Physiker des Steklov Mathematical Institute der Russischen Akademie der Wissenschaften haben eine theoretische Beschreibung des Verhaltens von Materie in Schwarzen Löchern entwickelt und einen Weg gefunden, um die Quantenphysik und die Theorie der Schwerkraft in Einklang zu bringen. Dies geht aus einem Artikel hervor, der im Journal of High Energy Physics veröffentlicht wurde.
„Wir haben einen holographischen Ansatz gewählt. Es besteht darin, dass ein zweidimensionales Quantensystem, das an der Grenze eines speziellen gekrümmten 3D-Raums „lebt“, der als Anti-de-Sitter-Raum bezeichnet wird, durch die klassische Gravitationsphysik darin beschrieben werden kann. Somit spielt der dreidimensionale Raum zusammen mit allem, was im Inneren geschieht, die Rolle eines Hologramms, das veranschaulicht, was direkt in unserem physikalischen System geschieht , sagte Mikhail Khramtsov vom Mathematischen Institut, zitiert vom Pressedienst der Russian Science Foundation.
Regelmäßige und supermassereiche Schwarze Löcher haben eine so starke Schwerkraft, dass sie nicht überwunden werden können, ohne die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten. Außer dem Aufprall des Schwarzen Lochs, das als "Ereignishorizont" bezeichnet wird, können keine Objekte oder Strahlung entweichen.
Was jenseits des Ereignishorizonts passiert, bleibt unter Physikern ein Rätsel und eine Frage der Kontroverse. Die meisten Wissenschaftler glauben, dass es im Prinzip unmöglich ist, in ein Schwarzes Loch zu schauen und seine Struktur zu untersuchen, da dies zu äußerst unangenehmen Konsequenzen führen wird - in diesem Fall wird es unmöglich sein, Einsteins Relativitätstheorie und Quantenmechanik in Einklang zu bringen.
Trotzdem gibt es Schwarze Löcher, und ihr Verhalten muss irgendwie beschrieben werden. Vor relativ kurzer Zeit begannen Wissenschaftler zu glauben, dass Schwarze Löcher eigentlich keine dreidimensionalen, sondern zweidimensionale Objekte sind - eine Art Raum "Hologramm", bei dem der Raum näher an den Rändern schrumpft und ein in einer geraden Linie geworfenes Objekt zum Flugpunkt zurückkehrt.
Diese Theorie und die sie beschreibenden Gleichungen wurden Ende der neunziger Jahre von zwei berühmten Kosmologen aufgestellt - Juan Maldasena von der Princeton University und Gerard 't Hooft von der Utrecht University. Nach Ansicht einiger Wissenschaftler können ähnliche Prinzipien das gesamte Universum als Ganzes beschreiben - mit anderen Worten, es ist durchaus möglich, dass wir in einem flachen zweidimensionalen Hologramm leben.
Basierend auf diesen Prinzipien versuchten Khramtsov und seine Kollegen zu erklären, warum die Existenz von Schwarzen Löchern nicht gegen die Gesetze der Thermodynamik verstößt, und auch die Quantenprozesse zu beschreiben, die für den Wärmetransport in ihnen verantwortlich sind, basierend auf der Relativitätstheorie und anderen klassischen Gesetzen der Physik.
Berechnungen haben gezeigt, dass in einem Schwarzen Loch tatsächlich ein bestimmtes Analogon des thermodynamischen Gleichgewichts beobachtet werden kann, wie im "normalen" Universum. Wissenschaftler betonen, dass dies experimentell überprüft werden kann, indem Partikel kollidiert werden, die auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt sind.
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Wenn solche Partikel in Magnetfallen fallen, verhalten sie sich bei Bestrahlung mit einem Laser ungefähr so wie Materie in flachen Schwarzen Löchern. Insbesondere Informationen über das Auftreten neuer Quantenbindungen zwischen Teilchen breiten sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in der Falle aus, und Abweichungen davon führen dazu, dass die Berechnungen der russischen Physiker nicht ganz korrekt sind.
Wie Khramtsov bemerkt, kann das im LHC oder im RHIC-Kollider in Brookhaven (USA) entstehende Quark-Gluon-Plasma auf ähnliche Weise erhitzt werden, was die Verwendung derselben Prinzipien zur Beschreibung seines Verhaltens und zur weiteren Untersuchung ermöglicht. Ihm zufolge werden russische Physiker in naher Zukunft versuchen, eine Antwort auf eine andere wichtige Frage im Zusammenhang mit Schwarzen Löchern zu finden: Sind Informationen verloren, wenn Materie den Ereignishorizont passiert.