Wir haben in 13,8 Milliarden Jahren einen langen Weg zurückgelegt. Trotz unseres beeindruckend umfassenden Verständnisses des Universums bleiben noch einige Fäden offen. Zum einen gibt es die oft zitierte Trennung zwischen der allgemeinen Relativitätstheorie, der Physik der ganz Großen, und der Quantenmechanik, der Physik der ganz Kleinen. Dann gibt es ein problematisches Schicksal der intrinsischen Informationen eines Partikels, nachdem es in ein Schwarzes Loch gefallen ist. Eine neue Interpretation der fundamentalen Physik versucht nun, diese beiden Probleme zu lösen, indem sie einen gewagten Anspruch erhebt: In bestimmten Maßstäben existieren Raum und Zeit einfach nicht.
Beginnen wir mit etwas, das nicht in Frage kommt. Dank Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie können wir uns alle darauf einigen, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter konstant ist. Wir können uns auch darauf einigen, dass, wenn Sie kein Photon sind, die Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit mit einigen ziemlich unkonventionellen Regeln verbunden ist - nämlich jeder, der Sie beobachtet, wird sehen, wie sich Ihre Länge komprimiert und Ihre Uhr verlangsamt.
Die Verlangsamung der Zeit tritt aber auch in der Nähe von gravitationsstarken Objekten auf, die durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben werden. Wenn Sie also zufällig im Zentrum der Milchstraße Sightseeing machen und die bedauerliche Entscheidung treffen, dem Ereignishorizont unseres supermassiven Schwarzen Lochs (düsterer als dessen Rückkehrpunkt bekannt) zu nahe zu kommen, kann dies jeder beobachten Sie werden auch sehen, wie Ihre Uhr langsamer wird. Tatsächlich wird er oder sie erleben, wie sich Ihre Bewegung in Richtung des Ereignishorizonts dramatisch verlangsamt unendlich Zeitraum; Das heißt, aus der Perspektive Ihres jetzt traumatisierten Freundes überschreiten Sie nie den Ereignishorizont. Sie werden jedoch keinen Unterschied im Verlauf der Zeit spüren, wenn Sie an dieser unsichtbaren Barriere vorbeikommen, die bald von der immensen Schwerkraft des Schwarzen Lochs gespaghettiert wird.
Also, wer ist "richtig"? Die Relativitätstheorie schreibt vor, dass der Standpunkt jedes Beobachters gleichermaßen gültig ist. In dieser Situation können Sie jedoch nicht beide Recht haben. Stehen Sie Ihrem Tod im Herzen eines Schwarzen Lochs gegenüber, oder nicht? (Hinweis: Dies ist kein Paradoxon, aber intuitiv fühlt es sich etwas klebrig an.)
Und es gibt ein zusätzliches, größeres Problem. Es wird angenommen, dass der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs Hawking-Strahlung erzeugt, eine Art entweichende Energie, die schließlich sowohl zur Verdunstung des Schwarzen Lochs als auch zur Zerstörung der gesamten Materie und Energie führt, die einst in ihm enthalten war. Bei diesem Konzept kratzen sich Physiker des Schwarzen Lochs am Kopf. Denn nach den Gesetzen der Physik müssen alle intrinsischen Informationen über ein Teilchen oder System (nämlich die Quantenwellenfunktion) erhalten bleiben. Es kann nicht einfach verschwinden.
Warum all diese bizarren Paradoxien? Weil schwarze Löcher in dem nebulösen Raum existieren, in dem eine Singularität auf allgemeine Relativitätstheorie trifft - fruchtbarer, aber unerschlossener Boden für die schwer fassbare Theorie von allem.
Geben Sie zwei interessante, aber kontroverse Konzepte ein: doppelt spezielle Relativitätstheorie und Regenbogen der Schwerkraft.
So wie die Lichtgeschwindigkeit eine allgemein vereinbarte Konstante in der speziellen Relativitätstheorie ist, so ist auch die Planck-Energie in der doppelt speziellen Relativitätstheorie (DSR). In DSR ist dieser Wert (1,22 x 10)19 GeV) ist die maximale Energie (und damit die maximale Masse), die ein Teilchen in unserem Universum haben kann.
Zwei wichtige Konsequenzen des maximalen Energiewertes von DSR sind minimale Zeit- und Raumeinheiten. Das heißt, unabhängig davon, ob Sie sich bewegen oder stationär sind, im leeren Raum oder in der Nähe eines Schwarzen Lochs, werden Sie zustimmen, dass der klassische Raum in Abständen zusammenbricht, die kürzer als die Planck-Länge (1,6 x 10) sind-35 m) und die klassische Zeit bricht in Momenten zusammen, die kürzer sind als die Planck-Zeit (5,4 x 10)-44 sec).
Mit anderen Worten ist die Raumzeit diskret. Es existiert in unteilbaren (wenn auch verschwindend kleinen) Einheiten. Quantum unten, klassisch oben. Wenn Sie dem Bild die allgemeine Relativitätstheorie hinzufügen, erhalten Sie die Theorie des Regenbogens der Schwerkraft.
Die Physiker Ahmed Farag Ali, Mir Faizal und Barun Majumder glauben, dass diese Theorien verwendet werden können, um die oben genannten Probleme des Schwarzen Lochs zu erklären - sowohl Ihre kontroverse Spaghettifizierung als auch das Informationsparadoxon. Wie? Laut DSR und Regenbogen der Schwerkraft in Regionen kleiner als 1,6 x 10-35 m und manchmal kürzer als 5,4 x 10-44 sec… das Universum, wie wir es kennen, existiert einfach nicht.
"Im Regenbogen der Schwerkraft existiert der Raum nicht unterhalb einer bestimmten Mindestlänge und die Zeit nicht unterhalb eines bestimmten Mindestzeitintervalls", erklärte Ali, der zusammen mit Faizal und Majumder einen Artikel zu diesem Thema verfasste, der letzten Monat veröffentlicht wurde . "Also existieren nicht alle Objekte, die im Raum existieren und gleichzeitig auftreten, nicht unterhalb dieser Länge und dieses Zeitintervalls [die der Planck-Skala zugeordnet sind]."
Zum Glück ist jedes Partikel, das wir kennen, und damit jedes Partikel, aus dem wir bestehen, viel größer als die Planck-Länge und hält viel länger als die Planck-Zeit. Also - Puh! - Sie und ich und alles, was wir sehen und wissen, können weiter existieren. (Nur nicht zu tief prüfen.)
Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ist jedoch eine andere Geschichte. Schließlich besteht der Ereignishorizont nicht aus Partikeln. Es ist reine Raumzeit. Und laut Ali und seinen Kollegen würde es keine Bedeutung mehr haben, wenn man es auf extrem kurzen Zeit- oder Entfernungsskalen beobachten könnte. Es wäre überhaupt kein Point-of-No-Return. Ihrer Ansicht nach entsteht das Paradoxon nur, wenn Sie die Raumzeit als kontinuierlich behandeln - ohne minimale Längen- und Zeiteinheiten.
„Da das Informationsparadoxon von der Existenz des Ereignishorizonts abhängt und ein Ereignishorizont wie alle Objekte nicht unterhalb einer bestimmten Länge und eines bestimmten Zeitintervalls existiert, gibt es im Regenbogen der Schwerkraft kein absolutes Informationsparadoxon. Das Fehlen eines effektiven Horizonts bedeutet, dass nichts Informationen daran hindert, aus dem Schwarzen Loch herauszukommen “, schloss Ali.
Kein absoluter Ereignishorizont, kein Informationsparadoxon.
Und was ist mit deiner Spaghettifizierung innerhalb des Schwarzen Lochs? Auch dies hängt von der Skala ab, in der Sie Ihre Situation analysieren. Im Regenbogen der Schwerkraft ist die Raumzeit diskret. Daher zeigt die Mathematik, dass sowohl Sie (der zum Scheitern verurteilte Faller) als auch Ihr Beobachter Ihren Tod innerhalb einer begrenzten Zeitspanne miterleben werden. In der gegenwärtigen Formulierung der allgemeinen Relativitätstheorie, in der die Raumzeit als kontinuierlich beschrieben wird, entsteht jedoch das Paradoxon. Der Faller fällt hinein; In der Zwischenzeit sieht der Beobachter nie, dass der Faller den Ereignishorizont passiert.
"Die wichtigste Lehre aus diesem Artikel ist, dass Raum und Zeit nur über einen bestimmten Maßstab hinaus existieren", sagte Ali. „Es gibt keinen Raum und keine Zeit unterhalb dieser Skala. Daher ist es bedeutungslos, Partikel, Materie oder andere Objekte, einschließlich schwarzer Löcher, zu definieren, die in Raum und Zeit unterhalb dieser Skala existieren. Solange wir uns also auf die Skalen beschränken, auf denen sowohl Raum als auch Zeit existieren, erhalten wir vernünftige physikalische Antworten. Wenn wir jedoch versuchen, Fragen in Längen- und Zeitintervallen zu stellen, die unter den Maßstäben liegen, in denen Raum und Zeit existieren, erhalten wir Paradoxe und Probleme. “
Um es noch einmal zusammenzufassen: Wenn die Raumzeit in willkürlich kleinen Maßstäben fortgesetzt wird, bleiben die Paradoxien bestehen. Wenn jedoch der Regenbogen der Schwerkraft korrekt ist und die Planck-Länge und die Planck-Zeit die kleinste Einheit von Raum und Zeit sind, die im Grunde existiert, sind wir im klaren… zumindest mathematisch gesehen. Leider sind die Planck-Skalen viel zu klein, als dass unsere dürftigen modernen Partikelkollider sie untersuchen könnten. Zumindest für den Moment liefert diese Arbeit ein weiteres rein theoretisches Ergebnis.
Das Papier wurde in der Europhysics Letters-Ausgabe vom 23. Januar veröffentlicht. Ein Vordruck des Papiers ist hier verfügbar.
