Физики-теоретики предложили новое решение одной из глубочайших загадок современной науки – информационного парадокса черных дыр. Согласно их модели, черные дыры не исчезают бесследно, а оставляют после себя стабильные остатки, которые хранят всю поглощенную информацию. Этот же механизм может объяснить происхождение массы элементарных частиц.
Информационный парадокс возник из работ Стивена Хокинга 1970-х годов. Он показал, что черные дыры постепенно испаряются, излучая энергию. Однако это противоречит фундаментальному принципу квантовой механики, по которому информация не может быть уничтожена. Если черная дыра исчезает, то куда девается информация обо всей материи, которая в нее упала?
Новое исследование, опубликованное в журнале General Relativity and Gravitation, предлагает искать ответ в геометрии многомерной Вселенной. Авторы работы под руководством Ричарда Пинчака обратились к теории гравитации Эйнштейна–Картана, но применили ее к семимерному пространству. В этой теории пространство-время может не только изгибаться под действием массы, как в общей теории относительности, но и скручиваться.
Именно это скручивание, или торсия, играет ключевую роль. Согласно расчетам, при экстремальных плотностях, которые существуют внутри черной дыры, торсия создает силу отталкивания. Эта сила противодействует гравитационному коллапсу и останавливает испарение на финальной стадии. В результате черная дыра не исчезает полностью, а оставляет после себя стабильный «остаток» с прогнозируемой массой около 9×10⁻⁴¹ кг.
Такой остаток становится долгосрочным хранилищем квантовой информации. Она кодируется в виде своеобразных «вибраций» поля кручения внутри сложной геометрии остатка. По оценкам ученых, остаток черной дыры массой с Солнце способен сохранить примерно 1,515×10⁷⁷ кубит – этого объема достаточно, чтобы разрешить информационный парадокс.
Теория также затрагивает фундаментальные вопросы физики частиц. Авторы утверждают, что при математическом переходе от семи измерений к четырем, которые мы наблюдаем, в модели естественным образом возникает энергетический масштаб около 246 ГэВ. Он соответствует так называемому полю Хиггса, которое наделяет элементарные частицы массой. Таким образом, геометрический механизм, сохраняющий информацию в черных дырах, может одновременно объяснить иерархию масс частиц.
Проверить теорию напрямую в ускорителях пока невозможно: энергии, необходимые для наблюдения дополнительных измерений, на много порядков превышают возможности Большого адронного коллайдера. Однако подтверждения можно искать в астрономических данных. Предсказанные остатки могут вносить вклад в темную материю, и их гравитационные эффекты можно попытаться обнаружить. Кроме того, следы семимерной геометрии ранней Вселенной могли сохраниться в реликтовом излучении или в первичных гравитационных волнах.
