Šiuolaikinė fizika jau dešimtmečius susiduria su fundamentalia problema: bendroji reliatyvumo teorija ir kvantinė mechanika ne visada dera tarpusavyje. Šio konflikto centre – juodosios skylės, itin tankūs kosminiai objektai, iš kurių neįmanoma pabėgti net šviesai. Naujausi tyrimai, publikuoti žurnale „General Relativity and Gravitation“, rodo, kad raktas į šių reiškinių paaiškinimą gali slypėti papildomuose erdvės matmenyse. Mokslininkų grupė, vadovaujama Richardo Pinčáko, pasiūlė modelį, kuris ne tik padeda išsaugoti informaciją, bet ir sieja gravitaciją su elementariųjų dalelių masės kilme.
Viskas prasidėjo XX a. 8-ajame dešimtmetyje, kai Stephenas Hawkingas suformulavo garsųjį juodųjų skylių spinduliavimo modelį. Pagal jį juodosios skylės nėra amžinos: jos skleidžia silpną spinduliuotę, palaipsniui netenka masės ir galiausiai turėtų visiškai „išgaruoti“. Čia ir atsiranda vadinamasis informacijos paradoksas: kvantinė mechanika teigia, kad informacija apie fizinės sistemos būseną negali būti sunaikinta (unitarumo principas). Tačiau jei juodoji skylė išnyksta, atrodo, kad informacija apie į ją patekusią medžiagą prapuola negrįžtamai. Ši įtampa šiuolaikinėje fizikoje išliko beveik pusę amžiaus.
Septyni matmenys ir atstūmimo jėga
Pinčáko komandos siūlomas sprendimas remiasi idėja, jog mūsų visata gali turėti daugiau nei keturis mums įprastus matmenis. Tyrėjai pasitelkė Einsteino–Cartano teoriją, suformuluotą septynmatėje geometrijoje, paremtą specifine matematine struktūra – G2 daugdarą su torsija. Skirtingai nei klasikinėje reliatyvumo teorijoje, šiame modelyje erdvėlaikis gali ne tik išlinkti, bet ir įgyti savitą „susisukimą“, vadinamą torsija.
Esminė tyrėjų išvada – esant ekstremaliems tankiams, būdingiems Planko masteliui, torsija sukuria labai stiprią atstūmimo jėgą. Ji tampa pakankamai galinga, kad sustabdytų galutinį gravitacinį kolapsą ir, svarbiausia, užkirstų kelią paskutiniam Hawkingo garavimo etapui. Tokiu atveju juodoji skylė neišnyktų visiškai, o paliktų stabilią „liekaną“ (angl. remnant), kurios masė būtų apie 9 × 10−41 kg.
Kosminis „kietasis diskas“ Planko mastelyje
Jei juodoji skylė neišnyksta, informacija gali išlikti. Mokslininkai teigia, kad stabili liekana veiktų kaip itin talpi „atminties saugykla“. Informacijos įrašymo mechanizmas siejamas su vadinamųjų kvazinormaliųjų modų spektru – specifinėmis torsijos lauko „vibracijomis“ liekanos geometrijoje. Komandos skaičiavimai rodo įspūdingą talpą: po Saulės masės juodąja skyle susidariusi liekana teoriškai galėtų sutalpinti apie 1,515 × 1077 kubitų informacijos. Tai, tyrėjų teigimu, būtų pakankama išsaugoti pilną kvantinę medžiagos, suformavusios juodąją skylę, būseną ir taip išspręsti informacijos paradoksą nemodifikuojant kvantinės mechanikos dėsnių.
Ši teorija išsiskiria tuo, kad ją autoriai sieja ne tik su gravitacija, bet ir su dalelių fizika. Tyrėjai teigia, kad matmenų redukcija – perėjimas nuo septynių matmenų prie mums įprastų keturių – natūraliai sukuria vadinamąją elektrosilpnąją skalę (apie 246 GeV). Būtent ši reikšmė yra esminė Higgso mechanizmui, kuris Standartiniame modelyje suteikia masę elementariosioms dalelėms.
Pagal šį teorinį aiškinimą, torsijos lauko vakuuminė tikėtinoji vertė (VEV) dinamiškai sutampa su elektrosilpnąja skale. Kitaip tariant, ta pati geometrinė savybė, kuri, kaip teigiama, apsaugo informaciją juodosiose skylėse, galėtų būti atsakinga ir už masių hierarchiją visatoje. Taip gravitacijos fizika ir mikropasaulio dėsniai būtų sujungiami į nuoseklią visumą, paremtą erdvėlaikio geometrija.
Už greitintuvų ribų, bet teleskopų akiratyje
Kodėl iki šiol nematome papildomų matmenų? Pasak modelio autorių, tam trukdo reikalingos energijos mastas. Su šiais matmenimis siejamos dalelės (vadinamieji Kaluza–Kleino sužadinimai) turėtų mases apie 8,6 × 1015 GeV – tai maždaug 11 dydžio eilių daugiau, nei gali pasiekti Didysis hadronų greitintuvas. Vis dėlto, tyrėjai pabrėžia, kad teoriją vis dar įmanoma tikrinti stebėjimais.
Pirma, prognozuojamos stabilios juodųjų skylių liekanos galėtų sudaryti reikšmingą tamsiosios materijos dalį. Jei būtų aptikti tokių „Planko reliktų“ gravitaciniai pėdsakai, tai taptų svariu argumentu teorijos naudai. Antra, septynmatės geometrijos požymių, anot autorių, galima ieškoti kosminio mikrobangų foninio spinduliavimo (CMB) struktūroje arba pirminėse gravitacinėse bangose, susidariusiose netrukus po Didžiojo sprogimo. Pinčáko komandos darbas leidžia manyti, kad norint pažengti pirmyn nebūtina „perrašyti“ kvantinės mechanikos – galbūt pakanka giliau suprasti realybės architektūrą.
Leave a Reply