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Wissenschaft

Schwarze Löcher

Grüße aus dem Massemonster

Was einmal in die Fänge eines Schwarzen Lochs gerät, kommt nicht mehr heraus - diese These vertrat auch Stephen Hawking lange. Nun erklären Physiker, dass das so nicht ganz stimmt.

ESO/ M. Kornmesser
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Mittwoch, 08.04.2015   18:47 Uhr

Wenig Zeit? Am Textende gibt's eine Zusammenfassung.


Informationen verschwinden nicht einfach so. Wir kennen das aus dem Internet: Da kann man viel löschen, die Suchmaschine vergisst nichts. Und auch eine auf der Festplatte gelöschte Datei ist nicht verloren. Es gibt spezielle Programme, die sie wieder hervorzaubern. Sogar Texte auf vollkommen verkohlten Papyrusrollen lassen sich wiederherstellen.

Schwarze Löcher hingegen galten lange als unerbittliche Informationsvernichter. Alles, was ihnen zu nahe kommt, verschwindet wegen der enormen Anziehungskraft auf Nimmerwiedersehen. Von einem Holzstuhl beispielsweise, der in solch ein Massemonster geworfen wird, bleibt nichts übrig als seine Masse. So besagt es zumindest die Relativitätstheorie. Im Nachhinein soll deshalb niemand rekonstruieren können, welche Dinge ein Schwarzes Loch aufgesogen hat. Ein auch als Informationsparadoxon bezeichnetes Phänomen.

Doch nicht alle Physiker glauben an solch einen vollständigen Informationsverlust. Die Zweifler bekommen nun Unterstützung von Forschern der University of Buffalo. "Nach unseren Berechnungen gehen Information in einem Schwarzen Loch nicht verloren", sagt Dejan Stojkovic. "Sie verschwinden nicht einfach so."

Hawkings Berechnungen wiederholt

Die im Fachblatt "Physical Review Letters" publizierte Studie könnte das Informationsparadoxon auf elegante Weise lösen. Physiklegende Stephen Hawking hielt die Informationsvernichtung lange Zeit für plausibel, ließ sich aber 2004 umstimmen. Vor einem Jahr veröffentlichte er sogar eine Arbeit, in der er die verbreiteten Vorstellungen über Schwarze Löcher infrage stellte.

Hawkings Publikation sorgte für Wirbel, allerdings fehlten darin konkrete Berechnungen. Dieses Puzzlestück wollen Stojkovic und sein Kollege Anshul Saini nun geliefert haben. "Sie wiederholten Hawkings Berechnung aus den Siebzigerjahren", sagt Andreas Müller vom Exzellenzcluster Universe der TU München. Dabei hätten die beiden Physiker jedoch Beiträge in der Rechnung berücksichtigt, die man bislang unterschätzt habe und seien deshalb auch zu neuen Ergebnissen gekommen.

Während die Relativitätstheorie kein Problem mit der Vernichtung von Informationen in Schwarzen Löchern hat, ist ein solcher Verlust laut Quantentheorie kaum möglich. "Es gibt so etwas wie einen Erhaltungssatz für Information", sagt Müller. Eine mögliche Lösung des Problems war, dass es innerhalb des Schwarzen Lochs einen Informationskristall geben könnte, der alle Informationen speichert.

Strahlung bislang nur Theorie

Denkbar ist aber auch, dass das Schwarze Loch Informationen über die sogenannte Hawking-Strahlung abgibt - und genau diese Idee untermauern die neuen Berechnungen. "Stojkovic und Saini konnten so erstmals explizit zeigen, dass Information auch in der Wechselwirkung zwischen den Teilchen der Hawking-Strahlung steckt", erklärt der Münchner Physiker Müller. Schwarze Löcher vernichteten also im Einklang mit der Quantenphysik keine Information, sondern sie sendeten sie mit den entkommenden Teilchen der Hawking-Strahlung mit aus. Man könnte auch sagen: Schwarze Löcher sind gar nicht vollkommen schwarz.

Die von Stephen Hawking erstmals 1975 beschriebene und nach ihm benannte Strahlung soll von jedem Schwarzes Loch abgegeben werden. Sie strahlt so lange, wie das Loch existiert. "Sie ist unvermeidlich", sagt Müller. Und das Schwarze Loch verliere durch sie auch permanent an Masse. Dies könne sogar zum Ende eines Schwarzen Loches führen, wenn seine Masse unter einen kritischen Schwellwert sinke.

Keine Löcher am Cern

Allerdings ist die Hawking-Strahlung bislang nur eine Theorie. Nachgewiesen hat sie bislang niemand - und auch über darin möglicherweise kodierte Informationen weiß man nichts. Das liegt nicht zuletzt daran, dass die Hawking-Strahlung im Vergleich zu sonstiger Strahlung, die im Umfeld Schwarzer Löcher entsteht, eine sehr geringe Intensität hat.

Gute Chancen, der Hawking-Strahlung auf die Schliche zu kommen, hatten sich Physiker übrigens vom Teilchenbeschleuniger LHC erhofft. Bei den Crashs von Protonen hätten mikroskopisch kleine Schwarze Löcher entstehen können - so hatten es Theoretiker vorhergesagt. Gefunden wurde allerdings kein einziges Schwarzes Loch - und somit auch keine Hawking-Strahlung.

Im Video: So funktioniert der Teilchenbeschleuniger LHC:

Foto: Cern
Zusammengefasst: Lange glaubten Physiker, dass in Schwarzen Löchern keine Informationen erhalten bleiben. Von einem Holzstuhl etwa, der in solch ein Massemonster geworfen wird, bleibt nichts übrig als seine Masse. Nun haben zwei Physiker eine mathematische Beschreibung für den Verbleib von Informationen in Schwarzen Löchern vorgelegt. Sie werden demnach mit der sogenannten Hawking-Strahlung abgegeben. Das Ganze ist und bleibt jedoch Theorie: Beobachtet wurde die Hawking-Strahlung nämlich noch nie.

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