Wir wissen immer noch nicht genau, was passiert, wenn Schwarze Löcher sterben.
Seitdem Stefan Hawking Sie entdeckten diese schwarzen Löcher verdampfen, wir wussten, dass sie aus unserem Universum verschwinden könnte. Aber unser Verständnis von Schwerkraft und Quantenmechanik ist nicht stark genug, um die letzten Momente im Leben eines Schwarzen Lochs zu beschreiben.
Jetzt legen neue Forschungsergebnisse, die von der Stringtheorie angetrieben werden, mögliche und ebenso bizarre Verdunstungsschicksale nahe Schwarze Löcher: eine restliche feste Masse, zu der wir im Prinzip Zugang haben, oder eine Singularität, die sie nicht umgibt Ereignishorizont.
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Die Bedeutung der Hawking-Strahlung
Schwarze Löcher Sie sind streng genommen nicht ganz schwarz. In der reinen allgemeinen Relativitätstheorie bleibt es ohne weitere Modifikationen oder Betrachtungen anderer Physik für immer schwarz. Sobald sich eines von ihnen gebildet hat, wird es dort bleiben und für immer ein schwarzes Loch sein. Aber in den 1970er Jahren benutzte Hawking die Sprache der Quantenmechanik, um zu erforschen, was in der Nähe der Grenze eines Schwarzen Lochs passiert, das als Schwarzes Loch bekannt ist. Ereignishorizont.
Überraschenderweise fand er heraus, dass eine seltsame Wechselwirkung zwischen den Quantenfeldern unseres Universums und der Einbahnbarriere des Ereignishorizonts einen Pfad für Energie ermöglichte, um aus dem Schwarzen Loch zu entkommen. Diese Energie nimmt die Form eines langsamen, aber stetigen Stroms von Strahlung und Partikeln an, der als Hawking-Strahlung bekannt geworden ist. Mit jedem bisschen Energie, das entweicht, verliert das Schwarze Loch an Masse, schrumpft und verschwindet schließlich vollständig.
.s Aussehen Hawking-Strahlung Er schuf das, was bekannt ist. Das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs. Alle Informationen, die Materie beschreiben, die in ein Schwarzes Loch fällt, überqueren den Ereignishorizont und werden nie wieder gesehen. Aber die Hawking-Strahlung selbst trägt keine Informationen mit sich, und doch verschwindet das Schwarze Loch schließlich. Wo sind also all die Informationen geblieben?
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Einstein überholt
Das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs ist ein riesiges blinkendes Neonsignal für Physiker, dass wir etwas nicht verstehen. Vielleicht verstehen wir die Natur quantitativer Informationen nicht, die Natur Schwere Oder die Art der Eventaussichten – oder alle drei. Der „einfachste“ Weg, das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs zu lösen, besteht darin, eine neue Gravitationstheorie zu entwickeln, die darüber hinausgeht Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.
Schließlich wissen wir bereits, dass die allgemeine Relativitätstheorie in den Zentren von Schwarzen Löchern zusammenbricht, die winzige Löcher in der Raumzeit sind, die als Singularitäten bekannt sind und deren Dichte ins Unendliche geht. Die einzige Möglichkeit, die Singularität korrekt zu beschreiben, ist eine Theorie der Quantengravitation, die korrekt vorhersagt, wie stark sich die Schwerkraft auf sehr kleinen Skalen verhalten wird.
Leider fehlt uns derzeit eine Theorie Quantengravitation. Es wäre schön, Singularitäten direkt zu betrachten, aber soweit wir die allgemeine Relativitätstheorie verstehen, sind alle Singularitäten hinter Ereignishorizonten verborgen, was sie außerhalb unserer Reichweite macht.
Aber durch das Studium des Hawking-Strahlungsprozesses können wir vielleicht eine Abkürzung finden, um der Singularität näher zu kommen und die verrückte Physik zu verstehen, die dort vor sich geht. Wenn Schwarze Löcher verdunsten, werden sie immer kleiner und ihre Ereignishorizonte kommen den zentralen Singularitäten unangenehm nahe. In den letzten Augenblicken des Lebens eines Schwarzen Lochs wird die Schwerkraft zu stark und Schwarze Löcher werden zu klein, um sie mit unserem derzeitigen Wissen korrekt zu beschreiben. Wenn wir also eine bessere Gravitationstheorie entwickeln können, können wir die letzten Momente der Hawking-Strahlung nutzen, um das Verhalten der Theorie zu testen.
Es gibt viele Kandidaten für die Theorie der Quantengravitation, mit Stringtheorie Am weitesten fortgeschritten. Obwohl es keine bekannten Lösungen für die Stringtheorie gibt, ist es möglich, das, was wir über die allgemeinen Merkmale der Theorie wissen, zu nehmen und daraus modifizierte Versionen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erstellen.
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nackte Singularitäten
Diese modifizierten Theorien sind keine „vollständigen“ gültigen Alternativen zur allgemeinen Relativitätstheorie, aber sie erlauben uns zu untersuchen, wie sich die Gravitation verhalten könnte, wenn sie sich der Quantengrenze immer nähert. Kürzlich verwendete ein Team von Theoretikern eine dieser Theorien, die als Einstein-Delaton-Gauß-Bonnet-Schwerkraft bekannt ist, um die Endzustände verdampfender Schwarzer Löcher zu untersuchen. Sie haben ihre Arbeit auf einem Blatt Papier detailliert beschrieben Gepostet in arXiv .prepress database (Öffnet in einem neuen Tab) im Mai.
Details zu den Ergebnissen des Teams sind etwas vage. Dies liegt daran, dass die modifizierte allgemeine Relativitätstheorie nicht so gut verstanden wird wie die gewöhnliche allgemeine Relativitätstheorie, und das Lösen komplexer Mathematik eine Reihe von Schätzungen und viel Rätselraten erfordert. Dennoch konnten die Forscher ein allgemeines Bild von dem zeichnen, was passiert.
Ein Hauptmerkmal von Einstein-Delaton-Gauß-Bonet ist, dass Schwarze Löcher eine Mindestmasse haben, sodass Theoretiker untersuchen konnten, was passiert, wenn ein verdampfendes Schwarzes Loch beginnt, eine Mindestmasse zu erreichen.
Abhängig von der genauen Natur der Theorie und der Entwicklung des Schwarzen Lochs hinterlässt der Verdunstungsprozess in einigen Fällen eine mikroskopisch kleine feste Masse. Dieser festen Masse mag ein Ereignishorizont fehlen, also könnten Sie im Prinzip Ihr Raumschiff dorthin fliegen und sie einfangen. Während die feste Masse sehr seltsam wäre, würde sie zumindest alle Informationen behalten, die in das ursprüngliche Schwarze Loch gefallen sind, und so den Widerspruch auflösen.
Eine andere Möglichkeit ist, dass das Schwarze Loch seine minimale Masse erreicht und seinen Ereignishorizont aufgibt, aber immer noch seine Singularität behält. Diese „nackten Singularitäten“ scheinen in der gewöhnlichen allgemeinen Relativitätstheorie verboten zu sein, aber wenn sie existierten, würden sie als direkte Fenster in das Reich der Quantengravitation dienen.
Es bleibt unklar, ob die Einstein-Delaton-Gauß-Bonnet-Schwerkraft einen gültigen Weg zur Quantengravitation darstellt. Aber Ergebnisse wie diese helfen Physikern, die komplexesten Szenarien im Universum zu beleuchten, und können Hinweise geben, wie sie gelöst werden können.
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