связанные с этими измерениями, так называемые возбуждения Калуцы — Клейна, имеют массу около 8,6*1015 ГэВ. Это примерно на семь порядков превышает возможности Большого адронного коллайдера (БАК). Тем не менее недоступность для коллайдеров не делает теорию недоказуемой.
Модель основана на строгих геометрических соотношениях и дает четкие, поддающиеся проверке предсказания. Одна из возможных гипотез заключается в том, что стабильные остатки черных дыр (9*10-41 кг) могут составлять часть загадочной темной материи Вселенной. Обнаружение гравитационного воздействия этих «планковских реликвий» стало бы убедительным доказательством этой теории.
Эта модель также выделяется математической структурой, лежащей в основе информации, хранящейся в «вибрациях» остатков (квазинормальных модах). Кроме того, огромные энергетические масштабы связаны с очень ранними периодами существования Вселенной. Это означает, что следы этой семимерной геометрии потенциально могут проявляться в космическом микроволновом фоне или в первичных гравитационных волнах.
Исследование, связывающее черные дыры с полем Хиггса, позволяет предположить, что для решения информационного парадокса не потребуется переписывать квантовую механику. Вместо этого оно указывает на более глубокую семимерную картину структуры реальности.
Смотрите также другие публикации в разделах: Авто, Технологии, Наука, Здоровье, Разное
Также приглашаем вас подписаться на наши каналы в социальных сетях: ВКонтакте, Яндекс Дзен, Одноклассники