几十年来，物理学家一直在解决现代科学中最深刻的难题之一：黑洞信息悖论。现在，一项新的理论研究提出了一种可能的解决方案，这也可能揭示物理学中的另一个主要谜团——基本粒子的质量起源。悖论追溯到斯蒂芬·霍金在1970年代的研究。霍金通过半经典计算表明，黑洞并不是完全黑暗的。相反，它们会发出微弱的辐射，缓慢地耗尽它们的能量，导致它们缩小并最终消失。这个结果创造了一个严重的问题。根据量子力学，信息是无法被破坏的。然而，如果黑洞完全蒸发，有关掉入黑洞的物质的所有信息似乎也会消失。这种明显的矛盾被称为黑洞信息悖论。由理查德·平恰克领导的一项新研究，在《广义相对论与引力》上发表，提出了不同的结果。研究人员建议，答案可能在于更高维宇宙的几何学中。额外维度与扭曲时空，该团队调查了一种被称为爱因斯坦-卡尔坦理论的引力版本，该理论是在一个名为 G2 流形、具有扭转的数学结构上以 7 维的形式构建的。与描述时空为可弯曲或扭曲物体的爱因斯坦广义相对论不同，爱因斯坦-卡尔坦理论还允许时空扭转。这种扭转被称为时空扭转。根据该模型，扭转在与普朗克尺度相关的极端密度下显得格外重要。在这些条件下，它产生一种排斥力，抵抗引力坍缩。研究人员发现，这种排斥效应可以停止霍金蒸发的最后阶段。黑洞不会完全消失，而是留下一个稳定的“残余物”，其预测质量约为 9*10^-41 kg。黑洞残余物作为信息存储，如果黑洞从未完全消失，下一个明显的问题是：它所包含的信息会发生什么？研究人员提出，残余物充当长期信息仓库。在他们的框架中，通过与残余物结构相关的“伪正常模态”的谱存储信息。更具体地说，量子信息被编码在残余物几何内存在的扭转场的长久“振动”中。他们的计算表明，一个质量与太阳相当的黑洞留下的残余物可以存储大约 1.515*10^77 个量子位的信息。研究人员表示，这个储存量恰好足够保存解决悖论所需的信息。与希格斯场的可能联系，这项研究还超越了黑洞，涉及粒子物理学。研究人员认为，将几何从 7 维降至 4 维，即我们所经历的时空，自然产生了电弱尺度 ~246 GeV。这个能量尺度与希格斯场密切相关，希格斯场负责赋予基本粒子质量。在模型中，扭转场的真空期望值（VEV）动态地识别为电弱尺度（约 246 GeV）。因此，防止黑洞完全蒸发并保存量子信息的相同几何机制也可以为质量层次问题提供几何解释，这一直是粒子物理学中的长期挑战。如何测试这个理论？如果额外维度发挥如此基本的作用，为什么科学家们没有直接观察到它们？根据研究，连接这些维度的粒子（卡鲁扎-克莱因激发）质量大约为 8.6*10^15 GeV。这个能量尺度比大型强子对撞机（LHC）的能量峰值大约高七个数量级。然而，作者强调，超出当前粒子加速器的可达范围并不意味着这个理论无法被测试。由于这个框架建立在特定的几何关系上，它产生了具体的预测，这些预测可能通过天文观测来调查。一种可能性涉及稳定的黑洞残余物本身。预测的残余物（9*10^-41 kg）可能有助于暗物质。探测这些被称为“普朗克遗物”的重力效应将为理论提供直接支持。该模型还对信息如何在残余物的“振动”（伪正常模式）中编码做出独特的预测，提供了一个数学特征，使其不同于竞争的想法。此外，所涉及的极高能量尺度是早期宇宙的特征。这意味着所提出的 7 维几何的痕迹可能保留在宇宙微波背景辐射或原始引力波中。通过连接黑洞，量子信息