Wissenschaftler entwickeln neue Theorie zum Informationsparadoxon schwarzer Löcher
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern hat eine bahnbrechende Theorie zum Informationsparadoxon schwarzer Löcher entwickelt, die besagt, dass diese nicht vollständig verschwinden, sondern sich in stabile Relikte verwandeln, die Informationen über die verschlungene Materie speichern können.
Wissenschaftler aus verschiedenen Universitäten weltweit haben ihre Kräfte gebündelt, um eine neue Theorie zu entwickeln, die sich mit dem seit vielen Jahren bestehenden Informationsparadoxon schwarzer Löcher beschäftigt. Laut ihren Forschungen verschwinden schwarze Löcher niemals endgültig, sondern verwandeln sich stattdessen in extrem dichte, stabile Relikte, die in der Lage sind, Informationen über alle Materie zu speichern, die sie absorbiert haben.
Das Team von Physikern präsentierte ein Modell, in dem das Hawking-Strahlungseffizienz in der letzten Phase gestoppt wird. Dies geschieht aufgrund der geometrischen Eigenschaften von Raum und Zeit, die es ermöglichen, Daten über alle absorbierten Materialien zu speichern. "Das Informationsparadoxon schwarzer Löcher ist eine der bedeutendsten Herausforderungen der modernen theoretischen Physik, da es die Vereinbarkeit der Quantenmechanik mit der allgemeinen Relativitätstheorie in Frage stellt", betonen die Autoren der Studie.
Die Grundlage dieser Entwicklung ist die Einstein-Cartan-Theorie, die im Gegensatz zum klassischen Modell die Torsion oder Verdrehung des Gewebes des Universums berücksichtigt. Die Forscher modellierten die Prozesse in einem sieben-dimensionalen Raum unter Verwendung des mathematischen Apparats der G2-Mannigfaltigkeiten. Das Ergebnis zeigte, dass bei Erreichen der Planck-Dichte die Torsion eine starke Abstoßungskraft erzeugt.
"Die Existenz einer Abstoßungskraft bei Planck-Dichten stoppt dynamisch die finale Phase der Hawking-Strahlung", erklären die Wissenschaftler. Dies bedeutet, dass anstelle einer vollständigen Auslöschung das schwarze Loch in Form von Relikten stabilisiert wird, deren Masse etwa 9×10⁻⁴¹ kg beträgt.
Die Speicherung quantenmechanischer Informationen in solchen Objekten erfolgt durch ein System von quasi-normalen Modi – spezifischen Vibrationen des Torsionsfeldes, die an den Nachhall einer Glocke nach einem Schlag erinnern. Jede dieser Oszillationen wird zum Träger von Daten und verwandelt den Rest des schwarzen Lochs in ein riesiges Speichergerät. Berechnungen zeigen, dass ein Relikt, das aus einem Kollapsar mit einer Masse ähnlich der unseres Sonnensystems entstanden ist, in der Lage ist, etwa 1,515×10⁷⁷ Qubits an Informationen zu speichern. Dies "verhindert das vollständige Verschwinden des schwarzen Lochs und löst das Paradoxon, ohne grundlegende physikalische Prinzipien zu verletzen".
Das überraschendste Ergebnis trat auf, als dieses sieben-dimensionale Modell auf die uns vertrauten vier Dimensionen vereinfacht wurde. Es stellte sich heraus, dass das Torsionsfeld auf natürliche Weise eine energetische Skala von 246 GeV erzeugt. Diese Zahl stimmt mit perfekter Genauigkeit mit den Parametern des Higgs-Feldes überein, das für das Vorhandensein von Masse in allen Elementarteilchen verantwortlich ist. Somit stellte sich heraus, dass die Physik, die schwarzen Löchern das Verdampfen verweigert, direkt mit dem Mechanismus der Massenerzeugung in unserem Universum verbunden ist.
Bis heute ist eine direkte Überprüfung dieser Theorie an Beschleunigern wie dem Large Hadron Collider nicht möglich, da die Masse der in dem Modell vorhergesagten Teilchen etwa 8,6×10¹⁵ GeV beträgt. Dennoch betrachten die Wissenschaftler ihre Arbeit nicht als reine Abstraktion. Gravitationsspuren solcher mikroskopischen Relikte schwarzer Löcher könnten Gegenstand zukünftiger astrophysikalischer Beobachtungen werden. Sollten diese "quanten sicheren" Objekte tatsächlich im Universum existieren, könnten sie nicht nur eine Lösung für das alte Paradoxon darstellen, sondern auch der Schlüssel zur Vereinigung der Gravitation mit der Mikrowelt der Elementarteilchen sein.