Da bist du also, um in ein schwarzes Loch zu springen. Was könnte Sie möglicherweise erwarten, wenn Sie - trotz aller Widrigkeiten - irgendwie überleben? Wo würdest du landen und welche verlockenden Geschichten könntest du erzählen, wenn du es schaffst, deinen Weg zurück zu schreien?
Die einfache Antwort auf all diese Fragen lautet, wie Professor Richard Massey erklärt: "Wer weiß?" Als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Royal Society am Institut für Computational Cosmology der Durham University ist sich Massey bewusst, dass die Geheimnisse der Schwarzen Löcher tief verwurzelt sind. "Durch einen Ereignishorizont zu fallen, geht buchstäblich über den Schleier hinaus - sobald jemand daran vorbeikommt, kann niemand mehr eine Nachricht zurückschicken", sagte er. "Sie würden durch die enorme Schwerkraft in Stücke gerissen werden, also bezweifle ich, dass jemand, der durchfällt, irgendwohin gelangen würde."
Wenn das nach einer enttäuschenden - und schmerzhaften - Antwort klingt, dann ist dies zu erwarten. Seit Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie Schwarze Löcher durch Verknüpfung von Raum-Zeit mit der Wirkung der Schwerkraft vorhergesagt hat, ist bekannt, dass Schwarze Löcher aus dem Tod eines massiven Sterns resultieren, der einen kleinen, dichten Restkern zurücklässt. Unter der Annahme, dass dieser Kern mehr als die dreifache Masse der Sonne hat, würde die Schwerkraft so stark überwältigen, dass sie in einen einzigen Punkt oder eine Singularität fällt, die als unendlich dichter Kern des Schwarzen Lochs verstanden wird.
Das resultierende unbewohnbare Schwarze Loch hätte eine so starke Anziehungskraft, dass nicht einmal Licht es vermeiden könnte. Sollten Sie sich dann am Ereignishorizont befinden - dem Punkt, an dem Licht und Materie nur nach innen gelangen können, wie es der deutsche Astronom Karl Schwarzschild vorgeschlagen hat -, gibt es kein Entrinnen. Laut Massey würden Gezeitenkräfte Ihren Körper in Atomstränge zerlegen (oder "Spaghettifizierung", wie es auch genannt wird) und das Objekt würde schließlich bei der Singularität zerquetscht werden. Die Idee, dass man irgendwo herausspringen könnte - vielleicht auf der anderen Seite - scheint absolut fantastisch.
Was ist mit einem Wurmloch?
Oder ist es? Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler die Möglichkeit untersucht, dass Schwarze Löcher Wurmlöcher für andere Galaxien sein könnten. Sie können sogar, wie einige vorgeschlagen haben, ein Weg zu einem anderen Universum sein.
Eine solche Idee gibt es schon seit einiger Zeit: Einstein hat sich 1935 mit Nathan Rosen zusammengetan, um Brücken zu theoretisieren, die zwei verschiedene Punkte in der Raumzeit verbinden. In den 1980er Jahren gewann sie jedoch neue Wege, als der Physiker Kip Thorne - einer der weltweit Führende Experten für die astrophysikalischen Implikationen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie - diskutierten darüber, ob Objekte physisch durch sie hindurchreisen könnten.
"Das Lesen von Kip Thornes populärem Buch über Wurmlöcher hat mich als Kind zum ersten Mal für Physik begeistert", sagte Massey. Aber es scheint nicht wahrscheinlich, dass Wurmlöcher existieren.
In seinem Buch "The Science of Interstellar" (WW Norton) schrieb Thorne, der dem Produktionsteam für den Hollywood-Film Interstellar seinen Expertenrat gab: "Wir sehen in unserem Universum keine Objekte, die mit zunehmendem Alter zu Wurmlöchern werden könnten" und Unternehmen, 2014). Thorne sagte gegenüber Space.com, dass Reisen durch diese theoretischen Tunnel höchstwahrscheinlich Science-Fiction bleiben würden, und es gibt sicherlich keine festen Beweise dafür, dass ein Schwarzes Loch eine solche Passage ermöglichen könnte.
Das Problem ist jedoch, dass wir nicht aus der Nähe kommen können, um uns selbst davon zu überzeugen. Wir können nicht einmal Fotos von irgendetwas machen, das sich in einem Schwarzen Loch abspielt - wenn Licht ihrer immensen Schwerkraft nicht entkommen kann, kann nichts von einer Kamera aufgenommen werden. Derzeit legt die Theorie nahe, dass alles, was über den Ereignishorizont hinausgeht, einfach zum Schwarzen Loch hinzugefügt wird. Da sich die Zeit nahe dieser Grenze verzerrt, scheint dies unglaublich langsam zu erfolgen, sodass die Antworten nicht schnell erfolgen bevorstehend.
"Ich denke, die Standardgeschichte ist, dass sie zum Ende der Zeit führen", sagte Douglas Finkbeiner, Professor für Astronomie und Physik an der Harvard University. "Ein weit entfernter Beobachter wird nicht sehen, wie sein Astronautenfreund in das Schwarze Loch fällt. Sie werden immer röter und schwächer, wenn sie sich dem Ereignishorizont nähern. Aber der Freund fällt direkt hinein, an einen Ort jenseits von 'für immer'. Was auch immer das heißt."
Vielleicht führt ein Schwarzes Loch zu einem Weißen Loch
Wenn Schwarze Löcher zu einem anderen Teil einer Galaxie oder einem anderen Universum führen, müsste es auf der anderen Seite etwas Gegenteiliges geben. Könnte dies ein weißes Loch sein - eine Theorie, die der russische Kosmologe Igor Novikov 1964 aufgestellt hat? Novikov schlug vor, dass ein Schwarzes Loch mit einem in der Vergangenheit existierenden Weißen Loch verbunden ist. Im Gegensatz zu einem Schwarzen Loch lässt ein Weißes Loch Licht und Materie austreten, aber Licht und Materie können nicht eintreten.
Wissenschaftler haben den möglichen Zusammenhang zwischen schwarzen und weißen Löchern weiter untersucht. In ihrer 2014 in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlichten Studie behaupteten die Physiker Carlo Rovelli und Hal M. Haggard, dass "es eine klassische Metrik gibt, die die Einstein-Gleichungen außerhalb eines endlichen Raum-Zeit-Bereichs erfüllt, in dem Materie in ein Schwarzes Loch kollabiert und dann daraus hervorgeht ein kleines Loch. " Mit anderen Worten, das gesamte Material, das schwarze Löcher verschluckt haben, könnte ausgespuckt werden, und schwarze Löcher können zu weißen Löchern werden, wenn sie sterben.
Weit davon entfernt, die Informationen zu zerstören, die es absorbiert, würde der Zusammenbruch eines Schwarzen Lochs gestoppt. Es würde stattdessen einen Quantensprung erfahren, der es Informationen ermöglicht, zu entkommen. Sollte dies der Fall sein, würde dies Aufschluss über einen Vorschlag des ehemaligen Kosmologen und theoretischen Physikers der Universität Cambridge, Stephen Hawking, geben, der in den 1970er Jahren die Möglichkeit untersuchte, dass Schwarze Löcher aufgrund von Quantenschwankungen Partikel und Strahlung - thermische Wärme - emittieren .
"Hawking sagte, ein Schwarzes Loch hält nicht ewig", sagte Finkbeiner. Hawking berechnete, dass die Strahlung dazu führen würde, dass ein Schwarzes Loch Energie verliert, schrumpft und verschwindet, wie in seinem 1976 in Physical Review D veröffentlichten Artikel beschrieben. Angesichts seiner Behauptungen, dass die emittierte Strahlung zufällig sein und keine Informationen darüber enthalten würde, was hineingefallen war, Das Schwarze Loch würde bei seiner Explosion jede Menge Informationen löschen.
Dies bedeutete, dass Hawkings Idee im Widerspruch zur Quantentheorie stand, wonach Informationen nicht zerstört werden können. In der Physik wird es immer schwieriger, Informationen zu finden, denn wenn sie verloren gehen, ist es unmöglich, die Vergangenheit oder die Zukunft zu kennen. Hawkings Idee führte zum "Schwarzloch-Informationsparadoxon" und hat Wissenschaftler lange verwirrt. Einige haben gesagt, Hawking sei einfach falsch, und der Mann selbst erklärte sogar, er habe während einer wissenschaftlichen Konferenz in Dublin im Jahr 2004 einen Fehler gemacht.
Kehren wir also zum Konzept der Schwarzen Löcher zurück, die konservierte Informationen emittieren und über ein weißes Loch wieder herauswerfen? Könnte sein. In ihrer 2013 in Physical Review Letters veröffentlichten Studie wendeten Jorge Pullin von der Louisiana State University und Rodolfo Gambini von der Universität der Republik in Montevideo, Uruguay, die Schleifenquantengravitation auf ein Schwarzes Loch an und stellten fest, dass die Gravitation zum Kern hin zunahm, aber abnahm und plonkierte was auch immer in eine andere Region des Universums eintrat. Die Ergebnisse haben der Idee, dass Schwarze Löcher als Portal dienen, zusätzliche Glaubwürdigkeit verliehen. In dieser Studie gibt es keine Singularität und sie bildet daher keine undurchdringliche Barriere, die letztendlich alles zerstört, worauf sie stößt. Dies bedeutet auch, dass Informationen nicht verschwinden.
Vielleicht gehen schwarze Löcher nirgendwo hin
Dennoch glaubten die Physiker Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski und James Sully immer noch, Hawking hätte etwas unternehmen können. Sie arbeiteten an einer Theorie, die als AMPS-Firewall oder Black-Hole-Firewall-Hypothese bekannt wurde. Nach ihren Berechnungen könnte die Quantenmechanik den Ereignishorizont in eine riesige Feuerwand verwandeln, und alles, was in Kontakt kommt, würde sofort brennen. In diesem Sinne führen schwarze Löcher nirgendwo hin, weil nichts jemals hineinkommen könnte.
Dies verstößt jedoch gegen Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Jemand, der den Ereignishorizont überschreitet, sollte eigentlich keine große Not empfinden, da sich ein Objekt im freien Fall befindet und dieses Objekt - oder diese Person - nach dem Äquivalenzprinzip die extremen Auswirkungen der Schwerkraft nicht spüren würde. Es könnte den Gesetzen der Physik folgen, die an anderer Stelle im Universum existieren, aber selbst wenn es nicht gegen Einsteins Prinzip verstößt, würde es die Quantenfeldtheorie untergraben oder darauf hindeuten, dass Informationen verloren gehen können.
Ein schwarzes Loch der Unsicherheit
Schritt vorwärts Hawking noch einmal. 2014 veröffentlichte er eine Studie, in der er die Existenz eines Ereignishorizonts vermied - was bedeutet, dass dort nichts zu verbrennen ist - und sagte, der Gravitationskollaps würde stattdessen einen „scheinbaren Horizont“ erzeugen.
Dieser Horizont würde Lichtstrahlen aufhängen, die versuchen, sich vom Kern des Schwarzen Lochs zu entfernen, und würde für eine "Zeitspanne" bestehen bleiben. In seinem Umdenken behalten scheinbare Horizonte vorübergehend Materie und Energie, bevor sie sich später auflösen und freigeben. Diese Erklärung passt am besten zur Quantentheorie - die besagt, dass Informationen nicht zerstört werden können - und wenn sie jemals bewiesen wurde, deutet sie darauf hin, dass alles aus einem Schwarzen Loch entkommen könnte.
Hawking ging so weit zu sagen, dass es möglicherweise nicht einmal schwarze Löcher gibt. "Schwarze Löcher sollten als metastabile Bindungszustände des Gravitationsfeldes neu definiert werden", schrieb er. Es würde keine Singularität geben, und während sich das scheinbare Feld aufgrund der Schwerkraft nach innen bewegen würde, würde es niemals das Zentrum erreichen und sich in einer dichten Masse verfestigen.
Und doch wird alles, was ausgestrahlt wird, nicht in Form der verschluckten Informationen vorliegen. Es wäre unmöglich herauszufinden, was passiert ist, wenn man sich ansieht, was herauskommt, was selbst Probleme verursacht - nicht zuletzt für einen Menschen, der sich in einer so alarmierenden Position befand. Sie würden sich nie wieder so fühlen!
Eines ist sicher, dieses besondere Rätsel wird noch lange Zeit viele weitere wissenschaftliche Stunden in Anspruch nehmen. Rovelli und Francesca Vidotto schlugen kürzlich vor, dass ein Bestandteil der Dunklen Materie durch Reste verdampfter Schwarzer Löcher gebildet werden könnte, und Hawkings Papier über Schwarze Löcher und „weiches Haar“ wurde 2018 veröffentlicht und beschreibt, wie Partikel ohne Energie um den Punkt herum verbleiben ohne Wiederkehr, der Ereignishorizont - eine Idee, die darauf hindeutet, dass Informationen nicht verloren gehen, sondern erfasst werden.
Dies widersprach dem No-Hair-Theorem, das der Physiker John Archibald Wheeler ausdrückte und auf der Grundlage arbeitete, dass zwei Schwarze Löcher für einen Beobachter nicht unterscheidbar wären, da keine der speziellen Pseudoladungen der Teilchenphysik erhalten bleiben würde. Es ist eine Idee, die Wissenschaftler zum Reden gebracht hat, aber es ist noch ein langer Weg, bis sie als Antwort darauf gesehen wird, wohin Schwarze Löcher führen. Wenn wir nur einen Weg finden könnten, in einen zu springen.
