Nichts soll dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs entgehen – doch neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es möglicherweise heimlich Informationen preisgibt. Dieses Leck würde in subtilen Signaturen in Gravitationswellen auftreten, und jetzt wissen wir, wie man danach sucht, sagen die Autoren der Studie.
1976 erschütterte Stephen Hawking die Welt der Astrophysik mit seiner Entdeckung, dass Schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind. Stattdessen geben sie winzige Strahlungsmengen ab und können bei ausreichender Zeit so viel Strahlung abgeben, dass sie vollständig verschwinden. Dies führte jedoch zu einem massiven Problem. Informationen fließen in Schwarze Löcher, während sie Materie verbrauchen, und diese Informationen können nicht entkommen. Aber Hawking-Strahlung trägt keine Informationen. Was passiert also damit, wenn das Schwarze Loch verschwindet?
Dieses „Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs“ beschäftigt Forscher seit Jahrzehnten und sie haben zahlreiche mögliche Lösungen entwickelt. Eine davon ist als gewaltfreie Nichtlokalität bekannt. In diesem Szenario sind die Innenseiten von Schwarzen Löchern mit ihren Außenseiten durch „Quanten-Nichtlokalität“ verbunden – bei der korrelierte Teilchen denselben Quantenzustand haben – ein Effekt, den Einstein „gruselige Fernwirkung“ nannte. Diese Nichtlokalität ist „gewaltfrei“, da nichts Energetisches wie eine Explosion oder Verschmelzung die daraus resultierenden Gravitationswellen verursacht – die Wellen in der Raumzeit außerhalb des Schwarzen Lochs. Sie werden vielmehr durch die Quantenverbindungen zwischen dem Inneren und Äußeren des Schwarzen Lochs verursacht.
Wenn diese Hypothese wahr ist, weist die Raumzeit um Schwarze Löcher winzige Störungen auf, die nicht völlig zufällig sind. Stattdessen würden die Variationen mit den Informationen im Inneren des Schwarzen Lochs korreliert. Wenn das Schwarze Loch dann verschwand, blieben die Informationen außerhalb davon erhalten, wodurch das Paradoxon gelöst wurde.
In einem aktuellen Preprint-Artikel, der noch nicht von Experten begutachtet wurde, untersuchten Forscher am Caltech diese faszinierende Hypothese, um herauszufinden, wie wir sie möglicherweise testen können.
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Die Forscher fanden heraus, dass diese nichtlokalen Quantenkorrelationen nicht nur einen Eindruck in der Raumzeit um ein Schwarzes Loch hinterlassen; Sie hinterlassen auch eine Signatur in den Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher freigesetzt werden. Diese Signaturen existieren als winzige Fluktuationen über dem Hauptsignal der Gravitationswelle, haben aber ein einzigartiges Spektrum, das sie deutlich von den üblichen Wellen unterscheidet.
Anschließend entwarfen die Forscher ein Programm zur Abtrennung dieses besonderen Signals. Sie fanden heraus, dass aktuelle Gravitationswellendetektoren wie das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory und das Virgo-Interferometer nicht über die Empfindlichkeit verfügen, um umfassend zu bestimmen, ob gewaltfreie Nichtlokalität eine genaue Lösung für das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs ist. Aber Instrumente der nächsten Generation, die derzeit entwickelt und gebaut werden, könnten dazu in der Lage sein.
Der nächste Schritt der Forschung besteht darin, noch genauere Modelle zu erstellen, wie sich gewaltfreie Nichtlokalität auf die Raumzeit um realistische Schwarze Löcher auswirkt. Dies wird eine genaue Vorhersage darüber liefern, wie die Änderungen in den Gravitationswellensignalen aussehen werden – und könnte möglicherweise zur Lösung des berüchtigten Paradoxons führen.
