Revoluční model: Černé díry nezničí informace, ale uchovávají je a vysvětlují i hmotnost částic

Vědci představili nový model, který naznačuje, že černé díry nikdy zcela nezmizí. Místo toho zanechávají drobné, stabilní pozůstatky, které uchovávají informace, a překvapivě stejná myšlenka může také vysvětlovat, jak základní částice získávají svou hmotnost.

Vědci představili nový model, který naznačuje, že černé díry nikdy zcela nezmizí. Místo toho zanechávají drobné, stabilní pozůstatky, které uchovávají informace, a překvapivě stejná myšlenka může také vysvětlovat, jak základní částice získávají svou hmotnost. Tento objev nabízí řešení pro takzvaný informační paradox černých děr, který představuje jednu z nejvýznamnějších výzev moderní teoretické fyziky.

Stephen Hawking v 70. letech ukázal, že černé díry nejsou zcela černé; pomalu emitují záření a časem se zmenšují, až nakonec zmizí. Problémem však bylo, co se stane se všemi informacemi o hmotě, kterou pohltily, pokud černá díra zcela vypaří. Kvantová fyzika říká, že informace nemohou být nikdy zničeny, což je v rozporu s Hawkingovou teorií. Nová studie, publikovaná v časopise General Relativity and Gravitation, navrhuje, že černé díry se nikdy úplně nevypaří.

K vyřešení tohoto paradoxu se výzkumníci posunuli za běžný obraz gravitace. Ve standardní obecné relativitě se prostoročas může ohýbat pod vlivem hmoty a energie. Teorie použitá v této studii, nazvaná Einstein–Cartan theory, však umožňuje prostoročasu dělat více než jen ohýbat se – může se také kroutit. Toto kroucení, známé jako torze, se stává důležitým v extrémně malých měřítkách a při velmi vysokých hustotách. Tým zkoumal tuto myšlenku ve vesmíru se sedmi dimenzemi, namísto čtyř, které zažíváme. Jak se hmota hroutí uvnitř černé díry a hustoty stoupají směrem k Planckově škále, torze prostoročasu začne generovat odpudivý efekt. Tato síla působí směrem ven a působí proti přitažlivosti gravitace, což dynamicky zastavuje konečnou fázi Hawkingova vypařování. Místo neomezeného kolapsu nebo úplného vypaření dosáhne černá díra stabilního stavu a zanechá stabilní pozůstatek s předpokládanou hmotností přibližně 9×10⁻⁴¹ kg.

Informace se podle studie nacházejí vnitřní struktuře pozůstatku prostřednictvím takzvaných kvazi-normálních módů, což jsou přirozené vzorce vibrací objektu. V tomto modelu se tyto vibrace vyskytují v torzním poli uvnitř geometrie pozůstatku. Každý vibrační vzor může nést kvantovou informaci, čímž se pozůstatek efektivně stává úložným systémem. Měřítko tohoto úložiště je obrovské; například pozůstatek vzniklý z černé díry o hmotnosti našeho Slunce by mohl uložit asi 1,515 × 10⁷⁷ qubitů informací. To odpovídá množství potřebnému k zachování všeho, co by se jinak ztratilo během vypařování, čímž se zabrání úplnému zmizení černé díry a vyřeší se paradox bez porušení základních principů fyziky.

Tato zjištění jsou převratná, protože propojují fyziku černých děr s fyzikou částic. Když vědci zredukovali svůj sedmidimenzionální model na čtyři dimenze – vesmír, který pozorujeme – zjistili, že stejné torzní pole přirozeně produkuje energetickou škálu přibližně 246 GeV. To je přesně škála spojená s Higgsovým polem, které je zodpovědné za udělování hmotnosti základním částicím. Jednoduše řečeno, stejná geometrická vlastnost, která brání černým dírám zmizet, také vysvětluje, proč mají částice hmotnost.