hawkingstraling en informatie

[always]

Bevat hawkingstraling informatie?
 
"Hawkingstraling wordt in het algemeen verklaard met virtuele deeltjes. Door kwantumvacuümfluctuaties ontstaan paren van virtuele deeltjes (deeltjes met hun antideeltjes) nabij de waarnemingshorizon van het zwarte gat. Het kan zijn dat een van beide deeltjes in het gat valt, en daarbij voldoende energie opdoet om het paar reëel (niet-virtueel) te maken. Als dan het andere deeltje aan de zwaartekracht van het zwarte gat weet te ontsnappen, lijkt het van buiten af gezien, alsof het deeltje door het zwarte gat is uitgezonden. Dat deeltje neemt dan een deel van de energie van het deeltjespaar met zich mee."
 
" de zogenaamde informatieparadox van zwarte gaten: wat gebeurt er met de informatie, bijvoorbeeld informatie over de massa, samenstelling en dichtheid van de ster wiens kern na een supernova-explosie tot zwart gat ineenkromp. Blijft die informatie ook bìnnen de waarneemhorizon ergens bestaan?"
 
Met een zogenaamde firewall en chaoswall en holografisch 2D schermen probeert men sommige problemen op te lossen. Maar mijn primaire vraag is of hawkingstraling überhaupt informatie bevat? Zo ja, waar komt deze vandaan? Van de viruele deeljtes of van de materie van de ineengekrompen ster?
 
 

[317070]

Maar mijn primaire vraag is of hawkingstraling überhaupt informatie bevat? Zo ja, waar komt deze vandaan?

Die komt uit de informatie die eerder in het zwarte gat is gevallen.
 
https://en.wikipedia.org/wiki/The_Black_Hole_War

Hawking proposed that information is lost in black holes, and not preserved in Hawking radiation.[2] Susskind disagreed, arguing that Hawking's conclusions violated one of the most basic scientific laws of the universe, the conservation of information. As Susskind depicts in his book, The Black Hole War was a "genuine scientific controversy" between scientists favoring an emphasis on the principles of relativity against those in favor of quantum mechanics.[1] The debate led to the holographic principle, proposed by Gerard 't Hooft and refined by Susskind, which suggested that the information is in fact preserved, stored on the boundary of a system.[3]

[always]

Ik weet dat Hawking daar inmiddels op is teruggekomen dat informatie verloren gaat. Maar je zegt dat de informatie komt uit hetgeen eerder in het gat gevallen is. Maar waardoor wordt de hawkingstraling dan onderbouwd met op de waarnemingshorizon gecreeerde virtuele deeltjes? Ik lees daarbij niets over ingevallen deeltjes en al zeker niet over ingevallen informatie. Dus op welke wijze hebben die virtuele deeltjes informatie? Of is hawkingstraling geen virtuele of reeel gemaakte deeljtes?

[317070]

Dus op welke wijze hebben die virtuele deeltjes informatie?

De informatie van die deeltjes werd opgeslagen in de quantumfluctuaties van het oppervlak van het zwart gat. https://en.wikipedia.org/wiki/Holographic_principle
 
Waarom? -> string theory, en daar kan ik je helaas niet mee helpen. Ik denk dat het antwoord te ver buiten de kennis van ons beiden gaat liggen.

[always]

Ja, moeilijk zal het in de finesses wel zijn. Maar je zegt dat de virtuele deeljtes dus wel informatie bevatten opgeslagen op/in de waarnemingshorizon (of is dat weer wat anders als het oppervlak van het zwart gat?)? Maar kan het zo zijn dat die informatie in die quantumflucuaties ontstaan is door interactie met invallend materiaal? Of staan die twee deeljtes onafhankelijk totaal gescheiden van elkaar?

[317070]

De hawkingstraling die ontsnapt komt uit die virtuele deeltjesparen op de waarnemingshorizon (inderdaad). Die quantumfluctuaties zijn inderdaad ontstaan door invallend materiaal, zo, dat de informatie van het materiaal er opgeslagen wordt, en dus weer vrijkomt (veel later) in de vorm van hawkingstraling tijdens het verdampen van het zwart gat.

[Michel Uphoff]

Wat is informatie?

 

Ik neem de ochtendkrant, dompel hem in water en doe hem in de blender. De grijze pap die ik overhoud bevat alle informatie die in die krant stond, die is niet verloren gegaan tijdens het blenden. Maar alle bruikbare informatie is natuurlijk verdwenen.

 

Of en hoe de Hawking straling op een of andere manier informatie van het black hole kan overnemen, is voor zover mij bekend allerminst duidelijk. En of en hoe de informatieparadox opgelost kan worden m.i. ook nog niet. Hawking deed afgelopen zomer een poging, maar lang niet iedereen ziet daar de oplossing in.

 

Een aardig artikel hierover: klik

 

Hawking admitted that the information would not be readily retrievable but maintained that it at least would not be destroyed, thereby resolving the paradox. “The information about the ingoing particles is returned but in a chaotically useless form,” he said. “For all practical purposes the information is lost.”

[Michel Uphoff]

Theoretisch interessant is het wel, maar je kan je afvragen wat de praktische betekenis van het verdampen van black holes in ons uitdijende universum kan zijn:
 
Laten we van het kleinst mogelijke stellaire black hole uitgaan. Dat heeft ongeveer 3,2 zonmassa's. De temperatuur van zo'n black hole is 1,93.10^-8 K. Het black hole zal dus pas kunnen 'verdampen' als het heelal kouder is dan die temperatuur. Tot die tijd kan het black hole alleen maar zwaarder worden en hoe zwaar dat zou kunnen zijn, is de vraag. Hoe zwaarder hoe lager de temperatuur. Maar laten we dit even buiten beschouwing laten, en van een ondergrens van die 1,93.10^-8 K uitgaan.
 
Nu is de gemiddelde temperatuur in het heelal 2,726K. Het heelal moet dus 2,726K/1,93.10^-8 K = 141 miljoen keer kouder worden dan nu, en daar hoort een schaalfactor van 141 miljoen bij. M.a.w. het heelal moet 141 miljoen keer groter worden dan het nu is voordat die extreem lage temperatuur bereikt wordt.
 
De event horizon ligt volgens het meest aanvaarde kosmologische model en de huidige metingen over 10 miljard jaar op ongeveer 17 miljard lichtjaar, en zal daarna niet meer groeien. Bij een schaalfactor die 141 miljoen keer toeneemt, liggen dan alle objecten die nu 120 lichtjaar of meer van ons verwijderd zijn in de toekomst achter de event horizon, en maken geen deel meer uit van het fysisch betekenisvolle heelal.
 
Als er zich al een black hole binnen een straal van 120 lichtjaar van ons bevindt, begint het dan pas te verdampen. Volgens Hawking duurt dat verdampen een whopping 6,88.10⁶⁸ jaar. Alles binnen ons waarneembare heelal is dan al eonen geleden verdwenen achter de event horizon althans volgens deze tijdschaal. En dan hebben we het nog steeds over het lichtst mogelijke black hole van 3,2 zonmassa's dat mogelijk al lang verdwenen is in een superzwaar zwart gat dat pas véél later gaat verdampen.
 
Wikipedia stelt dat 'al' na 10⁴³ jaar het 'Black Hole Area' begint, het moment waarop alles in het heelal verdwenen is op de black holes na. Maar ook dan moet de temperatuur van die black holes voor verdampen hoger zijn dan die van het heelal, en de vraag is wat die laatste temperatuur dan zal zijn. Het heelal zou na 10⁴³ jaar louter bestaan uit elektronen, neutrino's en fotonen. Is de temperatuur van dit vreemde heelal hoger dan die van de black holes dan zullen die intact blijven en deze elementaire deeltjes blijven opnemen (met toenemende massa en lagere temperatuur tot gevolg). Overigens, andere berekeningen geven al een big rip na 22 miljard jaar aan, dat is morgen op deze schalen.
 
Vooralsnog denk ik dat het zo geredeneerd maar de vraag is of er ooit een stellair of groter black hole verdampt. Klopt dat, dan zou ook die informatieparadox een hersenschim kunnen zijn.
 
In de bijlage de Black Hole Calculator van Jim Wisniewski (met formules van vele niet nader genoemde anderen), die door mij schaamteloos is vertaald en in een enkel bestand is gezet. Pak de zip uit, en let er op dat je bij het starten toestemming geeft voor het uitvoeren van javascript.
 

Black Hole Calculator

(45.51 KiB) 234 keer gedownload

[always]

Leuke invalshoek, zwarte gaten hebben het eeuwig leven!
 
Je zegt "Vooralsnog denk ik dat het zo geredeneerd maar de vraag is of er ooit een stellair of groter black hole verdampt. Klopt dat, dan zou ook die informatieparadox een hersenschim kunnen zijn."
 
Maar ik begrijp die link niet goed. Waarom zou er geen informatieparadox zijn als een BH niet zou verdampen? Ga je er dan vanuit dat zoals Hawking aanvankelijk dacht dat een BH informatie vernietigd?
 
Bovendien blijft een BH natuurlijk wel stralen (Hawkingstralen) en komt er informatie vrij (ten minste als dat toch mogelijk blijkt) in wat voor vorm dan ook. Het BH zal alleen steeds nieuwe informatie opzuigen uit het heelal (achtergrondstraling) waardoor hij toch niet zal verdampen?!

[Michel Uphoff]

Ik had moeten schrijven: "Klopt dat, dan zou ook de oplossing van die informatieparadox een hersenschim kunnen zijn".
 
De paradox (als het al een paradox is) komt voort uit de notie dat ingevolge de ART een black hole geen andere eigenschappen dan massa, spin en lading heeft. Daarmee zou dus alle informatie die ooit in het black hole terecht kwam verdwenen zijn, en dat is volgens de behoudswetten van de kwantummechanica niet mogelijk. Wederom QM versus ART.
 
Hawking kwam met zijn straling als een mogelijke oplossing, maar heeft m.i. nimmer duidelijk kunnen maken hoe de informatie via die straling behouden bleef voor het heelal. Ook zijn laatste idee (zie dat artikel waar ik naar linkte) lijkt mij iets vaags, en nog ver van een oplossing.
 
Misschien is het vergelijkbaar met die krantenpap in de blender. In ons heelal ziet de informatie van het bh er uit als een eenvoudige egale massa waar niets meer in te onderscheiden is, en heeft het black hole dus inderdaad geen haar (klik). Aan gene zijde van de event horizon van het black hole (waar ruimte tijdachtig wordt en andersom) zou die informatie ongeschonden aanwezig zijn.
 
Alles dat ooit de event horizon van een black hole naderde is vanuit ons perspectief tot stilstand gekomen bij die horizon, en blijft daar voor eeuwig bevroren in de stilstaande tijd. Voor ons gaat helemaal niets ooit het black hole in, en blijft alle informatie van het black hole als een hologram op het oppervlak van de event horizon aanwezig. Dat hologram wordt zo die grijze krantenpap. Het zou weliswaar de inhoud van het bh beschrijven maar het is onbruikbaar geworden en we hebben er in praktische betekenis niets meer aan.
 
Vanuit het perspectief van de invallende objecten echter, is er niets aan de hand. Alle materie/informatie kan ongeschonden de event horizon passeren en in die andere ruimtetijd (wellicht is dat zelfs een ander heelal) terecht komen.
 
De vraag is of er vanuit ons perspectief wel informatie verloren is gegaan, de reis naar de event horizon duurt vanuit ons perspectief immers eeuwig en er verdwijnt dus niets. Daarnaast: Is die betekenisloze theoretische informatie op de event horizon geen informatie meer? Is de daar betekenisvolle maar hier onbereikbare informatie in het black hole nog informatie?
 
Volgens mij duurt het nog wel even voor men uit deze hersenkrakers is.

[always]

Je zegt: "Hawking kwam met zijn straling als een mogelijke oplossing."  Ik vraag me af of hij dat zo bedoelde. Was het niet eerder zo dat er eerst die hawkingstraling was en daarna pas het probleem ontstond?

[Michel Uphoff]

De paradox zelf is ouder dan de Hawking straling:
 
De ART voorspelt dat alle black holes exact gelijk zijn, op hun massa, lading en spin na. Er is dus geen enkele informatie aanwezig over wat er in het hole terecht gekomen is. Maar de wet van behoud van informatie ingevolge de QM verbiedt juist dat er informatie verloren gaat. Als twee black holes dezelfde waarden voor hun drie eigenschappen hebben zijn ze volledig gelijk, en dat is vreemd omdat het ene black hole bijvoorbeeld kan zijn gevoed door ijzerrijke sterren en de andere door waterstofgas om maar wat te noemen. Van die informatie zou dan niets meer over zijn volgens de ART.
 
Beide theorieën spreken elkaar dus tegen op dit punt. De 'oplossing' was dat geaccepteerd werd dat die informatie nog steeds in het bh aanwezig was, maar alleen onbereikbaar. Niet iedereen was tevreden met deze wat vage notie.
 
Hawking maakte het probleem actueler. Hij bedacht dat een black hole kon verdampen en zo zijn inhoud weer terug zou laten keren naar het heelal.  Maar hij ging er aanvankelijk van uit dat zijn straling geen informatie van het black hole kon overdragen. Met andere woorden, als het verdampte bh zijn van informatie ontdane inhoud weer heeft teruggebracht in het heelal, is de oorspronkelijke informatie die vanuit het heelal in het bh terecht kwam absoluut uit het heelal verdwenen.
 
Susskind was het hier vanwege de behoudswet niet mee eens. Inmiddels stelt Hawking dus, dat het misschien toch mogelijk is dat zijn straling informatie kan laten terugkeren in het heelal (zie het artikel waar ik naar linkte).
 
Maar als een bh in de realiteit van ons heelal nooit voor het einde van het heelal kan beginnen te verdampen -en je zou dat kunnen bewijzen- ziet het probleem er weer anders uit.

[always]

Toch  begrijp ik de reactie van susskind niet. Als al vast stond dat in een bh informatie al verloren is gegaan, dan moet susskind het daar toch al niet mee eens zijn, en toch niet pas nadat hawking zei dat die informatieloze deeljtes ook nog konden worden uitgeworpen? Of hield susskind er rekening mee dat informatie ondanks de vernietiging in een bh toch nog gered kon worden en was dat echt niet meer mogelijk nadat het was uitgestraald?
 
Maar dan nog is mij die straling niet duidelijk of die nou wel of geen info bevat. Het blijkt te ontstaan door virtuele deeljtes op de waarnemingshorizon. Maar waardoor juist op de waarnemingshorizon en waarom zou het ene deeljtes naar binnen gaan en het andere naar buiten? Gewoon omdat dat kan/mogelijk is? Als ik het goed heb wordt nu dus wel gelijk gedacht dat het uitgaande deeljte dus geen informatie bevat, maar dat dat of in een firewall zit of in een holografisch scherm?
 
Nu we het er toch over hebben. Waardoor kan er eigenlijk geen informatie in een bh zitten behalve dan de massa spin en lading. Of anders gevraagd waarom kan er wel massa spin en lading in zitten en de rest niet. Wat wordt eigenlijk bedoeld met die rest eigenschappen, kun je daar voorbeelden van noemen?

[Professor Puntje]

Hoe staat het eigenlijk met objecten die uit ons waarneembare heelal wegvliegen? De informatie die zij bevatten gaat (voor ons) toch ook verloren?

[always]

Ik vermoed dat de aanvulling 'voor ons' natuurkundig niet zo belangrijk zal zijn. Als het in werkelijkheid of het nu binnen de waarnemingshorizon valt of niet maar niet verloren gaat. En dat lijkt mij niet nodig gezien het feit dat de omstandigheden achter de waarnemingshorizon van het heelal niet anders zijn dan hier