在 1970 年代，Stephen Hawking 顯示黑洞並非完全黑暗，它們會慢慢發出輻射並隨著時間縮小，最終消失。然而，這一解釋存在一個問題。如果黑洞完全蒸發，那麼它吞噬的物質所包含的信息會如何？量子物理學指出信息永遠不會被摧毀，但黑洞似乎正好相反。這一矛盾被稱為黑洞信息悖論。研究作者指出，「黑洞信息悖論代表了現代理論物理學中最重要的挑戰之一，提出了量子力學與廣義相對論之間的相容性問題。」
目前，一項新的研究提供了解決這一問題的方法。該研究建議，黑洞從未完全消失。相反，它們會留下微小而穩定的殘餘物，這些殘餘物儲存著信息，並且驚人的是，這一想法還可能解釋基本粒子如何獲得質量。研究人員為了解決這一悖論，超越了對重力的傳統理解。在標準的廣義相對論中，時空會在質量和能量的影響下彎曲。然而，該研究中使用的愛因斯坦-卡爾坦理論允許時空不僅僅是彎曲，它還可以扭曲。這種扭曲在極小的尺度和非常高的密度下變得至關重要。
研究團隊探索了在七維宇宙中的這一想法，而不是我們所經歷的四維宇宙。他們使用了一種稱為 G2-流形的特殊數學結構，該結構與扭曲相結合，提供了一種一致的方式來描述這些額外維度的行為。這聽起來可能抽象，但實際的物理結果卻異常清晰。當物質在黑洞內部崩潰並且密度上升到普朗克尺度時，時空的扭曲開始產生排斥效應。這種力量向外推，抵消重力的向內拉力。研究作者表示，「在普朗克密度下排斥力的存在動態地停止了霍金蒸發的最後階段。」黑洞最終會達到穩定狀態，而不是無限崩潰或完全通過霍金輻射蒸發。
這改變了黑洞的命運。如果黑洞不會消失，那麼它們所包含的信息也不需要消失。接下來的問題是這些信息實際上存在於何處。根據這項研究，信息被編碼在殘餘物的內部結構中，通過物理學家所稱的準正則模式。這些模式是該物體的自然振動模式，類似於鐘被敲擊後的響聲。在這種模型中，這些振動發生在殘餘物幾何中的扭曲場內。每一種振動模式可以攜帶量子信息，實際上將殘餘物轉變為儲存系統。
這項研究的主要觀點是，所有落入原始黑洞的信息都被困住並編碼在這些長壽命的振盪中。這種儲存的規模也非常大。例如，來自質量相當於我們太陽的黑洞形成的殘餘物可以儲存大約 1.515 × 10⁷⁷ 個量子位的信息。這與在蒸發過程中本來會損失的所有信息相匹配，「防止黑洞的完全消失，從而在不違反物理基本原則的情況下解決悖論。」
這些發現令人驚訝，因為它們將黑洞物理學與粒子物理學聯繫起來。當研究人員將七維模型縮減到四維——我們所觀察的宇宙時，他們發現同樣的扭曲場自然產生了約 246 GeV 的能量尺度。這正是與希格斯場相關的尺度，希格斯場負責賦予基本粒子質量。簡而言之，防止黑洞消失的幾何特徵也解釋了粒子為何具有質量。
目前，額外維度尚未被觀察到的一個原因是，探測它們所需的能量遠超過當前技術的能力。例如，該研究預測，與這些維度相關的粒子質量約為 8.6 × 10¹⁵ GeV，這是大型強子對撞機所能達到的幾百萬倍。這使得目前無法進行直接檢測。然而，這一理論並非無法測試。它所描述的微小黑洞殘餘物的重力效應可能在天體物理觀測中可檢測到。未來的工作可能會集中在完善模型並尋找這些信號上。這項研究提供了一個吸引人的可能性，即黑洞可能並非信息的終點。相反，它們可能是自然界最迷人的儲存設備，秘密保存著所有曾經落入它們的歷史。這項研究發表在《廣義相對論和引力》期刊上。
