Illustration eines Wurmlochs. (KTSDesign/Science Photo Library/Getty Images) Was passiert mit Informationen, nachdem sie den Ereignishorizont eines überschritten haben? schwarzes Loch ? Es gab Vorschläge, dass die Geometrie von Wurmlöchern uns bei der Lösung dieses lästigen Problems helfen könnte – aber die Rechnung war, gelinde gesagt, schwierig.
In einer neuen Arbeit hat ein internationales Physikerteam einen Workaround gefunden, um besser zu verstehen, wie ein kollabierendes Schwarzes Loch verhindern kann, dass die Grundgesetze der Quantenphysik gebrochen werden (mehr dazu gleich).
Obwohl sehr theoretisch, deutet die Arbeit darauf hin, dass es wahrscheinlich Dinge gibt, die uns bei der Suche nach einer Lösung fehlen generelle Relativität mit Quantenmechanik.
„Wir haben eine neue Raumzeitgeometrie mit einer wurmlochähnlichen Struktur entdeckt, die in herkömmlichen Berechnungen übersehen wurde.“ sagt der Physiker Kanato Goto der Cornell University und RIKEN in Japan.
„Die mit dieser neuen Geometrie berechnete Entropie liefert ein völlig anderes Ergebnis.“
Das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs ist eine der ungelösten Spannungen zwischen Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und der Quantenmechanik.
Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie ist der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ein Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt. Alles, was über diesen kritischen Punkt hinausgeht, wird unaufhaltsam in die Schwerkraftquelle des Schwarzen Lochs geschluckt, und keine Geschwindigkeit im Universum, nicht einmal die des Lichts im Vakuum, reicht für eine Fluchtgeschwindigkeit aus. Es ist weg, das ist es. Kaputt. Unwiederbringlich.
Dann kam es Stephen Hawking in den 1970er Jahren, was darauf hindeutet, dass, wenn man die Quantenmechanik in Betracht zieht, Schwarze Löcher könnte Strahlung aussenden schließlich.
Der Theorie zufolge geschieht dies durch die Interferenz des Schwarzen Lochs mit den wellenartigen Eigenschaften der umgebenden Teilchen, wodurch es effektiv bei einer Temperatur „glüht“, die umso heißer wird, je kleiner das Schwarze Loch wird.
Letztendlich sollte dieses Leuchten dazu führen, dass ein Schwarzes Loch zu Nichts schrumpft.
„Das nennt man Verdunstung eines Schwarzen Lochs, weil das Schwarze Loch schrumpft, genau wie ein verdunstender Wassertropfen.“ Goto erklärt .
Da das „Glühen“ nicht dem ähnelt, was überhaupt in das Schwarze Loch gelangt ist, scheint es, dass alles, was in das verdampfte Schwarze Loch gelangt ist, für immer verschwunden ist. Doch laut Quantenmechanik können Informationen nicht einfach aus dem Universum verschwinden. Viele Physiker haben die Möglichkeit untersucht, dass diese Informationen irgendwie verschlüsselt sind Hawking-Strahlung .
Goto und sein Team wollten diese Idee mathematisch untersuchen, indem sie die berechneten Entropie der Hawking-Strahlung um ein Schwarzes Loch. Das ist das Maß für die Unordnung in einem System und kann zur Diagnose von Informationsverlusten bei Hawking-Strahlung verwendet werden.
Laut a Aufsatz von 1993 Laut dem Physiker Don Page sollte das Paradox der fehlenden Informationen vermieden werden, wenn sich die Unordnung umkehrt und die Entropie beim Verschwinden eines Schwarzen Lochs auf Null sinkt. Leider gibt es in der Quantenmechanik nichts, was diese Umkehrung ermöglichen würde.
Betreten Sie das Wurmloch oder zumindest eine mathematische Nachbildung davon unter sehr spezifischen Modellen des Universums. Dabei handelt es sich um eine Verbindung zwischen zwei Regionen einer gekrümmten Raumzeitplatte, ein bisschen wie eine Brücke über eine Schlucht.
Wenn wir es in Verbindung mit Schwarzen Löchern auf diese Weise betrachten, erhalten wir eine andere Möglichkeit, die Entropie der Hawking-Strahlung zu berechnen, sagt Goto.
„Ein Wurmloch verbindet das Innere des Schwarzen Lochs und die Strahlung außerhalb wie eine Brücke.“ er erklärt .
Als das Team seine Berechnungen mit dem Wurmlochmodell durchführte, stimmten die Ergebnisse mit der Page-Entropiekurve überein. Dies deutet darauf hin, dass Informationen, die über den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs hinausgeschwemmt werden, vielleicht doch nicht für immer verloren gehen.
Aber es bleiben natürlich noch einige Fragen offen. Bis diese beantwortet sind, können wir das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs nicht als endgültig gelöst betrachten.
„Wir kennen den grundlegenden Mechanismus, wie Informationen durch die Strahlung transportiert werden, immer noch nicht“, Goto sagt . „Wir brauchen eine Theorie der Quantengravitation.“
Die Forschung wurde im veröffentlicht Zeitschrift für Hochenergiephysik .