11 december 2017

Wiskundige: “zwarte gaten kunnen onmogelijk bestaan”

singularity

Dan nu een bericht uit de categorie “zou het (dit keer) echt waar zijn?”. Een Amerikaanse wiskundige beweert namelijk dat zwarte gaten helemaal niet bestaan! Zwarte gaten zijn natuurlijk altijd al een probleem geweest. In een zwart gat komen de twee pijlers van de natuurkunde, kwantummechanica en de relativiteitstheorie, namelijk recht tegenover elkaar te staan.

Volgens Einstein’s relativiteitstheorie is een zwart gat het gevolg van een zware ster die instort onder z’n eigen gewicht. Hierbij ontstaat een puntobject met een oneindig hoge dichtheid, de zogenaamde singulariteit. Deze wordt omringd door een onzichtbaar membraan, de zogenaamde waarnemingshorizon. Zodra je voorbij die horizon komt, is het onmogelijk om te ontsnappen aan de singulariteit. Dat betekent dat informatie dat voorbij de “grens” komt verloren is gegaan. Kwantummechanica zegt echter dat informatie never nooit verloren kan gaan. Dit resulteert dus in de zogenaamde informatieparadox.

Met andere woorden: als je de wiskunde van beide omschrijvingen van het universum toepast op een zwart gat, dan krijg je pure nonsens. Vandaar dat wiskundigen twijfelen aan het bestaan van die dingen. Nu heeft de Amerikaanse wiskundige Laura Mersini-Houghton nieuwe berekeningen gedaan, waarin ze een idee van Stephen Hawking heeft toegepast. Hawking voorspelde namelijk in de jaren ’70 dat zwarte gaten straling afgeven, zogenaamde Hawkingstraling, waarbij de informatieparadox mogelijk wordt omzeild.

De uitkomsten van de nieuwe berekeningen laten echter iets heel anders zien. Door het uitstoten van Hawkingstraling kan een instortende ster zoveel massa verliezen, dat deze altijd een neutronenster zal vormen. De benodigde dichtheid voor een singulariteit wordt simpelweg nooit bereikt. Hiermee komt niet alleen het bestaan van zwarte gaten in twijfel te staan, maar ook de oerknal zelf! Als Mersini-Houghton dus gelijk blijkt te hebben, dan kan de hele kosmologie op de schop.

Noot van AstroBlogs:

Allemaal leuk en aardig natuurlijk, maar het zal niet de eerste keer zijn dat wiskunde en natuurkunde iets anders zeggen. Immers: als zwarte gaten niet bestaan, wat zijn dan de extreem zware en zeer kleine, onzichtbare objecten in het heelal – aan hun bestaan wordt immers niet getwijfeld. Als het geen singulariteiten zijn…..wat dan wel?

Bron: University of North Carolina

Het volledige onderzoek kun je hier en hier (in twee delen) teruglezen.

Reacties

  1. Gralgrathor zegt:

    Bovendien:

    1. Je hebt geen puntsingulariteit nodig om een waarnemingshorizon te krijgen.
    2. Ook het oerknalmodel is niet noodzakelijkerwijs afhankelijk van het bestaan van een puntsingulariteit.

    Dus. En want maar.

  2. Quote: ” Noot van AstroBlogs: ….Als het geen singulariteiten zijn…..wat dan wel? ”

    Inderdaad, al lezende waren dat ook mijn gedachten. En aangezien ik het ook niet weet, stel ik voor om een wiskundige naar het melkwegcentrum te sturen om eens even polshoogte te nemen. 😉

    Groet, Paul

  3. Er is geen informatieparadox, er is een wiskunde-natuurkunde paradox.

    Daarbij, wie zegt dat de quantummechanische informatie verloren gaat in een zwart gat? Ons universum zou ook uit het niets, of een punt, onstaan zijn, dus blijkbaar kan het of zoiets toch wel. Een zwart gat kan ook een bepaalde staat zijn die vlak na de big bang ook geheerst zou kunnen hebben.
    Of misschien gaat de informatie wel verloren of neemt deze een andere staat aan, maar blijft een basis bestaan en kan deze basis mocht deze weer uit het zwarte gat komen weer informatie aannemen. Vergelijk het als materie die op 0 kelvin in een golffunctie valt maar als de temperatuur weer stijgt weer zijn quantummechnische eigenschappen krijgt.

    Verder is het makkelijk om op basis van wiskunde te zeggen dat iets niet kan bestaan, maar waarnemingen wel op zoiets duiden. Als slimme wiskundige zou je je dan af moeten vragen wat het dan is wat we waarnemen. Of misschien een kansberekening maken hoe groot de kans is dat de wiskunde fout is. 😉

    • Vragen aan een wiskundige wat ze dan wel waarnemen?
      Nee, daar branden wiskundigen hun jatten niet aan,
      ze hebben liever dat die natuurkundigen hun jatten daar aan branden 🙂

  4. Ik heb sterk het idee dat die wiskundige Laura Mersini-Houghton weinig kaas heeft gegeten van natuurkunde. Als ze echt van mening is dat door de Hawkingstraling zoveel massa verloren gaat dat alleen een neutronenster ontstaat en geen zwart gat met een singulariteit, dan zit ze er compleet naast. De vorming van een zwart gat in de laatste fase van een zeer zware ster is een kwestie van seconden, het lekken van massa door het Hawkingproces is iets dat miljarden jaren duurt, dus dat proces kan nooit de reden zijn dat voorkomen wordt dat een zwart gat ontstaat.

  5. Michel Beekveld zegt:

    “Ik heb sterk het idee dat die wiskundige Laura Mersini-Houghton weinig kaas heeft gegeten van natuurkunde”.

    Euh…Arie. Laat even zien waar Prof. Mersini Houghton een fout in haar berekeningen heeft zitten. Want ik begrijp het dus niet:

    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269314006686

    Mersini-Houghton received her B.S. degree from the University of Tirana, Albania, and her M.Sc. from the University of Maryland.[11] She was awarded a Ph.D. in 2000 by the University of Wisconsin–Milwaukee. After earning her doctorate, Mersini-Houghton was a postdoctoral fellow at the Italian Scuola Normale Superiore di Pisa from 2000 to 2002. In 2002 she had a postdoctoral fellowship for two years at Syracuse University.[11] She accepted a job as faculty at University of North Carolina, and in January 2004, she started as assistant professor of theoretical physics and cosmology at UNC, and was granted tenure in 2008

    Mies.

    • De formules zijn voor mij ook abracadabra. Een konijn uit de hoge hood toveren is voor mij nog makkelijker. Ik zal een poging doen het in normale taal uit te leggen. Moch ik een foutje maken hoor ik het graag.

      Hawking straling ontstaat doordat vlak achter de event horizon een deeltjespaar onstaat, een materie anti-materie paar. Dit deeltjespaar komt niet direct uit het zwarte gat, maar onstaat als virtueel deeltjespaar uit het vacuumsenergie. Door het zwarte gat krijg dit virtueel deeltjespaar en zetje extra energie uit de zwaartekracht en wordt het een echt deeltjespaar waarvan het materie deeltjes uit het zwarte gat kan vluchten en het anti-materie deeltje weer terug in het zwarte gat valt. Hierdoor verliest het zwarte gat dus een klein beetje energie.
      Zoals Arie al aangeeft gebeurt het ineenstorten van een ster naar een zwart gat in seconden. Er zou dan soms, afhankelijk van de massa van de ster, zoveel hawking straling geproduceert moeten worden om een zwart gat te voorkomen en het een neutronen ster te laten worden dat je dit zou moeten kunnen meten. In sommige gevallen zou je dan spreken over zonmassa’s die in seconden in hawking straling omgezet zou moeten worden.
      Volgens mij zou je dan een enorme uitbarsting van elektronen, het materie deeltje van het deeltjespaar wat uit het zwarte gat kon vluchten, moeten kunnen meten.
      Maar zoals Arie ook al zei is hawking straling een proces wat miljarden jaren kan duren en niet iets in seconden en kan de theorie van deze mevrouw al niet kloppen. De praktijk lijkt dit ook nog eens te staven, want wat is een zwart gat dan? 🙂

  6. Michel+Beekveld zegt:

    Ik help je een beetje op weg:

    “Since the star is homogeneous”

    (tussen 2.4, en 2.5).

    Ik vraag het mij af.

    Mies.

  7. Michel, Ik wist niet dat ze natuurkundige was, in de blog staat dat ze wiskundige is, dus daar was ik even van uit gegaan. Ik heb het artikel van Mersini-Houghton niet volledig gelezen, maar baseer mij op wat Olaf er over schrijft. Ik heb wel even de link bekeken en in de samenvatting van haar artikel lees ik iets essentieels: “Hawking radiation in the interior of the star”, Dat zou dus plaatsvinden in de ster, met als gevolg dat massa verdwijnt en de sterkern te licht wordt om ineen te storten tot een zwart gat. Hawking straling kan alleen plaatsvinden bij waarneemhorizons van zwarte gaten, niet in sterren zonder waarneemhorizon. Dus daar gaat ze de mist in. In verder heb je gelijk te wijzen op ‘the star is homogeneous’, ook dat is onjuist. In de laatste momenten is zo’n zware ster net een ui, die uit vele lagen bestaat, van ijzer in de kern tot waterstof aan de buitenkant.

  8. “Kwantummechanica zegt echter dat informatie never nooit verloren kan gaan. Dit resulteert dus in de zogenaamde informatieparadox.”

    Ik heb altijd wat moeite gehad met die informatieparadox. Dat die informatie niet meer voor ONS bereikbaar is wil toch nog niet zeggen dat de informatie an sich verloren is gegaan? M.i. bevindt die informatie zich nog wel ergens. Noem het maar een andere universum of wat je wil, maar weg is die informatie volgens mij niet en als die informatie ELDERS nog bestaat lijkt mij er ook geen sprake van een informatieparadox. Of maak ik ergens in mijn redenering een criciale denkfout?

    groet,
    Gert (Enceladus)

    • Dat is mijn idee ook, dat de informatie niet verloren gaat. Immers heeft een zwart gat net zo goed massa en dus zwaartekracht en magnetische velden, dus dat zijn al twee eigenschappen van opgeslokte deeltjes die niet verloren (hoeven te) gaan. Of denk ik nu heel simpel? 🙂

    • De Schrijvende Poes zegt:

      “Dat die informatie niet meer voor ONS bereikbaar is wil toch nog niet zeggen dat de informatie an sich verloren is gegaan? M.i. bevindt die informatie zich nog wel ergens.”

      Nee, die informatie gaat verloren volgens de relativistische benadering. Probeer het anders te zien: zwarte gaten hebben maar 3 onderscheidende eigenschappen: massa, hoekmoment, en elektrische lading.
      Kun je met deze gegevens afleiden of het inwendige van een zwart gat door materie of door anti-materie is gevormd? Nee, en dus is er schijnbaar informatie verloren gegaan.

      Nu duik je het zwarte gat in. Je hebt een pak aan dat niet kan bestaan waardoor je blijft leven 😉 . En verdomd, je ontdekt dat het zwarte gat uit materie bestaat. Kun je die informatie dan naar mij toe sturen? Nee. De waarnemingshorizon maakt dat onmogelijk.
      Opnieuw is je conclusie dat die informatie verloren is gegaan. Informatie die ‘ergens’ aanwezig is, maar onmogelijk uit te lezen is, is verloren informatie (in het echt blijft een waarnemer in een zwart gat natuurlijk niet in leven).

      Maar je hebt deels wel gelijk, alleen moet je oppassen: dat die informatie zich nog ergens bevindt, is een consequentie van de kwantummechanica die zegt dat informatie niet verloren kan gaan en dus ligt die informatie ‘ergens’. Maar… dat is niet het probleem. Het probleem (de paradox) draait rond het feit dat 2 belangrijke theorieën beide precies het tegenovergestelde voorspellen. En dat is het probleem, dat is de paradox.

  9. Stephen Hawking’s in januari dit jaar gelanceerde theorie van de schijnbare horizon, ook wel de theorie van de grijze gaten genoemd, was bedoeld om de informatieparadox op te heffen. Zie deze blog over Hawking’s theorie en de informatieparadox.

  10. Olaf van KootenOlaf van Kooten zegt:

    Update:

    William Unruh, theoretisch fysicus aan de universiteit van British Columbia en niet de eerste de beste, doet het idee echter af als onzin. Volgens hem hebben berekeningen in de jaren zeventig al laten zien dat het door Mersini-Houghton voorgestelde proces niet kan optreden. ‘Er zijn al heel veel pogingen gedaan om aan te tonen dat zwarte gaten nooit ontstaan (…). Allemaal interpreteren ze de Hawkingstraling verkeerd, en gaan ze ervan uit dat materie zich gedraagt op manieren die volkomen onaannemelijk zijn,’ aldus Unruh.

Laat wat van je horen

*