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black hole information paradox: lösung in Sicht.

Schwarze Löcher, wohl die mysteriösesten Objekte im All: Entstehung, Geometrie, Dynamik, Quantenaspekte
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black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von deltaxp » 9. Nov 2020, 15:21

Da gibt es einen interssanten neuen artikel im quanta magazin:

https://www.quantamagazine.org/the-blac ... -20201029/

ein vortrag von einer der beteiligten physiker/Innen findet ihr zb hier
https://www.youtube.com/watch?v=Of21rpO7xiw

das ganze ist rein theoretisch (experimente dazu gibt es natürlich nicht) und auch recht mathematisch (da fehlt dann der liebe Tom :( ).

Vielleicht kurz zum Inhalt.

Das Black hole information paradoxon sagt aus, dass laut hawking Information was das schwarze loch gebildet hat bei der verdampfung verloren geht (reine Wärmestrahlung), entropie der gesammelten strahlung steigt immer weiter an. Das steht im Widerspruch zur Quantenmechanik, denn aus der Unitarität folgt direkt das keine Information im geschlossenen Gesamtsystem verloren geht.

wenn man z.b. eine einfaches universum mit einer noch nicht kollabierten Masseansammlung als reinen Zustandsvektor als initial state auffasst hat der entropy 0 dann der kollaps und die Verdampfung, der gesamtzustand |black hole> + |strahlung> bleibt ein reiner zustand ebendso wie der endzustand |strahlung> entwickelt sich unität mit gesamtentropie 0

die verschränkungsentropie der strahlung, die ja ein mixed zustand ist, wenn man nur diese betrachtet, sollte zu beginn ansteigen bis zu einem maximal wert und dann wieder abfallen auf 0 wenn am ende sie dann wieder ein reiner zustand ist (page kurve). Der knick tritt so bei de rHälfte der verdampfung auf. aber eben nicht bei Hawking, steigt immer weiter, denn die hawking strahlung ist auch am ende nur ein mixed zustand. aus einem reinen zustand mit entropie 0 wird bei hawking strahlung also ein mixed zustand mit maximaler entropie, informationsverlust. das ist halt der widerspruch.

Man dachte bisher immer, dass eine ausformulierte quantengravitation das problem nur lösen kann. Nach den obingen untersuchen gibt es aber hinweise darauf, dass das überaschenderweise eventuell nicht so sein muss und man die page kurve, also die unitarität auczh mit semiklassischer Näherung enthält unter der annahme von sogenannten quantum-extremal-surfaces die die rückwirkung der quantenfelder auf die Metrik mit berücksichtigen, was bei der reinen Hawkingstrahlung nicht der Fall ist.

Es ist ein hochaktuelles noch tief in der entwicklung befindliches forschungsgebiet , bei dem es noch viele, viele fragen gibt, sagen auch die wissenschaftler. aber es sind die gut argumentierte rechnungen. Man brauch dann also keine Firewall.

Ich warte schon ne weile, wann es auf dem gebiet seit der spacetime from entanglement (Raamsdonk u.a) bzw ER=EPR-Vermutung (Susskinf, Maldacena) weitergeht. jetzt scheint man da wirlich vorwärtszukommen.

Aber natürlich nach wie vor der hinkefuss: alles anti de sitter (aber besser als nichts)

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 9. Nov 2020, 17:28

Danke für die Zusammenfassung, das muss ich mir erstmal in Ruhe durchlesen.
Was ist eigentlich bei der Expansion des Universums? Wieso gibt es beim kosmologischen EH einen definierten feststehend unwiderbringlichen Verlust an Information, während es bei SLs den Leuten ein Dorn im Auge ist?

Ich hätte eher ein Problem damit, wenn SLs in endlicher Zeit verdampfen und die Informationen freigeben.
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von deltaxp » 10. Nov 2020, 15:53

wie gesagt, bei den rechnungen handelt es sich um ein toy universum, ads. nicht unser ds (das weiss noch keine wirklich wie man damit umgehen muss.
desweiteren ist es ein sehr eifaches ads-universum nämlich 1 + 1 dimensional (1 raum + 1 zeit dimension). zudem haben sie einen trick angewendet, große schwarze löcher verdampfen im ads nicht, da die strahlung durch reflektiert wird von der boundary und wieder vom sl absorbiert wird, so dass ein gleichegewicht entsteht. also haben sie künstlich ein wärmebad ausserhalb des bulks angelegt und sozusagen durchlässige randbedingungen eingefügt, das die hawkingstrahlung raus kann und nicht reflektiert wird. sie wissen dass das problemlos in 1 raumdimension geht , ich glaub auch bei 2, aber sie wissen nicht wie das mit höheren dimensionen geht, da dort irgendwie prinzioell auch gravitation in form von gravitonen abfliessen kann, was aber nicht darf. das wärmebad ist eine reine qft im graund-state . dass sich zunehmend mit der hawkingstrahlung verschränkt. insbesondere wissen sie nicht. es sind also noch viele viele fragen offen. es ist aber das erste mal, dass man in semiklassischer näherung durch bulk-rechnung die page-kurve nachvollziehen konnte. ich bin einfach gespannt wies weitergeht oder ob nach dem hype wieder 5 jahre mehr oder weniger pause ist vor dem nächsten durchbruch.

quantengravitation ist halt schwierig, weil es keine experimente dazu gibt, die einem sagen können in welche richtungen man gehen muss. also bleiben nur mathematische modelle, die in sich konsistent sind innerhalb der annahmen sind. aber die modellannahmen sind eben annahmen, meist fundiert aber nicht bewiesen, dass sie gültig ist, wie eben die, das die vollständige entropie berechnung durch die quanten extremal surface gegeben ist und nicht nur durch die extremalsurface, die die gravitationsentropie bestimmt. ich weiss nicht ml ob diese ruy-takajanagi rechenvorschrift mittlerweile bewiesen ist. vor 5 jahren war sie noch eine vermutung, weil es eben fürs schwarze loch funktionierte (und die kontinuierliche erweiterung der berechnung der verschränkungsentropie bei tensornetzwerken ist)

ich behalte die sachen im auge, bei der detaillierten mathematik bin ich aber natürlich auch überfragt. die wär eher was für tom.

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 10. Nov 2020, 15:56

Ich seh jetzt erst den Link zum Video; vielleicht hilft der ja etwas beim Verständnis.
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 11. Nov 2020, 18:04

Hochinteressant, jedoch zugleich spekulativ aufgrund der verwendeten Idealisierung wie niedrig-dimensionaler Modelle, AdS, semi-klassischer Näherung ...

Siehe auch im verlinkten Artikel:

„I see people make the same hand-waving arguments that were made 30 years ago,” said Renate Loll of Radboud University in the Netherlands, an expert on the gravitational path integral. She has argued that wormholes need to be expressly forbidden if the integral is to give sensible results.

„They are postulating that all geometries connecting different replicas are allowed, but it’s not clear how that fits into the framework of quantum rules,” said Steve Giddings of Santa Barbara.

„There’s no good choice if you restrict to quantum mechanics and gravity,” Warner said.

Vergleich zur QCD: wir haben die vollständige Theorie sowie die experimentelle Bestätigung für Color Confinement im Niedrigenergiesektor, wir haben sowohl analytische als auch numerische Indizien, aber wir sind immer weit davon entfernt, dass dies als gesicherte Erkenntnis gelten könnte. Der vorliegende Fall zur Quantenmechanik plus Gravitation ist weit weniger klar, wir haben lediglich Bruchstücke einer Theorie, es wird jedoch mehr behauptet - besser mal den Ball flach halten.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von deltaxp » 12. Nov 2020, 11:07

danke für den kommentar Tom ! :)

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 16. Nov 2020, 07:21

Ja, danke für die Einordnung!

Ich denke bei solchen Sachen eh, dass man immer die Frage stelle sollte: Was folgt daraus?
Nun ja... für mich folgt dann etwas daraus, wenn man korrekte Vorhersagen machen kann.
Grüße
seeker


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Job » 23. Nov 2020, 17:19

Habe gerade zu diesem Thema folgendes Video gefunden:

https://www.youtube.com/watch?v=mqLM3JYUByM


Viele Grüße
Job
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 23. Nov 2020, 19:16

Job hat geschrieben:
23. Nov 2020, 17:19
Habe gerade zu diesem Thema folgendes Video gefunden:

https://www.youtube.com/watch?v=mqLM3JYUByM


Viele Grüße
Job
Jaa, eben! :D
Empirie! Ohne geht es nicht, da kann man rechnen wie man will und da kann das mathematisch konsistent sein wie es will. Punkt!
Tom hat es richtig gesagt: Einfach mal den Ball flach halten!

Ähnliche Vorstöße bzw. ähnliches Denken haben wir ja auch schon an anderer Stelle bei den Theoretikern bzgl. GuT, ST, ... gesehen, wo diskutiert wurde, ob es nicht ausreichen sollte, wenn eine Theorie doch mathematisch super konsistent und elegant und schön ist, um sie als wahr anzuerkennen. Nein, leider nicht, bei Physik handelt es sich immer noch um eine Naturwissenschaft, also um eine empirische Wissenschaft und nicht um reine Mathematik!

Nettes Kleid hat sie da übrigens an. Und so schön passend zum Hintergrund. :)
Grüße
seeker


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 24. Nov 2020, 20:51

Öhm, ich finde Theorien, die nichts neues beweisen aber konsistent sind mit der Realität durchaus für legitim. Das Dumme ist nur, wenn man etwas zu lösen verspricht, was durch die Theorie nicht gelöst wird, während man dazu das Problem gar nicht einmal definieren kann.
Man hat im Wesentlichen ein unbewiesenes Postulat und sieht dann einen Widerspruch darin, wenn die Annahme dadurch unbeweisbar bleibt. Geändert hat man durch keine der Herangehensweisen etwas.

Trotzdem bleiben meiner Meinung nach Interpolation (eigentlich nur die Untersuchung ihrer Anwendbarkeit), anthropologisches Prinzip und Selfsampling die vermutlich wichtigsten Werkzeuge der Physik. Sie sind die einzigen, die sinnvolle Aussagen über die Dinge machen können, welche vor ihrem Eintreffen nicht messbar oder überprüfbar sind.
Der Herangehensweise nach, hätte man vor der ersten Marsmission davon ausgehen müssen, daß alle Planeten bewohnt sind - nur weil man es vorher nicht prüfen konnte. Wäre es falsch gewesen im Vorfeld bereits Spekulationen darüber anzustellen, obwohl die Möglichkeit zur Überprüfung noch nicht gegeben war?
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 25. Nov 2020, 08:39

Skeltek hat geschrieben:
24. Nov 2020, 20:51
Öhm, ich finde Theorien, die nichts neues beweisen aber konsistent sind mit der Realität durchaus für legitim.
Das ist so, aber darum geht es nicht. Es geht darum, ob mathematische Konsistenz ohne Empirie ausreichend ist, um als Beweis anerkannt zu werden, dass etwas in der Natur, in unserem Universum so der Fall ist.
Grüße
seeker


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