Einen Monat nachdem Stephen Hawking und seine Kollegen einen Artikel über Schwarze Löcher veröffentlicht haben, bemühen sich die Physiker immer noch, zu einem Konsens zu gelangen. Einige begrüßen seine neueste Arbeit als einen neuen Weg, um das Schwarzloch-Rätsel zu lösen; andere sind sich ihrer Autorität nicht sicher. Ersteres unterstützt die Behauptung des Preprint, dass es eine vielversprechende Möglichkeit darstellt, das Geheimnis des sogenannten Black-Hole-Informationsparadoxons zu lösen, das Hawking vor über 40 Jahren abgeleitet hat.
"Ich denke, es ist allgemein aufregend, dass wir vertraute Dinge auf eine andere Art und Weise betrachten können. Wir werden die Sackgasse durchbrechen", sagt Andrew Strominger, Physiker an der Harvard University in Cambridge, Co-Autor einer der neuesten Arbeiten. Strominger präsentierte die Ergebnisse seiner Arbeit am 18. Januar 2016 an der Universität von Cambridge, wo Hawking seinen Sitz hat.
Viele sind nicht davon überzeugt, dass dieser Ansatz das Paradoxon lösen kann, obwohl sie zugeben, dass er verschiedene Probleme in der Physik beleuchtet. Mitte der 70er Jahre entdeckte Hawking, dass Schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind, sondern ein wenig Strahlung abgeben. Nach der Quantenphysik sollten aus Quantenfluktuationen direkt hinter dem Ereignishorizont - dem Punkt ohne Rückkehr eines Schwarzen Lochs - Teilchenpaare entstehen. Einige dieser Partikel verlassen die Schwerkraft des Schwarzen Lochs, tragen jedoch einen Teil seiner Masse weg, was dazu führt, dass sich das Schwarze Loch langsam zusammenzieht und schließlich verschwindet.
In einem 1976 veröffentlichten Artikel wies Hawking darauf hin, dass die austretenden Partikel - heute als Hawking-Strahlung bekannt - völlig zufällige Eigenschaften haben würden. Wenn das Schwarze Loch verschwindet, gehen die darin gespeicherten Informationen für das Universum verloren. Dieses Ergebnis passt jedoch nicht zu den Gesetzen der Physik, nach denen Informationen wie Energie erhalten bleiben, was zu einem Paradoxon führt. "Diese Arbeit hat für theoretische Physiker mehr schlaflose Nächte verursacht als jede andere Arbeit in der Geschichte", erinnert sich Strominger.
Es sei ein Fehler, das Potenzial des leeren Raums, Informationen zu transportieren, zu ignorieren. In seiner Arbeit wendet er sich zusammen mit Hawking und dem dritten Co-Autor Malcolm Perry, ebenfalls von der University of Cambridge, weichen Partikeln zu. Dies sind energiearme Versionen von Photonen, hypothetischen Teilchen, die als Gravitonen bekannt sind, und anderen Teilchen. Bis vor kurzem wurden sie hauptsächlich für Berechnungen in der Teilchenphysik verwendet. Die Autoren stellen jedoch fest, dass das Vakuum, in dem sich das Schwarze Loch befindet, nicht frei von Partikeln sein muss - nur von Energie - und daher können weiche Partikel in einem Zustand ohne Energie darin vorhanden sein.
Alles, was in ein Schwarzes Loch fällt, hinterlässt einen Abdruck - einen Abdruck - auf diesen Partikeln. "Wenn Sie sich in einem Vakuum befinden und einatmen, nehmen Sie an, Sie atmen viele weiche Gravitonen ein", sagt Strominger. Nach dieser Störung ändert sich das Vakuum um das Schwarze Loch und die Informationen werden am Ende gespeichert.
Das Papier schlägt einen Mechanismus für die Übertragung dieser Informationen in das Schwarze Loch vor - der theoretisch das Paradoxon auflöst. Zu diesem Zweck berechneten die Autoren, wie die Daten in einer Quantenbeschreibung des Ereignishorizonts dekodiert werden sollen, die als "Haare eines Schwarzen Lochs" bekannt ist.
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Schwieriger Übergang
Trotzdem ist die Arbeit noch lange nicht abgeschlossen. Abhay Ashtekara, der an der University of Pennsylvania im University Park Schwerkraft studiert, findet die Art und Weise, wie die Autoren Informationen in ein Schwarzes Loch ("weiches Haar") übertragen, nicht überzeugend. Und die Autoren geben zu, dass sie noch nicht wissen, wie diese Informationen anschließend mit Hawking-Strahlung übertragen werden könnten, und dies ist ein notwendiger nächster Schritt.
Stephen Avery, theoretischer Physiker an der Brown University in Providence, Rhode Island, ist skeptisch, ob dieser Ansatz das Paradoxon lösen könnte, glaubt jedoch definitiv, dass er die Bedeutung weicher Teilchen erweitern wird. Er stellt fest, dass Strominger entdeckt hat, dass weiche Partikel subtile Symmetrien bekannter Naturkräfte aufweisen, "von denen einige uns bekannt und einige neu sind".
Andere Physiker sehen die Aussichten dieser Methode zur Lösung des Informationsparadoxons optimistischer. Sabine Hossenfelder vom Institut für fortgeschrittene Studien in Deutschland sagt, dass die Ergebnisse von "weichem Haar" in Verbindung mit ihrer eigenen Forschung Kontroversen um Schwarze Löcher wie das Firewall-Problem lösen könnten. Sie sehen, es stellt sich die Frage, ob der Ereignishorizont aufgrund von Hawking-Strahlung extrem heiß werden kann. Dies widerspricht Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, wonach ein Beobachter, der durch den Horizont fällt, keine plötzlichen Veränderungen in der Umgebung bemerken würde.
„Wenn das Vakuum unterschiedliche Zustände hat“, sagt Hossenfelder, „können Sie Informationen in Strahlung umwandeln, ohne Energie in den Horizont zu bringen. Daher wird es keine Firewall geben."