WAS IST DAS BLACK HOLE INFORMATION PARADOX?

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Haben Sie gehört, dass Schwarze Löcher alle Informationen zerstören, die in sie eingehen? Warum ist das so ein großes Problem für die Physik?

Zu meiner Zeit waren die Dinge einfach. Der Schnitt meines Fockes war absolut vorwurfslos. Nathan Fillion war jeden Tag den ganzen Tag der Kapitän der Serenity. … Und schwarze Löcher waren Löcher, die schwarz waren. Damit meine ich, dass Schwarze Löcher Materie und Energie zu einer unendlich dichten Singularität komprimieren und kein scheinbar unüberwindbares Informationsparadoxon schaffen würden. Ja, das waren die guten alten Tage.

Aber diese Tage sind vorbei. Jetzt sind es alle 50 Graustufen, wobei sich die Gesetze der Physik unter anderen Gesetzen der Physik verbiegen. "Hashtag nicht mein Christ". Ich spreche von dem Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs.

Lassen Sie uns zunächst über Informationen sprechen. Wenn Physiker Informationen sprechen, sind sie über den spezifischen Zustand jedes einzelnen Teilchens im Universum informiert: Masse, Position, Spin, Temperatur, wie Sie es nennen. Der Fingerabdruck, der jeden einzelnen eindeutig identifiziert, und die Wahrscheinlichkeiten für das, was sie im Universum tun werden. Sie können Atome ändern, sie zusammenbrechen, aber die Quantenwellenfunktion, die sie beschreibt, muss immer erhalten bleiben.

Mit der Quantenphysik können Sie das gesamte Universum vorwärts und rückwärts steuern, solange Sie alles in Ihrer Mathematik umkehren: Ladung, Parität und Zeit. Hier ist der wichtige Teil. Die großen Köpfe sagen uns, dass Informationen weiterleben müssen, egal was passiert. Denken Sie wie Energie darüber nach. Sie können Energie nicht zerstören, sondern nur umwandeln.

Nun die Zusammenfassung des Schwarzen Lochs. Natürlich gebildet, wenn die größten Sterne, die mehr als das 20-fache der Sonnenmasse haben, heftig zusammenbrechen und explodieren. Hier ist die Materiedichte so hoch, dass die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigt. Die ausgefallenen haben eine überhitzte Akkretionsscheibe aus Materie, die um den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs wirbelt, wo sogar Licht in die Umlaufbahn gezogen werden kann.

Hier bekommen wir eine der seltsamsten Nebenwirkungen der Relativitätstheorie: Zeitdilatation. Stellen Sie sich eine Uhr vor, die auf ein Schwarzes Loch fällt und tiefer in den Schwerkraftschacht vordringt. Es scheint sich zu verlangsamen, wenn es sich dem Schwarzen Loch nähert, und schließlich am Rand des Ereignishorizonts zu frieren. Photonen von der Uhr würden sich ausdehnen und die Farbe der Uhr würde sich rot verschieben. Schließlich verschwindet es, wenn sich die Photonen über das hinaus erstrecken, was unsere Augen erkennen können.

Wenn Sie Milliarden von Jahren auf das Schwarze Loch starren könnten, würden Sie alles sehen, was es jemals gesammelt hat, wie Fliegenpapier nach außen geklebt. Sie könnten auf die Uhr, die Titanic, den Ranger und die USS Cygnus hinweisen und theoretisch den Quantenzustand jedes einzelnen Teilchens und Photons identifizieren, das in das Schwarze Loch gelangt ist. Da es unendlich lange dauern wird, bis sie vollständig verschwunden sind, ist alles in Ordnung.

Ihre Informationen bleiben auf der Oberfläche des Schwarzen Lochs für immer erhalten. Sie sind alle total tot, aber ihre Informationen, ihre wertvollen Quanteninformationen, sind absolut sicher.

Wenn Sie ein Schwarzes Loch entwirren könnten, könnten Sie alle Quanteninformationen erhalten, die alles beschreiben, was das Schwarze Loch jemals verbraucht hat. Und zumindest war das in guten alten Zeiten so.

Aber 1975 ließ Hawking eine Bombe fallen. Er erkannte, dass Schwarze Löcher eine Temperatur haben, die über weite Zeiträume hinweg verdunsten würde, bis nichts mehr übrig war. ihre Masse und Energie wieder ins Universum abgeben. Es ist nicht überraschend, dass Hawking Radiation bekannt ist.

Aber diese… Idee hat ein Paradoxon geschaffen. Die Informationen darüber, was in das Schwarze Loch gelangt ist, bleiben durch Zeitdilatation erhalten, wobei jedoch die Masse des Schwarzen Lochs selbst verdunstet. Irgendwann wird es vollständig verschwinden, und wohin gehen unsere Informationen? Diese Informationen, die nicht zerstört werden können ...?

Dies ist streng genommen kein Cricket und verwirrte Astronomen. Sie arbeiten seit Jahrzehnten daran, das Problem zu lösen. Hier gibt es eine Menge lustiger Optionen:
Schwarze Löcher verdunsten überhaupt nicht und Hawking hat sich geirrt.
Informationen innerhalb des Schwarzen Lochs treten irgendwie wieder aus, während Hawking-Strahlung entweicht.
Das Schwarze Loch hält alles bis zum Ende fest, und wenn die letzten beiden Teilchen verdunsten, werden alle Informationen plötzlich wieder ins Universum abgegeben.
Es geht alles in die kleinstmöglichen Teile und nichts geht verloren ODER Die Informationen werden in einen mikroskopischen Raum komprimiert, der verbleibt, nachdem das Schwarze Loch selbst verdunstet ist.

Und vielleicht werden Physiker es nie herausfinden. Hawking schlug kürzlich eine neue Idee vor, um das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs zu lösen. Er hat vorgeschlagen, dass es eine Möglichkeit gibt, neue Hawking-Strahlung durch die Information über neue Materie, die in das Schwarze Loch fällt, zu prägen.

Die Informationen über alles, was hineinfällt, bleiben also durch die ausgehende Strahlung erhalten, die in das Universum zurückgeführt und das Paradoxon aufgelöst wird. Dies ist eine Vermutung, da Hawking-Strahlung selbst nie erkannt wurde. Wir sind Jahrzehnte davon entfernt zu wissen, ob dies in die richtige Richtung geht oder ob es einen Weg gibt, das Paradoxon zu lösen.

In solchen Situationen werden wir daran erinnert, wie wenig wir über das Universum wirklich verstehen. Einige Aspekte unseres Verständnisses dieses gesamten Prozesses sind unklar, und es wird viel mehr Detektivarbeit und Experimente erfordern, um der Wahrheit näher zu kommen.

Welche Informationen möchten für immer aus dem Universum zerstört werden? Sagen Sie uns alle Ihre Geheimnisse in den Kommentaren unten.