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Schwarze Löcher sind die mächtigsten Objekte im Universum, stark genug um ganze Sterne in ihre atomaren Einzelteile zu zerreißen

Obwohl das alleine schon unheimlich genug ist, besitzen sie eine noch mächtigere und dunkle Eigenschaft: sie könnten das Universum selber auslöschen

Schwarze Löcher, kurzgesagt

Ein schwarzes Loch erscheint wenn eine außergewöhnlich große Menge an Materie in einem winzigen Raum konzentriert wird.

In ihrem Schwerpunkt sind sie beinahe unendlich stark und was auch immer

zu nahe kommt, wird in seine Elementarteilchen zerrissen.

Nicht mal Licht kann Schwarzen Löchern entkommen, daher erscheinen sie uns als Kreise von Schwärze

Wenn du in ein schwarzes Loch fällst, würde nichts Schlimmes passieren bis du seine Außengrenze passiert hast: den Ereignishorizont

Du kannst dir das vorstellen, als würdest du in einem Fluss schwimmen, der in einem enormen Wasserfall endet

Während du dahin treibst, wird, unmerklich, der Strom schneller und schneller, selbst wenn du den Wasserfall noch nicht sehen kannst

Du könntest dich retten bis du, und das ohne zu merken, an dem Punkt ohne Zurück angelangt bist

Egal wie schnell du jetzt versuchst zu schwimmen, der Strom wird dich in den sicheren Tod ziehen

Nichts kann einem “Schwarzen Loch Wasserfall” entkommen, wenn es einmal zu nahe gekommen ist

Diese Grenze unterscheidet Schwarze Löcher völlig vom Rest des Universums: Wir können nicht darauf zugreifen wenn wir nicht bereit sind, nie mehr zurückzukehren

Deshalb kann man nicht sagen, was wirklich innerhalb von Schwarzen Löchern vor sich geht

Allerdings haben wir ein paar Ideen was an den Rändern vor sich geht.

Schwarze Löcher strahlen ihre Masse aus, so wie ein heißer Topf am Ofen sein Wasser als Dampf abgibt

Dies nennt sich Hawking-Strahlung

Schwarze Löcher verlieren konstant einen extrem winzige Teil ihrer Masse

ein unglaublich langsamer Prozess

Ein schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse benötigt 10,000 Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Jahre, um 0.0000001 % seiner Masse zu verlieren

Dies passiert ununterbrochen und unaufhaltsam, und währenddessen wird es immer schneller und schneller

In der weit weit entfernten Zukunft, wenn der letzte Stern im Universum bereits für Billionen von Jahren tot ist

werden Schwarze Löcher winziger und winziger bis sie verdampfen und verschwinden, und hinterlassen nur ein bisschen Strahlung

Das ist allerdings ein Problem, denn der Prozess von verschwindenden Schwarzen Löchern könnte etwas Fundamental löschen: Information

2 - was ist Information?

Information ist nichts Greifbares. Es wird gewöhnlich als eine Eigenschaft der Anordnung von Teilchen verstanden. Was heißt das?

Stell dir ein paar Kohlenstoff Atome vor. Arrangier sie auf bestimmte Weise und du bekommst Kohle

Arrangier sie anders, und du bekommst Diamant

Die Atome sind dasselbe, was sich ändert, ist die Information. Wenn wir das komplexer machen und ein paar andere Atome zufügen

bekommen wir eine Banane

Verändere die Anordnung der Atome und wir bekommein ein Eichhörnchen

die Grundbausteine von jeder Sache im Universum

sind das Gleiche und es ist ihnen egal ob sie Teil eines Vogels, Steines oder einer Kaffeetasse sind

Ohne Information wäre im Universum alles das Gleiche

Gemäß der Quantenmechanik Theorie ist Information unzerstörbar

Es möge seine Form verändern

Aber es kann nie verloren gehen: zum Beispiel, wenn du ein Stück Papier verbrennst, bekommst du Asche

Diese Asche wird nie wieder zu Papier werden

Aber wenn du jedes einzelne Kohlenstoffatom aus der Asche vorsichtig sammeln könntest, und die exakten Eigenschaften des Rauches und der Hitze messen würdest

,die das Feuer ausstrahlt, könntest du theoretisch das Papier rekonstruieren

Die Information des Papiers ist noch immer im Universum. Es ist nicht verloren

Es ist nur schwer zu lesen

Wenn du eine Möglichkeit hättest,

jedes einzelne Atom, Teilchen und jede Welle von Strahlung im Universum zu messen, dann könntest du jeden existierenden Bit an Information sehen und nachverfolgen

Hypothetisch könntest du die ganze Geschichte des Universums nachverfolgen, bis zum Big Bang.

Und genau an diesem Punkt stellen uns Schwarze Löcher das Bein

Information sagt uns wie sich eine Sache von der anderen unterscheidet und was einmal was war

Schwarze Löcher machen das Umgekehrte: sie nehmen verschiedene Sachen und machen sie gleich

Dies lasst das Informations-Paradoxon entstehen, und das stellt ein ernstes Problem dar

Das Informations-Paradoxon

Es ist fundamental für all unsere Gesetze der Physik, das Information niemals verloren gehen kann

Existierend. Nicht existierend. Ohne Information

ist alles relativ

Wenn es um unser Verständnis der Realität geht, brauchen wir eine Absolute

Wie können wir dieses Paradoxon lösen?

Es gibt ein paar Möglichkeiten

1. Die Information ist verloren

Entgültig und für immer

Das heißt, wir müssen all unsere physikalischen Gesetze ablehnen und einiges aus dem Fenster werfen

,was soweit sehr gut funktioniert hat, und von Anfang beginnen

Wie diese neuen Gesetze aussehen würden und was sie für uns bedeuten würden, weiß keiner

Das ist ein bisschen einschüchternd, aber auch irgendwie aufregend

2. Information ist versteckt

Möglicherweise spaltet sich ein kleiner Teil des Schwarzen Loches ab und bildet ein Baby Universum

Die Information würde zu diesem neuen selstsamen Ort transferiert, wo wir es weder beobachten, noch damit interagieren könnten

Aber rein technisch wäre sie nicht verloren

Es ist, als hättest du eine kaputte Festplatte mit all deinen Familienfotos, auf die du nicht zugreifen kannst

Klar, es ist nett, dass sie nicht gelöscht wurden aber auch nicht sehr hilfreich

Oder vielleicht verschwinden Schwarze Löcher nicht ganz am Ende ihrer Lebenszyklen,

sondern lassen etwas Kleines zurück: ein Informations - Diamant

WIe ein Clown Auto, gefüllt mit unendlich vielen Informations Clowns

Aber es gibt eine dritte Option

Information ist eigentlich sicher, weder verloren noch versteckt

Vielleicht haben wir das Ganze von der falschen Seite betrachtet

Wir wissen, dass Schwarze Löcher Informationen einfangen und später löschen könnten, aber wir haben darüber nachgedacht was sie damit in der Zwischenzeit machen

Wo speichern Schwarze Löcher ihre Information?

Kosmische Haushaltsführung

Lass uns eine Schwarzes Loch mit schmutziger Wäsche kreieren

Zuerst, füllen wir einen Raum mit Wäschekörben: je mehr Wäsche du speichern willst, desto mehr Körbe stellst du in den Raum

Aber ab einen gewissen Zeitpunkt ist jeder einzelne Korb voll und der Raum ist völlig zugepackt, keine einzige Socke passt mehr hinein

Der Raum ist bei maximaler Kapazität

aber wenn wir trotzdem noch eine Socke mit viel Energie und Gewalt hineinzwängen, kollabiert der Raum in sich zusammen und formt ein Schwarzes Loch

Aber die Kapazität des Raumes hat sich nicht geändert. Mehr Zeug für Information reinzubekommen ist noch immer unmöglich

Also was passiert wenn wir mehr Wäsche reinwerfen?

Der Raum wird ein bisschen größer um mehr Platz für die neue Information zu schaffen

Es stellt sich heraus, dass die Oberfläche des Schwarzen Loches um einen winzigen Pixel für jedes Bit an Information wächst, das wir hineinwerfen

Kurzgesagt, mehr Information heißt mehr Oberfläche

Die Information wird auf die Oberfläche gemalt, wie bei einem Stein der in einen Teich geworfen wird

Nachdem der Stein zu Grunde sinkt können wir ihn nicht mehr sehen

Aber an denWellen erkennen wir, dass etwas hineingefallen ist

Sogar das kleinste Schwarze Loch kann mehr Information auf seiner Oberfläche speichern als alle Daten, die jemals in der menschlichen Geschichte produziert wurden

Sie schaffen das, indem sie Information auf einer Art Pixel speichern, das unglaublich winzig ist

Schwarze Löcher sind die ultimativen Speicherplatten

Es ist ein bisschen wie das Umwandeln eines Buches in ein e-book, zwei Dinge, die völlig unterschiedlich aussehen

Aber ihr Inhalt ist das Gleiche, es ist einfach anders kodiert und gespeichert

Schwarze Löcher die Sterne und Planeten verschlingen ist ein bisschen wie eine ganze Bücherei auf einen e-reader zu übertragen

Diese Lösung nennt sich holografisches Prinzip, aber sollte es zutreffen, dann ist alles, was wir dachten über das Universum zu wissen, falsch

Das Universum ist ein Hologramm

Falls

Information wirklich an der Grenze eines Schwarzen Loches gespeichert ist, dann hat die Hawking Strahlung eine Chance über die Information

die dort kodiert ist, zu lernen, und wegzutragen

Also ist Information nicht verloren wenn Schwarze Löcher dahinschwinden

Und wir müssen nicht Physik neu erfinden: das Informations-Paradoxon ist gelöst

Trotzdem müssen wir unser Verständnis der Realität fundamental ändern

Falls alles, das in ein Schwarzes Loch fällt, am Ereignishorizont gespeichert wird, dann heißt das eigentlich das drei-dimensionale Sachen auf einer flachen Ebene gespeichert sind

Wir haben einen Namen dafür: Ein Hologramm

EIn Hologramm ist wie ein 3D Foto, ein flaches Stück Plastik das eine drei-dimensionale Abbildung kodiert hat

Ein schwarzes Loch ist wie ein Hologramm, weil alles im Inneren an seiner Oberfläche kodiert ist

Eine Person innerhalb eines Schwarzen Loches wird ihre drei-dimensionales Leben gewöhnlich erfahren,

aber für uns außerhalb sind diese flache Abbilungen an der Oberfläche des Schwarzen Loches

Die Konsequenz aus diesem ist kontraintuitiv, aber warte mal einen Moment

Schwarze Löcher sind sehr extreme Objekte, aber unterliegen trotzdem den gleichen Regeln wie alles andere

also wenn diese verrückte Dualität zwischen 2D und 3D für Schwarze Löcher funktioniert, dann möglicherweise für das ganze Universum und dich in demselben

Da eine Person innerhalb eines Schwarzen Loches nicht realisieren würde, dass sie auf einer flachen Ebene kodiert sind,

teilen wir vielleicht das gleiche Schicksal: in Wahrheit bist möglicherweise über einen flachen Schirm ausgedehnt, am Ende des Universums

Die Wissenschaft dahinter ist kompliziert und sehr seltsam, mit Spielzeuguniversen zum spielen, String Theorie und viel Mathematik

Wir werden darüber in einem anderen Video reden

Unabhängig davon was die wahre Natur der Universums wirklich ist, wir wissen nur, dass es seltsam und

kompliziert ist und wir viel mehr Physik praktizieren müssen um es zu verstehen

Doch mögen Schwarze Löcher der Schlüssel zum Verständnis über die wahre Natur der Realitiät selber seien

Diese Video wurde unterstützt von der swiss national science foundation und realisiert mithilfe der wissenschaftlichen Beratung von Alessandro Sfondrini