Ein Laborexperiment scheint eine Idee über Schwarze Löcher zu bestätigen, die von niemand anderem als dem theoretischen Physiker Stephen Hawking vorgeschlagen wurde . Darüber hinaus scheint die Idee – Schwarze Löcher emittieren im Laufe der Zeit Energie namens Hawking-Strahlung und schrumpfen allmählich – kontraintuitiv. Wie kann das wahr sein? Wir alle haben gehört, dass nichts der Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs entkommen kann. Nicht einmal Licht!
Lassen Sie uns eine Sekunde zurückgehen und lernen, was Schwarze Löcher nicht sind. Sie sind nicht nichts. Damit die Quantentheorie wahr ist, ist echtes Nichts kein Ding. Wie meine Tante gerne sagt: „Es ist immer etwas.“ Obwohl ich nicht glaube, dass sie über schwarze Löcher sprach.
Was ist also ein Schwarzes Loch? Es ist das, was übrig bleibt, nachdem ein massereicher Stern gestorben ist. Sterne haben eine enorme Masse, was bedeutet, dass sie auch eine starke Anziehungskraft ausüben. Während ein Stern aktiv ist, gleichen sich die Fusionsreaktionen in seinem Kern durch die Anziehungskraft seiner Masse aus und der Stern behält seine Form. Aber mit der Zeit wird der Treibstoff für Fusionsreaktionen knapp und die Schwerkraft beginnt, das Tauziehen zu gewinnen.
Dadurch wird der Stern kleiner und dichter. Es beginnt, mehr Material nach innen zum Kern hin zu ziehen. Dabei erwärmt sich der Kern. Schließlich haben Sie genug Energie für eine Explosion – der Stern wird zur Supernova . Der Stern schleudert Energie und Materie mit enormer Kraft nach außen, aber der verbrauchte Kern bleibt, massiv und dicht.
Dieser verbrauchte Kern verzerrt die Raumzeit und versinkt darin. Es ist, als würde man eine schwere Bowlingkugel auf ein Trampolin legen. Das Gewicht des Balls verformt das Trampolin und lässt es nach unten sinken. Schwarze Löcher machen dasselbe mit der Raumzeit, nur tun sie es in mehr als zwei Dimensionen.
Um die Öffnung des Lochs herum befindet sich der Ereignishorizont. Wenn Sie diese Linie überschreiten , gehören Sie zum Schwarzen Loch. Das gilt sogar für das Licht selbst. Aber wenn das stimmt, wie könnten Schwarze Löcher dann Energie ausstrahlen? Wie könnte Stephen Hawking Recht haben?
Die Quantentheorie sagt uns, dass es sogar in einem Schwarzen Loch fluktuierende Energiefelder geben würde. Die Fluktuationen erzeugen Photonenpaare. Meistens zerstören sich die Photonen gegenseitig, wie Mitglieder einer Boyband, die des Tourens müde geworden sind.
Aber manchmal erscheint ein Photon am inneren Rand des Ereignishorizonts, während sich das andere am äußeren Rand befindet. Das innerste Photon ist dem Untergang geweiht und wird in das Schwarze Loch gezogen. Das neu geschiedene Photon am äußeren Rand zoomt in den Weltraum. Das ist Hawking-Strahlung. In diesem Video können Sie sich anhören, wie Neil deGrasse Tyson Hawking-Strahlung und verschwindende Schwarze Löcher erklärt:
Nach Hawkings Hypothese lässt das Photon, das in das Schwarze Loch fällt, es aufgrund seiner negativen Energie tatsächlich ein wenig schrumpfen. Und Hawking schlägt auch vor, dass ein Schwarzes Loch Informationen zerstört , etwas, das der Vorstellung widerspricht, dass die Gesamtmenge an Informationen im Universum eine Konstante ist.
Und jetzt kommen wir endlich zum Experiment. Der Experimentalphysiker Jeff Steinhauer simulierte im Labor ein Schwarzes Loch und beobachtete scheinbar Hawking-Strahlungsemissionen. Er erschuf das akustische Schwarze Loch mit ultrakalten Atomen, die virtuelle Schallpartikel namens Phononen erzeugen. So wie ein echtes Schwarzes Loch virtuelle Photonen erzeugt, die manchmal real werden, erzeugt das simulierte Schwarze Loch Schallpakete.
Wenn das simulierte Schwarze Loch ein echtes Phononenpaar erzeugt, wird eines von einer Überschallregion erfasst und gefangen. Dies ähnelt einem Photon, das von einem echten Schwarzen Loch verschluckt wird und das Schwarze Loch dabei verkleinert.
Das Laborexperiment ist kein schlüssiger Beweis dafür, dass Hawking Recht hatte. Einige Physiker denken, dass die Gleichsetzung des künstlichen Schwarzen Lochs mit einem astronomischen Schwarzen Loch ein zu großer Sprung ist. Es kann sein, dass das, was für den einen gilt, für den anderen nicht gilt. Und die von Steinhauer induzierten Schwankungen ähneln möglicherweise nur denen im Vakuum des Weltraums, was bedeutet, dass die Ergebnisse irreführend sein könnten.
Wissenschaftler müssten Steinhauers Experiment replizieren, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse gültig sind. Selbst dann könnte es eine Weile dauern, bis die wissenschaftliche Gemeinschaft im Allgemeinen bereit ist, die Ergebnisse als Unterstützung für die Vorhersagen von Stephen Hawking aus den 1970er Jahren zu betrachten. Aber es ist möglich, dass wir einem umfassenderen Verständnis des mysteriösen Schwarzen Lochs einen Schritt näher gekommen sind.
