Autor: DerSchneider<\/strong><\/p>\n\n\n\n Es ist eines der gr\u00f6\u00dften ungel\u00f6sten R\u00e4tsel der modernen Physik \u2013 ein Paradoxon, das zwei der erfolgreichsten Theorien der Wissenschaftsgeschichte in einen offenen Konflikt st\u00fcrzt. Die Rede ist vom Informationsparadoxon Schwarzer L\u00f6cher<\/strong>, das der britische Physiker Stephen Hawking 1974 mit einer einfachen, aber folgenreichen Berechnung ausl\u00f6ste.<\/p>\n\n\n\n Damals zeigte Hawking, dass Schwarze L\u00f6cher entgegen der damaligen Lehrmeinung nicht vollkommen \u201eschwarz\u201c sind, sondern \u00fcber einen subtilen Quantenprozess \u2013 die sogenannte Hawking-Strahlung<\/strong> \u2013 langsam Masse verlieren und schlie\u00dflich vollst\u00e4ndig verdampfen k\u00f6nnen <\/a><\/a>. Das Problem: Diese Strahlung ist thermischer Natur und tr\u00e4gt angeblich keinerlei Informationen<\/strong> \u00fcber das in das Loch gefallene Material mit sich. Wenn das Schwarze Loch vollst\u00e4ndig verdampft, w\u00e4ren alle Informationen dar\u00fcber, was je in es hineingefallen ist, f\u00fcr immer verloren \u2013 ein klarer Versto\u00df gegen ein heiliges Prinzip der Quantenmechanik <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n Dieser Widerspruch ist als das Schwarze-Loch-Informationsparadoxon<\/strong> in die Geschichte eingegangen. Seit fast f\u00fcnfzig Jahren bei\u00dfen sich Forscher daran die Z\u00e4hne aus \u2013 und eine vollst\u00e4ndige L\u00f6sung ist bis heute nicht in Sicht <\/a>. Dieser f\u00fcnfte Teil der Serie widmet sich einem Paradoxon, das im Herzen der theoretischen Physik tobt.<\/p>\n\n\n\n Stephen Hawking war 1974 ein junger, aufstrebender Physiker, als er seine ber\u00fchmte Arbeit mit dem bescheidenen Titel \u201e\u00dcber explodierende Schwarze L\u00f6cher\u201c<\/em> in der Fachzeitschrift Nature<\/em> ver\u00f6ffentlichte. Sie sollte die Physikwelt f\u00fcr immer ver\u00e4ndern.<\/p>\n\n\n\n Die Hawking-Strahlung entsteht nach heutigem Verst\u00e4ndnis durch Quanteneffekte in der unmittelbaren Umgebung des Ereignishorizonts. Im leeren Raum entstehen st\u00e4ndig Teilchen-Antiteilchen-Paare<\/strong>, die sich normalerweise sofort wieder gegenseitig ausl\u00f6schen. In der N\u00e4he eines Schwarzen Lochs kann jedoch ein Teilchen des Paares in das Loch fallen, w\u00e4hrend das andere in den Weltraum entweicht. Das entkommende Teilchen erscheint als thermische Strahlung, die dem Schwarzen Loch Energie und damit Masse entzieht <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n Das Problem dieser Theorie ist fundamental: Die Hawking-Strahlung ist rein thermisch<\/strong>, das hei\u00dft, sie enth\u00e4lt keine Informationen \u00fcber die Materie, die das Schwarze Loch gebildet oder sp\u00e4ter verschlungen hat <\/a>.<\/p>\n\n\n\n Nach dem Prinzip der Unitarit\u00e4t<\/strong>, das in der Quantenmechanik fest verankert ist, darf jedoch in einem isolierten Quantensystem keine Information verloren gehen<\/strong>. Informationen k\u00f6nnen im Chaos des Universums zwar bis zur Unkenntlichkeit durcheinandergewirbelt werden, aber die zugrundeliegenden Daten m\u00fcssen zwingend irgendwo im globalen Quantenzustand des Kosmos erhalten bleiben <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n Hawkings Berechnungen hingegen f\u00fchrten zu einem reinen Zustandsgemisch<\/strong> aus thermischer Strahlung, in dem unterschiedliche Ausgangszust\u00e4nde nicht mehr unterschieden werden k\u00f6nnen. Die beiden S\u00e4ulen der modernen Physik \u2013 die allgemeine Relativit\u00e4tstheorie und die Quantenmechanik \u2013 widersprachen sich hier auf eine unvers\u00f6hnliche Weise <\/a>.<\/p>\n\n\n\n Die n\u00e4chste wichtige Entwicklung kam von Don Page<\/strong>, der in den 1990er Jahren auf eine entscheidende Einsicht stie\u00df. Page argumentierte, dass der Entanglement-Entropie-Verlauf bei der Verdampfung eines Schwarzen Lochs nicht monoton ansteigen d\u00fcrfe, wenn der Prozess unit\u00e4r sei. Stattdessen m\u00fcsse die Entropie der Strahlung zun\u00e4chst ansteigen, dann aber nach einem bestimmten Punkt, der sogenannten Page-Zeit<\/strong>, wieder abfallen und schlie\u00dflich gegen Null gehen <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\nEinleitung<\/h3>\n\n\n\n
\n\n\n\nDie Geburt des Paradoxons \u2013 Hawkings verheerende Entdeckung<\/h3>\n\n\n\n
Der Mechanismus der Hawking-Strahlung<\/h4>\n\n\n\n
Die Konsequenz \u2013 Ein Versto\u00df gegen die Unitarit\u00e4t<\/h4>\n\n\n\n
\n\n\n\nPages Einsicht \u2013 Die Kurve, die alles ver\u00e4ndert<\/h3>\n\n\n\n