Theorie von allem gefunden und Schwarze Löcher widerlegt?

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Vor etwa 2 Wochen haben die amerikanischen Physiker Laura Mersini-Houghton und Harald P. Pfeiffer ein Paper veröffentlicht (Fireworks instead of firewalls) in dem sie nicht weniger als die Nichtexistenz schwarzer Löcher und nebenbei die Zusammenführung von Quantentheorie und Allgemeiner Relativitätstheorie proklamiert.

Was sich zunächst wie eine der üblichen Randnotizen gescheiterter Versuche überenthusiastischer Physikrevoluzzer liest, ist erstmal durchaus lesenswert, denn Mersini-Houghton wirft nicht alle bekannten Konventionen über Bord, sondern verhilft nur der bislang eher unbedeutenden, da extrem schwachen Hawking-Strahlung zu mehr „Gewicht“.

Ganz kurz umrissen, geht es um Folgendes:

Bisher als gesetzt galt, dass Sterne ab einer gewissen Masse am Ende ihres Lebens mit einem Eisenkern die Kernfusion einstellen und aufgrund des nunmehr fehlenden  Strahlungsdrucks ihrem eigenen Gewicht ausgeliefert sind und kollabieren. Aufgrund diverser Ereignisse, um die es hier aber nicht gehen soll, explodieren sie in einer Supernova und hinterlassen quasi als „Sternleiche“ ein schwarzes Loch.

Dabei bedeutet „schwarzes Loch“ zunächst nichts weiter, als das die verbliebene Masse auf ein Raumvolumen kleiner als das des Schwarzschildradius komprimiert wurde. Dass der Radius des Ereignishorizonts in der allgemeinen Relativitätstheorie nicht den Abstand vom Mittelpunkt angibt, sondern über die Oberfläche der „Kugeln“ definiert wird, soll hier außer Acht bleiben. Was dann im inneren des Ereignishorizonts genau passiert, entzieht für immer jeder Beobachtung.

Zunächst war man der Meinung, für ein schwarzes Loch gäbe es nur eine Entwicklung: Wachsen. Wenn nichts das Loch verlässt, aber immer mehr hinein fällt, kann es nur größer werden. Grundsätzlich ist das auch richtig. Aber bereits Mitte der 70er Jahre hat der damals aufstrebende Physiker Stephen Hawking eine Möglichkeit postuliert, wie auch schwarze Löcher Masse verlieren können, quasi verdampfen. Diese nach ihm benannte Hawking Strahlung basiert auf der Annahme, dass selbst ein Vakuum nicht wirklich leer ist, sondern aufgrund quantenmechanischer Effekte ständig virtuelle Teilchenpaare (jeweils ein Materie- und Antimaterieteilchen um die Energieerhaltungssatz nicht zu verletzen) entstehen und sehr schnell wieder zerstrahlen (Vakuumfluktuation).

Passiert diese Fluktuation nun direkt am Ereignishorizont, kann es passieren, dass einer der beiden Partner ins schwarze Loch gezogen wird, während der andere „entkommt“. Der so entstehende Energieüberschuss (denn Energie kann nicht einfach erzeugt werden) wird vom schwarzen Loch beglichen. Es verliert Energie, es strahlt.

1280px-BlackHoleSoweit der Ansatz. Mersini-Houghton und Pfeiffer haben nun berechnet, dass während des Kollapses der Sternleiche diese Quantenfluktuation am sich herausbildenden Ereignishorizont so stark werden, dass immer mehr Masse durch Hawking-Strahlung verloren geht, der Stern eigentlich nie über seinen Schwarzschildradius hinaus zusammenfallen kann, weil ständig sinkende Masse einen immer kleineren Schwarzschildradius zur Folge hat und daraus resultierend die Hawking-Strahlung immer mehr zunimmt. Da die Vakuumfluktuationen durch eine starke Krümmung der Raumzeit begünstigt werden, ist dieser Effekt besonders bei kleineren Schwarzschildradien bedeutsam. Kleine schwarze Löcher (Schwarzschildradien) krümmen die umgebende Raumzeit stärker als große. Je größer und damit massereicher ein Schwarzes Loch ist, desto weniger strahlt es also. Je kleiner ein Schwarzes Loch ist, umso schneller verdampft es. Auch da sind die Physiker sich weitestgehend einig.

Was den beiden Autoren dabei so aufzustoßen scheint, ist das offenbare Paradoxon, dass aufgrund des Informationsverlustes innerhalb eines Schwarzen Loches die Kausalität und damit Einsteins Theorie verletzt wäre, andererseits bei Kombination von Quantenmechanik und allgemeiner Relativität (die bei Massen und Dichten in einem Schwarzen Loch beide gelten müssten) die Unitaritätsbedingung verletzt ist, da sich Wahrscheinlichkeiten größer 1 (tatsächlich sogar Unendlich) ergeben.

Was hier also passiert, ist die Vereinheitlichung zweier bislang nicht zu vereinheitlichender Theorien durch das Ausschließen des Problemfalls. Das Andenken ist nobel aber eigentlich nicht wissenschaftlich. Problem ist, dass Hawking-Strahlung nie und nimmer die notwendigen Quantitäten erreicht, die nötig sind um den Kollaps aufzuhalten. Professor William Unruh, ein ausgesprochener Experte auf Gebiet, legt sogar nahe, dass Mersini-Houghton / Pfeiffer sich um nicht weniger als 68 Größenordnungen „verrechnet haben“.  “It would take 10^53 (1 followed by 53 zeros) times the age of the universe [for a mass of the black hole]to evaporate,” gab er in einer Stellungnahme gegenüber IFLScience zu bedenken.

“The standard behaviour by such people [who don’t understand Hawking radiation]is to project that outgoing energy back closer and closer to the horizon of the black hole, where its energy density gets larger and larger,” he continued. “Unfortunately explicit calculations of the energy density near the horizon show it is really, really small instead of being large– Those calculations were already done in the 1970s. To call bad speculation „has been proven mathematically“ is, shall we say, and overstatement.”

Der Verdacht, dass die beiden sich durch eine bislang unmögliche Vereinigung der beiden grundlegenden Theorien profilieren wollten, ist gegeben. Leider fehlen mir die Möglichkeiten und Fähigkeiten, die eine oder andere Seite zu bestätigen oder zu widerlegen, daher fänd‘ ich es enorm spannend, wenn andere Institute den Ansatz nachrechnen würden. Ich neige dazu, der Erklärung Unruhs zu folgen.

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