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Schwarze Löcher werden vielleicht so wenig untersucht, wie sie beliebte Objekte im Universum sind. Viele Science-Fiction-Autoren verwenden das Bild eines Schwarzen Lochs als riesigen "Staubsauger" in den Tiefen des Universums, der versucht, alles in seiner Nähe zu absorbieren. Versuchen wir, das Schwarze Loch aus wissenschaftlicher Sicht zu betrachten.

Ein bisschen Geschichte...

Die Idee zu einem solchen Objekt kam dem englischen Priester John Michell erstmals 1784 in den Sinn. Die Idee war, dass für einen Körper mit einem Radius von 280,3 Sonnenradien und einer Dichte die zweite Raumgeschwindigkeit auf seiner Oberfläche gleich der Lichtgeschwindigkeit wäre. Daher kann das Licht diesen Körper nicht verlassen und wird unsichtbar sein. Schwarze Löcher wurden jedoch erst mit dem Aufkommen der Einstein-Theorie im frühen 20. Jahrhundert ernsthaft diskutiert.

In diesem Artikel geben wir keine komplexen mathematischen Formeln an und beschränken uns nur auf die Formel für den Schwarzschild-Radius:

wobei G die Gravitationskonstante und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Ein Schwarzes Loch mit einer Masse gleich der Masse der Erde hätte einen Schwarzschild-Radius von 9 Millimetern (das heißt, die Erde könnte zu einem Schwarzen Loch werden, wenn jemand sie auf diese Größe schrumpfen könnte). Für die Sonne beträgt der Schwarzschild-Radius ungefähr 3 Kilometer.

Die beiden wichtigsten Merkmale, die Schwarzen Löchern innewohnen, sind das Vorhandensein eines Ereignishorizonts und eine Singularität, die durch diesen Horizont vom Rest des Universums getrennt ist.

Ereignishorizont auf dem Schwarzschild-Radius liegt, begrenzt er den Raum innerhalb des Schwarzen Lochs. Informationen über Ereignisse, die sich jenseits des Ereignishorizonts in einem Schwarzen Loch ereignet haben, können den Ereignishorizont nicht überschreiten.

Singularität- Dies ist eine Region innerhalb eines Schwarzen Lochs, in der die Lösungen der Gravitationsgleichungen keine eindeutigen physikalischen Interpretationen haben. Mit anderen Worten, Wissenschaftler können mit all ihrer gesammelten Erfahrung noch keine klare Antwort auf die Frage geben: Was passiert in einem Schwarzen Loch?

Wie fällt es in ein schwarzes Loch?

Trotzdem liefern die Lösungen der Gleichungen der speziellen Relativitätstheorie eine Antwort auf eine ebenso interessante Frage: Wie kommt es zum Sturz in ein Schwarzes Loch? Für einen Beobachter in einem Raumschiff, das auf ein Schwarzes Loch zusteuert, erhöht sich seine Geschwindigkeit relativ zum Schwarzen Loch auf Lichtgeschwindigkeit.

Für einen Beobachter, der an seinem Beobachtungspunkt weit vom Schwarzen Loch entfernt ist, ergibt sich ein völlig anderes Bild. Wenn sich das Raumschiff dem Schwarzen Loch nähert, werden Informationen von ihm mit zunehmender Verzögerung am Beobachtungspunkt eintreffen. Aus Sicht des Beobachtungspunktes nimmt die Geschwindigkeit des Schiffes allmählich ab, wenn es sich dem Ereignishorizont nähert. Um den Ereignishorizont zu überwinden und sich vor dem Radar zu verstecken, wird es laut Uhr des Beobachtungspostens unendlich lange dauern.

Kommen wir zurück zum Raumschiffpiloten. Nach seiner eigenen Uhr wird er eine ziemlich kurze Zeit brauchen, bevor er den Ereignishorizont überschreitet. Er als Ganzes ist jedoch nicht dazu bestimmt, dieses Ereignis zu erwischen. Tatsache ist, dass die Beschleunigung des freien Falls zunimmt, wenn Sie sich dem Schwarzen Loch nähern. Es wird auch seine Heterogenität erhöhen. In der Nähe des Ereignishorizonts kann es eine solche Größenordnung erreichen, dass es nicht nur das Schiff auseinanderbrechen, sondern auch Moleküle in Atome zerlegen kann.

Das folgende Video zeigt, was der Pilot eines Weltraumschiffs sehen wird, wenn es in ein Schwarzes Loch fällt.

Lassen Sie uns den Begriff erklären Heterogenität in diesem Fall. Stellen Sie sich vor, wir fallen mit den Füßen in ein schwarzes Loch. Dann wirkt beispielsweise eine Beschleunigung von 100 Metern pro Quadratsekunde auf die Beine und nur 50 Meter auf den Kopf - die Empfindungen werden nicht sehr angenehm sein. Auch auf der Erde gibt es eine solche Heterogenität, aber sie ist so gering, dass sie niemand spürt. Der Unterschied in den Beschleunigungen des freien Falls für die Beine und für den Kopf beträgt ähnlich wie im obigen Beispiel auf der Erde weniger als 1 Millionstel Meter pro Sekunde.

Es gibt eine theoretische Betrachtung verschiedener Arten von Schwarzen Löchern, infiziert und nicht infiziert, rotierend und nicht rotierend. Allerdings ist dieses Objekt bis heute experimentell nahezu unerforscht. Im Zuge astronomischer Beobachtungen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entdeckten Astronomen eine ganze Reihe von Objekten, die sich mehr oder weniger als Schwarze Löcher manifestieren. Solche Objekte sind zum Beispiel some und die Kerne von some

Methoden zur Entstehung von Schwarzen Löchern

Nach modernen Konzepten gibt es Vier Möglichkeiten, ein Schwarzes Loch zu bilden:

• Gravitationskollaps ein ausreichend massiver Stern im Endstadium seiner Entwicklung.
• Zusammenbruch des zentralen Teils der Galaxie. Im Zentrum unserer Galaxie befindet sich beispielsweise ein Schwarzes Loch Sagittarius A* mit einer Masse von 3,7 Sonnenmassen. Diese Methode ähnelt der vorherigen, mit dem einzigen Unterschied, dass kein Stern entsteht, wie es normalerweise bei der Gravitationskompression von interstellarem Gas der Fall ist. Die Gasmasse ist so groß, dass die Verdichtung unmittelbar vor der Bildung eines Schwarzen Lochs erfolgt.
• Die Entstehung von Schwarzen Löchern im Moment als Folge von Schwankungen im Gravitationsfeld oder Materie.
• Die Entstehung von Schwarzen Löchern bei Kernreaktionen bei hohen Energien - Quantenschwarze Löcher.

Schwarze Löcher sind ein so komplexes und mysteriöses Objekt, dass Wissenschaftler sich noch viele Jahre den Kopf zerbrechen werden, um ihre Natur zu verstehen.

Die Wissenschaft

Was verstecken Schwarze Löcher? Kannst du sie sehen? Können sie der Eingang zu anderen Dimensionen und Welten sein? Und was kann passieren, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt? Werden wir jemals alle ihre Geheimnisse lüften können?

Über viele Dinge können wir nur raten, aber es gibt Dinge, die bereits bekannt sind. Wir laden Sie ein, mehr über die mysteriösen Schwarzen Löcher zu erfahren wird dich umhauen.

1) Bildung von Schwarzen Löchern

Ein Schwarzes Loch entsteht, wenn einem großen Stern der Treibstoff ausgeht und er aufgrund seiner eigenen Schwerkraft zu kollabieren beginnt.

Ein solcher Stern verwandelt sich in einen Weißen Zwerg oder Neutronenstern, aber wenn der Stern sehr massereich ist, kann er weiter schrumpfen und schließlich die Größe eines winzigen Atoms erreichen, das als Zentrum eines Schwarzen Lochs bezeichnet wird.

2) Masse des Schwarzen Lochs

Die Masse dieses komprimierten Sterns ist so groß und die Schwerkraft seines Zentrums so stark, dass er nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie die Raumzeit um ihn herum tatsächlich verzerren kann und ihm nicht einmal Licht entkommen kann.

Die Grenze, über die hinaus Licht nicht entweichen kann, wird genannt Ereignishorizont, und der Abstand vom Zentrum zum Ereignishorizont ist Gravitationsradius oder Schwarzschildradius.

3) Theorie der Schwarzen Löcher

Sobald die Partikel und die Sonnenstrahlen den Ereignishorizont überqueren, bewegen sie sich in Richtung Zentrum, um nie wieder gesehen zu werden.

4) Die seltsamsten Objekte im Universum

Für einen externen Beobachter mit einem Teleskop scheint es, dass ein Objekt, das den Ereignishorizont passiert, langsamer wird und einfriert und dass es diese Grenze überhaupt nicht passiert hat. Mit der Zeit wird das Licht röter und schwächer, und seine Wellenlänge wird länger, die schließlich aus dem Blickfeld verschwinden, zu Infrarotstrahlung und dann zu Radiowellen werden.

5) In ein schwarzes Loch fallen

Wenn eine Person in einem Schwarzen Loch sein könnte, bei Bewusstsein und in der Lage wäre, von dort zurückzukehren, würde sie sagen, dass sie zuerst ein Gefühl der Schwerelosigkeit verspürt, als ob sie im freien Fall wäre, aber dann würde sie sehr starke Anziehungskräfte spüren , würde er näher an das Zentrum eines Schwarzen Lochs gezogen werden.

Je näher am Zentrum, desto stärker die Schwerkraft, Wenn seine Beine näher an der Mitte als sein Kopf wären, würde er daher stark gestreckt und schließlich auseinandergerissen werden.

Während des Sturzes würde er ein verzerrtes Bild sehen, als würde ihn das Licht einhüllen, und er würde auch das Licht von außerhalb des Schwarzen Lochs nach innen sehen.

6) Die Schwerkraft von Schwarzen Löchern

Es ist wichtig, das zu verstehen Das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs ist genau dasselbe wie das anderer Objekte im Weltraum, die dieselbe Masse haben. Mit anderen Worten, schwarze Löcher ziehen Objekte auf die gleiche Weise an wie gewöhnliche Sterne, das heißt, alle Objekte, die sich in der Nähe des Ereignishorizonts befinden, fallen in sie hinein.

7) Wurmlöcher

Theoretisch ist ein Wurmloch ein Tunnel in der Raumzeit, der es Ihnen ermöglicht, einen kurzen Weg von einem Ende des Universums zum anderen zu gehen. Allerdings können sich diese Objekte von außen als schwarzen Löchern sehr ähnlich erweisen.

8) Wer hat Schwarze Löcher im Universum entdeckt?

John Michel(1783) u Pierre-Simon Laplace(1796) schlug das Konzept erstmals vor "dunkle sterne" oder Objekte, die, wenn sie zusammengedrückt werden, eine so starke Anziehungskraft haben, dass die Fluchtgeschwindigkeit in ihrer Nähe die Lichtgeschwindigkeit übersteigt.

Späteres Semester "gefrorener Stern" wird verwendet, um die letzte Phase des Gravitationskollaps eines Sterns zu beschreiben, in der das Licht nicht von seiner Oberfläche entweichen kann, sodass der Stern für den Beobachter in der Zeit eingefroren erscheint.

Im 20. Jahrhundert der Physiker John Wheeler vorgeschlagen, diese Objekte zu benennen "Schwarze Löcher", da sie alle in der Nähe befindlichen Lichtteilchen absorbierten und daher nichts reflektieren konnten.

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Vielleicht denken Sie, dass eine Person, die in ein schwarzes Loch gefallen ist, auf den sofortigen Tod wartet. In Wirklichkeit könnte sein Schicksal viel überraschender ausfallen, sagt der Korrespondent.

Was passiert mit dir, wenn du in ein schwarzes Loch fällst? Vielleicht denkst du, dass du erdrückt wirst – oder umgekehrt in Fetzen gerissen wirst? Aber in Wirklichkeit ist alles viel seltsamer.

In dem Moment, in dem Sie in das Schwarze Loch fallen, wird die Realität in zwei Teile geteilt. In der einen Realität wirst du sofort verbrannt, in der anderen tauchst du lebend und unversehrt tief in das Schwarze Loch ein.

In einem Schwarzen Loch gelten die uns bekannten Gesetze der Physik nicht. Laut Albert Einstein krümmt die Schwerkraft den Raum. So kann bei Vorhandensein eines Objekts ausreichender Dichte das Raum-Zeit-Kontinuum um es herum so stark verformt werden, dass in der Realität selbst ein Loch entsteht.

Ein massereicher Stern, der seinen gesamten Treibstoff verbraucht hat, kann sich in genau die Art superdichter Materie verwandeln, die für die Entstehung eines solchen gekrümmten Abschnitts des Universums erforderlich ist. Ein Stern, der unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht, schleift das Raum-Zeit-Kontinuum um sich herum mit. Das Gravitationsfeld wird so stark, dass selbst Licht ihm nicht mehr entkommen kann. Dadurch wird der Bereich, in dem sich der Stern zuvor befand, absolut schwarz – das ist das Schwarze Loch.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Niemand weiß wirklich, was in einem Schwarzen Loch vor sich geht.

Die äußere Oberfläche eines Schwarzen Lochs wird als Ereignishorizont bezeichnet. Dies ist eine kugelförmige Grenze, an der ein Gleichgewicht zwischen der Stärke des Gravitationsfeldes und den Bemühungen des Lichts erreicht wird, das versucht, dem Schwarzen Loch zu entkommen. Wenn Sie den Ereignishorizont überschreiten, wird es unmöglich sein, zu entkommen.

Der Ereignishorizont strahlt Energie aus. Aufgrund von Quanteneffekten entstehen darauf Ströme heißer Teilchen, die in das Universum einstrahlen. Dieses Phänomen wird Hawking-Strahlung genannt – zu Ehren des britischen theoretischen Physikers Stephen Hawking, der es beschrieben hat. Obwohl Materie dem Ereignishorizont nicht entkommen kann, „verdampft“ das Schwarze Loch dennoch – mit der Zeit wird es schließlich seine Masse verlieren und verschwinden.

Während wir tiefer in das Schwarze Loch vordringen, krümmt sich die Raumzeit weiter und wird im Zentrum unendlich gekrümmt. Dieser Punkt ist als gravitative Singularität bekannt. Raum und Zeit haben darin keine Bedeutung mehr, und alle uns bekannten Gesetze der Physik, zu deren Beschreibung diese beiden Begriffe notwendig sind, gelten nicht mehr.

Niemand weiß, was genau eine Person erwartet, die in das Zentrum eines Schwarzen Lochs gefallen ist. Ein anderes Universum? Vergessenheit? Die Rückwand eines Bücherregals, wie im amerikanischen Science-Fiction-Film „Interstellar“? Es ist ein Mysterium.

Lassen Sie uns – anhand Ihres Beispiels – darüber nachdenken, was passiert, wenn Sie versehentlich in ein Schwarzes Loch fallen. Bei diesem Experiment werden Sie von einem externen Beobachter begleitet – nennen wir ihn Anna. Also beobachtet Anna aus sicherer Entfernung entsetzt, wie Sie sich dem Rand des Schwarzen Lochs nähern. Aus ihrer Sicht werden sich die Ereignisse sehr seltsam entwickeln.

Wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern, wird Anna sehen, wie Sie sich in der Länge ausdehnen und in der Breite schmaler werden, als würde sie Sie durch ein riesiges Vergrößerungsglas betrachten. Je näher Sie dem Ereignishorizont kommen, desto mehr wird Anna spüren, dass Ihre Geschwindigkeit nachlässt.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Im Zentrum eines Schwarzen Lochs ist der Raum unendlich gekrümmt.

Sie können Anna nicht anschreien (da im Vakuum kein Ton übertragen wird), aber Sie können versuchen, ihr mit der Taschenlampe Ihres iPhones ein Zeichen im Morsecode zu geben. Ihre Signale erreichen es jedoch in zunehmenden Abständen, und die Frequenz des von der Taschenlampe emittierten Lichts verschiebt sich in Richtung des roten (langwelligen) Teils des Spektrums. So wird es aussehen: "Ordnen, in der Reihenfolge, in der Reihenfolge, in der Reihenfolge ...".

Wenn Sie den Ereignishorizont erreichen, werden Sie aus Annas Sicht an Ort und Stelle einfrieren, als hätte jemand die Wiedergabe angehalten. Du wirst bewegungslos verharren, ausgestreckt über die Oberfläche des Ereignishorizonts, und eine immer größer werdende Hitze wird beginnen, dich zu übernehmen.

Aus Annas Sicht werden Sie durch die Ausdehnung des Raums, das Anhalten der Zeit und die Hitze von Hawkings Strahlung langsam getötet. Bevor Sie den Ereignishorizont überqueren und tief in die Tiefen des Schwarzen Lochs vordringen, werden Sie mit Asche zurückgelassen.

Aber beeilen Sie sich nicht, einen Gedenkgottesdienst zu bestellen - vergessen wir Anna für eine Weile und betrachten Sie diese schreckliche Szene aus Ihrer Sicht. Und aus Ihrer Sicht wird etwas noch Seltsameres passieren, also absolut nichts Besonderes.

Sie fliegen direkt zu einem der unheimlichsten Punkte des Universums, ohne die geringste Erschütterung zu erfahren - ganz zu schweigen von der Ausdehnung des Raums, der Zeitdilatation oder der Strahlungswärme. Das liegt daran, dass man sich im freien Fall befindet und somit das eigene Gewicht nicht spürt – das nannte Einstein die „beste Idee“ seines Lebens.

Tatsächlich ist der Ereignishorizont keine Mauer im Raum, sondern ein Phänomen, das durch den Standpunkt des Beobachters bedingt ist. Ein Beobachter, der außerhalb des Schwarzen Lochs bleibt, kann nicht durch den Ereignishorizont hineinsehen, aber das ist sein Problem, nicht Ihres. Aus Ihrer Sicht gibt es keinen Horizont.

Wenn die Abmessungen unseres Schwarzen Lochs kleiner wären, würden Sie wirklich auf ein Problem stoßen – die Schwerkraft würde ungleichmäßig auf Ihren Körper wirken und Sie würden in Nudeln gezogen. Aber zu Ihrem Glück ist dieses Schwarze Loch groß – millionenfach massereicher als die Sonne, sodass die Gravitationskraft so schwach ist, dass sie vernachlässigbar ist.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Sie können nicht zurückgehen und aus einem schwarzen Loch herauskommen, genauso wie keiner von uns in der Zeit zurückreisen kann.

In einem ausreichend großen Schwarzen Loch können Sie sogar den Rest Ihres Lebens ganz normal leben, bis Sie in einer gravitativen Singularität sterben.

Sie fragen sich vielleicht, wie normal das Leben eines Menschen sein kann, der gegen seinen Willen in ein Loch im Raum-Zeit-Kontinuum gezogen wird, aus dem es keine Chance gibt, jemals herauszukommen?

Aber wenn Sie darüber nachdenken, kennen wir alle dieses Gefühl - nur in Bezug auf die Zeit und nicht auf den Raum. Die Zeit geht nur vorwärts und nie zurück, und sie reißt uns wirklich gegen unseren Willen mit und lässt uns keine Chance, in die Vergangenheit zurückzukehren.

Das ist nicht nur eine Analogie. Schwarze Löcher krümmen das Raum-Zeit-Kontinuum derart, dass innerhalb des Ereignishorizonts Zeit und Raum vertauscht sind. In gewisser Weise ist es nicht der Raum, der Sie zur Singularität zieht, sondern die Zeit. Sie können nicht zurückgehen und aus einem schwarzen Loch herauskommen, so wie keiner von uns in die Vergangenheit reisen kann.

Vielleicht fragen Sie sich jetzt, was mit Anna nicht stimmt. Du fliegst in den leeren Raum eines Schwarzen Lochs und es geht dir gut, und sie trauert um deinen Tod und behauptet, dass du von Hawking-Strahlung von außerhalb des Ereignishorizonts verbrannt wurdest. Halluziniert sie?

Tatsächlich ist Annas Aussage absolut richtig. Aus ihrer Sicht sind Sie tatsächlich am Ereignishorizont gebraten. Und es ist keine Illusion. Anna kann sogar Ihre Asche sammeln und sie Ihrer Familie schicken.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Der Ereignishorizont ist keine Mauer, er ist durchlässig

Fakt ist, dass man nach den Gesetzen der Quantenphysik aus Annas Sicht den Ereignishorizont nicht überschreiten kann und außerhalb des Schwarzen Lochs bleiben muss, da Informationen nie unwiederbringlich verloren gehen. Jede Information, die für Ihre Existenz verantwortlich ist, muss an der äußeren Oberfläche des Ereignishorizonts bleiben – sonst werden aus Sicht von Anna die Gesetze der Physik verletzt.

Andererseits erfordern die Gesetze der Physik auch, dass Sie lebend und unversehrt durch den Ereignishorizont fliegen, ohne auf Ihrem Weg auf heiße Partikel oder andere ungewöhnliche Phänomene zu stoßen. Andernfalls wird die allgemeine Relativitätstheorie verletzt.

Die Gesetze der Physik wollen also, dass Sie sich gleichzeitig außerhalb des Schwarzen Lochs (als Aschehaufen) und darin (sicher und gesund) befinden. Und noch ein wichtiger Punkt: Nach den allgemeinen Prinzipien der Quantenmechanik können Informationen nicht geklont werden. Sie müssen an zwei Orten gleichzeitig sein, aber nur in einem Fall.

Physiker nennen solch ein paradoxes Phänomen den Begriff "Verschwinden von Informationen in einem Schwarzen Loch". Glücklicherweise in den 1990er Jahren Wissenschaftlern gelang es, dieses Paradoxon aufzulösen.

Der amerikanische Physiker Leonard Susskind erkannte, dass es wirklich kein Paradoxon gibt, da niemand Ihr Klonen sehen wird. Anna wird eines Ihrer Exemplare beobachten, und Sie werden das andere beobachten. Sie und Anna werden sich nie wiedersehen und Sie werden Ihre Beobachtungen nicht vergleichen können. Und es gibt keinen dritten Beobachter, der Sie gleichzeitig von außerhalb und innerhalb des Schwarzen Lochs beobachten könnte. Somit werden die Gesetze der Physik nicht verletzt.

Es sei denn, Sie möchten wissen, welche Ihrer Instanzen real ist und welche nicht. Lebst du wirklich oder bist du tot?

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Wird die Person unversehrt durch den Ereignishorizont fliegen oder gegen eine Feuerwand prallen?

Die Sache ist, es gibt keine "Realität". Die Realität hängt vom Betrachter ab. Es gibt „wirklich“ aus Annas Sicht und „wirklich“ aus Ihrer Sicht. Das ist alles.

Fast alle. Im Sommer 2012 schlugen die Physiker Ahmed Almheiri, Donald Marolph, Joe Polchinski und James Sully, die gemeinsam unter ihren Nachnamen AMPS bekannt sind, ein Gedankenexperiment vor, das drohte, unser Verständnis von Schwarzen Löchern auf den Kopf zu stellen.

Die von Süsskind vorgeschlagene Auflösung des Widerspruchs beruht laut Wissenschaftlern darauf, dass die Uneinigkeit in der Einschätzung dessen, was zwischen Ihnen und Anna passiert, durch den Ereignishorizont vermittelt wird. Es spielt keine Rolle, ob Anna tatsächlich eines Ihrer beiden Exemplare im Feuer der Hawking-Strahlung sterben sah, denn der Ereignishorizont hinderte sie daran, Ihr zweites Exemplar tief in das Schwarze Loch fliegen zu sehen.

Aber was wäre, wenn Anna eine Möglichkeit hätte, herauszufinden, was auf der anderen Seite des Ereignishorizonts passiert, ohne ihn zu überschreiten?

Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt uns, dass dies unmöglich ist, aber die Quantenmechanik verwischt die harten Regeln ein wenig. Anna hätte mit dem, was Einstein als „gruselige Langstreckenaktion“ bezeichnete, über den Ereignishorizont hinausblicken können.

Wir sprechen über Quantenverschränkung – ein Phänomen, bei dem die Quantenzustände von zwei oder mehr räumlich getrennten Teilchen auf mysteriöse Weise voneinander abhängig werden. Diese Teilchen bilden nun ein einziges und unteilbares Ganzes, und die Informationen, die zur Beschreibung dieses Ganzen notwendig sind, sind nicht in diesem oder jenem Teilchen enthalten, sondern in der Beziehung zwischen ihnen.

Die von AMPS vorgebrachte Idee ist wie folgt. Angenommen, Anna nimmt ein Teilchen in der Nähe des Ereignishorizonts auf – nennen wir es Teilchen A.

Wenn ihre Version dessen, was Ihnen passiert ist, wahr ist, das heißt, Sie wurden außerhalb des Schwarzen Lochs durch Hawking-Strahlung getötet, dann muss Teilchen A mit einem anderen Teilchen B verbunden sein, das sich ebenfalls außerhalb des Ereignisses befinden muss Horizont.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Schwarze Löcher können Materie von nahen Sternen anziehen

Wenn Ihre Vision von Ereignissen der Realität entspricht und Sie innerlich lebendig und gesund sind, dann muss Teilchen A mit Teilchen C verbunden sein, das sich irgendwo im Inneren des Schwarzen Lochs befindet.

Das Schöne an dieser Theorie ist, dass jedes der Teilchen nur mit einem anderen Teilchen verbunden werden kann. Das bedeutet, dass Teilchen A entweder mit Teilchen B oder mit Teilchen C verbunden ist, aber nicht mit beiden gleichzeitig.

Also nimmt Anna ihr Teilchen A und lässt es durch die Entanglement-Decodierungsmaschine laufen, die sie hat, die die Antwort gibt, ob dieses Teilchen mit Teilchen B oder mit Teilchen C assoziiert ist.

Wenn die Antwort C ist, hat sich Ihr Standpunkt unter Verletzung der Gesetze der Quantenmechanik durchgesetzt. Wenn Teilchen A mit Teilchen C verbunden ist, das sich in den Tiefen eines Schwarzen Lochs befindet, dann geht die Information, die ihre gegenseitige Abhängigkeit beschreibt, für Anna für immer verloren, was dem Quantengesetz widerspricht, wonach Information niemals verloren geht.

Wenn die Antwort B ist, dann hat Anna im Gegensatz zu den Prinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie Recht. Wenn Partikel A an Partikel B gebunden ist, wurden Sie wirklich von Hawking-Strahlung verbrannt. Anstatt durch den Ereignishorizont zu fliegen, wie es die Relativitätstheorie erfordert, sind Sie gegen eine Feuerwand gekracht.

Damit sind wir wieder bei der Frage, mit der wir begonnen haben – was passiert mit einer Person, die in ein Schwarzes Loch gerät? Wird es dank einer erstaunlich beobachterabhängigen Realität unbeschadet durch den Ereignishorizont fliegen oder gegen eine Feuerwand krachen ( SchwarzLöcherFirewall, nicht zu verwechseln mit dem ComputerbegriffFirewall, "Firewall", Software, die Ihren Computer in einem Netzwerk vor unbefugtem Eindringen schützt - Ed.)?

Niemand kennt die Antwort auf diese Frage, eine der umstrittensten Fragen der theoretischen Physik.

Seit über 100 Jahren versuchen Wissenschaftler, die Prinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenphysik in Einklang zu bringen, in der Hoffnung, dass sich am Ende das eine oder andere durchsetzen wird. Die Auflösung des „Feuerwand“-Paradoxons sollte die Frage beantworten, welches der Prinzipien sich durchgesetzt hat, und den Physikern helfen, eine umfassende Theorie zu erstellen.

Bildrechte Thinkstock Bildbeschreibung Oder vielleicht beim nächsten Mal Anna in ein schwarzes Loch schicken?

Die Lösung des Paradoxons des Verschwindens von Informationen könnte in Annas Entschlüsselungsmaschine liegen. Es ist äußerst schwierig zu bestimmen, mit welchem ​​anderen Teilchen Teilchen A verbunden ist. Die Physiker Daniel Harlow von der Princeton University in New Jersey und Patrick Hayden, jetzt an der Stanford University in Kalifornien in Kalifornien, fragten sich, wie lange es dauern würde.

2013 berechneten sie, dass Anna selbst mit dem schnellsten Computer, der nach den Gesetzen der Physik möglich ist, extrem lange brauchen würde, um die Beziehung zwischen Teilchen zu entschlüsseln – so lange, dass das Schwarze Loch verdampft, wenn sie die Antwort erhält vor langer Zeit.

Wenn ja, ist es wahrscheinlich, dass Anna einfach nicht dazu bestimmt ist, jemals zu wissen, wessen Standpunkt wahr ist. In diesem Fall bleiben beide Geschichten gleichzeitig wahr, die Realität hängt vom Betrachter ab, und keines der Gesetze der Physik wird verletzt.

Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen hochkomplexen Berechnungen (zu denen unser Beobachter anscheinend nicht in der Lage ist) und dem Raum-Zeit-Kontinuum Physiker zu einigen neuen theoretischen Überlegungen anregen.

Schwarze Löcher sind also nicht nur gefährliche Objekte auf dem Weg interstellarer Expeditionen, sondern auch theoretische Laboratorien, in denen kleinste Variationen physikalischer Gesetzmäßigkeiten ein Ausmaß erreichen, dass sie nicht mehr vernachlässigt werden können.

Wenn die wahre Natur der Realität irgendwo liegt, ist der beste Ort, um danach zu suchen, in Schwarzen Löchern. Aber obwohl wir kein klares Verständnis dafür haben, wie sicher der Ereignishorizont für Menschen ist, ist es sicherer, Suchen von außen zu beobachten. Im Extremfall kannst du Anna beim nächsten Mal ins schwarze Loch schicken – jetzt ist sie an der Reihe.

Künstlerische Interpretation, wie ein Stern den Ereignishorizont eines zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs überquert

Ein Schwarzes Loch zeichnet sich durch eine unglaublich starke Schwerkraft aus, die nicht einmal Licht aussendet. Um sie herum konzentriert sich der Ereignishorizont. Es reicht aus, diese "Linie" zu überschreiten, und Sie sind dem Untergang geweiht. Jeder weiß davon, aber die Existenz solcher „Linien“ ist nicht bewiesen.

Also beschlossen die Wissenschaftler, ein Experiment durchzuführen. Es wird angenommen, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren aller großen Galaxien befinden. Aber es gibt eine Meinung, dass es auch ein anderes Objekt gibt. Dies ist ein ungewöhnliches supermassives Etwas, das es geschafft hat, dem Kollaps und der Singularität auszuweichen. Es hat auch einen Ereignishorizont um sich herum.

Wenn die Singularität keine Oberfläche hat, dann hat das Objekt eine feste. Daher wird der Stern nicht in das Schwarze Loch fallen, sondern an der Oberfläche zerbrechen.

Es ist eine riesige massive Kugel im galaktischen Zentrum. Wir sehen, wie ein Stern auf eine feste Oberfläche aufprallt und Trümmer verstreut

Um die Echtheit der Theorie aufzudecken, haben Wissenschaftler einen neuen Test entwickelt. Der Punkt ist, zu definieren, was eine feste Oberfläche ist. Es würde helfen, das Problem mit dem Ereignishorizont zu lösen.

Zunächst stellten sie fest, dass das Sternengas das Objekt einhüllt und mehrere Monate oder Jahre lang leuchtet, wenn es auf eine feste Oberfläche trifft. Das Teleskop sollte es aufnehmen. Als die Wissenschaftler erkannten, was gefunden werden musste, bestätigten sie ihre Argumente.

Sie schätzten die Geschwindigkeit, mit der Sterne in Schwarze Löcher fallen. Dabei wurden nur die massereichsten berücksichtigt, deren Masse die Sonnenmasse um das 100-Millionen-fache überstieg. Es stellte sich heraus, dass es etwa eine Million solcher Objekte in einer Entfernung von mehreren Milliarden Jahren von uns gibt.

Dann musste ich die Archivdaten des 1,8-Meter-Pan-STARRS-Teleskops durchforsten, das seit 3,5 Jahren die nördliche Hemisphäre nach einem „vorübergehenden Leuchten“ erkundete. Wenn die Annahme richtig ist, hätte das Teleskop unter Berücksichtigung aller Daten 9-10 solcher Ereignisse identifizieren müssen.

Und... er hat nichts gefunden.

Es stellt sich heraus, dass alle Schwarzen Löcher einen Ereignishorizont haben müssen. Einstein hatte also wieder recht. Jetzt versucht das Team, den Test zu verbessern und am empfindlicheren Large Survey Telescope (Large Synoptic Survey Telescope) mit 8,4 Metern zu testen.

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Das Informationsparadoxon von Schwarzen Löchern hat Wissenschaftler jahrzehntelang verwirrt. Dieses Mysterium hat unzählige Debatten darüber ausgelöst, was tatsächlich passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt. Um dieses Paradox besser verständlich zu machen, betrachten wir das Beispiel einer hypothetischen Lucy. Du fliegst mit Lucy in ein schwarzes Loch, und in letzter Sekunde beschließt sie, nicht dorthin zu gelangen. Sie beschlossen, an der Seitenlinie zu bleiben und zu beobachten, was als nächstes mit Ihnen passiert. Lucy sieht, dass sich Ihr Körper langsam dehnt, wenn Sie sich dem Schwarzen Loch nähern, und sich schließlich in Atome aufspaltet. Sie denkt, dass du tot bist, und dankt dem Schicksal dafür, dass es dir nicht zugehört und dir nicht gefolgt ist.

Aber warte. So endet die Geschichte schließlich nicht. Tatsächlich bleibst du am Leben und versinkst immer tiefer in die Unendlichkeit des Schwarzen Lochs. Was als nächstes mit Ihnen passiert, ist nicht der Punkt unserer Frage. Das Interessanteste ist, dass du überleben wirst, obwohl Lucy dich sterben sah.

Wie ist das möglich? Dies ist ein Beispiel für das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs. Es ist keine Illusion, und Lucy hat ihren Verstand nicht verloren. Das ist wirklich möglich. Zumindest in der Theorie. Ein Schwarzes Loch ist ein Ort, an dem die uns bekannten Gesetze der Physik nicht gelten. Einer der Annahmen zufolge wird die Realität für Sie und Lucy beim Betreten des Schwarzen Lochs in zwei Teile geteilt.

Spaghettifizierung

Einer anderen Hypothese zufolge werden Sie, sobald Sie die Grenze des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs überschreiten, eine starke Dehnung unter dem Einfluss der Schwerkraft erleben. Wenn Sie in das Zentrum eines Schwarzen Lochs fallen, wirken Kräfte auf Ihren Körper, die Sie schließlich in kleine Stücke (eher sogar Partikel) reißen.

Wenn Sie außerdem mit dem Kopf voran in ein Schwarzes Loch fallen, ist es so weit von Ihrem Körper entfernt, dass Sie anfangen, wie Spaghetti auszusehen. Das Endergebnis ist der Beschleunigungsunterschied beim Fallen aufgrund der Schwerkraft, der sich auf Kopf und Beine auswirkt. Dieser Unterschied ist so groß, dass Sie sich wie Spaghetti oder Nudeln ausstrecken werden. Aus diesem Grund tauchte sogar der Begriff Spaghettifizierung auf.

Verzerrung von Licht, Raum und Zeit

Das erste, was jedem auffällt, bevor er den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs erreicht, ist, wie unterschiedlich Licht, Raum und Zeit werden. Sobald Sie eintreten, werden die bekannten Gesetze der Physik für Sie außer Kraft gesetzt und ganz andere Kräfte treten in Kraft.

Die unendliche Schwerkraft, die durch die Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs erzeugt wird, kann den Raum verzerren, die Zeit umkehren und das Licht bis zur Unkenntlichkeit verändern. Aus diesem Grund wird Ihre Wahrnehmung dessen, was jetzt passiert, völlig anders sein als das, was passiert ist, bevor Sie den Ereignishorizont betreten haben. Dies wird natürlich genau so lange dauern, bis Sie von der endlosen Dunkelheit völlig absorbiert werden und überhaupt nichts mehr wahrnehmen können.

Zeitreise

Die größten Physiker wie Einstein und Hawking stellten einst die Theorie auf, dass Reisen in die Zukunft möglich wären, indem sie die inneren Gesetze von Schwarzen Löchern ausnutzen. Wie bereits erwähnt, treten in einem Schwarzen Loch die üblichen Gesetze der Physik außer Kraft, und ganz andere übernehmen die Hauptrolle. Eines der Dinge, die Schwarze Löcher von unserer Welt unterscheiden, ist, wie die Zeit in ihnen vergeht.

Die Schwerkraft in einem Schwarzen Loch ist so stark, dass sie nicht nur den Raum, sondern auch die Zeit krümmen kann. Vor diesem Hintergrund ist davon auszugehen, dass die Zeitschleife die Möglichkeit eröffnet, in ihr zu reisen. Wenn wir lernen, einen so markanten Unterschied zwischen dem Raum innerhalb und außerhalb des Ereignishorizonts auszunutzen, dann können wir möglicherweise aufgrund der gravitativen Zeitdilatation in die Zukunft reisen, wo Sie noch jung bleiben, während Ihre Freunde es schon sind alt werden.

Natürlich sollten wir nicht vergessen, dass wir nicht nur einen Weg gefunden haben, durch Schwarze Löcher zu reisen, wir wissen nicht einmal, wie wir zu ihnen gelangen und, was noch wichtiger ist, all dies überleben.

Dir wird nichts passieren

Wenn wir eines Tages die Wahl haben, durch welches Schwarze Loch wir reisen, dann sollten wir uns höchstwahrscheinlich für ein supermassereiches Schwarzes Loch oder ein Kerr-Schwarzes Loch entscheiden.

Wenn wir jemals zum Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie gelangen können, das etwa 25.000 Lichtjahre entfernt und etwa 4,3 Millionen Mal massereicher ist als unsere Sonne, dann könnten wir dies möglicherweise auf völlig sichere Weise für uns tun Gesundheit. durchgehen. Das Konzept dieser Idee ist, dass die Gravitationskräfte des Lochs, die auf jeden wirken, der hineinfallen möchte, ziemlich unbedeutend sind, da der Ereignishorizont viel weiter vom Zentrum des Schwarzen Lochs entfernt liegt. Auf diese Weise können Sie innerhalb des Ereignishorizonts am Leben bleiben und nur an Hunger und Dehydration sterben und möglicherweise daran, dass Sie schließlich in die Singularität fallen. Hier können Sie darauf wetten, was zuerst passieren wird, denn eine genauere Antwort gibt es noch nicht.

Darüber hinaus ist es theoretisch möglich, am Leben zu bleiben und den Rest Ihres Lebens in einem Kerr-Schwarzen Loch zu verbringen, das eine völlig einzigartige Art von Schwarzem Loch ist, dessen Theorie erstmals 1963 vom neuseeländischen Mathematiker und Astrophysiker Roy Kerr vorgeschlagen wurde . Dann schlug er vor, dass, wenn Schwarze Löcher aus sterbenden Neutronendoppelsternen entstehen, es möglich sein wird, völlig unbeschadet in ein solches Schwarzes Loch einzudringen, da die Zentrifugalkraft die Entstehung einer Singularität in seinem Zentrum verhindern wird. Das Fehlen einer Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs würde wiederum bedeuten, dass man keine unendlichen Gravitationskräfte befürchten müsste und überleben könnte.

Laut Einstein werden Sie bis zum Schluss nicht verstehen, was passiert

Einstein schlug vor, dass Sie, wenn Sie ein bestimmtes Maß an freiem Fall erreichen, die Wirkung (oder vielmehr die Wahrnehmung) der Gravitationskräfte aufheben können. Dies bedeutet, dass, wenn eine Person im freien Fall ihr eigenes Gewicht nicht mehr spürt, alles, was mit ihr in ein schwarzes Loch geworfen wird, nicht zu fallen scheint. Vielmehr scheint es, als würde sie aufsteigen.

Einstein entwickelte diese Idee und leitete daraus die weltberühmte Allgemeine Relativitätstheorie ab, vielleicht seine erfolgreichste Idee. Und vielleicht ist dies der glücklichste Gedanke für Sie, wenn Sie in ein schwarzes Loch fallen. Selbst wenn Sie in Gott weiß was fallen, werden Sie immer noch nicht in der Lage sein zu verstehen, dass Sie fallen, bis Sie in eine Singularität fallen. Wenn Sie in diesem Moment jedoch jemand von der Seite beobachten kann, wird er definitiv sehen, dass Sie fallen. All das hat mit Wahrnehmung zu tun. Was auch immer dich umgibt, wird relativ zu dir fallen (und infolgedessen wirst du nicht verstehen können, dass du fällst), während dies für alle, die dir folgen werden, nicht der Fall sein wird.

weißes Loch

Es ist bekannt, dass Schwarze Löcher schließlich absolut alles absorbieren, was in ihren Ereignishorizont fällt. Auch Licht kann einem tragischen Schicksal nicht entgehen. Weniger bekannt ist, was mit all diesen dem Untergang geweihten Teilchen weiter passiert. Einer Theorie zufolge kommt alles, was von einem Ende in ein Schwarzes Loch eintritt, am anderen Ende wieder heraus. Und dieses zweite Ende ist das sogenannte Weiße Loch.

Natürlich hat noch niemand weiße Löcher gesehen (und ehrlich gesagt auch schwarze. Wir wissen von ihrer Existenz nur dank ihres starken Gravitationseinflusses), sodass niemand mit Sicherheit sagen kann, ob sie tatsächlich weiß sind. Der Grund, warum sie so genannt werden, liegt jedoch darin, dass weiße Löcher das genaue Gegenteil von dem sind, was schwarze Löcher sind. Anstatt alles um sich herum aufzunehmen, spucken sie im Gegenteil alles aus, was in ihnen ist. Und wie bei einem Schwarzen Loch, dem man nicht entkommen kann, wenn man in seinen Ereignishorizont gerät, so ist es auch bei einem Weißen Loch. Nur umgekehrt: Sie werden nicht hineinkommen können.

Kurz gesagt: Ein Weißes Loch spuckt alles, was von einem Schwarzen Loch verzehrt wurde, in ein alternatives Universum aus. Diese Theorie hat Physiker bis zu einem gewissen Grad dazu veranlasst, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass weiße Löcher die Grundlage für die Erschaffung unseres Universums, wie wir es kennen, sind. Und wenn Sie jemals in ein schwarzes Loch fallen und irgendwie überleben und von der anderen Seite durch ein weißes Loch in einem alternativen Universum herauskommen können, dann werden Sie niemals in unser Universum zurückkehren können.

Sie werden die Entwicklungsgeschichte des Universums verfolgen

Wie bereits erwähnt, besteht die Möglichkeit von Schwarzen Löchern ohne eine Singularität in ihrem Zentrum. Stattdessen wird es in der Mitte ein sogenanntes Wurmloch geben. Wenn wir einen Weg finden, durch das Wurmloch zu reisen, werden wir höchstwahrscheinlich Zeuge einer Entwicklungsgeschichte des Universums, die bis zu dem beobachtet werden kann, was am anderen Ende des Wurmlochs liegt. Es wird aussehen, als würde jemand ein Video über die Geschichte des Universums im unendlichen Schnellvorlauf abspielen.

Leider wird diese Geschichte immer noch ein schlechtes Ende haben. Je schneller sich das Bild bewegt, desto schneller kommst du deinem Tod näher. Das Licht wird immer blauverschobener und aufgeladener, bis Sie von seiner Strahlung vollständig lebendig geröstet werden.

Reise in ein Paralleluniversum

Wenn Sie eines Tages bewusst oder versehentlich in ein Schwarzes Loch fallen, sollten Sie sich zunächst umsehen. Vielleicht findest du so einen Ausweg, wer weiß. Selbst wenn sich herausstellt, dass es nicht funktioniert, in das Universum zurückzukehren, aus dem Sie gekommen sind, ist es vielleicht kein so schlechtes Ende Ihrer Reise, in einem Paralleluniversum zu landen.

Physiker gehen davon aus, dass ein schwarzes Loch, sobald Sie die Singularität erreicht haben, Ihnen als eine Art Brücke zwischen dieser und einer alternativen Realität oder dem sogenannten „Paralleluniversum“ dienen kann. Was in diesem neuen Universum passiert, bleibt ein Mysterium und ein Feld für unsere Vorstellungskraft. Einige Theorien gehen sogar davon aus, dass es unendlich viele alternative Universen gibt, die jeweils eine gleiche Anzahl von völlig unterschiedlichen „Dus“ enthalten.

Hast du jemals über die Entscheidungen nachgedacht, die du in deinem Leben getroffen hast? Was würde passieren, wenn du diesen Job nicht bekommen würdest, aber diesen Job, dieses Mädchen oder diesen Typen treffen würdest, anstatt jeden Tag am Computer zu sitzen? Wären Sie reicher oder ärmer geworden, wenn Sie nicht getan oder getan hätten, worum Sie einmal gebeten wurden? In einem alternativen Universum haben Sie also die Chance, es herauszufinden.

Du wirst Teil des Universums

Hawking schlug einmal vor, dass bestimmte Teilchen, die in ein Schwarzes Loch eintreten, eine Art Filterprozess in positiv geladene und negativ geladene durchlaufen. Diese Teilchen werden sehr langsam vom Schwarzen Loch absorbiert. Beim Eintauchen verlieren negativ geladene Teilchen ihre Masse. Positiv geladene Teilchen haben genug Energie, um als Strahlung außerhalb des Schwarzen Lochs zu bleiben.

Laut Hawking verlieren Schwarze Löcher langsam aber sicher ihre Masse und werden heißer. Sie explodieren schließlich und streuen ihren Inhalt, die so genannte Hawking-Strahlung, zurück ins Universum. Dies bedeutet, zumindest theoretisch, dass Sie Teil des Universums werden können, wie ein aus Atomasche wiedergeborener Phönix.

Bonus: Sie werden einfach … sterben

Manchmal ignorieren wir sehr gerne die offensichtlichsten und schrecklichsten Folgen eines Ereignisses und lassen uns von der Wahrscheinlichkeit freudigerer Zufälle blenden.

So sadistisch es auch klingen mag, das wahrscheinlichste Ergebnis Ihres Sturzes in ein Schwarzes Loch ist, dass noch nicht einmal Staub von Ihnen zurückbleibt, bevor Sie Ihre Anwesenheit darin überhaupt verstehen können. Sie werden nicht einmal Zeit haben zu erkennen, dass Sie Zeuge dessen geworden sind, was Physiker als Schlüssel zum Verständnis der Mysterien des Universums bezeichnen.