Schwarze Löcher sitzen nicht einfach da.
Sie verändern sich. Sie verschmelzen. Sie explodieren. Und Stephen Hawkings berühmte Theorie aus den 1970er Jahren? Es hatte Mühe, mitzuhalten.
Hawking hat uns Strahlung gegeben. Wärmeleckage. Die Idee, dass diese kosmischen Fallen irgendwann verdampfen, implodieren und sterben könnten. Es war bahnbrechend. Es war legendär.
Es war auch begrenzt.
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass wir das Problem aus der falschen Perspektive betrachten. Vergessen Sie für einen Moment den Ereignishorizont. Denken Sie an einen Topf Wasser auf dem Herd.
Kochendes Wasser wird schmutzig. Ungeordnet.
Diese Störung wird Entropie genannt.
Und schwarze Löcher? Sie haben es auch.
„Hawkings Gesetze … stellten eine zufriedenstellende Verbindung zwischen extremer und seltsamer Physik her … aber sie haben eine ernsthafte Einschränkung.“ — Abhay Ashtekar, Pennsylvania State
Der Haken? Hawkings Gesetze funktionieren nur, wenn das Schwarze Loch abkühlt. Gleichgewicht. Unveränderlich. Statisch.
Die Realität ist nicht statisch.
Schwarze Löcher sind dynamisch. Sie bilden sich. Sie kämpfen. Sie verdunsten.
Daher beschloss das Team an der Penn State University – unter der Leitung von Abhay Ashtakar mit Hilfe der Doktoranden Daniel E. Paraizo und Jonathan Shu –, die Regeln neu zu schreiben. Nicht die Physik, nur der Rahmen.
Einsteins Schatten
Man kann nicht über Löcher reden, ohne über die Schwerkraft zu reden. Und ohne Albert Einstein kann man nicht über Schwerkraft sprechen.
- Die Allgemeine Relativitätstheorie sinkt.
Die Mathematik schreit nach „Singularität“. Ein Punkt, an dem Gleichungen ins Unendliche gehen. Das Herz des Tieres.
Umgeben? Der Ereignishorizont. Der Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt. Dort ist die Schwerkraft so stark, dass sogar Licht hängen bleibt. Die Fluchtgeschwindigkeit übersteigt die Lichtgeschwindigkeit. Nichts raus. Nicht einmal Informationen.
Das war es jahrzehntelang. Nulltemperatur. Keine Strahlung. Unendliche Möglichkeiten, ein Loch zu machen.
Es schien, als hätten die thermodynamischen Gesetze – diese schönen Regeln über Energie und Unordnung – nichts damit zu tun, auf etwas so Dunkles angewendet zu werden.
Dann kam Hawking.
1974. Er veränderte das Spiel.
Plötzlich strahlten Schwarze Löcher Hitze aus. Plötzlich hatten sie Fieber. Plötzlich könnten wir die Thermodynamik auf sie anwenden. Es verlagerte sie von mathematischen Problemen in die physikalische Realität.
Hawkings Rezept war elegant. Fläche ist gleich Entropie. Spin und Masse sind umgekehrt proportional. Es hat funktioniert.
Bis es nicht mehr geschah.
Das Problem mit der Ansicht
Hier ist der Haken.
Analogien scheitern, wenn es hektisch zugeht.
„In dynamischen Situationen… können sich Ereignishorizonte bilden… wo nichts passiert.“ — Jonathan Shu
Wenn ein Schwarzes Loch wächst, verschmilzt oder Sterne frisst, ist der „Ereignishorizont“ ein schlechter Maßstab.
Warum?
Weil Sie seine Eigenschaften derzeit nicht definieren können.
Man muss die Zukunft vorhersagen. Sie müssen sehen, ob Licht entweicht oder nicht. Das ist keine Physik. Das ist Prophezeiung.
Paraizo hat es einfach ausgedrückt.
Wer nicht hineinschauen kann, kann nicht wissen, was drin ist. Nicht wirklich.
Die Fläche dieses Horizonts kann die tatsächliche physikalische Entropie eines sich verändernden Lochs nicht messen. Es ist ein nachlaufender Indikator. Unbrauchbar, um die Geburt oder den Tod des Tieres zu verstehen.
Also hat das Penn State-Team etwas Radikales getan.
Sie haben den Ereignishorizont verworfen.
Ersetzt durch einen dynamischen Horizont.
Wird bereits in Simulationen verwendet. Nie vollständig auf das thermodynamische Gesetz angewendet.
Dieser einfache Schalter behebt alles.
Erster Hauptsatz der Thermodynamik? Angewandt. Energie verändert ihre Form, wird aber nicht erzeugt.
Zweites Gesetz? Angewandt. Die Entropie nimmt immer zu.
Kein Warten mehr darauf, dass die Zukunft die Gegenwart definiert.
Es ist nicht mehr erforderlich, dass das Schwarze Loch stillsteht.
Das funktioniert bei der Geburt. Fusion. Verdunstung. Sogar der explosive Tod, den Hawking vorhergesagt hatte.
Es erweitert die Gesetze über das 50-Jahres-Gleichgewichtsparadigma hinaus.
„Wir wollten einen Weg finden, die Gesetze auf schwarze Löcher auszudehnen, die im Gleichgewicht sind.“ — Ashtekar
Löst es alle unsere Probleme?
Vielleicht.
Die Quantentheorie hat immer noch ihre eigenen Lücken. Aber dadurch passt die Mathematik zum Chaos.
Endlich haben wir eine Möglichkeit, über ein Schwarzes Loch zu sprechen, während es sich bewegt.
Anstatt nur darauf zu warten, dass es stirbt.
