Вселенная может быть семимерной: новая теория объяснила загадку чёрных дыр
Наша Вселенная может быть устроена куда сложнее, чем кажется: группа физиков предлагает модель, в которой пространство-время имеет не четыре, а семь измерений. По их расчётам, такая семимерная геометрия не только спасает знаменитый парадокс Хокинга о чёрных дырах, но и может объяснить природу загадочной тёмной материи, пишет Daily Mail.
Группа исследователей под руководством Ричарда Пинчака из Словацкой академии наук предложила модель, в которой наша Вселенная описывается сразу семью измерениями. Помимо привычных длины, ширины, глубины и времени в ней присутствуют ещё три дополнительных «свернутых» измерения, настолько компактных, что мы не можем наблюдать их напрямую.
Именно эти скрытые измерения, по словам Пинчака, позволяют по‑новому взглянуть на один из главных парадоксов современной физики — информационный парадокс чёрных дыр. Проблема в том, что вычисления Стивена Хокинга показали: чёрные дыры должны постепенно испаряться за счёт излучения, которое теперь называют излучением Хокинга. Если же чёрная дыра исчезает, то пропадает и информация о всей материи, которая когда‑либо в неё упала, а это напрямую противоречит квантовой механике, где информация не может просто исчезнуть.
В новой работе учёные рассматривают судьбу чёрной дыры в тот момент, когда она испарилась почти до предела своих возможностей. Согласно модели, на самых малых масштабах семь измерений пространства-времени начинают «запутываться» и образуют сложный многомерный узел. Этот узел создаёт внешнюю силу, которая не даёт чёрной дыре исчезнуть полностью и останавливает её коллапс.
В результате, утверждают исследователи, остаётся крошечный остаток — нечто вроде микроскопического «ядра» чёрной дыры. Его масса, по оценкам, составляет около 9×10−41 килограмма — примерно в 10 миллиардов раз меньше массы электрона. Такой объект, по их идее, способен хранить всю информацию о том, что когда‑либо было поглощено чёрной дырой, в виде сложных колебаний пространства-времени. В этом случае информация не теряется, а сама чёрная дыра никогда не исчезает до конца — вместо неё остаётся сверхкомпактный «космический жёсткий диск».
Авторы идут ещё дальше и предполагают, что эти миниатюрные остатки чёрных дыр могут составлять значительную часть тёмной материи. Современные оценки показывают, что примерно 27% содержимого Вселенной приходится именно на тёмную материю, которая не излучает свет и проявляет себя только через гравитацию. Если остатки чёрных дыр действительно повсюду, они могли бы объяснить загадочное «лишнее» притяжение, которое астрономы наблюдают в галактиках и скоплениях.
Проверить эту смелую гипотезу в ближайшее время будет непросто. Учёные надеются, что следы семимерных структур можно будет когда‑нибудь обнаружить в тонких аномалиях космического микроволнового фона или в древних гравитационных волнах, рождавшихся на самых ранних этапах существования Вселенной. Однако для этого, признают они, нужны инструменты следующего поколения — гораздо более чувствительные телескопы и детекторы, чем те, что есть у физиков сейчас.
Что такое информационный парадокс Хокинга
В 1970‑х годах Стивен Хокинг впервые показал, что чёрные дыры не являются абсолютно «чёрными» — квантовые эффекты на горизонте событий заставляют их испускать слабое тепловое излучение. Из‑за этого излучения чёрная дыра со временем теряет массу и в конечном счёте должна полностью испариться.
Это открытие сразу породило серьёзную проблему для квантовой механики. Если чёрная дыра исчезает, что происходит с информацией о состоянии частиц, которые в неё упали, ведь квантовая теория требует, чтобы эволюция системы была обратимой и информация никогда не исчезала бесследно. Хокинг сначала утверждал, что информация всё‑таки теряется, но многие физики, включая Леонарда Сасскинда и Хуана Мальдасену, считали, что это нарушает фундаментальные принципы теории и искали альтернативные решения.
За последние десятилетия появилось множество конкурирующих идей — от «огненных стен» на горизонте событий до голографического принципа, который связывает трёхмерный объём с информацией, закодированной на его двумерной границе. Новая семимерная модель Пинчака и его коллег вписывается в этот ряд попыток примирить общую теорию относительности и квантовую механику, предлагая хранить информацию в сверхмелких остатках чёрных дыр в многомерном пространстве.
Тёмная материя и «невидимые» остатки чёрных дыр
Тёмная материя — это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует со светом и электромагнитным излучением, но проявляет свой эффект через гравитацию. Именно из‑за неё звёзды на окраинах галактик вращаются быстрее, чем это можно объяснить только видимым веществом.
По современным космологическим моделям, тёмная материя составляет около 27% общей массы‑энергии Вселенной, тогда как на обычное вещество приходится менее 5%. За десятилетия экспериментов физики так и не смогли напрямую зафиксировать частицы тёмной материи, поэтому продолжают рассматривать альтернативные сценарии.
Идея о том, что тёмную материю могут составлять примордиальные чёрные дыры или их крошечные остатки, обсуждается в научном сообществе уже не первый год. Работа Пинчака добавляет к этой картине семимерную геометрию и утверждает, что сверхмалые «реликты» чёрных дыр могут быть естественными кандидатами на роль тёмной материи. Если это так, то загадка чёрных дыр, тёмной материи и многомерного пространства может оказаться разными гранями одной и той же физической картины.
Ранее мы писали о том, что ученые предложили новое объяснение парадокса Ферми.