4 december 2016

Stephen Hawking e.a.: zwarte gaten hebben ‘zacht haar’ van zachte fotonen en gravitonen

zwartgat

Met de publicatie afgelopen week in de arXiv van het artikel Soft Hair on Black Holes van het drietal Stephen W. Hawking, Malcolm J. Perry en Andrew Strominger is er een vervolg gekomen op de claim die Hawking vorig jaar augustus vanuit het Zweedse Stockholm de wereld in gooide, dat hij samen met genoemde twee anderen een oplossing had bedacht voor het informatieprobleem van zwarte gaten. Dat probleem komt hier op neer dat alles van wat in een zwart gat verdwijnt ook de informatie verdwijnt, de informatie die iets zegt over de kwantumtoestand van de deeltjes. Je zou kunnen zeggen ‘nou ja, dan verdwijnt het maar in het zwarte gat, so be it‘, maar daar nemen natuurkundigen geen genoegen mee en er zijn tal van redenen waarom dit verlies van informatie niet kan, met name die te maken hebben met het principe van determinisme, dat je alles kunt voorspellen op basis van kennis van de deeltjes op een bepaald moment.

holografisch_principe

Voorstelling van informatie-qubits op de waarneemhorizon van een zwart gat

Het artikel van Hawking e.a. is erg technisch en uit de reacties op de blogosfeer begrijp ik dat het ook zeker niet het definitieve verhaal is, maar dat het weer een stap verder is in het raamwerk om te komen tot een oplossing voor het informatieprobleem van zwarte gaten. De oplossing die de drie auteurs voorstellen is dat een zwart gat wel degelijk haar heeft en wel in de vorm van zacht haar, bestaande uit zachte fotonen en zachte gravitonen, die zich bevinden op de driedimensionale waarneemhorizon van het zwarte gat. Als sinds de jaren zestig kennen we de Geen-Haar-Stelling, dat zegt dat zwarte gaten geen haar hebben, dat wil zeggen dat ze afgezien van massa, lading en impulsmoment geen enkel andere door waarnemers op veilige afstand kenbare eigenschap hebben. Zwarte gaten zouden zacht haar hebben – neem het a.u.b. niet al te letterlijk – en die zachte fotonen en gravitonen zouden geen energie hebben, maar wel informatie bevatten.

links de standaard-collaps van een zwart gat, rechts de collaps volgens Hawking, Strominger en Perry. links de standaard-collaps van een zwart gat, rechts de collaps volgens Hawking, Strominger en Perry. De blauwe lijn links stelt de waarneemhorizon voor, rood een schil van invallende materie. De oranje pijlen rechts stellen de Hawking straling van verdampende zwarte gaten voor.

Reacties

  1. Martin Schoenmaker zegt:

    Voornamelijk geen haar + het haar dat er wel is, is dun en grijs.

    Oh jee, mijn hoofd verandert in een zwart gat. Dat verklaart die ongrijpbare drang tot informatie tot mij nemen, terwijl er nauwelijks weer iets uit komt… 😉

  2. Als een zwart gat verdampt, wat zou er dan met de informatie in de schil om het zwart gat gebeuren?

    • Die verdamping van zwarte gaten gaat in een heel langzaam tempo. Bedoel je soms de explosie op het laatst als het laatste beetje massa verdampt? De verdamping van zwarte gaten gebeurt trouwens niet in de nabijheid van de waarneemhorizon (=3D-schil met de zachte fotonen en gravitonen), maar enkele stralen van die horizon verderweg, aldus Sabine Hossenfelder op haar blog.Ik weet zelf niet of er een verband is tussen de verdamping en de informatie op de waarneemhorizon. Interessante vraag overigens.

      • Ja ik bedoel echt het laatste moment van het zwarte gat als deze ophoudt te bestaan. Ik kan me voorstellen dat de in dit artikel genoemde schil om het zwarte gat heen ongelooflijk veel informatie bevat van alle ingevallen deeltjes, dus ik vroeg me af wat hiermee gebeurd als een zwart gat zijn laatste adem uitspuugt.

        Soms vraag ik me af waarom deze informatie bewaard zou moeten blijven. De informatie was er puur om de energie vorm te geven, als deze dan gescheiden zouden zijn dan heeft de informatie geen waarde meer en kan de informatie gereset worden, of terug gegeven worden aan het universum al dan niet in een soort van initiele of lege vorm. Net zoiets als virtuele deeltje even bestaan, en dus vorm en informatie bevatten, maar daarna weer net zo snel annihileren.

        • De Schrijvende Poes zegt:

          “Ik bedoel echt het laatste moment van het zwarte gat als deze ophoudt te bestaan. Ik kan me voorstellen dat de in dit artikel genoemde schil om het zwarte gat heen ongelooflijk veel informatie bevat van alle ingevallen deeltjes”

          Een zwart gat zoals jij het schetst bevat extreem weinig materie, heeft een heel kleine waarnemingshorizon, en de hoeveelheid opgeslagen informatie is dus eveneens klein.

          ——

          Er staat trouwens een foutje in het stuk: “sinds de jaren zestig kennen we de Geen-Haar-Stelling, dat zegt dat zwarte gaten geen haar hebben, dat wil zeggen dat ze afgezien van massa, lading en impulsmoment geen enkel andere eigenschap hebben.”

          Dat laatste, dat zwarte gaten maar 3 eigenschappen zouden bezitten, is niet juist. Het No-Hair-theorema zegt: in massa, lading en impulsmoment kunnen zwarte gaten onderling meetbaar verschillen voor buitenstaanders. Andere eigenschappen zijn zeker wel aanwezig, maar onmeetbaar voor buitenstaanders. Een zwart gat zou bijv. uit antimaterie kunnen bestaan, maar we zouden dat niet kunnen weten.

          • Nee, in mijn stuk had ik eigenlijk geen grootte van zwarte gaten in gedachten, ik praatte in het algemeen over zwarte gaten. 🙂 Al moet ik bij nader inzien wel toevoegen dat micro/mini black holes wellicht buiten de boot zouden vallen gezien die alweer verdampt zouden zijn voordat het andere materie kan gaan aantrekken, dus die bouwen volgens mij dan ook geen schil van informatie om zich heen van invallende deeltjes.

          • De Schrijvende Poes zegt:

            Geen grootte? Dat snap ik niet. Je schrijft toch dat je >echt< het laatste moment van een zwart gat bedoelt? Per definitie zijn dat micro zwarte gaten.

            Ook de kleinste zwarte gaten hebben een waarnemingshorizon, dus geldt de informatieparadox daar ook voor.

            Die "schil met informatie" komt uit het holografisch principe (en de AdS/CFT dualiteit van Maldacena) en is niet een voor ons fysiek toegankelijk iets. Het maakt het in principe, maar niet in praktijk mogelijk om de kwantumstaat van een systeem af te lezen (dat is verder genoeg om te zeggen dat deze informatie niet verloren gaat).

            Je oorspronkelijke vraag kun je eigenlijk niet goed beantwoorden: het is een beetje als vragen wat er met je spiegelbeeld gebeurt als je uit het beeld stapt.

          • Precies zoals ik al zei, ik praatte in het algemeen over zwarte gaten, niet specifiek micro/mini, kleine, normale of supermassieve, maar gewoon zwarte gaten in zijn algemeenheid. Wat is daar niet aan te snappen? 🙂
            Verder zeg je dat het per definitie micro zwarte gaten zijn als ik het laatste moment van zwarte gaten bedoel, maar dat klopt niet, want een zwart gat dat aan het verdampen is zou volgens theorieën al eerder instabiel zijn geworden en zoals arie al noemde exploderen voordat het ooit de grootte van een micro/mini zwart gat kan bereiken.

            Dat micro-mini zwarte een waarnemingshorizon hebben spreek ik niet tegen, maar deze micro-mini zwarte gaten zouden volgens de theorie instantaan verdampen als ze ontstaan zijn. Dus hebben ze wel lang genoeg bestaan om deeltjes op te slurpen en diens informatie in een schil rond het micro-mini zwart gat op te slaan? Ik weet het niet, ik vraag het me wel even af.

            Ik zie niet in waarom mijn vraag niet beantwoord kan worden, want als men van alles verzint om de informatie niet verloren te laten gaan, dan weet men heel goed waar de informatie is gebleven, dat is juist de theorie. Als men nog niet weet wat er met de informatie gebeurd als een zwart gat ophoudt te bestaan dan moet men nog even terug naar de tekentafel. 🙂 Ik heb dan ook geen idee of deze theorie ook zover gaat dat ze beschreven hebben wat er met de informatie gebeurd als een zwart gat tot zijn eind is gekomen, maar ik vraag het me wel af… Ik neem aan dat ik niet de eerste ben die zich afvraagt wat e met de informatie gebeurd als een zwart gat op zijn eind is gekomen. 🙂

          • Eigenlijk “moeten” jullie micro zwarte gaten buiten beschouwing laten. Die ontstaan niet uit een lading samengeperste massa, maar uit pure energie. Als de LHC ze b.v. zou maken, dan komt dat door de enorme hoeveelheid geconcentreerde energie. Ten tweede is het bestaan ervan nog niet bewezen….

            Niet dat ik me er mee wil bemoeien, maar jullie maken het onnodig ingewikkeld
            Mijn 2/c 🙂

    • EnceladusEnceladus zegt:

      @Rudiev: geheel zonder enige wetenschappelijk onderbouwing, en dus op intuïtie, zeg ik dat uit een zwart gat een nieuw universum ontstaat. Die informatie zou dan a.h.w. ‘weglekken’ naar het nieuwe universum.

      groet,
      Gert (Enceladus)

  3. @KJ
    Dat vind ik ook, daarom voegde ik al toe dat micro/mini black holes buiten de boot zouden vallen. Afgezien dat ze nog niet aangetoond zijn is een micro/mini black hole vooral een quantummechnisch fenomeen.

  4. EnceladusEnceladus zegt:

    Hoe gaat het eigenlijk met Hawking? In december waren er berichten dat zijn gezondheid achteruit ging.

    groet,
    Gert (Enceladus)

Geef een reactie