Was passiert mit seinem Material, wenn das Schwarze Loch verschwindet?

Physiker haben energisch argumentiert, dass es nicht möglich sei, dass alle Quanteninformationen im Inneren verborgen bleiben
das Schwarze Loch, wenn es auf winzige Größen geschrumpft ist. Simulierte Ansicht eines Schwarzen Lochs vor der Großen Magellanschen Wolke. Bildnachweis:Alain r/Wikimedia Commons

Von Kim Ward, Michigan State University über Futurity.org

Trotz ihrer außergewöhnlichen Kraft sind Schwarze Löcher nicht unsterblich.

Sie haben einen Lebenszyklus, genau wie wir. Vor 40 Jahren verkündete Stephen Hawking, der weltweit führende Experte für Schwarze Löcher, dass sie verdampfen und schrumpfen, weil sie Strahlung emittieren.

Aber wenn ein Schwarzes Loch verdampft und schrumpft, was passiert dann mit allem, was es im Laufe seines Lebens verschlungen hat?

Die meisten mathematischen Berechnungen haben ergeben, dass die Informationen und alles andere im Inneren des Schwarzen Lochs einfach verschwinden, eine Schlussfolgerung, die mehr Fragen aufgeworfen als beantwortet hat.

Chris Adami ist Professor für Physik und Astronomie an der Michigan State University. Adami sagte:

Das Problem wurde nie beigelegt, da Hawkings Berechnungen nicht in der Lage waren, die Wirkung der Strahlung, genannt Hawking-Strahlung, auf das Schwarze Loch selbst zu erfassen. Physiker gingen davon aus, dass das Schwarze Loch mit der Zeit schrumpfen würde, wenn die Hawking-Strahlung die Masse des Schwarzen Lochs wegträgt, aber niemand konnte dies durch mathematische Berechnungen überprüfen.

Eine Berechnung der Verdampfung des Schwarzen Lochs schien unmöglich, es sei denn, es könnte eine vollständige Theorie der Quantengravitation gefunden werden, die Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mit dem Rahmen der Quantenfeldtheorie vereint.

Adamis neues Papier,veröffentlicht8. März 2016 inPhysische Überprüfungsschreiben, ändert diese Prämisse.

Adami und sein Kollege Kamil Bradler von der University of Ottawa haben eine neue Theorie entwickelt, die es ihnen ermöglicht, das Leben eines Schwarzen Lochs im Laufe der Zeit zu verfolgen. Was sie finden, ist verblüffend: Welche Quantenmysterien auch immer sich hinter dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs – der unsichtbaren Grenze eines Schwarzen Lochs – versteckten, sickern während der späteren Stadien der Verdampfung des Schwarzen Lochs langsam wieder heraus.

Mit diesem Befund wird ein großes Problem der Physik Schwarzer Löcher vermieden. Physiker haben energisch argumentiert, dass es nicht möglich sei, dass alle Quanteninformationen im Schwarzen Loch verborgen bleiben könnten, wenn es auf winzige Größen schrumpfte.

Es stellt sich heraus, dass Adami und Bradler nicht die schwer fassbare Theorie der Quantengravitation entwickeln mussten, um zu zeigen, dass Schwarze Löcher beim Verdampfen Informationen nicht für immer zerstören. Stattdessen verwendeten sie Hawkings eigene Theorie, aber mit einer Wendung.

Um zu verstehen, wie ein Schwarzes Loch direkt mit der von ihm erzeugten Hawking-Strahlung interagiert, verwendeten Adami und Bradler eine Reihe ausgeklügelter mathematischer Werkzeuge und Hochleistungscomputer, um die Schwarzen Löcher über ausreichend lange Zeiträume zu entwickeln, bis sie in der Lage waren, Quanteninformationen außerhalb von zu finden die schwarzen Löcher. Adami sagte:

Um diese Berechnung durchzuführen, mussten wir erraten, wie ein Schwarzes Loch mit dem es umgebenden Hawking-Strahlungsfeld interagiert. Dies liegt daran, dass es derzeit keine Theorie der Quantengravitation gibt, die eine solche Wechselwirkung nahelegen könnte. Es scheint jedoch, dass wir eine gut fundierte Vermutung angestellt haben, da unser Modell der Hawking-Theorie im Grenzbereich von festen, unveränderlichen Schwarzen Löchern entspricht.

Bradler fügte hinzu:

Obwohl unser Modell genau das ist – ein Modell – konnten wir zeigen, dass jede Quantenwechselwirkung zwischen Schwarzen Löchern und Hawking-Strahlung sehr wahrscheinlich die gleichen Eigenschaften wie unser Modell hat.

Die Theorie war in der Lage, ein lange gesuchtes Merkmal in der Physik Schwarzer Löcher zu reproduzieren, die sogenannten „Page-Kurven“, benannt nach dem Physiker Don Page von der University of Alberta. Sein Modell sagte die Kurven voraus, die zeigen, dass die Quanteninformation zuerst in das Schwarze Loch eindringt und dann wieder austritt. Die Berechnung von Adams und Bradler ist die erste, die Kurven liefert, wie sie Page erwartet hatte.

Aber es bleibt noch viel zu tun. Im Prinzip sollte die Vermutung des Teams aus der noch zu entdeckenden grundlegenden vereinheitlichten Theorie der Quantengravitation folgen. Aber ohne diese Theorie könnte der Erfolg der Theorie von Adami und Bradler Hinweise darauf geben, wie eine solche Theorie – eine, die über die von Hawking hinausgeht – konstruiert werden könnte.

In der neuen Ära der Gravitationswellen-Observatorien, die die LIGO-Entdeckung gerade eingeläutet hat, könnte eine solche Theorie eines Tages sogar getestet werden.

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