Können schwarze Löcher das Universum löschen? - Das Informationsparadoxon

Schwarze Löcher sind das Mächtigste, das es im Universum gibt.

Sie können sogar ganze Sterne

in Stücke von der Größer eines Atoms reißen.

Das allein ist ja schon ziemlich beängstigend.

Aber vielleicht sind sie sogar noch mächtiger und unheimlicher.

Vielleicht löschen sie das Universum selbst.

(Böses Lachen)

(Fröhliche Musik)

Ein schwarzes Loch erscheint, wenn eine unfassbare Menge Materie

auf ganz kleinem Raum konzentriert ist.

In seinem Zentrum ist die Schwerkraft nahezu unendlich stark

und zerlegt alles, was sich nähert in seine Elementarteilchen.

Nicht einmal Licht entkommt schwarzen Löchern.

Deshalb sehen wir sie nur als Scheibe aus Finsternis.

(Beklemmende Musik)

Näherst du dich einem schwarzen Loch,

würde erst dann etwas passieren, wenn du seinen äußeren Rand,

den sogenannten Ereignishorizont,

überschritten hättest.

Etwa so, wie wenn du in einem Fluss schwimmen würdest,

der in einem riesigen Wasserfall endet.

Während du so rumplantschst,

wird der Strom immer schneller und schneller.

Obwohl du den Wasserfall noch gar nicht sehen kannst.

Du könntest noch zurück ans Ufer schwimmen.

Bis es plötzlich zu spät ist.

Ohne dass du es gemerkt hast.

Egal, wie schnell du jetzt schwimmst,

der Strom zieht dich in den sicheren Tod.

(Dramatische Musik)

Auch dem Wasserfall eines schwarzen Lochs

entkommt nichts, wenn es ihm einmal zu nahe gekommen ist.

Diese Grenze trennt das schwarze Loch vollständig vom Rest des Universums.

Überschreiten wir sie, akzeptieren wir damit, nie wieder zurückzukehren.

Wir können also gar nicht wissen,

was in einem schwarzen Loch wirklich vor sich geht.

Es gibt aber ein paar Theorien, was an ihrem Rand passiert.

(Mysteriöse Musik)

Schwarze Löcher verlieren Masse durch Strahlung.

Wie ein sprudelnder Kochtopf, aus dem langsam das Wasser verdampft.

Das nennt sich Hawking-Strahlung.

Schwarze Löcher verlieren stetig einen winzigen Teil ihrer Masse.

Dieser Prozess ist aber unglaublich langsam.

Ein schwarzes Loch von der Masse unserer Sonne

verliert in:

Jahren nur:

seiner Masse.

Dieser Vorgang läuft stetig und kann nicht gestoppt werden.

Und je länger er dauert, umso schneller wird er.

Weit, weit in der Zukunft, wenn der letzte Stern im Universum

schon Billionen Jahre tot ist,

werden schwarze Löcher kleiner und kleiner werden.

Bis sie komplett verschwinden und nichts übrig bleibt

als ein bisschen Strahlung.

(Dynamische Musik)

Das ist ein Problem, denn während sie so verschwinden,

löschen schwarze Löcher vielleicht etwas Grundlegendes:

Information.

Information kann man nicht anfassen.

Meistens wird sie als ein Merkmal der Teilchenanordnung verstanden.

Aber was bedeutet das?

(Dynamische Musik)

Nimm ein paar Kohlenstoffatome.

Sind sie auf eine bestimmte Art und Weise angeordnet,

ergeben sie Kohle.

Auf eine andere Art einen Diamanten.

(Dynamische Musik)

Die Atome sind die gleichen, nur die Information ändert sich.

Machen wir das etwas komplexer und fügen ein paar mehr Atome hinzu,

erhalten wir eine Banane.

Noch einmal eine andere Anordnung und wir haben ein Eichhörnchen.

Das ganze Universum besteht grundsätzlich

aus den gleichen Bausteinen,

denen es egal ist, ob sie ein Vogel, ein Stein

oder eine Tasse Kaffee sind.

Ohne Information wäre alles im Universum einerlei.

(Dynamische Musik)

Die Theorie der Quantenmechanik besagt,

dass Information unzerstörbar ist.

Sie kann sich verändern aber nicht verloren gehen.

(Dynamische Musik)

Verbrennst du etwa ein Blatt Papier, entsteht Asche.

Aus dieser Asche wird nie wieder Papier.

Aber wenn du sorgfältig jedes einzelne Kohlenstoffatom

in der Asche und im Rauch einsammeln

und die genauen Eigenschaften dieses Rauchs

und der Hitze des Feuers messen könntest,

könntest du theoretisch das Papier wiederherstellen.

Die Information des Papiers existiert immer noch im Universum.

Sie ist nicht verloren, nur etwas schwierig, zu lesen.

Wenn du jedes einzelne Atom und Teilchen

und jede Strahlungsquelle im Universum messen könntest,

könntest du jedes bisschen Information,

die es gibt, nachverfolgen.

Theoretisch könntest du die gesamte Geschichte des Universums

bis zum Urknall zurückverfolgen.

(Dröhnen)

Aber da kommen schwarze Löcher dazwischen.

Information sagt uns, wie sich Dinge voneinander unterscheiden

und was was war.

Schwarze Löcher tun genau das Gegenteil.

Sie nehmen unterschiedliche Dinge und machen sie gleich.

Sie zerstören Information.

(Dröhnende Musik)

Das ergibt das sogenannte Informationsparadoxon.

Und da wird es jetzt richtig heikel.

(Dröhnende Musik)

(Spannungsvolle Musik)

Es ist eine Grundlage aller Gesetze der Physik,

dass Information nicht verloren gehen kann.

(Spannungsvolle Musik)

Sein oder Nichtsein, ohne Information ist alles relativ.

Schwarze Löcher machen aber genau das.

Wie lässt sich dieses Paradoxon auflösen?

Es gibt mehrere Möglichkeiten.

Und zwar für immer.

Dann müssten wir allerdings unsere Gesetze der Physik

für ungültig erklären.

Alles, was eigentlich ganz gut aufgegangen ist,

wieder verwerfen und noch mal ganz von vorn beginnen.

Wie die neuen Gesetze der Physik aussehen

und was das für uns bedeuten würde, wer weiß?

Das ist etwas beängstigend aber auch ziemlich aufregend.

Vielleicht trennt sich auch ein kleiner Teil

des schwarzen Lochs ab

und formt ein eigenes Babyuniversum.

Die Information wird an diesem neuen, merkwürdigen Ort gespeichert.

Dort können wir sie zwar nicht mehr sehen oder mit ihr interagieren,

aber sie geht nicht verloren.

Wie eine kaputte Festplatte mit alten Familienfotos,

auf die du nicht mehr zugreifen kannst.

Klar, schon schön, dass die nicht einfach gelöscht sind,

aber wirklich hilfreich ist das auch nicht.

Vielleicht verschwinden schwarze Löcher

am Ende ihrer Lebenszeit auch nicht vollständig.

Sondern lassen ein kleines Stück zurück,

einen Informationsdiamanten.

Quasi ein magisches Auto voll unendlich vieler Infoclowns.

Es gibt aber auch noch eine dritte Möglichkeit.

Vielleicht ist die Information auch sicher gespeichert.

Weder verloren noch verborgen.

(Dynamische Musik)

Vielleicht sehen wir das alles auch ganz falsch.

Wir wissen, dass schwarze Löcher Information einschließen

und später vielleicht löschen.

Aber haben wir uns schon mal überlegt,

was in der Zwischenzeit damit passiert?

Wo speichern schwarze Löcher die ganze Information überhaupt?

(Dröhnen)

(Dynamische Musik)

Bauen wir ein schwarzes Loch aus Schmutzwäsche.

Zunächst füllen wir ein Zimmer mit Wäschekörben.

Je mehr Wäsche wir aufbewahren wollen,

umso mehr Wäschekörbe stellen wir auf.

Irgendwann sind alle Körbe voll und der Raum ist völlig zugestellt.

Keine einzige Socke passt mehr rein.

Der Raum hat seine maximale Kapazität erreicht.

Wenn wir jetzt mit großer Energie und Gewalt

trotzdem noch eine Socke reinquetschen,

bricht der Raum zusammen und wird zu einem schwarzen Loch.

Die Kapazität des Raums selbst ist aber unverändert.

Es ist eigentlich immer noch unmöglich,

noch mehr Zeug oder weitere Information darin unterzubringen.

Was passiert, wenn wir jetzt noch mehr Wäsche reinwerfen?

Der Raum selber wird etwas größer.

um Platz zu schaffen für die neue Information.

Wie sich herausgestellt hat, wächst die Oberfläche eines schwarzen Lochs

um ein kleines bisschen, wann immer wir neue Information reinschmeißen.

Kurz gesagt: mehr Information braucht mehr Oberfläche.

Die Information wird auf die Oberfläche gemalt.

Etwa so, wie wenn wir einen Stein in einen Teich schmeißen.

Ist der Stein zum Grund gesunken, können wir ihn nicht mehr sehen.

Aber an der gekräuselten Oberfläche erkennen, dass etwas passiert ist.

Selbst das kleinste schwarze Loch

kann an seiner Oberfläche mehr Information speichern

als sämtliche Daten, die die Menschheit je produziert hat.

Und zwar, indem es die Information

in einer unglaublich kleinen Art Pixel speichert.

Schwarze Löcher sind die ultimative Festplatte.

(Dynamische Musik)

Das ist ein bisschen so,

wie aus einem Taschenbuch ein E-Book zu machen.

Zwei völlig unterschiedliche Dinge, aber der Inhalt ist der gleiche,

nur anders kodiert und gespeichert.

Schwarze Löcher, die ganze Sterne und Planeten verschlucken,

sind so, als würde man eine ganze Bibliothek auf einen E-Reader packen.

Das nennt man das holographische Prinzip.

Wenn das aber stimmt, dann ist alles,

was wir über das Universum zu wissen glauben, falsch.

(Dröhnen)

(Unruhige Musik)

Wird Information tatsächlich am Rand des schwarzen Lochs gespeichert,

kann die Hawking-Strahlung,

die dort kodierte Information mitkriegen und wegtragen.

Das heißt, Information geht gar nicht verloren,

wenn schwarze Löcher vergehen.

Und wir müssen nicht die ganze Physik neu erfinden.

Das Informationsparadoxon ist damit gelöst.

(Dynamische Musik)

Unser Verständnis der Realität müssten wir aber immer noch

fundamental überdenken. (Dynamische Musik)

Wird alles, was in ein schwarzes Loch gerät,

am Ereignishorizont gespeichert,

wird dabei dreidimensionales auf einer Oberfläche verschlüsselt.

Dafür gibt es einen Namen:

Ein Hologramm ist quasi ein Drei-D-Bild.

Ein flaches Stück Plastik, auf dessen Oberfläche

ein dreidimensionales Bild gespeichert ist.

(Dynamische Musik)

Ein schwarzes Loch verhält sich wie ein Hologramm.

Weil alles darin auf seinem Ereignishorizont kodiert wird.

Ein Mensch im Inneren des schwarzen Lochs würde immer noch

ein normales, dreidimensionales Leben führen.

Für Außenstehende aber wären flache Bilder

auf der Oberfläche des schwarzen Lochs gespeichert.

Und die Konsequenzen:

gar nicht so einfach zu verstehen, aber versuchen wir's mal.

Schwarze Löcher sind zwar echte Extremfälle,

aber trotzdem gelten auch dort immer noch die gleichen Regeln

wie für alles andere auch.

Wenn diese verrückte Dualität zwischen Zwei-D und Drei-D

bei schwarzen Löchern funktioniert,

dann funktioniert sie vielleicht auch für das ganze Universum.

Inklusive dir.

Eine Person in einem schwarzen Loch hat keine Ahnung,

dass sie auf nur einer Ebene festgeschrieben ist.

Vielleicht ergeht es uns genau gleich.

Vielleicht bist auch du auf eine flache Scheibe

am Ende des Universums gespannt.

Die Wissenschaft dahinter ist kompliziert

und richtig merkwürdig.

Mit Spielzeuguniversen, Stringtheorie und jeder Menge Mathe.

Das schauen wir uns in einem anderen Video an.

(Spannungsvolle Musik)

Wie auch immer das Universum wirklich beschaffen ist,

auf jeden Fall ist es sehr seltsam und kompliziert.

Wir müssen noch viel mehr Physik betreiben, um es zu verstehen.

Aber schwarze Löcher könnten der Schlüssel sein,

um die Realität selbst zu durchschauen.

(Mystische Musik)

(Entspannte, idyllische Musik)