19 oktober 2018

Hawking’s grijze gaten en de informatieparadox

Credit: VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty

Een week geleden was het wereldnieuws dat de beroemde natuurkundige Stephen Hawking van z’n geloof was gevallen en nu van mening was dat zwarte gaten helemaal niet bestaan. Zoals vaker voorkomt wordt de soep niet zo heet gegeten als ‘ie wordt opgediend en was het werkelijk nieuwe aan Hawking’s theorie dat de waarnemingshorizon rondom de singulariteit van het zwarte gat niet scherp begrensd is, maar dat de ‘schijnbare horizon’ een turbulente laag is, van waaruit de naar hem genoemde Hawkingstraling én informatie vanuit het zwarte gat kunnen ontsnappen. Zwarte gaten zijn dus grijs – we moeten ze eigenlijk grijze gaten noemen – maar echt nieuw is dat ook weer niet, want we wisten al dat zwarte gaten langzaam maar zeker straling uitzenden. Daar komt nog bij dat Hawking’s theorie over de schijnbare horizon niet eens een theorie mag worden genoemd, omdat Hawking’s artikel op de arxiv preprint server niet één formule bevat, toch een noodzakelijk iets om het wetenschappelijk verifieerbaar door anderen te maken. Maar los daarvan, het interessante is nu dat Hawking teruggrijpt naar een theorie over informatie die als eerste opgesteld is door de natuurkundige en Nobelprijswinnaar Gerard ‘t Hooft en verder is uitgewerkt door zijn collega Erik Verlinde, namelijk het holografische principe.

Het Holografische principe en de informatieparadox

Hawking was tot 2004 van mening – in de beroemde in 1981 begonnen Susskind-Hawking strijd – dat van alles wat in het zwarte gat valt – sterren, astronauten, koelkasten, etc… – de informatie definitief verloren gaat, dat deze niet meer terug te halen valt naar buiten het zwarte gat, naar een waarnemer op een veilige afstand. Met die informatie bedoelen we eigenlijk de informatie die besloten ligt in de kleinste bouwsteentjes van de dingen die in het zwarte gat vallen, in hun kwantumeigenschappen. Ook de in 1975 door Hawking en zijn collega Jacob Bekenstein voorspelde Bekenstein-Hawkingstraling van zwarte gaten – ontstaan door virtuele paren van deeltjes en hun antideeltjes bij de waarnemingshorizon (zie afbeelding hieronder) – bevat geen informatie van de materie die in het zwarte gat is gevallen. En daarmee zou informatie verloren gaan, hetgeen indruist tegen het zeer fundamentele principe: behoud van informatie. Zie daar de informatieparadox van zwarte gaten.

Twee jaar geleden kwamen snaarfysicus Joe Polchinski en zijn collega met een oplossing: er bevindt zich op de waarnemingshorizon een soort van firewall, die ontstaat doordat de verstrengeling tussen de virtuele deeltjesparen verbroken wordt. Daardoor kan de Hawkingstraling wel degelijk informatie bevatten, alleen zorgt de firewall er ook voor dat niets het zwarte gat meer in kan komen. Hawking moet niets van zo’n firewall hebben en om de informatieparadox toch op te lossen haalt hij het holografische principe tevoorschijn, dat ‘t Hooft al in 1993 bedacht. Deze stelde toen dat de informatie die in een ruimte is opgesloten ook ‘geprojecteerd’ is op het oppervlak dat die ruimte omsluit. Verlinde heeft dat later gebruikt om er een nieuwe theorie van de zwaartekracht mee te maken. De Amerikaanse natuurkundige Leonard Susskind – yep, die van de ‘Susskind-Hawking Battle’ – werkte het holografische principe in 1995 uit tot een denkbeeldig oppervlak nabij de waarnemingshorizon, dat de informatie bevat van alle materie die er doorheen is gevallen en die gevangen zit in het zwarte gat – zie de afbeelding hieronder.

Hawking stelt nu dat zwarte gaten wel degelijk informatie kunnen lekken, namelijk via die schijnbare horizon. Alleen wordt de informatie, voordat deze wordt overgedragen op de Bekenstein-Hawkingstraling, op een ingewikkelde manier in de kolkende chaos door elkaar gehusseld, zodat er voor een buitenstaander letterlijk geen touw meer aan vast te knopen valt. Het grijze gat van Hawking zou omgeven zijn door een soort van ‘warm bad‘, de turbulente zone van de schijnbare horizon. In een vandaag verschenen artikel in NRC-Handelsblad zeggen ‘t Hooft en Verlinde blij te zijn met de ommezwaai die Hawking heeft gemaakt, al vinden ze het wel jammer dat in Hawking’s artikel formules ontbreken, die het verhaal ‘hard’ kunnen maken. Bron: NRC-Handelsblad, 1 februari 2014.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.