24 augustus 2019

Is er wel een ‘firewall paradox’ van zwarte gaten?

Voorstelling van een zwart gat met een accretieschijf en straalstroom vanaf de rotatiepool van het zwarte gat.

Ik heb er al twee Astroblogs aan gewijd (hier en daar), maar ik vrees nog een derde nodig te hebben om helderheid te geven over Stephen Hawking’s opmerkelijke ommezwaai over zwarte gaten. Ik zal niet in herhalingen vallen, dus lees de voorgaande blogs over de waarnemingshorizon van zwarte gaten, de schijnbare horizon van grijze gaten, de informatieparadox, de firewall paradox en het holografische principe. Waar ik nu de focus op wil leggen is de ‘firewall paradox’, die gaat over de consequentie van het informatie lekken en het uiteengaan van de virtuele deeltjesparen nabij de waarnemingshorizon, het beruchte point-of-no-return van het zwarte gat.

Firewall – schroei, schroei, schroei…

De kwantum mechanika zegt dat die paren van een deeltje en zijn antideeltje een zogenaamde kwantumverstrengeling hebben, dat wil zeggen dat ze zodanig verbonden zijn, dat het ene deeltje niet meer volledig beschreven kan worden zonder het andere specifiek te noemen – ook al zijn de beide objecten ruimtelijk gescheiden, zelfs al bevinden ze zich elk aan het andere uiteinde van het heelal. Berekeningen van een groepje natuurkundigen onder leiding van Joseph Polchinski (Kavli Instituut) twee jaar jaar geleden lieten zien dat de waarnemingshorizon van een zwart gat weliswaar informatie – quantum-eigenschappen van alles wat in het zwarte gat is gevallen – naar buiten kan brengen, maar dat de consequentie daarvan is dat ‘ie omgeven is door een allesverzengende ‘firewall’. In hun inmiddels geruchtmakende AMPS-artikel – naar de auteurs Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski en James Sully – lieten ze zien dat de volgende drie dingen niet simultaan (tegelijkertijd) kunnen plaatsvinden:

  1. dat de Hawking-straling zich in een zuivere staat bevindt.
  2. dat deze straling in staat is vanaf de waarnemingshorizon informatie naar buiten te brengen.
  3. dat een in het zwarte gat vallende astronaut niets bijzonders ervaart bij de waarnemingshorizon.

De firewall gaf alleen problemen met die genoemde kwantumverstrengeling van de deeltjes – ik zal hier niet op het hoe en waarom ervan ingaan, dat wordt te ingewikkeld – en dat leverde de zogenoemde firewall paradox op. Die was op haar beurt ook weer gerelateerd aan de informatieparadox: er valt informatie in het zwarte gat en die kan er nooit meer uit óf er kan wel informatie uit, maar dat levert dan een firewall op. Zie daar de dubbele paradox waarmee de natuurkundigen worstelen.

Informatie verdwijnt voorgoed in het zwarte gat of het komt er uit en levert een firewall op.

Het was om deze dubbele paradox op te lossen dat Hawking kwam met het voorstel dat de waarnemingshorizon geen scherp begrensde, eeuwigdurende barriére is, maar een niet scherp begrensde, turbulente laag – een ‘warm bad’ wordt het ook wel genoemd – een schijnbare horizon, van waaruit binnen een eindige periode deeltjes middels de Bekenstein-Hawkingstraling deeltjes kunnen ontsnappen, inclusief informatie vanuit het zwarte gat. Die informatie zou weliswaar chaotisch zijn en niet meer herleidbaar tot de oorspronkelijke informatie die in het zwarte gat ging, maar er kán informatie uitkomen. Een firewall zou ook niet meer nodig zijn en daarmee zouden beide paradoxen opgelost zijn.

Schijnbare horizon (credit: Nature News & Comment).

Talloze blogs van anderen lezende, van experts op dit terrein zoals Sabine Hossenfelder, hebben mij afgelopen dagen duidelijk gemaakt dat Hawking’s theorie behoorlijk rammelt, een theorie die feitelijk niet eens een theorie mag worden genoemd, zoals de natuurkundige Matt Strassler betoogt, vanwege het ontbreken van formules in Hawking’s korte artikel. Het eerste wat rammelt is dat de helft van de blogosfeer nu plotseling roept dat zwarte gaten helemaal niet bestaan, terwijl dat niet is wat Hawking heeft geroepen en wat ook helemaal niet zijn bedoeling was. Het tweede wat rammelt is dat waar het allemaal om draaide – het oplossen van de firewall paradox van zwarte gaten – helemaal niet nodig is, omdat het heel goed zou kunnen dat die  firewall paradox… er helemaal niet is! Yep, je leest het goed. 🙂

Voorstelling van verstrengelde deeltjes.

Het komt er eigenlijk op neer dat van de drie hierboven genoemde dingen die volgens het AMPS-artikel niet simultaan kunnen plaatsvinden er eentje fout is: berekeningen van de Nederlandse eeneiige tweeling Erik en Herman Verlinde en daarna van Sabine Hossenfelder laten namelijk zien Hawkingstraling zich niet in een zuivere staat bevindt.

Erik en Herman Verlinde bij de Wereld Draait Door

Erik en Herman Verlinde bij de Wereld Draait Door

De oorzaak hiervan blijkt te zijn dat deze straling niet ontstaat doordat verstrengelde virtuele deeltjes-antideeltjesparen nabij de waarnemingshorizon uiteen worden gerafeld en de verstrengeling vervolgens wordt verbroken, maar doordat twee paar virtuele verstrengelde deeltjes de Hawkingstraling veroorzaken: het ene verstrengelde paar valt in het zwarte gat en komt niet meer terug, het andere verstrengelde paar ontsnapt uit de wurggreep van het zwarte gat. Dit alles zorgt er voor dat een zwart gat helemaal geen firewall bij z’n waarnemingshorizon heeft en dat Hawking’s poging om die firewall te omzeilen middels een schijnbare horizon helemaal niet nodig was. Bron: Universe Today + Starts with a Bang.

Reacties

  1. Rob Heusdens zegt

    Daar kun je als natuurkundige natuurlijk ook je tijd aan spenderen: het oplossen van vraagstukken die (achteraf) helemaal niet blijken te bestaan.

  2. Ja inderdaad, da’s eigenlijk zonde van de tijd. Maar je kan het ook anders zien: geen mens is te oud of te wijs om te leren, zelfs Stephen Hawking niet. 🙂

  3. Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

    Zeer verhelderend artikel Arie! 😀

  4. Wederom gaaf, en met veel genoegen gelezen.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: