Wir haben in 13,8 Milliarden Jahren einen langen Weg zurückgelegt; Aber trotz unseres beeindruckend umfassenden Verständnisses des Universums sind noch einige Fäden offen. Da ist zum einen die oft zitierte Trennung zwischen der allgemeinen Relativitätstheorie, der Physik des ganz Großen, und der Quantenmechanik, der Physik des ganz Kleinen. Dann gibt es ein problematisches Schicksal der intrinsischen Informationen eines Teilchens, nachdem es in ein Schwarzes Loch gefallen ist. Nun versucht eine neue Interpretation der fundamentalen Physik, diese beiden Rätsel zu lösen, indem sie eine gewagte Behauptung aufstellt: In bestimmten Maßstäben existieren Raum und Zeit einfach nicht.
Beginnen wir mit etwas, das nicht in Frage kommt. Dank Einsteins spezieller Relativitätstheorie sind wir uns alle einig, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter konstant ist. Wir können auch zustimmen, dass, wenn Sie kein Photon sind, die Annäherung an Lichtgeschwindigkeit mit einigen ziemlich funky Regeln verbunden ist – nämlich jeder, der Sie beobachtet, wird sehen, wie sich Ihre Länge zusammendrückt und Ihre Uhr langsamer wird.
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 (der unheilvoller als Point-of-No-Return bekannt ist) zu nahe zu kommen, kann jeder, der es beobachtet Sie werden auch sehen, dass Ihre Uhr langsamer wird. Tatsächlich wird er oder sie miterleben, wie sich Ihre Bewegung in Richtung des Ereignishorizonts über einen Zeitraum dramatisch verlangsamtunendlichZeitraum; das heißt, aus der Perspektive Ihres jetzt traumatisierten Freundes überschreiten Sie nie den Ereignishorizont. Sie werden jedoch keinen Unterschied im Lauf der Zeit spüren, wenn Sie diese unsichtbare Barriere passieren und bald von der immensen Schwerkraft des Schwarzen Lochs zerrissen werden.
Wer ist also „richtig“? Die Relativität schreibt vor, dass der Standpunkt jedes Beobachters gleichermaßen gültig ist; Aber in dieser Situation können Sie nicht beide Recht haben. Stehen Sie vor Ihrem Untergang im Herzen eines Schwarzen Lochs oder nicht? (Hinweis: Dies ist nicht unbedingt ein Paradox, aber intuitiv fühlt es sich ein wenig klebrig an.)
Und es gibt noch ein weiteres, größeres Problem. Es wird angenommen, dass der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs zu Hawking-Strahlung führt, einer Art entweichender Energie, die schließlich sowohl zur Verdampfung des Schwarzen Lochs als auch zur Zerstörung aller Materie und Energie führen wird, die einst darin enthalten waren. Bei diesem Konzept kratzen sich Physiker von Schwarzen Löchern 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.
Dr. Stephen Hawking von der Cambridge University neben Illustrationen eines Schwarzen Lochs und eines Ereignishorizonts mit Hawking Radiation. Er beschäftigt sich weiterhin mit seiner grauen Substanz, um die Geheimnisse des Universums aufzudecken, während andere versuchen, seine bestehenden Theorien zu bestätigen. (Foto: BBC, Abb.: T.Reyes)
Warum all diese bizarren Paradoxien? Weil Schwarze Löcher in dem nebulösen Raum existieren, in dem eine Singularität auf die allgemeine Relativität trifft – fruchtbarer, aber unerschlossener Boden für die schwer fassbare Theorie von allem.
Geben Sie zwei interessante, aber umstrittene Konzepte ein:doppelt spezielle RelativitätstheorieundRegenbogen der Schwerkraft.
So wie die Lichtgeschwindigkeit in der speziellen Relativitätstheorie eine allgemein anerkannte Konstante ist, ist dies auch die Planck-Energie in der doppelten speziellen Relativitätstheorie (DSR). Im DSR ist dieser Wert (1,22 x 1019GeV) ist die maximale Energie (und damit die maximale Masse), die ein Teilchen in unserem Universum haben kann.
Zwei wichtige Konsequenzen des maximalen Energiewerts von DSR sind minimale Zeit- und Raumeinheiten. Das heißt, unabhängig davon, ob Sie sich bewegen oder ruhen, im leeren Raum oder in der Nähe eines Schwarzen Lochs, Sie werden zustimmen, dass der klassische Raum bei Abständen unter der Planck-Länge (1,6 x 10 .) zusammenbricht-35m) und die klassische Zeit bricht zu Momenten zusammen, die kürzer sind als die Planck-Zeit (5,4 x 10-44sek).
Mit anderen Worten, die Raumzeit ist diskret. Es existiert in unteilbaren (wenn auch verschwindend kleinen) Einheiten. Unten Quanten, oben klassisch. Fügen Sie dem Bild die allgemeine Relativitätstheorie hinzu, und Sie erhalten den Regenbogen der Gravitationstheorie.
Die Physiker Ahmed Farag Ali, Mir Faizal und Barun Majumder glauben, dass diese Theorien verwendet werden können, um die oben genannten Rätsel um das Schwarze Loch zu erklären – sowohl Ihre umstrittene Spaghettifizierung als auch das Informationsparadoxon. Wie? Laut DSR und dem Regenbogen der Schwerkraft in Regionen kleiner als 1,6 x 10 -35m und manchmal kürzer als 5,4 x 10 -44sec… das Universum, wie wir es kennen, existiert einfach nicht.
'Sag was??' -Albert Einstein
„Im Regenbogen der Schwerkraft existiert der Raum nicht unterhalb einer bestimmten Mindestlänge und die Zeit existiert nicht unterhalb eines bestimmten Mindestzeitintervalls“, erklärt Ali, der zusammen mit Faizal und Majumder einen Artikel zu diesem Thema verfasst hat, der letzten Monat veröffentlicht wurde . „Alle Objekte, die im Weltraum existieren und gleichzeitig vorkommen, existieren also nicht unterhalb dieser Länge und dieses Zeitintervalls [die mit der Planck-Skala verbunden sind].“
Zum Glück für uns ist jedes uns bekannte Teilchen und somit jedes Teilchen, aus dem wir bestehen, viel größer als die Planck-Länge und dauert viel länger als die Planck-Zeit. Also – Puh! – du und ich und alles, was wir sehen und wissen, kann weiter existieren. (Nur nicht zu tief bohren.)
Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ist jedoch eine andere Geschichte. Schließlich besteht der Ereignishorizont nicht aus Teilchen. 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. Aus ihrer Sicht tritt das Paradox nur dann auf, wenn man die Raumzeit als kontinuierlich behandelt – ohne minimale Längen- und Zeiteinheiten.
„Da das Informationsparadoxon von der Existenz des Ereignishorizonts abhängt und ein Ereignishorizont wie alle Objekte unterhalb einer bestimmten Länge und eines bestimmten Zeitintervalls nicht existiert, gibt es im Regenbogen der Schwerkraft kein absolutes Informationsparadoxon. Das Fehlen eines effektiven Horizonts bedeutet, dass nichts absolut verhindert, dass Informationen aus dem Schwarzen Loch herauskommen“, schloss Ali.
Kein absoluter Ereignishorizont, kein Informationsparadox.
Und was ist mit Ihrer Spaghettifizierung innerhalb des Schwarzen Lochs? Auch hier hängt es von der Skala ab, in der Sie Ihre Situation analysieren möchten. Im Regenbogen der Schwerkraft ist die Raumzeit diskret; Daher zeigt die Mathematik, dass sowohl Sie (der zum Scheitern verurteilte Einbrecher) als auch Ihr Beobachter Ihren Untergang innerhalb einer endlichen Zeit miterleben werden. Aber in der aktuellen Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie, in der die Raumzeit als kontinuierlich beschrieben wird, tritt das Paradox auf. Der Einfallende fällt ein; währenddessen sieht der Beobachter nie, dass der Einfallende den Ereignishorizont passiert.
„Die wichtigste Lehre aus diesem Papier ist, dass Raum und Zeit nur jenseits einer bestimmten Skala existieren“, sagte Ali. „Unterhalb dieser Skala gibt es keinen Raum und keine Zeit. Daher ist es bedeutungslos, Partikel, Materie oder irgendein Objekt, einschließlich Schwarzer Löcher, die in Raum und Zeit unterhalb dieser Skala existieren, zu definieren. Solange wir uns also auf die Skalen beschränken, in denen sowohl Raum als auch Zeit existieren, erhalten wir vernünftige physikalische Antworten. Wenn wir jedoch versuchen, Fragen in längeren und zeitlichen Abständen zu stellen, die unterhalb der Skalen liegen, in denen Raum und Zeit existieren, stoßen wir am Ende auf Paradoxien und Probleme.“
Um es noch einmal zusammenzufassen: Wenn sich die Raumzeit in beliebig kleinen Maßstäben fortsetzt, bleiben die Paradoxien bestehen. Wenn jedoch der Regenbogen der Gravitation richtig ist und die Planck-Länge und die Planck-Zeit die kleinste Einheit von Raum und Zeit sind, die grundsätzlich existiert, sind wir im Klaren … zumindest mathematisch gesprochen. Leider sind die Planck-Skalen viel zu klein, um von unseren mickrigen modernen Teilchenbeschleunigern untersucht zu werden. Diese Arbeit liefert also, zumindest vorerst, ein weiteres rein theoretisches Ergebnis.
Die Papier wurde in der Ausgabe der Europhysics Letters vom 23. Januar veröffentlicht. Ein Vordruck des Papiers ist verfügbar Hier .
