(GM Stock Films/iStock) Schwarze Löcher sind großartig darin, Materie aufzusaugen. So groß, dass ihnen nicht einmal das Licht entgehen kann (daher der Name).
Aber warum dehnen sich Schwarze Löcher angesichts ihres Talents zum Konsumieren nicht einfach immer weiter aus und verschlucken einfach das Universum? Im Jahr 2018 fand einer der weltbesten Physiker eine verblüffende Erklärung.
Praktischerweise könnte die Idee auch die beiden größten Theorien der gesamten Physik vereinen.
Der Forscher hinter dieser Erklärung ist kein geringerer als der Physiker Leonard Susskind von der Stanford University, auch bekannt als einer der Väter der Stringtheorie .
In einer Reihe von Beiträgen äußerte er sich ausführlich zum Paradoxon Papiere , was im Grunde darauf hindeutet, dass Schwarze Löcher sich ausdehnen, indem sie im Inneren an Komplexität zunehmen – ein Merkmal, das wir aus der Ferne einfach nicht erkennen können.
Mit anderen Worten: Sie expandieren nach innen, nicht nach außen.
Noch seltsamer ist, dass diese Hypothese möglicherweise eine Parallele zur Expansion unseres eigenen Universums hat, das ebenfalls auf kontraintuitive Weise zu wachsen scheint.
„Ich denke, es ist eine sehr, sehr interessante Frage, ob das kosmologische Wachstum des Weltraums mit dem Wachstum einer gewissen Komplexität verbunden ist.“ Süßkind wurde zitiert in Der Atlantik .
„Und ob die kosmische Uhr, die Entwicklung des Universums, mit der Entwicklung der Komplexität zusammenhängt.“ „Da weiß ich die Antwort nicht.“
Susskind spekuliert vielleicht über die Entwicklung des Universums, aber seine Gedanken darüber, warum Schwarze Löcher stärker hineinwachsen als heraus, sind es wert, näher erläutert zu werden. Natürlich ist diese Art von Forschung naturgemäß theoretisch und lässt sich im Laufe der Zeit nicht leicht verifizieren oder widerlegen Peer-Review .
Aber es gibt hier einige ziemlich coole Ideen, die es wert sind, ausgepackt zu werden. Dazu müssen wir für einen Moment zu den Grundlagen zurückkehren. Also... bleiben Sie dran.
Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei Schwarzen Löchern um dichte Massen, die den Raum so stark verzerren, dass selbst Licht (sprich: Information) nicht die Fluchtgeschwindigkeit hat, die für einen Austritt erforderlich ist.
Die ersten soliden theoretischen Grundlagen für ein solches Objekt ergaben sich auf natürliche Weise aus der Mathematik hinter Einsteins generelle Relativität im Jahr 1915. Seitdem wurden häufig physische Objekte gesichtet, die diesen Vorhersagen entsprachen hängen um die Zentren von Galaxien herum .
Eine gängige Analogie besteht darin, sich die Dimensionen von Raum und Zeit als eine glatte Gummiplatte vorzustellen. So wie ein schwerer Gegenstand die Gummiplatte verformt, verzerrt die Masse die Geometrie der Raumzeit.
Aufgrund der Eigenschaften der Gummischicht unseres Universums kann sie einen tiefen Schwerkrafttrichter bilden, der sich „nach unten“ erstreckt, ohne sich viel weiter „nach außen“ zu erstrecken.
Die meisten Objekte dehnen sich „nach außen“ aus, wenn Sie Material hinzufügen, nicht „nach innen“. Wie können wir uns das überhaupt vorstellen? Gummiplatten sind nützliche Analogien, aber nur bis zu einem gewissen Punkt.
Um zu verstehen, wie sich Materie vor diesem extrem dehnbaren Hintergrund verhält, müssen wir woanders hinschauen. Glücklicherweise gibt es in der Physik ein zweites Regelwerk zur Funktionsweise des Universums, die Quantenmechanik, das beschreibt, wie Teilchen und ihre Kräfte interagieren.
Allerdings stimmen die beiden Regelwerke der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik nicht immer überein. Kleine Dinge, die durch die Linse der Allgemeinen Relativitätstheorie interpretiert werden, ergeben wenig Sinn. Und große Dinge wie Schwarze Löcher erzeugen Unsinn, wenn die Regeln der Quantenmechanik angewendet werden.
Das bedeutet, dass uns etwas Wichtiges fehlt – etwas, das es uns ermöglichen würde, die Raumkrümmungseigenschaft der Allgemeinen Relativitätstheorie im Hinblick auf endliche Massen und kraftvermittelnde Teilchen zu interpretieren.
Ein Anwärter ist etwas namens Korrespondenz zwischen Anti-de-Sitter und konformer Feldtheorie , abgekürzt zu Ads/CFT. Das ist ein ' Stringtheorie trifft auf den vierdimensionalen Raum“ und zielt darauf ab, das Beste aus Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie zusammenzubringen.
Basierend auf seinem Rahmen ist die Quantenkomplexität von a schwarzes Loch – die Anzahl der Schritte, die erforderlich sind, um in den Zustand vor dem Schwarzen Loch zurückzukehren – spiegelt sich in seiner Lautstärke wider .
Der gleiche Gedanke steckt hinter einer anderen hirnzerreißenden Idee namens „ holographisches Prinzip . Die genauen Details sind nichts für schwache Nerven, bleiben aber auf frei verfügbar arXiv wenn Sie Ihre Mathematikkenntnisse für den Tag verbessern möchten.
Es hört sich vielleicht ein bisschen so an, als ob man Filme auf den Desktop herunterlädt und dann feststellt, dass sie innen „größer“ sind. So lächerlich es auch klingen mag, in der extremen Umgebung eines Schwarzen Lochs könnte mehr Rechenleistung tatsächlich mehr Innenvolumen bedeuten. Zumindest lässt dies die Ads/CFT-Modellierung von Susskind vermuten.
Stringtheorie selbst ist eine dieser netten Ideen, die nach einem empirischen Sieg schreien, wir sind also noch weit davon entfernt, Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie zu vereinen.
Susskinds Vorschlag, dass die Quantenkomplexität letztendlich für das Volumen eines Schwarzen Lochs verantwortlich ist, lässt Physiker über die Auswirkungen nachdenken. Schließlich sind Schwarze Löcher kein gewöhnlicher Weltraum, daher können wir nicht erwarten, dass gewöhnliche Regeln gelten.
Aber wenn es sich lohnt, jemandem zu diesem Thema zuzuhören, dann wahrscheinlich dieser Typ.
Die Vorträge wurden ursprünglich auf dem Preprint-Server bereitgestellt arXiv , und im Jahr 2020 waren als Buch veröffentlicht .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Dezember 2018 veröffentlicht.