Ученые нашли решение парадокса черных дыр в семимерной геометрии

Ученые, возможно, наконец-то решили одну из самых глубоких загадок современной физики — «информационный парадокс черных дыр». Новое теоретическое исследование предлагает решение, которое также может пролить свет на происхождение массы фундаментальных частиц.

Парадокс берет начало в работах Стивена Хокинга 1970-х годов. Он показал, что черные дыры испускают слабое излучение, теряя энергию и постепенно «испаряясь». Это создало проблему: согласно квантовой механике, информация не может быть уничтожена, но при полном испарении черной дыры вся информация о попавшей в нее материи, казалось бы, исчезает.

Новое исследование под руководством Рихарда Пинчака, опубликованное в журнале General Relativity and Gravitation, предлагает иной исход. Ученые предполагают, что ответ может лежать в геометрии многомерной Вселенной. Они исследовали версию гравитации, известную как теория Эйнштейна — Картана, сформулированную в семи измерениях на математической структуре, называемой G2-многообразием с кручением.

В отличие от общей теории относительности Эйнштейна, теория Эйнштейна — Картана допускает не только искривление, но и «скручивание» пространства-времени (кручение). Согласно модели, кручение становится особенно важным при экстремальных плотностях, характерных для планковского масштаба, и порождает силу отталкивания, противодействующую гравитационному коллапсу. Этот эффект может остановить финальную стадию испарения Хокинга. Вместо полного исчезновения черная дыра оставила бы после себя стабильный «остаток» с предсказанной массой около 9*10^-41 кг.

Исследователи предполагают, что этот остаток служит долговременным хранилищем информации. В их модели квантовая информация кодируется в долгоживущих «вибрациях» поля кручения внутри геометрии остатка. Их расчеты показывают, что остаток, оставленный черной дырой с массой Солнца, может хранить примерно 1,515*10⁷⁷ кубитов информации — ровно столько, сколько необходимо для разрешения парадокса.

Исследование также связывает эту теорию с физикой частиц. Ученые утверждают, что редукция геометрии с семи измерений до четырех естественным образом порождает электрослабый масштаб (около 246 ГэВ), который тесно связан с полем Хиггса, отвечающим за массу элементарных частиц. Таким образом, тот же геометрический механизм, который предотвращает полное испарение черных дыр и сохраняет квантовую информацию, может дать геометрическое объяснение проблеме иерархии масс в физике частиц.

Хотя частицы, связанные с дополнительными измерениями, имеют массы, недостижимые для современных ускорителей (примерно 8,6*10¹⁵ ГэВ), авторы подчеркивают, что теорию можно проверить. Стабильные остатки черных дыр могут быть кандидатами на роль темной материи, а их обнаружение стало бы прямым подтверждением теории. Кроме того, следы семимерной геометрии могут сохраниться в реликтовом излучении или в первичных гравитационных волнах.