|
Секреты черных дыр и массы Хиггса
|
|
|
|
Одна из величайших загадок современной физики, "информационный парадокс черных дыр", возможно, наконец-то нашла элегантное решение, и ответ может также раскрыть происхождение массы фундаментальных частиц. В 1970-х годах Стивен Хокинг с помощью полуклассических расчетов продемонстрировал, что черные дыры на самом деле не черные, а испускают слабое излучение, которое заставляет их постепенно сжиматься, пока они не исчезнут.
|
|
|
|
Однако этот процесс сопряжен с серьезной проблемой: он, по-видимому, приводит к необратимой потере информации, нарушая принцип унитарности квантовой механики. Другими словами, законы квантовой физики утверждают, что информация не может быть уничтожена, но испарение черной дыры свидетельствует об обратном.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале General Relativity and Gravitation, под руководством команды Ричарда Пинчака предлагается инновационное решение, основанное на сложной геометрии пространства с дополнительными измерениями.
|
|
|
|
Сила отталкивания для остановки испарения
|
|
|
|
В статье исследователи исследуют феноменологические следствия теории гравитации, известной как теория Эйнштейна-Картана, сформулированной в 7 измерениях на основе специальной математической структуры, называемой "G2-многообразие с кручением". В отличие от стандартной общей теории относительности, эта теория позволяет пространству-времени не только искривляться, но и "скручиваться" (так называемое кручение пространства-времени).
|
|
|
|
|
|
|
Ключевой результат этой модели поразителен: при экстремальных плотностях, типичных для планковского масштаба, это геометрическое кручение создает силу отталкивания. Эта сила противодействует гравитационному коллапсу и динамически останавливает заключительную стадию испарения по Хокингу.
|
|
|
|
В результате черная дыра не исчезает в небытие, а оставляет после себя стабильный "остаток", предполагаемая масса которого составляет приблизительно 9*10^-41 кг.
|
|
|
|
Космический жесткий диск в 7 измерениях
|
|
|
|
Если черная дыра не исчезнет, что произойдет с информацией, содержащейся во всей материи, которая попала в нее? Исследователи предполагают, что этот стабильный остаток действует как настоящий архив памяти. Структура остатка обеспечивает конкретный механизм для хранения информации посредством спектра его "квазинормальных режимов".
|
|
|
|
На практике квантовая информация кодируется и удерживается в долгоживущих "колебаниях" торсионного поля внутри геометрии остатка.
|
|
|
|
Команда подсчитала, что остаток, происходящий из черной дыры с массой нашего Солнца, способен хранить невероятное количество информации размером примерно 1,515*10^77 кубитов, чего как раз достаточно для разрешения парадокса.
|
|
|
|
Убить двух зайцев одним выстрелом: связь с бозоном Хиггса
|
|
|
|
Что делает это исследование особенно интересным, так это его глубокая связь с физикой элементарных частиц. Исследователи демонстрируют, что уменьшение размерности (с 7 до 4 измерений, воспринимаемого нами пространства-времени) этой геометрии обеспечивает естественное происхождение электрослабого уровня (~246 ГэВ). Эта шкала известна тем, что связана с полем Хиггса, которое придает массу элементарным частицам.
|
|
|
|
В этой теоретической основе ожидаемое значение вакуума (ВЭВ), принимаемое торсионным полем, динамически отождествляется с электрослабой шкалой (около 246 ГэВ). По сути, то же самое геометрическое свойство, которое спасает черные дыры от исчезновения и сохраняет квантовую информацию, также предлагает чисто геометрическое объяснение проблемы иерархии масс в физике элементарных частиц.
|
|
|
|
Почему у нас пока нет доказательств существования этих дополнительных измерений? Ответ заключается в ошеломляющих масштабах энергии. Исследователи подсчитали, что частицы, связанные с этими измерениями (возбуждения Калуцы-Клейна), имеют массы около 8,6*10^15 ГэВ. Это на одиннадцать порядков выше возможностей Большого адронного коллайдера (БАК), однако "невидимый" для коллайдеров не означает "непроверяемый".
|
|
|
|
Эта теория далека от простых предположений, поскольку основана на жестких геометрических соотношениях. Если модель верна, она дает конкретные, поддающиеся фальсификации предсказания, которые можно получить в глубинах Вселенной, а не в лаборатории.
|
|
|
|
Во-первых, предсказанные в исследовании стабильные остатки черной дыры (9*10^-41 кг) могут быть компонентом таинственной Темной материи. Обнаружение гравитационной сигнатуры этих "планковских реликтов" предоставило бы прямые доказательства теории.
|
|
|
|
Кроме того, информация, закодированная в их "колебаниях" (квазинормальных режимах), представляет собой конкретную математическую основу, которая отличает эту модель от любой другой.
|
|
|
|
Наконец, энергетические масштабы, о которых идет речь, типичны для самой ранней Вселенной, а это означает, что отпечатки этой 7-мерной геометрии могут быть скрыты в космическом микроволновом фоне или в первичных гравитационных волнах.
|
|
|
|
Это исследование, позволяющее преодолеть разрыв между наименьшими размерами черных дыр и необъятностью поля Хиггса, позволяет предположить, что информационный парадокс, возможно, не требует от нас переписывания квантовой механики. Вместо этого оно приглашает нас к более глубокому, семимерному пониманию самой структуры нашей реальности.
|
|
|
|
Источник
|
