Хокинг ошибался? Чёрные дыры не стирают информацию, а консервируют её в остатке массой 10⁻⁴¹ кг

Данные записываются в вибрации пространства-времени размером с ничто.

Один из самых неприятных парадоксов современной физики десятилетиями не даёт покоя теоретикам: чёрные дыры , согласно расчётам, должны стирать информацию о поглощённой материи, хотя квантовая механика прямо запрещает её уничтожение. Теперь появилась модель, которая не только предлагает аккуратное решение проблемы, но и неожиданно связывает её с происхождением массы элементарных частиц.

История начинается с работ Стивена Хокинга 1970-х годов. Он показал, что чёрные дыры вовсе не полностью чёрные: они испускают слабое излучение и постепенно теряют массу. Со временем объект должен испариться полностью. На этом месте теория начинает конфликтовать сама с собой. Если чёрная дыра исчезает без остатка, вся информация о том, что в неё упало, пропадает. Квантовая теория требует обратного: информация не может исчезнуть даже в принципе.

Новая работа группы Рихарда Пинчака предлагает выйти из тупика через геометрию пространства-времени . Исследователи рассматривают расширенную версию гравитации - теорию Эйнштейна-Картана - в 7-мерном пространстве. В отличие от привычной общей теории относительности, здесь пространство может не только искривляться, но и «закручиваться». Этот дополнительный параметр называют кручением.

Модель строится на специфической математической структуре - так называемом многообразии G2 с кручением. В такой геометрии поведение гравитации меняется на экстремальных плотностях, характерных для планковского масштаба. Там возникает дополнительный эффект: кручение начинает действовать как сила, направленная против сжатия.

Они читают вашу переписку Читайте хотя бы нас — это бесплатно.

Именно этот механизм ломает привычный сценарий испарения. По мере того как чёрная дыра теряет массу, процесс не доходит до полного исчезновения. На финальной стадии возникает баланс между гравитацией и «отталкивающим» вкладом кручения. В результате остаётся стабильный остаток - крошечный объект с массой порядка 9 × 10⁻⁴¹ килограмма.

Но если чёрная дыра не исчезает, где же тогда оказывается информация? Авторы предлагают рассматривать остаток как физическое хранилище. Его структура позволяет удерживать данные в спектре так называемых квазинормальных мод - устойчивых колебаний, которые возникают внутри геометрии.

Фактически речь идёт о том, что квантовая информация как бы записывается в долгоживущие вибрации поля кручения. Эти состояния не разрушаются и сохраняются в остатке после испарения. Для чёрной дыры с массой Солнца расчёты дают ёмкость около 1,515 × 10⁷⁷ кубитов - величину, достаточную, чтобы вместить всю исходную информацию без потерь.

Самое неожиданное в работе появляется дальше. Та же самая геометрия, которая стабилизирует остатки чёрных дыр, даёт объяснение другой фундаментальной величины - электрослабого масштаба. При переходе от 7 измерений к привычным 4 значение вакуумного ожидания поля кручения естественным образом совпадает с числом около 246 ГэВ. Именно эта величина связана с полем Хиггса , которое отвечает за массу элементарных частиц.

Получается необычная связка: один и тот же геометрический механизм одновременно предотвращает исчезновение информации в чёрных дырах и задаёт параметры, определяющие массы частиц. Проблема иерархии масс, которая долго считалась отдельной задачей физики частиц, в такой схеме приобретает чисто геометрическое происхождение.

Прямых экспериментальных подтверждений пока нет, и причина вполне прозаична. Энергии, связанные с дополнительными измерениями, оказываются запредельно высокими - порядка 8,6 × 10¹⁵ ГэВ. Это на 11 порядков выше возможностей Большого адронного коллайдера.

Тем не менее теория не остаётся чисто умозрительной. Она даёт несколько проверяемых следствий. Во-первых, стабильные остатки чёрных дыр могут входить в состав тёмной материи. Их гравитационные эффекты теоретически можно обнаружить. Во-вторых, характер колебаний этих объектов задаёт строгие математические признаки, отличающие модель от альтернатив.

Наконец, нужные масштабы энергии относятся к ранней Вселенной. Это значит, что следы 7-мерной геометрии могут быть зашиты в реликтовом излучении или в первичных гравитационных волнах. Поиск таких сигналов уже ведётся другими методами наблюдательной космологии.