Ist das die Lösung für Stephen Hawkings Informationsparadoxon bei schwarzen Löchern?
Aus schwarzen Löchern dringen keine Informationen heraus, soweit die Theorie. Doch das widerspricht der Quantenmechanik. Nun wollen Forscher eine Lösung gefunden haben.
Brighton – Schwarze Löcher sind mysteriöse Himmelskörper: Weil sie alles anziehen und nichts mehr hinauslassen, sind sie selbst unsichtbar. Und können nur entdeckt werden, wenn sie mit anderen Himmelskörpern interagieren. 1974 stürzte der geniale Physiker Stephen Hawking, der 2018 verstorben ist, die Physikwelt in eine Krise: Er berechnete, dass schwarze Löcher Informationen vernichten. Hawking erklärte, dass Strahlung aus einem schwarzen Loch langsam und in Form von thermaler Energie austritt – die sogenannte Hawking-Strahlung. Weil diese jedoch thermal ist, kann sie keinerlei Informationen mit sich führen.
Im Umkehrschluss bedeutet das, dass ein schwarzes Loch, das sich durch die Abgabe von Hawking-Strahlung langsam auflöst, alle Informationen über die Sterne, aus denen es entstanden ist und die Himmelskörper, die es verschlungen hat, verliert. Diese Annahme widerspricht jedoch dem Grundprinzip der Quantenmechanik: Informationen können nicht einfach verschwinden und das Endstadium eines Objekts enthält Hinweise über dessen Ursprungszustand.
Stephen Hawking und das Informationsparadoxon bei schwarzen Löchern
Das Problem wird als „Informationsparadoxon bei schwarzen Löchern“ bezeichnet und beschäftigt Kosmologen bereits seit Jahrzehnten. Doch nun hat ein Forschungsteam offenbar eine Lösung gefunden. „Diese Forschung ist der letzte Nagel im Sarg des Paradoxons, weil wir jetzt das exakte physikalische Phänomen verstehen, wie Informationen aus einem sterbenden schwarzen Loch entkommen“, erklärt der Physiker Xavier Calmet (University of Sussex) gegenüber Live Science. Calmet ist Hauptautor einer Studie, die die Lösung für das Informationsparadoxon aufzeigt und im Fachjournal Physics Letters B veröffentlicht wurde.
| Name: | Stephen William Hawking |
|---|---|
| Geboren: | 8. Januar 1942 in Oxford, England |
| Gestorben: | 14. März 2018 in Cambridge, England |
| Beruf: | theoretischer Physiker und Astrophysiker |
| Beruf: | Inhaber des Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik an der Universität Cambridge (1979 bis 2009) |
| Sonstiges: | an ALS erkrankt, nutzte seit 1968 einen Rollstuhl und seit 1985 einen Sprachcomputer |
| Sonstiges: | Das Grab Hawkings liegt zwischen den Gräbern von Sir Isaac Newton und Charles Darwin in Westminster Abbey in London |
„Während das finale schwarze Loch sehr einfach ist, ist der ursprüngliche Stern, der es geboren hat, ein komplexes astrophysikalisches Objekt, bestehend aus einem komplizierten Gemisch von Protonen, Elektronen und Neutronen, die sich zu den Elementen zusammenfinden, die die chemische Zusammensetzung des Sterns bilden“, betont Calmet. Die Quantenpysik besage, „dass der Film des Lebens dieses schwarzen Lochs“ zurückgespult werden könne. „Beginnend mit der Strahlung sollten wir in der Lage sein, das ursprüngliche schwarze Loch und dann schließlich den Stern wiederherzustellen“, so der Physiker.
Aus einem schwarzen Loch dringen keine Informationen heraus – oder doch?
Calmet arbeitet bereits seit mehreren Jahren daran, das Informationsparadoxon bei schwarzen Löchern, das durch die Hawking-Strahlung entsteht, zu knacken. Nun hat sich ein Team um Calmet Stephen Hawkings Berechnungen aus den 1970er Jahren vorgenommen und die Beschreibung von Schwerkraft laut den Prinzipien der Quantenmechanik mit einbezogen. Das hatte Hawking nicht getan.
„Wir konnten zeigen, dass diese Effekte die Hawking-Strahlung so verändern, dass diese Strahlung nicht-thermal wird“, erklärt Calmet gegenüber Live Science und fasst die neue Erkenntnis zusammen: „In anderen Worten: Wenn man die Quanten-Schwerkraft mit einbezieht, kann die Strahlung Informationen beinhalten.“
Dem Forschungsteam ist es gelungen, das physikalische Phänomen zu identifizieren, durch das Information über die Hawking-Strahlung aus dem schwarzen Loch herausdringt. Derzeit ist es jedoch nicht möglich, diese Informationen zu sammeln, da es keine Instrumente gibt, die die Hawking-Strahlung messen können – sie gilt deshalb bisher als rein theoretisch. Calmet schlägt jedoch vor, Simulationen von schwarzen Löchern in Laboren zu untersuchen, um mehr darüber herauszufinden. (tab)