И это не научная фантастика: исследователи полагают, что данная гипотеза способна разрешить одну из самых упрямых загадок в истории физики — парадокс исчезновения информации в черных дырах.
Долгое время считалось, что черные дыры — это космические бездны, из которых ничто не способно вырваться. Однако в 1970-х годах Стивен Хокинг осознал: черные дыры испускают излучение и со временем медленно испаряются. Проблема в том, что этот процесс, казалось бы, нарушает один из фундаментальных законов квантовой физики, порождая так называемый информационный парадокс.
Группа исследователей утверждает, что нашла решение этой полувековой головоломки, но работает оно лишь в том случае, если Вселенная действительно семимерна.
Суть информационного парадокса проста. В квантовой физике действует правило: информация не может быть уничтожена. Соавтор работы Рихард Пинчак, старший научный сотрудник одного из словацких университетов, поясняет это на бытовом примере: «Представьте, что вы бросили книгу в огонь. Книга сгорела, но в принципе по дыму, пеплу и теплу можно восстановить каждое слово — информация оказалась перемешана, но не утрачена».
Однако, согласно Хокингу, черная дыра в конце концов испарится в ничто, унеся с собой всю накопленную информацию. Это фундаментальное противоречие между «классическими» законами физики, управляющими крупными объектами вроде черных дыр, и квантовыми правилами, действующими на микроуровне.
Уникальное решение, предложенное доктором Пинчаком и его коллегами, основано на новом взгляде на структуру самого пространства-времени. Согласно теориям Эйнштейна, пространство-время представляет собой четырехмерную «ткань», способную искривляться и растягиваться под воздействием мощных гравитационных полей. Однако некоторые современные модели допускают, что измерений на самом деле семь, включая три скрытых от нашего непосредственного восприятия.
«Мы ощущаем три пространственных измерения и одно временное — всего четыре, — говорит доктор Пинчак. — Наша же модель предполагает, что Вселенная семимерна: к известным нам четырем добавляются три крошечных дополнительных измерения, свернутых так плотно, что мы их напрямую не замечаем».
Это означает, что пространство-время способно не только изгибаться, но и закручиваться, порождая физический эффект, называемый торсионным полем, или кручением. И именно это кручение, по мнению авторов, является ключом к разгадке судьбы испаряющихся черных дыр.
Согласно предложенной теории, по мере того как черная дыра испаряется до минимально возможных размеров, ее семь измерений фактически сплетаются в узел. Когда этот узел становится достаточно мал, скручивание скрытых измерений создает направленную вовне силу, которая не дает черной дыре схлопнуться окончательно. В результате остается поразительно крошечный «огрызок» — примерно в 10 миллиардов раз меньше электрона.
Однако этот скрученный узел из потаенных измерений продолжает хранить всю информацию, когда-либо поглощенную черной дырой, словно вечный микроскопический памятник. Таким образом, информация не теряется, поскольку черная дыра в полном смысле и не исчезает — парадокс оказывается разрешенным.
Самое захватывающее в этой гипотезе то, что она способна пролить свет и на другие мучительные вопросы физики. Исследователи утверждают, что трех скрытых измерений и торсионного поля достаточно, чтобы объяснить механизм взаимодействий, лежащий в основе хиггсовского механизма, ответственного за появление массы у элементарных частиц (знаменитый «бозон Бога»).
Более того, авторы допускают, что подобные остатки черных дыр могут составлять ту самую темную материю — невидимую субстанцию, на долю которой приходится 27 процентов массы Вселенной. Если ученые правы, то в природе должны существовать частицы с дополнительными измерениями, известные как частицы Калуцы-Клейна.
Правда, охота за ними — задача архисложная. По оценкам, такие частицы примерно на 14 порядков тяжелее самой массивной из известных элементарных частиц и на семь порядков превосходят возможности Большого адронного коллайдера. Следы семимерных структур, возможно, удастся отыскать в реликтовом микроволновом излучении, оставшемся после Большого взрыва, либо в древней ряби пространства-времени — первичных гравитационных волнах. Однако технологии для проведения подобных экспериментов пока остаются делом отдаленного будущего.
