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Quantengravitation: Inselhopping über den Ereignishorizont

Ein hartnäckiges Rätsel aus der theo­retischen Physik, das Informationsparadoxon, lässt sich womöglich lösen - wenn das Innere von Schwarzen Löchern durch Wurmlöcher in der Raumzeit miteinander verbunden ist.
Schwarzes Loch mit Scheibe

1974 stürzte Stephen Hawking die theoretische Physik in eine Krise: Er legte dar, dass ein Schwarzes Loch Informationen vernichtet. Laut Hawkings Berechnungen kann es an Masse verlieren und so allmählich verschwinden. Das tut es, indem es Strahlung abgibt – und die enthält allem Anschein nach keinerlei Information über die Objekte, die zuvor hineingefallen sind. Die Entstehungsgeschichte des Schwarzen Lochs wäre unwiederbringlich gelöscht. Das allerdings verstößt gegen ein geheiligtes Prinzip der Quantenphysik, laut dem keine Information verloren gehen darf.

Das ist das so genannte Informationsparadoxon. Es erweist sich seit fünf Jahrzehnten als hartnäckiges Rätsel. 2019 kam dann aber langsam Licht ins Dunkel, auch durch Forschungsarbeiten, an denen ich beteiligt war. Der Lösungs­ansatz basiert auf einem neuen Verständnis der Raumzeit und wie sie mittels Quantenverschränkungen aufgespannt werden kann. Das führte mich zu der Vorstellung, ein Teil des Inneren eines Schwarzen Lochs könnte sich auf eine ganz bestimmte Weise nach außen kehren.

Um das zu verstehen, müssen wir die Natur der Schwarzen Löcher näher betrachten …

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Sterne und Weltraum – UFOs

Die Faszination vieler Menschen für UFOs und unerklärliche Himmelsphänomene ist nach wie vor ungebrochen. Wir zeigen Ihnen, dass viele Himmelsphänomene, die als UFOs wahrgenommen werden, oft eine einfache Erklärung haben. Einige bleiben jedoch geheimnisvoll und nähren den Mythos von außerirdischen Besuchern. Lesen Sie den ersten Teil unseres zweiteiligen Beitrages in dieser Ausgabe. Darüber hinaus berichten wir über Phänomene, die ebenfalls mit UFOs verwechselt werden könnten, z.B. Meteore, die über der Stadt Ribbeck niedergingen oder Lichtblitze von geostationären Satelliten. Wie Sie diese Satelliten gezielt beobachten können, erfahren Sie in unserer Rubrik »Astronomie und Praxis«.

Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum der Wissenschaft – Quantencomputer

Supraleitende Schaltkreise, neutrale Atome oder Ionenfallen – es gibt viele verschiedene Ansätze, Qubits zu realisieren. Welche Technologie am Ende im Quantencomputer stecken wird, ist noch offen. Wir geben einen Überblick über die sechs aktuellen Favoriten. Außerdem im Heft: In Island planen Wissenschaftler, im Bereich der Krafla zu einem Reservoir mit flüssigem Gestein vorzudringen. So wollen sie erstmals Magma direkt erforschen – und geothermische Energie erschließen. Wir stellen außerdem die ersten überraschenden Ergebnisse von Gesteinsproben des Asteroiden Bennu vor, die aus zu den Anfängen des Sonnensystems stammen. Die ältesten Höhlenmalereien finden sich auf Indonesien. Fachleute suchen nach den Ursachen, warum diese seit Ihrer Entdeckung plötzlich verfallen.

  • Quellen

Almheiri, A. et al.: Black holes: Complementarity or firewalls? ArXiv, 1207.3123v4, 2013

Almheiri, A. et al.: Replica wormholes and the entropy of Hawking radiation. ArXiv 1911.12333, 2020

Penington, G. et al: Replica wormholes and the black hole interior. ArXiv 1911.11977, 2020

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