Sich Schwarze Löcher als riesige Flaumbälle vorzustellen, könnte einige große Physik-Dramen lösen

Vor sechs Jahren kam eine Gruppe von Astrophysikern zu der verblüffenden Erkenntnis, dass bestimmte Annahmen über die Quantenphysik von Schwarze Löcher Wären sie wahr, müssten ihre Horizonte von hochenergetischen Teilchen erleuchtet sein.

Diese „Firewall“ würde ein großes Problem darstellen, nicht nur für selbstmörderische Weltraumtouristen, sondern auch für die Physik selbst. Es sollte einfach nicht da sein.

Vielleicht können wir jetzt etwas leichter durchatmen – aber nur, wenn wir uns Schwarze Löcher als ziemlich haarige Orte vorstellen.

Drei Physiker der Ohio State University in den USA haben einen innovativen Weg gefunden, um ein frustrierendes Problem zu lösen schwarzes Loch Enthusiasten der letzten Jahre, indem Sie sich an wenden Stringtheorie .

Schwarze Löcher sind Objekte von solch wahnsinniger Dichte, dass Dinge, die hineingehen, sich nie schnell genug bewegen können, um wieder herauszukommen, und sich in einen sogenannten Quantenmischzustand verwandeln.

Eine Sache, die aus Schwarzen Löchern zu entstehen scheint, sind Paradoxien. Viele davon.

Und wir stellen Ihnen gleich die meisten der wichtigsten vor.

Die paradoxe Hitliste

Das wohl berühmteste Paradoxon ist der Widerspruch zwischen der Unordnung von Informationen in einem Schwarzen Loch und einem physikalischen Gesetz, das besagt, dass Informationen weder erstellt noch zerstört werden können.

Die späte Stephen Hawking schlug eine Lücke vor, die dieses Problem umgehen könnte. Schwankungen in den Feldern rund um ein Schwarzes Loch könnten zu Teilchenpaaren führen, die sich normalerweise gegenseitig aufheben würden.

Wenn einer in der Nähe des Randes des Lochs hineinschlüpfte und sein Antiteilchen-Partner wegflog, könnte das ganze Problem „Informationen können nicht zerstört werden“ eine Lösung finden.

Hawking-Strahlung wurde noch nie beobachtet, ist aber für Physiker immer noch eine ziemlich sichere Sache. Leider bringt es sein eigenes Paradoxon mit sich.

Auch wenn sie auf zwei Seiten des Horizonts eines Schwarzen Lochs getrennt sind, bleiben sie dank ihres gemeinsamen Ursprungs miteinander verflochten. Dies ist eine quantenmechanische Art zu sagen, dass man, wenn man eine Eigenschaft eines Teilchens misst, sofort etwas über das andere weiß.

Ein Teilchen, das im Inneren des Schwarzen Lochs verschwindet, verwickelt sich ebenfalls mit allen Hawking-Strahlung das hat sich in der Vergangenheit vom Schwarzen Loch entfernt. Leider steht dies im Widerspruch zu einer weiteren grundlegenden Eigenschaft, die als „ Monogamie der Verstrickung '.

Wie bei der Liebeskummer-Kopplung im Universum können zwei Teilchen, die maximal miteinander verschränkt sind, kein drittes in ihre Beziehung bringen. Ein Teilchen, das in das Herz eines Schwarzen Lochs gelangt, begeht einen schweren Ehebruch.

In der Teilchenwelt ist eine Scheidung möglich, aber es ist chaotisch. Und gewalttätig.

Während das allgemeine Rauschen von Quantenfluktuationen im Laufe der Zeit selbst die robustesten Verschränkungen allmählich untergräbt, entdeckten Physiker vor etwa einem Jahrzehnt etwas namens „ Verstrickung plötzlicher Tod (ESD).

Auf Schwarze Löcher angewendet, ermöglichte es den verheirateten Teilchen einen sofortigen Ausweg. Es wurde jedoch angenommen, dass durch das plötzliche Aufbrechen mit einem Schlag enorme Energiemengen freigesetzt werden, wodurch ein … entsteht Firewall des Untergangs an der Schwelle zum Ereignishorizont des Schwarzen Lochs.

Was, wie Sie sich vorstellen können, zu einem weiteren Paradoxon führt, dieses betrifft das Äquivalenzprinzip .

Tatsächlich sollte ein Beobachter, der im freien Fall den Ereignishorizont überquert, das Gefühl haben, frei im Weltraum zu schweben. Ein Tourist auf dem Weg in ein Schwarzes Loch könnte langsam zu einer menschlichen Nudel gedehnt werden durch Gezeitenkräfte, aber dieser erste Schritt über die Linie ohne Wiederkehr sollte sich nicht anders anfühlen als die Reise davor.

Mit intensiver Energie beschossen zu werden, würde mit ziemlicher Sicherheit als „plötzliche Veränderung“ gelten und den Ereignishorizont auf eine Weise markieren, die laut Physik nicht möglich sein sollte.

Was ist also die Antwort?

Nun glaubt der Physiker Samir Mathur nicht, dass die Grenze alles ist, was sie darstellt.

„Was wir in dieser neuen Studie gezeigt haben, ist ein Fehler im Firewall-Argument“, sagt Mathur .

Mathurs bisherige Arbeit dreht sich um Stringtheorie , das die Informationen beschreibt, aus denen Partikel in Form winziger eindimensionaler Schleifen bestehen, die in mehreren Dimensionen schwingen.

Zusammen mit Kollegen zeigte Mathur, dass diese Strings nicht das gleiche Schicksal erleiden wie die Partikel, aus denen sie bestehen, und dass letztendlich Informationen innerhalb der Singularität erhalten bleiben. Das gesamte Informationsparadoxon könnte technisch abgewendet werden.

Das bedeutet aber nicht unbedingt, dass es keine Hawking-Strahlung und daher keine Firewall gibt. Mathur hat nun gezeigt, dass diese Strings eine glatt definierte Grenze in etwas … Unschärferes verwandeln können.

„Das Firewall-Argument schien eine schnelle Möglichkeit zu sein, zu beweisen, dass etwas, das durch den Horizont fällt, verbrennt“, sagt Mathur .

„Aber wir sehen jetzt, dass es keinen so schnellen Streit geben kann; Was passiert, kann nur durch detaillierte Berechnungen der Stringtheorie entschieden werden.

Bei Objekten, die sich Schwarzen Löchern nähern, ist die Chance, durch ESD erzeugte energiereichere Teilchen zu treffen, vernachlässigbar gering, was wiederum bedeutet, dass die Grenze für unseren unerschrockenen Weltraumtouristen kein besonderer Ort ist.

„Sobald eine Person, die in das Schwarze Loch fällt, in Fäden verwickelt ist, gibt es keine einfache Möglichkeit zu entscheiden, was sie fühlen wird“, sagt Mathur .

Die Stringtheorie ist immer noch eine dieser schönen Ideen, die auf empirische Unterstützung warten.

Die gute Nachricht ist, dass dies eine Möglichkeit sein könnte, diese Beweise zu finden. Die schlechte Nachricht ist, dass jeder furchtlose Wissenschaftler, der bereit ist, es zu testen, posthum jede Auszeichnung erhalten würde.

Nicht, dass es für die Weltraumtourismusbranche nicht großartig wäre, kostenlose Umarmungen flauschiger Weltraumbälle anzubieten.

Diese Forschung wurde veröffentlicht in Zeitschrift für Hochenergiephysik .