Informationsparadoxon

Der Hintergrund einer über 30 Jahre hinweg andauernden Kontroverse um das sog. Informationsparadoxon ist ein Leitsatz der Quantenmechanik, wonach die in den Quantenanordnungen gespeicherte Information über die Beschaffenheit eines beliebigen Objektes niemals verloren geht. Was immer mit einem Objekt geschieht – Verdampfung, Verbrennung, Pulverisierung o.ä. – seine ursprüngliche Gestalt lässt es sich anhand der in seinen Restbestandteilen enthaltenen Information (theoretisch) rekonstruieren. Die Information kann zerstückelt, vermischt oder durcheinander gewürfelt werden, aber sie geht niemals verloren.

Gerade dieses Prinzip – was man als quantentheoretisches Pendant zum Energieprinzip ➡ ansehen kann – stellte Stephen Hawking, der Entdecker der nach ihm benannten Strahlung, dezidiert in Frage. Seiner Meinung nach ginge die Information, die ein Objekt mit sich trägt, beim Eintritt ins schwarze Loch sehr wohl verloren. Oder mit anderen Worten, Hawking meinte beweisen zu können, dass Teile des Universums u.U. spurlos verschwinden würden.

➡ Dass die Information (ähnlich wie Energie!) in einem abgeschlossenen System (d.h. ohne Zufuhr oder Abgabe derselben) nicht verloren geht, mag sich uns vielleicht auf Anhieb nicht ganz erschließen; gleichwohl können wir es erst einmal als gegeben unterstellen. Ganz anders ist hingegen unser Verhältnis zur Energie bzw. Information, wenn wir die Kehrseite des Erhaltungsprinzips betrachten. Denn dass die Information nicht aus einem „Nichts“ entstehen kann, ist uns schon klar: Was sollte das schon für eine Information sein und vor allem, worüber? Über das „Nichts“? Bei der Entstehung der Energie aus dem Nichts sind wir hingegen sehr schnell dabei. Wenn der Zweck dann noch irgendwie „gut“ ist, dann sind wir schnell bereit, den politisch korrekten Energiequellen beispielsweise eine wundersame Energieproduktion anzudichten – die ganzen perpetia mobillia lassen grüßen… 😉
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Hawkings Behauptung war nicht nur eine Infragestellung einer grundlegenden Lehrmeinung. Denn wäre wirklich alles vom potentiellen Informationsverlust betroffen, wäre das Prinzip der (mathematischen) Deduktion, des Schlussfolgerns im Allgemeinen etc. vollständig aufgelöst (Hawking: „cause and effect become unrelated„). Unsere Erinnerungen, Empfindungen – ja, sogar das, was wir als „logisches Denken“ bezeichnen, wären allesamt dahin.

Kein Wunder, dass diejenigen Physiker, die die Konsequenzen aus Hawkings Behauptung richtig verinnerlicht hatten (und das waren anfänglich weiß Gott nur eine Handvoll!), akribisch nach einem Ausweg aus diesem Paradoxon suchten – allen voran Hawkings wichtigster Widersacher Leonard Susskind. Von Anfang an sahen er und seine Mitstreiter die Lösung des Informationsparadoxons eben in/an dem Ereignishorizont. Man könnte es etwas anders formulieren: Susskind & Co. glaubten nicht an die Existenz eines wie auch immer gearteten „Inneren“ des schwarzen Loches, während es Hawking doch tat und darin völlig andere Welten vermutet hatte. Jedenfalls hat er nicht daran geglaubt, dass die Information eines Objektes gewissermaßen auf den Ereignishorizont projiziert werden könnte, ähnlich der Entropie, die genau am Ereignishorizont ihr Abbild ➡ bekommt.

➡ Hawkings Position war an dieser Stelle – für meine Begriffe – vollkommen unverständlich. Wie wir anhand Bekenstein’s Berechnung der Entropiezunahme eines schwarzen Loches bei der Aufnahme eines zusätzlichen Bits gesehen und nachgerechnet haben, nimmt die Fläche des Ereignishorizonts genau ums Quadrat der Planckschen Länge zu:
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  (größenordnungsmäßig) während 
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Hawking hätte also hier sehen müssen, dass der Ereignishorizont einfach alles ist. Information ist gleich Fläche!
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Doch dieses „holografische Prinzip“ lehnte Hawking stets vehement ab – auch dann, als ein Geniestreich von Juan Maldacena die ganze Kontroverse mit einem einzigen mathematischen Beweis, nämlich dem der AdS/CFT-Korrespondenz, gewissermaßen im schwarzen Loch hat verschwinden lassen. Denn damit war endgültig klar, dass beim Eintritt eines Objektes in ein schwarzes Loch dessen gesamte Information nur scheinbar verlorengeht – eben für einen Beobachter von außen. In Wirklichkeit bleibt sie jedoch erhalten und kann – theoretisch – am Ereignishorizont abgegriffen werden.

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