Ethan Siegel: Warum sind alle so besorgt über das Paradoxon mit dem Verschwinden von Informationen in einem Schwarzen Loch?

Sie denken wahrscheinlich, dass Sie viel Energie benötigen, um aus der Anziehungskraft unserer Erde auszubrechen. Aber die Anziehungskraft unseres Planeten ist nichts im Vergleich zu vielen anderen Objekten des Universums. Sogar Dinge wie die Sonne, eine ganze Galaxie oder ein Neutronenstern verblassen vor einem kleinen, kompakten Bereich des Kosmos, der mit so viel Materie und Energie gefüllt ist, dass man sich schneller als Licht bewegen müsste, um seiner Schwerkraft zu entkommen. Dies ist ein Schwarzes Loch - ein Bereich, in dem die Schwerkraft so stark ist, dass nichts, nicht einmal Licht, von dort entweichen kann.



Ein Schwarzes Loch, das normalerweise nach dem Zusammenbruch eines supermassiven Sternkerns auftritt, kollabiert unweigerlich zu einer Singularität, deren Bedingungen keine Materie, einschließlich Elementarteilchen, standhalten kann. Mehrere räumliche Dimensionen fallen zu einem Punkt oder Ring zusammen, und die bekannten Gesetze der Physik funktionieren nicht mehr.

Das Problem der Schwarzen Löcher hängt mit den Informationen zusammen, die in sie fallen. Nach unseren Vorstellungen gibt es im Universum bestimmte Eigenschaften von Materie und Energie, die Informationen enthalten. Ein Teilchen wie ein Proton oder ein Elektron hat nicht nur Masse, elektrische Ladung und Spin, sondern auch Quanteneigenschaften - Baryonenzahl, Leptonzahl, schwache Hyperladung, Farbladung und Quantenverschränkung, die Teilchen binden. Wenn Sie aus einem Partikelhaufen ein Schwarzes Loch erstellen (normalerweise dauert es 10 ⁵⁸ Teilchen), und jedes hat seine eigenen besonderen Eigenschaften - außerdem können es nicht nur Protonen und Elektronen sein, sondern auch Neutronen, Photonen, Neutrinos, Antineutrinos, Positronen und andere -, dann müssen ihre Informationen auf sinnvolle Weise in ein Schwarzes Loch gelangen .



Aber schwarze Löcher erinnern sich an nichts. Anscheinend werden sie nur durch Masse (bestimmt durch die Gesamtmenge an Masse und Energie, die sie absorbiert haben), elektrische Ladung und Drehimpuls (Beschreibung ihres Spins) beschrieben.

Wohin gehen also alle Informationen? Ein Schwarzes Loch, das im Prinzip aus dem Zusammenbruch eines gewöhnlichen Sterns entstanden ist und in der Information codiert ist, sollte sich stark von einem Loch unterscheiden, das von einem Stern stammt, der aus Antimaterie besteht - und dennoch scheint diese Information nicht in einem Schwarzen Loch codiert zu sein! Wenn Sie zwei identische Schwarze Löcher nehmen, fügen Sie einem Neutronenbündel und einem anderen eine gleiche Mischung von Protonen mit Elektronen hinzu, so dass ihre Massen gleich sind. Sie müssten unterschiedliche Eigenschaften haben, da sie unterschiedliche Baryonen- und Leptonzahlen enthalten müssten . Es ist jedoch bekannt, dass es keinen Unterschied zwischen ihnen geben wird. Es wird unmöglich sein, zwischen ihnen zu unterscheiden.



Es kann entschieden werden, dass die Erlösung einen Horizont von Ereignissen enthält, da diese Grenze, über die das Licht nicht hinausgehen kann, in dem Sinne „eingefroren“ erscheint, dass alles, was darauf fällt, für immer in Form von verschlüsselten Informationen auf der Oberfläche verbleibt. Diese Eigenschaft wurde 1939 entdeckt. Aber 1974 zeigte Stephen Hawking, dass dies nicht so ist. Über lange Zeiträume führen die Quantenessenz des Universums und die Tatsache, dass Schwankungen von Partikeln und Antiteilchen im gekrümmten Raum des Ereignishorizonts auftreten, dazu, dass Schwarze Löcher wie ein vollständig schwarzer Körper emittieren, was letztendlich zu ihrer Verdunstung führt.



Und dies ist ein großes Problem der modernen Physik, da die Quanteninformationen, die in ein Schwarzes Loch gelangen, gemäß den Grundgesetzen erhalten bleiben müssen. Aber was von einem Schwarzen Loch ausgeht - die Strahlung eines absolut schwarzen Körpers - enthält keine Informationen!

Da hast du das Paradoxon. Wie man es löst? Physiker glauben, dass es einen uns unbekannten Weg gibt (der möglicherweise die Quantentheorie der Schwerkraft erfordert), der dennoch Informationen codiert, die in der ausgehenden Strahlung am Ereignishorizont „eingefroren“ sind. Aber codiert es? Und wenn ja, wie? Niemand weiß es. Stephen Hawkings jüngste Ankündigung war ein kleiner Schritt zur Beantwortung dieser Frage und höchstwahrscheinlich ein Sackgasse-Zweig der Ideenentwicklung - wie die meisten hypothetischen Ideen auf diesem Gebiet.



Sobald ein Konflikt zwischen den Vorhersagen der Theorien entsteht:

• dass es Eigenschaften gibt, die erhalten bleiben müssen
• und dass der Endzustand des Systems im Vergleich zum Ausgangszustand hervorragende Werte dieser Eigenschaften enthält

dann stellt es eine Bedrohung für die wissenschaftliche Entwicklung dar. Dieses Paradoxon ist ein Problem, weil es besagt, dass unsere derzeitige Sicht auf etwas unvollständig ist. Gibt es ein neues Gesetz der Physik? Gibt es eine neue Anwendung berühmter Gesetze, die wir verpasst haben? Oder sind diese Eigenschaften noch nicht erhalten? Sind die Informationen im Endzustand verschlüsselt? Wird die Quantengravitation dieses Problem klären?

Wir hoffen auf eine Antwort auf diese Fragen. In der Zwischenzeit bedeutet das Vorhandensein eines Paradoxons, dass wir ein Problem haben und dass wir etwas lernen müssen. Und für alle, die sich für wissenschaftliche Wahrheiten über das Universum interessieren, ist dies ein Beweis dafür, dass wir noch viel verstehen müssen.

Source: https://habr.com/ru/post/de383837/