Nowa próba rozwikłania paradoksu Hawkinga. Czarne dziury mogą ukrywać informacje w dodatkowych wymiarach
Przez lata fizycy zmagali się z dylematem: co dzieje się z informacją pochłoniętą przez czarną dziurę, gdy ta ostatecznie wyparuje?
Najnowsze badania, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie General Relativity and Gravitation, proponują niezwykle ciekawą hipotezę. Odpowiedzią mogą być stabilne, mikroskopijne relikty oraz obecność dodatkowych wymiarów w kosmosie.
Słynny paradoks informacyjny, sformułowany przez Stephena Hawkinga, spędzał sen z powiek fizykom teoretycznym od dekad. Mechanika kwantowa stanowczo zabrania bezpowrotnego niszczenia informacji. Z drugiej strony, teoria Hawkinga zakładała, że czarne dziury z czasem emitują promieniowanie, tracą masę i w ostateczności całkowicie znikają, zabierając ze sobą wszystko, co kiedykolwiek pochłonęły.
Hawking kontra Hawking. Czarne dziury rosną czy maleją? Wyjaśniamy paradoks, który potwierdziło LIGO
Stawką w tej dyskusji jest coś więcej niż los samych czarnych dziur – to próba pogodzenia mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności, czyli dwóch najważniejszych filarów całej współczesnej fizyki.
Nowy model, opracowany m.in. przez Richarda Pinčáka ze Słowackiej Akademii Nauk, sugeruje, że proces parowania zatrzymuje się ułamek sekundy przed całkowitym zniknięciem obiektu. Warto jednak od razu zaznaczyć, że to wciąż model teoretyczny – jedna z wielu konkurujących prób rozwiązania tej zagadki, choć wyjątkowo spójna z innymi gałęziami matematyki.
Dodatkowe wymiary na ratunek fizyce kwantowej
Kluczem do wyjaśnienia tego zjawiska może być geometria wykraczająca poza nasze codzienne postrzeganie. Naukowcy zastosowali w swoich obliczeniach tzw. rozmaitość G2. To matematyczny model zakładający istnienie 7 dodatkowych, mikroskopijnie zwiniętych wymiarów. Gdy dodamy je do naszej standardowej, 4-wymiarowej czasoprzestrzeni, otrzymujemy obraz wszechświata doskonale wpisujący się w ramy głośnej, 11-wymiarowej M-teorii, kolejnej kandydatki na „teorię wszystkiego”.
Według badaczy, w ekstremalnych warunkach te ukryte wymiary generują zjawisko „skręcenia” przestrzeni. W praktyce ma to oznaczać powstanie silnego efektu odpychającego, który włącza się w ostatniej fazie życia czarnej dziury. Zjawisko to dynamicznie hamuje wyparowywanie, nie pozwalając obiektowi zniknąć bez śladu.
Egzotyczny relikt o niewyobrażalnie małej masie
Zamiast pustki, po czarnej dziurze ma pozostawać stabilna pozostałość. Ten niezwykły, zwarty obiekt według wyliczeń osiąga masę wynoszącą około 9 × 10⁻⁴¹ kg – to wielkość ponad dziesięć miliardów razy mniejsza niż masa pojedynczego elektronu.
To właśnie wewnątrz tego reliktu, jak proponują fizycy, przechowywana jest cała informacja o materii, która niegdyś wpadła do środka. Badacze sugerują, że dane te są zakodowane pod postacią tzw. oscylacji kwazinormalnych.
Bezpośrednie potwierdzenie tej hipotezy będzie oczywiście ogromnym wyzwaniem technologicznym, ponieważ mówimy tu o masach i zjawiskach niedostępnych dla współczesnych akceleratorów cząstek. Naukowcy z optymizmem patrzą jednak na rozwój detektorów fal grawitacyjnych. Niewykluczone, że to właśnie one pozwolą nam w przyszłości zarejestrować sygnały potwierdzające istnienie tych wielowymiarowych „kapsuł pamięci”.
