Fyzici už desaťročia riešia problém, ktorý vyzerá ako chyba v samotných základoch reality. Čierne diery podľa výpočtov nezničia len hmotu, ale aj informáciu, čo predstavuje problém, pretože zákony kvantovej fyziky jasne hovoria, že informácia nemôže byť zničená, len transformovaná.
Na tento paradox upozornil ešte Stephen Hawking v 70. rokoch. Ukázal, že čierne diery vyžarujú tzv. Hawkingovo žiarenie a postupne sa „vyparia“. Pri tomto procese sa však informácia o tom, čo do nich spadlo, akoby stratila. Nová štúdia tímu z Inštitútu experimentálnej fyziky SAV, ktorý viedol Richard Pinčák, ponúkla riešenie, ktoré ide inou cestou. Namiesto úprav kvantovej mechaniky sa pozrela hlbšie na samotný priestor.
Odoberaj Vosveteit.sk cez Telegram a prihlás sa k odberu správ
Vedci použili teóriu známu ako Einstein-Cartanova gravitácia. Na rozdiel od klasickej relativity od Alberta Einsteina táto verzia nepopisuje len zakrivenie priestoru, ale aj jeho „krútenie“, tzv. torziu.
Autori štúdie hovoria, že ak si chceme lepšie predstaviť krútenie časopriestoru, nemôžeme ho chápať len ako gumenú blanu, ktorá sa prehýba pod váhou hviezdy, ale ako elastickú tkaninu, ktorú môžeme aj krútiť. Keď sa táto elastická tkanina extrémne stlačí, napríklad pri vzniku čiernej diery, začne sa brániť. To vedci popisujú ako torziu.
Čo sa stane, keď sa časopriestor pod gravitáciou čiernej diery začne brániť?
Práve tu model ukázal, že pri extrémnych hustotách torzia vytvorí odpudivú silu. Tá zastaví kolaps aj finálnu fázu vyparovania čiernej diery.
Populárna spravodajská aplikácia pre iOS a Android dostala veľkú aktualizáciu. Pribudlo množstvo nových funkcií, ktoré musíš vyskúšať
Zdroj: Valentina Kalashnikova / Shutterstock.com
„Geometrická torzia vytvára odpudivú silu, ktorá zastaví poslednú fázu hawkingovho vyparovania. Čierna diera tak nezmizne. Zostane po nej malý, stabilný objekt,“ vysvetľuje Pinčák.
Tým sa zároveň rieši ďalší veľký problém, singularita. V klasickej teórii má čierna diera v strede bod s nekonečnou hustotou, kde prestávajú platiť fyzikálne zákony ako ich poznáme. Vedci takýto stav nemajú radi, pretože ak sa v rovniciach objaví nekonečno, spravidla to značí buď chybu vo výpočte, alebo chýbajúcu informáciu.
Táto nová teória singularitu odstránila. Odpudivá sila „rozmazala“ stred čiernej diery do konečného objemu. Namiesto nekonečna tak vznikol extrémne hustý, ale stále fyzikálne popísateľný objekt. To je pre fyziku obrovský posun. Nový model zároveň dokáže vysvetliť aj to, kde sa singularita podela. Podľa modelu sa nikam nestratila, no uložila sa do štruktúry tohto konečného objemu. Vedci hovoria o tzv. kvázi-normálnych módoch, ide o vibrácie vnútri torzného poľa.
„Informácia zostáva zakódovaná v dlhodobých vibráciách torzného poľa. Výpočty ukázali, že zvyšok po čiernej diere s hmotnosťou Slnka by vedel uložiť približne 1,5 × 10⁷⁷ qubitov. To stačí na vyriešenie celého paradoxu,“ píšu autori štúdie.
Model však v tomto prípade siaha ešte ďalej, spája sa aj s jednou z najväčších záhad časticovej fyziky.
Zdroj: Inštitút experimentálnej fyziky Slovenskej akadémie vied
Odpoveď na to, prečo je gravitácia taká „slabá“
Ide o tzv. problém hierarchie. Fyzici sa pýtajú, prečo je gravitácia extrémne slabá v porovnaní s ostatnými silami. Magnet zdvihne kancelársku sponku proti celej gravitácii Zeme, čo nedáva intuitívny zmysel. Práve tu vstupuje do hry sedemrozmerná geometria. Keď sa tento priestor „zredukuje“ na naše štyri rozmery, objaví sa hodnota približne 246 GeV. Tá úzko súvisí s takzvaným higgsovym poľom, ktoré dáva časticiam hmotnosť.
Sedem rozmerov a higgsove pole znie zložito, no autori vysvetľujú, že to, čo vidíš ako hmotnosť, môže byť len „tieň“ hlbšej geometrie. Gravitácia sa v siedmich rozmeroch správa inak a jej slabosť v našom svete vychádza z tejto skrytej štruktúry.
„Tá istá geometrická vlastnosť poskytuje prirodzený pôvod elektroslabej škály. To znamená, že čísla vo fyzike nemusia byť náhodné, môžu vychádzať priamo z tvaru priestoru,“ tvrdí Pinčák.
Zdroj: Vosveteit.sk, AI
Efekty týchto rozmerov sa však prejavia až pri hodnotách ďaleko za možnosťami dnešných urýchľovačov, ako je CERN alebo Veľký hadrónový urýchľovač. To je zároveň dôvod, prečo sme doteraz nič z toho nevideli.
To však neznamená, že teóriu neotestujeme. Nový model predpovedá overiteľné veci, napríklad existenciu stabilných zvyškov čiernych dier, ktoré by mohli tvoriť častice temnej hmoty.
Stopy by sme mohli nájsť aj v kozmickom mikrovlnnom pozadí alebo v prastarých gravitačných vlnách, ktoré vznikli v prvých momentoch po veľkom tresku. Ide o signály z obdobia, keď vesmír fungoval v podmienkach, ktoré sa diametrálne líšia od tých dnešných.
Celý model tak spája viacero problémov do jedného rámca, informáciu v čiernych dierach, absenciu singularít aj pôvod hmotnosti. Namiesto radikálneho prepisovania fyziky ponúka hlbší pohľad na samotnú štruktúru reality, ktorý zatiaľ čaká na potvrdenie.
Páčil sa vám článok? Sledujte nás na Facebooku