Predstav si, že by si hodil encyklopédiu do ohňa. Hoci papier zhorí na popol, zákony kvantovej mechaniky hovoria, že informácie v nej zapísané sa nikdy úplne nestratia. Teoreticky by si ich teda dokázal z popola a dymu rekonštruovať. Ak však tú istú knihu hodíš do čiernej diery, podľa doterajších teórií zmizne navždy. Tento neriešiteľný rozpor, známy ako informačný paradox čiernych dier, straší fyzikov už polstoročie.

Problém siaha do 70. rokov minulého storočia, kedy legendárny fyzik Stephen Hawking zistil, že čierne diery nie sú úplne čierne. Pomocou zložitej matematiky dokázal, že pomaly vyžarujú slabé teplo, strácajú energiu a nakoniec sa úplne vyparia. A tu nastáva zásadná kolízia: ak čierna diera zmizne, kam sa podeli všetky informácie o hmote, ktorú pohltila? Zničenie informácie je totiž v kvantovej fyzike prísne zakázané.

Tím slovenských fyzikov z Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach pod vedením Richarda Pinčáka navrhol riešenie, o ktorom informoval portál Science Daily na základe zistení uverejnených vo vedeckom časopise General Relativity and Gravitation. Ich teória elegantne spája Einsteinovu gravitáciu, kvantový svet a tajomné skryté dimenzie nášho vesmíru.

Keď sa vesmír začne krútiť v siedmich dimenziách

Košickí fyzici Richard Pinčák, Michal Pudlák a Erik Bartoš spolu s kolegom Alexandrom Pigazzinim postavili svoj model na takzvanej Einsteinovej-Cartanovej teórii. Na rozdiel od klasickej všeobecnej relativity, ktorá popisuje len ohýbanie a zakrivovanie priestoročasu, táto pokročilejšia teória zapája do hry aj takzvanú torziu – teda krútenie samotnej štruktúry vesmíru. A to rovno v sedemrozmernom priestore na matematickej štruktúre zvanej varieta G2.

Pri extrémnych hustotách, aké panujú v hĺbkach čiernej diery na takzvanej Planckovej škále, začne toto krútenie priestoročasu hrať kľúčovú úlohu. Podľa výpočtov slovenského tímu vyvoláva torzia neuveriteľne silnú odpudivú silu, ktorá pôsobí proti gravitačnému kolapsu. Táto sila dokáže zastaviť finálne štádium Hawkingovho vyparovania. Čierna diera sa teda nevyparí úplne dočista. Namiesto jej totálneho zániku po nej zostane extrémne hustý a stabilný pozostatok s miniatúrnou hmotnosťou približne 9*10-41 kg.

Informačný trezor ukrytý v kvantových vibráciách

Ak čierna diera nikdy úplne nezmizne, hádanka s informáciami je vyriešená. Tento drobný relikt totiž funguje ako dokonalý, dlhodobý informačný trezor. Vedci navrhujú, že kvantové informácie sa ukladajú priamo do vnútornej geometrie tohto objektu prostredníctvom dlhožijúcich vibrácií torzného poľa, ktoré nazývajú kvázinormálne módy.

Pre lepšiu predstavu: ak by sme mali čiernu dieru s hmotnosťou nášho Slnka, jej výsledný miniatúrny pozostatok by dokázal uskladniť ohromujúcich 1,515*1077 qubitov informácií. Podľa prepočtov slovenských fyzikov je táto kapacita matematicky presne taká, aká je potrebná na uloženie všetkých informácií z pohltenej hmoty. Žiadna informácia sa nestratí, zostáva uzamknutá v mikroskopickom vesmírnom trezore.

Prepojenie s Higgsom a tmavou hmotou

Práca slovenských vedcov má však oveľa širší presah než len samotné čierne diery. Keď totiž matematicky zredukovali sedemrozmernú geometriu vesmíru na naše bežné štyri dimenzie, stalo sa niečo fascinujúce. Výpočty prirodzene vygenerovali takzvanú elektroslabú škálu s hodnotou okolo 246 GeV. To je presne energia úzko spojená s Higgsovým poľom, ktoré dáva hmotnosť všetkým elementárnym časticiam vo vesmíre.

Rovnaký geometrický princíp, ktorý bráni zániku informácií v čiernych dierach, by tak mohol vysvetliť jeden z najväčších rébusov časticovej fyziky – prečo majú základné častice práve takú hmotnosť, akú pozorujeme. Ako však takúto prelomovú teóriu otestovať v praxi?

Hoci častice spojené so siedmimi dimenziami majú predpovedanú hmotnosť ďaleko za hranicami najvýkonnejšieho urýchľovača LHC v CERNe, vedci poukazujú na iné cesty. Tieto stabilné pozostatky čiernych dier by totiž mohli tvoriť podstatnú časť záhadnej tmavej hmoty vo vesmíre.

Tento prevratný slovenský výskum prichádza v čase, kedy sa tradičné predstavy o vesmíre otriasajú v základoch – len nedávno napríklad vesmírny teleskop Jamesa Webba spochybnil existenciu temnej hmoty. Ak by sa existencia týchto „Planckových reliktov“ potvrdila, znamenalo by to obrovský triumf pre slovenskú vedu a kompletnú revolúciu v chápaní samotnej reality.

Čítajte viac z kategórie: Vesmír a veda