Informatie paradox

[wnvl1]

Op een bijeenkomst in 1981 in San Francisco waar Susskind, Hawking en 't Hooft aanwezig waren stelde Stephen Hawking dat de informatie van een deeltje dat door een zwart gat wordt opgeslokt voor altijd verloren is als het zwarte gat verdampt. Susskind was het daar niet mee eens, omdat het indruist tegen een zeer fundamenteel principe: behoud van informatie. Informatie kan veranderen, vervormd worden of in kleine bits uiteenvallen, maar kan nooit verdwijnen.

Op de wikipedia pagina van de information paradox staat:

The black hole information paradox[1] is a puzzle resulting from the combination of quantum mechanics and general relativity. In the 1970s Stephen Hawking found that an isolated black hole would emit radiation at a temperature controlled by its mass, charge and angular momentum but in a manner that was independent of the initial state of the black hole.[2] If so, this would allow physical information to permanently disappear in a black hole, allowing many physical states to evolve into the same state. However, this violates a core precept of both classical and quantum physics—that, in principle, the state of a system at one point in time should determine its value at any other time.[3][4]

Waarom is het in de fysica eigenlijk zo fundamenteel dat informatie niet kan verdwijnen? Gevoelsmatig heb ik er geen probleem mee dat twee verschillende begintoestanden tot dezelfde eindtoestand zouden leiden. Ik begrijp wel dat dit een aanname is, die je niet kan bewijzen, maar zijn er argumenten om dit aannemelijk te maken?

[Math-E-Mad-X]

Ik durf hier niet al te veel over te zeggen, maar voor zover ik begrijp van die wiki pagina, is het probleem dat in de quantummechanica zelf informatie nooit kan verdwijnen (vanwege 'unitarity'), en in de algemene relativiteitstheorie ook niet. Maar door die twee theorieën te combineren vond Hawking blijkbaar toch een sitatie waarin informatie plotseling wel verdwijnt. Daar lijkt een tegenspraak in the zitten. Ofwel, de conclusie van Hawking is incorrect, ofwel, er is iets mis met de quantummechanica.

Verderop in het artikel staat dat tegenwoordig de meeste wetenschappers denken dat informatie wel degelijk behouden blijft. Aan de andere kant is er nog wel een klein groepje wetenschappers dat nog steeds gelooft dat informatie wel degelijk verloren gaat, maar dat impliceert dan wel dat "quantum systems will in fact no longer evolve unitarily".

[Professor Puntje]

Het behoud van informatie is een "wet" die iedere empirische onderbouwing mist. Een mooi voorbeeld van moderne theoretische natuurkunde (in feite: speculatieve natuurfilosofie) die is losgezongen van wat daarvan vroeger de proefondervindelijke basis vormde. Uit welke experimenten blijkt dat er een dergelijke behoudswet geldt?

[OOOVincentOOO]

Dit volgende artikel heeft mij veel inzicht (historisch en inhoudelijk) gegeven betreffende het thema:

https://www.quantumuniverse.nl/zwarte-g ... tieparadox

[Papabear]

Het zou betekenen dat een oorzakelijk verband verloren gaat. Als er geen verband meer is tussen het inwendige en uitwendige zal de materie voorgoed van de rest van het universum gescheiden zijn. Verloren informatie dus. De informatie (impulsmoment, quantum getallen) zou volgens Hawing ook niet terug te vinden zijn in de deeltjes die bij de horizon door de extreme kromming uit de virtualiteit in het reēele getrokken worden. Hawking veranderde later van mening. Hij deed mee aan gesprekken met o.a. Strominger. De huidige theorie zegt dat de invallende deeltjes lang genoeg verstrengeld blijven om de informatie over de inwendige deeltjes toestand naar buiten toe uit te stralen.

[Math-E-Mad-X]

Het behoud van informatie is een "wet" die iedere empirische onderbouwing mist. Een mooi voorbeeld van moderne theoretische natuurkunde (in feite: speculatieve natuurfilosofie) die is losgezongen van wat daarvan vroeger de proefondervindelijke basis vormde. Uit welke experimenten blijkt dat er een dergelijke behoudswet geldt?

Lees nogmaals mijn bovenstaande bericht.

Het gaat er niet om dat behoud van informatie een wet zou zijn. Het gaat erom dat verschillende theorieën niet consistent met elkaar lijken te zijn. En dat is natuurlijk wel een probleem.

[Math-E-Mad-X]

Het behoud van informatie is een "wet" die iedere empirische onderbouwing mist.

Nee, dat is niet waar. Voor ieder experiment dat men ooit in de klassieke natuurkunde heeft uitgevoerd bleef informatie behouden. Voor quantummechanica geldt hetzelfde, zolang we de 'collapse of the wavefunction' buiten beschouwing laten.

Er zijn dus wel degelijk hele goede redenen om aan te nemen dat binnen de relativiteitstheorie en de quantummechanica (afgezien van de 'collapse of the wavefunction') informatie behouden blijft.

Of dat nog steeds geldt binnen een hypotetische 'theorie van alles' blijft natuurlijk altijd de vraag, maar datzelfde kun je voor iedere natuurwet wel zeggen.

[Professor Puntje]

De klassieke mechanica laat indeterministische situaties toe (dat is hier al vaker besproken), en er is geen reden om de instorting van de golffunctie buiten beschouwing te laten. Dat laatste is nu juist waar het bestaan van kwantummechanisch toeval (indeterminisme) tot uiting komt. Bovendien is het wachten op een vereniging van de ART en de kwantummechanica (een theorie van alles is niet nodig) om een beter beeld van zwarte gaten te krijgen. Verder herinner ik mij een video lecture van Susskind waarin hij bezwoer dat het behoud van informatie als de "nulde wet" moest worden beschouwd.

[Math-E-Mad-X]

er is geen reden om de instorting van de golffunctie buiten beschouwing te laten. Dat laatste is nu juist waar het bestaan van kwantummechanisch toeval (indeterminisme) tot uiting komt.

Ik zeg ook helemaal niet dat we die buiten beschouwing moeten laten. Ik zeg alleen dat:
a) ALS we die buiten beschouwing laten, dan is er binnen de QM behoud van informatie, en
b) ALS we die buiten beschouwing laten, dan is er volgens Hawking's oorspronkelijke ideeën alsnog een verlies van informatie.

Conclusie: er is een tegenspraak in de theorie die opgelost moet worden.

[Math-E-Mad-X]

De klassieke mechanica laat indeterministische situaties toe (dat is hier al vaker besproken)

Klopt, maar alleen in situaties die onmogelijk te testen zijn, dus dat gaat nou juist precies in tegen jouw eigen standpunt dat de natuurkunde op experiment gebaseerd moet zijn.

De conclusie dat klassieke mechanica indeterministische situaties toe laat is precies het soort conclusie waar jij hierboven zelf tegen ageerde: puur gebaseerd op theorie in plaats van experiment.

[Math-E-Mad-X]

Bovendien is het wachten op een vereniging van de ART en de kwantummechanica (een theorie van alles is niet nodig) om een beter beeld van zwarte gaten te krijgen.

Precies, en het oplossen van de informatie paradox is nou juist één van de noodzakelijke stappen opweg naar zo'n theorie.

[Math-E-Mad-X]

Verder herinner ik mij een video lecture van Susskind waarin hij bezwoer dat het behoud van informatie als de "nulde wet" moest worden beschouwd.

Dat zou kunnen, maar dan nog, dan is dat juist omdat ieder experiment behoud van informatie laat zien.

(nogmaals: afgezien van de 'collapse of the wavefunction', maar ik neem aand dat Susskind dat ook zo bedoelde: "de nulde wet van de natuurkunde is de wet dat informatie behouden blijft afgezien van de collapse of the wavefunction")

[Professor Puntje]

Dat er een tegenspraak is tussen de ART en de kwantummechanica is duidelijk, en dat is inderdaad een probleem.

Dat het behoud van informatie een experimenteel getoetste natuurwet is bestrijd ik zolang er geen experimenten gedaan zijn om die veronderstelde wet te toetsen.

[Professor Puntje]

Blijft staan dat je de instorting van de golffunctie wel kunt negeren, maar dat dat betekent dat je geen experimenten meer mag doen. Wat weer bevestigt dat men zich hier begeeft op het pad van de speculatieve natuurfilosofie in plaats van de proefondervindelijke natuurkunde.

Dat laatste geldt inderdaad ook voor mijn opmerking over indeterminisme in de klassieke mechanica, maar die opmerking was dan ook enkel bedoeld om aan te geven dat men zelfs speculatief gezien met de onterechte claim dat de klassieke mechanica deterministisch zou zijn een scheve schaats rijdt.

[Math-E-Mad-X]

Dat het behoud van informatie een experimenteel getoetste natuurwet is bestrijd ik zolang er geen experimenten gedaan zijn om die veronderstelde wet te toetsen.

Er zijn miljoenen experimenten gedaan waarbij energie behouden bleef. Terwijl men nog nooit een experiment heeft kunnen doen waarbij energie aantoonbaar verdween. Op basis daarvan heeft men de 'wet van behoud van energie' geformuleerd.

Precies hetzelfde geldt voor behoud van informatie.

Als jij beweert dat de wet van behoud van informatie niet getoetst is. Beweer je dan ook dat de wet van behoud van energie niet getoetst is?


Natuurlijk zijn er altijd randgevallen waarbij bepaalde wetten niet meer opgaan. Een voorbeeld is Norton's Dome in de klassieke mechanica. Een ander voorbeeld is mischien het verlies van energie door fotonen als gevolg van de uitdijing van het heelal. Weer een ander voorbeeld is het verlies van informatie door de instorting van de golffunctie binnen de QM. Maar het enige wat dat wil zeggen, is dat die wetten misschien alleen binnen een bepaalde context van toepassing zijn. Dat verandert niks aan het feit dat die wetten nog steeds kloppen, zolang je ze maar op de juiste manier toepast.

Het punt is, dat als we de bekende natuurwetten toepassen op die manieren zoals ze bedoelt zijn, dan lijkt er een tegenspraak te bestaan tussen Hawking's resultaten en de QM + relativiteitstheorie. Dat probleem moet opgelost worden.