Wetenschappers: “Quantum Hair” kan Hawking’s Black Hole Paradox oplossen

De informatieparadox over zwarte gaten van Stephen Hawking heeft wetenschappers een halve eeuw verbijsterd en sommigen ertoe gebracht de fundamentele wetten van de natuurkunde in twijfel te trekken. Wetenschappers zeggen nu dat ze het beruchte probleem misschien hebben opgelost door aan te tonen dat zwarte gaten een eigenschap hebben die bekend staat als ‘kwantumhaar’.

Als dat waar is, zou dit een enorme vooruitgang zijn in de theoretische natuurkunde.

Professor Xavier Calmette, van de Universiteit van Sussex, die het werk leidde, zei dat zijn team, na tien jaar aan de wiskunde achter het probleem te hebben gewerkt, het afgelopen jaar snelle vooruitgang had geboekt, wat hen het vertrouwen gaf dat ze het probleem eindelijk hadden opgelost. .

“Binnen de wetenschappelijke gemeenschap werd algemeen aangenomen dat het oplossen van deze paradox een enorme paradigmaverschuiving in de natuurkunde zou vereisen, waardoor een mogelijke herformulering van de kwantummechanica of de algemene relativiteitstheorie zou worden afgedwongen,” zei Calmette. “Wat we ontdekten – en ik vind het vooral spannend – is dat dit niet nodig is.”

De Hawking-paradox is als volgt: De regels van de kwantumfysica stellen dat informatie behouden blijft. zwarte gaten Het vormt een uitdaging voor deze wet, want zodra een object een zwart gat binnengaat, verdwijnt het voor altijd – samen met alle informatie die erin is gecodeerd. Hawking identificeerde deze paradox en bleef wetenschappers decennialang in verwarring brengen.

Er zijn talloze voorgestelde oplossingen geweest, waaronder de “firewall-theorie” waarin informatie moest branden voordat ze een zwart gat binnengingen, de “fuzzball-theorie” waarin werd gedacht dat zwarte gaten vage grenzen hadden, en verschillende takken van string theorie. Maar de meeste van deze voorstellen vereisten het herschrijven van de wetten van de kwantummechanica of de zwaartekrachttheorie van Einstein, de twee pijlers van de moderne natuurkunde.

Daarentegen beweert de kwantumpoëzietheorie de paradox op te lossen door de kloof tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica te overbruggen met behulp van een nieuwe wiskundige formule.

De naam is een knipoog naar de op klassieke fysica gebaseerde opvatting dat zwarte gaten als verrassend eenvoudige objecten kunnen worden beschouwd, alleen gedefinieerd door hun massa en rotatiesnelheid. De voorspelling van karakterloze kale zwarte gaten wordt sinds de jaren zeventig de ‘haarloze theorie’ genoemd.

Calmette en zijn medewerkers geloven dat een zwart gat complexer is – of harig. Ze suggereren dat wanneer materie instort tot een zwart gat, het een zwakke afdruk achterlaat in zijn zwaartekrachtsveld. Deze vingerafdruk wordt een ‘kwantumhaar’ genoemd en de auteurs zeggen dat het het mechanisme zal bieden waarmee informatie wordt bewaard tijdens het instorten van een zwart gat. Volgens deze theorie zouden twee zwarte gaten met identieke massa’s en stralen, maar met een verschillende interne configuratie, zeer subtiele verschillen hebben in hun zwaartekrachtsvelden.

“Onze oplossing vereist geen speculatief idee; in plaats daarvan toont ons onderzoek aan dat de twee theorieën kunnen worden gebruikt om consistente berekeningen van zwarte gaten te maken en uit te leggen hoe informatie kan worden opgeslagen zonder dat er radicaal nieuwe fysica nodig is.”

Er is geen voor de hand liggende manier om de theorie te testen met astronomische waarnemingen – zwaartekrachtfluctuaties zouden te klein zijn om te meten. Maar de theorie zal waarschijnlijk intensief worden onderzocht door de theoretische gemeenschap.

Professor Toby Wiseman, een theoretisch fysicus aan het Imperial College London, noemde de paper “goed werk”, maar bleef er niet van overtuigd dat het de decennia-oude paradox oploste.

Cruciaal, zei hij, suggereerde dat het mogelijk zou zijn om wat aanvullende informatie te verzamelen over wat zich in het zwarte gat bevond – maar het toonde niet aan dat dit fenomeen alle schijnbaar ontbrekende informatie zou kunnen verklaren. “Ze kwamen niet opdagen en dat is de kern van de tegenstrijdigheid”, zei hij.

“Mijn gevoel is dat om deze paradox echt op te lossen, je volledig moet begrijpen hoe kwantummechanica en zwaartekracht combineren,” zei hij. “Ze kijken naar kleine correcties, maar niet naar de hele mix van de twee.”

Calmette zei: “Als je een grote claim hebt, moet je die ondersteunen. Het zal even duren voordat mensen dit volledig accepteren. De ironie bestaat al heel lang en je hebt beroemde mensen over de hele wereld die hieraan werken voor jaren.”

Het werk werd gepubliceerd in Physical Review Letters.