Zwei Forscher erklärten ihre Absicht, an dem Wettlauf zur Lösung des Informationsparadoxons der Schwarzen Löcher, an dem die gesamte theoretische Physik seit vielen Jahren beteiligt ist, mit einem neuen Werkzeug - einem Laser - teilzunehmen.
Was können Laser mit Schwarzen Löchern anfangen? Natürlich sind es nicht die kleinen Geräte, mit deren Hilfe viele ihre Katzen unterhalten, sondern die Laserstrahlung als zugrunde liegendes Konzept der Physik und ihre Anwendung auf Informationen, die in einem Schwarzen Loch verschwinden.
Das Wort "Laser" ist im Allgemeinen eine Abkürzung, es steht für "Verstärkung des Glühens durch stimulierte Emission" (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung). In seiner einfachsten Form wird Laserstrahlung durch die Wechselwirkung eines Photons mit einem angeregten Atom erzeugt, das es kopiert und so eine Glühverstärkung erzeugt. In einem solchen Prozess werden kollimierte kohärente Lichtstrahlen erzeugt, die in Kommunikation, Industrie und Unterhaltung weit verbreitet sind.
Chris Adami
Chris Adami, Physiklehrer an der Universität von Michigan, vergleicht einen Laser mit einem Kopierer, mit dem zwei identische Kopien von allem erstellt werden können. Wenn wir diesen Mechanismus auf den Ereignishorizont anwenden, können wir laut Adami eine Lösung für das sogenannte „Paradoxon der Feuerwand“ an der Grenze der Schwarzen Löcher finden.
In einer Ausgabe von Classical and Quantum Gravity vom 7. April wurde ein gemeinsamer Artikel von Chris Adami und Greg Veg Stig (Greg Ver Steeg) von der University of Southern California in Los Angeles veröffentlicht, der auf dieser Studie basiert. Die Brandmauer (Firewall) hat sich in Jahrzehnten der Debatte über das Verschwinden von Informationen in Schwarzen Löchern nicht zu einer allgemein anerkannten Lösung in der Welt der Physik entwickelt.
In den siebziger Jahren ging der berühmte Schwarzlochforscher Stephen Hawking davon aus, dass Schwarze Löcher nicht so schwarz sind. Nach Hawkings Ansicht der Quantenphysik tauchen plötzlich Paare virtueller Teilchen auf, zerstören sich gegenseitig und verschwinden dann schnell. Und genau am Rande des Ereignishorizonts gibt es einen Punkt, an dem die Raum-Zeit-Verzerrung so stark ist, dass selbst Strahlung der Kontrolle eines Schwarzen Lochs nicht entgehen kann. Dementsprechend kann ein virtuelles Teilchen sozusagen gefangen werden, und es kann vermieden werden, dass es von seinem „Partner“ zerstört wird, so dass es ein reales wird und einem Schwarzen Loch ein kleines Stück Material entnimmt.
Diese kleine "Verdunstung" der Masse wurde Hawking-Strahlung genannt und hat unsere Sicht auf Schwarze Löcher radikal verändert - es stellt sich heraus, dass sie verdunsten und früher oder später (abhängig von ihrer Masse) verschwinden. Es stellte sich heraus, dass schwarze Löcher nicht so dauerhaft sind, wie wir einst dachten.
Mit dem Konzept der „Hawking-Strahlung“ tauchte eine wichtige und kranke theoretische Frage auf, die darauf hinauslief, wie Schwarze Löcher mit Informationen interagieren. Schließlich kollabieren und verschwinden alle Informationen, die in ein Schwarzes Loch fallen, und verdunsten vollständig. Ein solches Szenario verstößt gegen unser Verständnis der physikalischen Funktionsweise des Universums. Werden Informationen also wirklich zerstört oder sind sie irgendwie noch unbekannt oder sind sie noch erhalten?
Nach mehreren Jahrzehnten der Kontroverse unter Wissenschaftlern (einschließlich Hawking und anderen Schlüsselfiguren) erfolgte der jüngste Fortschritt in diesem Bereich im Jahr 2012, als die Physik unter der Leitung von Joseph Polchinsky von der University of California, Santa Barbara, ihre Forschungen zum Aussterbungsparadox durchführte. Wenn Schwarze Löcher Informationen wirklich nicht zerstören, geschieht etwas direkt am Horizont eines Ereignisses des Schwarzen Lochs, das als "Feuerwand" bezeichnet wird.
Anfang dieses Jahres argumentierte Hawking mit der Behauptung, dass die Feuerwand ein unnötiges Konzept sei, und verteidigte seine „Chaoswand“, in der Informationen zufällig gemischt werden (wodurch die Quantenregeln nicht verletzt werden) und der Ort des Ereignishorizonts geändert wird abhängig von den eingehenden Informationen. In dem von Hawking vorgeschlagenen Szenario existiert der Ereignishorizont im klassischen Sinne nicht, er wird durch den „sichtbaren Horizont“ ersetzt.
Offensichtlich ist dies kein Sieg für Hawking oder irgendjemanden anderen, sondern nur eine andere Idee, die auf irgendeine Weise ein Gleichgewicht zwischen den offensichtlich widersprüchlichen Theorien über Informationen schafft, die in ein Schwarzes Loch fallen.
Vielleicht ist alles einfach zu kompliziert, oder der Mechanismus selbst wurde nicht angemessen beachtet. Und hier erscheint Adamis Idee der stimulierten Emission.
In einer Pressemitteilung im Fernsehen sprach Adami über seine Vision des Problems. Seiner Meinung nach kann die Physik nicht konsistent sein, ohne dem von A. Einstein bereits 1917 entdeckten Kopiermechanismus zu folgen. Ihm zufolge muss, bevor ein Schwarzes Loch Informationen aufnimmt, eine Kopie davon erstellt werden, die draußen bleibt.
Paul Davis, ein theoretischer Physiker an der Universität von Arizona, lobte Chris Adamis Entscheidung als richtig. Er fügte hinzu, dass es erstaunlich sei, wie lange es in einer so einfachen Form verborgen war.
Da es sich um den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs handelt, geht Adami davon aus, dass die Strahlung durch stimulierte Strahlung erzeugt wird, während eine Kopie der in das Loch fallenden Informationen aufbewahrt wird. Diese Strahlung unterscheidet sich von Hawking-Strahlung, die auch einen Platz hat zu sein.
Laut der Veröffentlichung von Adami und Vera Stig ist erzwungene Strahlung dem Vorgang des Kopierens von Informationen sehr ähnlich: Ein Teilchen tritt ein, zwei kommen mit genau der gleichen Menge von Quantenzahlen heraus.
In der Quantenwelt können Informationen jedoch nicht perfekt kopiert werden (ein Konzept, das als Theorem der Unmöglichkeit des Klonens bekannt ist), und es stellt sich heraus, dass spontane Emission (Hawking-Strahlung) das perfekte Klonen stört und das erforderliche Minimum an Rauschen erzeugt.
Wissenschaftler sagen, dass diese Studie keinen direkten Bezug zu Informationen außerhalb des Horizonts eines Schwarzen Lochs hat. Da jedoch innerhalb dieses Horizonts noch stimulierte Strahlung auftreten kann, kann sich diese Lösung für das Problem des Informationsparadoxons als richtig herausstellen.
Adami glaubt, dass Stephen Hawkings Theorie jetzt ergänzt wird. Seiner Meinung nach ist die Leere in der Theorie der Schwarzen Löcher nun geschlossen, was ihm die Möglichkeit gab, nachts zu schlafen.
Die nächste Frage ist also, wie diese stimulierte Strahlung erfasst werden kann, wenn sie tatsächlich vorhanden ist.
