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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

Der Wert eines Dialogs hängt vor allem von der Vielfalt der konkurrierenden Meinungen ab.
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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
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von deltaxp » 27. Nov 2020, 01:07

Ich hab mir sabines video angesehen. es ist wiedermal etwas zu polemisch. information loss ist bei weitem keine "vage phrase" sondern kann genau über die entropie differenze vom prozess ende und anfang definiert werden. wenn die entropy am ende höher ist, ist es time irreversible. time irreversibilität ist da eher vage, weil über die entropie kann man diese sogar quantifizieren und nicht nur sagen ja oder nein. Was soll man den theroretikern denn vorwerfen, wenn sie nunmal keindaten und wohl auch in tausenden von jahren keine haben werde (warten wir bis das universum auf 10^-15 grad abgekühlt ist, also x billionen mal länger als das universum alt ist?, bauen wir einen beschleuiniger um die galaxie. das nächstliegende wären evt tests mit funktionierende quantium computern, wehh die these spacetime from entanglement correkt ist, aber auch da sistz nur ne hoffnung.

also sollten alle theoretiker am besten zum arbeitsamt gehen und sich jobs bei irgendwelchen versicherungen und banken suchen um modelle zu bauen wie noch ein cent mehr aus den bürgern gepresst werden kann?. na dann hab ich lieber eine vielfalt von theorien die auf nicht empirisch validierten grundannahmen beruhen.

aber natuerlich: das black hole information (time reversibility) paradoxon ist natürlich auch nicht durch diese unteruchungen gelöst. aber interessant sind sie allemal und helfen sicher weiter beim verstehen von gravitation + quantenmechanik

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 27. Nov 2020, 13:53

deltaxp hat geschrieben:
27. Nov 2020, 01:07
das black hole information (time reversibility) paradoxon ist natürlich auch nicht durch diese unteruchungen gelöst. aber interessant sind sie allemal und helfen sicher weiter beim verstehen von gravitation + quantenmechanik
Das ja.
Grüße
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Diamant » 22. Dez 2020, 11:45

Ich bin jetzt derzeit super in Hawking-Strahlung. Es ist so erstaunlich, dass er weiß, dass die Masse eines schwarzen Lochs in den Raum und über die Zeit zerstreut, und wird dies tatsächlich tun, bis es nichts mehr gibt, im Wesentlichen das schwarze Loch zu töten. Hat jemand interessantes Papier/Artikel über diese?

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Pippen » 28. Dez 2020, 06:32

seeker hat geschrieben:
23. Nov 2020, 19:16
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!
Weil ich es grad sehe und es in einer anderen Diskussion darum geht: Ja, es sei denn man kommt für alle math. Alternativen, insbesondere das Gegenteil des genutzten math. Modells, auf das Gleiche. Dann muss es so sein, auch empirisch! Logik > Empirie.

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 29. Dez 2020, 14:25

Die Theorie der Hawking-Strahlung ist ja erstmal nur eine unbewiesene Behauptung. Die logische Widerspruchsfreiheit der Gleichungen hat ja bei so einer Konstruktion keinerlei Relevanz für den Gültigkeitsbeleg.
Was für ein Zerstreuen von SLs langfristig spricht sind Entropie und die angenommene Temperatur- und Energiedichte. Wenn das Universum kälter wird als die durchschnittliche Temperatur des SLs, dann soll es möglicherweise mehr Energie abstrahlen als es aufnimmt.
Hawking nahm diese Annahme des Abstrahlens von Energie und postulierte einfach daß spontan Teilchen von positiver und negativer Energie außerhalb des SLs entstehen und die 'negative' Energie ins SL fällt. Dabei verletzt er ein halbes Dutzend physikalisch plausibler Annahmen.
Weder der Temperaturgradient in dem SL wird berücksichtigt (Temperatur außerhalb der Singularität ist faktisch null, und nicht die Durchschnitsstemperatur des SLs), noch wird erklärt, wie die Information aus dem SL auf das außerhalb des SLs entstandene Teilchen übertragen werden soll. Die durchschnittliche Relativgeschwindigkeit der verschränkten Teilchenpaare mit fast c in richtung SL beim Entstehen wird unter den Tisch fallen gelassen. Daß der Gravitationstopf einfach der entweichenden Strahlung folgt und mitzerstreut wird, wird implizit einfach als selbstverständlich der Interpretation des Lesers überlassen. Was 'negative Energie' genau sein soll wird auch nicht gesagt, aber man entgeht damit der Definition, daß Energie Arbeit verrichtet und die Entropie nur erhöhen kann.

Im Grunde ist das Hinschreiben der Behauptung und die Umformung der Gleichung ein zwar sehr anspruchsvoller aber trotzdem mathematischer Kunstgriff - aber das ist nur meine eigene Meinung.
1. Das SL verliert Energie.
2. Die Energie kriegt man nicht aus dem SL raus.
3. Wir formulieren die Energie als 'bereits dem SL entwichen' und gleichen das aus, indem wir dem SL einfach im Nachhinein Energie abziehen und das 'Addieren negativer Energie' nennen.
Ich will hier nicht falsch verstanden werden; die Theorie hat durchaus ihre Berechtigung. Aber man muss eben sowohl die Pros als auch die Contras berücksichtigen. Letztlich ist das ganze Formelwerk nur die Niederschrift einer angenommenen Aussage. Das Informationsparadoxon ergibt sich halt erst aus der Hawking-Strahlung: Das SL löst sich auf, obwohl die Information selbst mit der Theorie das SL eigentlich gar nicht verlassen kann.
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von deltaxp » 23. Feb 2021, 16:16

Skeltek hat geschrieben:
29. Dez 2020, 14:25
Die Theorie der Hawking-Strahlung ist ja erstmal nur eine unbewiesene Behauptung. Die logische Widerspruchsfreiheit der Gleichungen hat ja bei so einer Konstruktion keinerlei Relevanz für den Gültigkeitsbeleg.
das nicht. aber die entropie zuschreibung zunächst von bekenstein befor sich hawking derer annahm, basiert auf dem widerspruch zum zweiten hauptsatz der thermodynamik, dass entropie in einem geschlossenen system immer nur steigt (oder gleichbleibt, falls es sich im thermo dynamischen gleichgewicht befindet). wenn ich also ein abgeschlossenes system habe mit einem entropie wert und darin ist ein schwarzes loch ohne entropie wird sich die entropie des gesamt systems schwarzes loch + aussenwelt immer weiter von alleine verkleinern mit jedem teilchen was ins schwarze loch fällt, denn in der aussenwelt sinkt die entropie durch den teilchenverlust und das schwarze loch bleibt bei null. das ist ein eklatanter widersprcuh zum zweiten hauptsatz, ergo hat bekenstein dem schwarzen loch auch eine entropie zugesprochen, die eben steigt mit jedem reinfallenden teilchen (hat auch einfache berechnungen gemacht, wie sehr sie steigt, eben proportiuonal zur fläche, nicht volumen des sl, lag nur im den faktor 1/4 falsch).

hawking dachte nun weiter. moment mal, wenn als ein schwarzes loch entropie hat, wo steckt sie dann, den letzlich sind es mikroskopische freiheitsgrade. und fing dann an zu rechnen
Skeltek hat geschrieben:
29. Dez 2020, 14:25
Hawking nahm diese Annahme des Abstrahlens von Energie und postulierte einfach daß spontan Teilchen von positiver und negativer Energie außerhalb des SLs entstehen und die 'negative' Energie ins SL fällt.
das hat hawking so nicht getan. wenn du mal in sein original paper reinguckt wirst du nix davon finden. das wird nur gerne so erzählt, weil man es sonst kaum vermitteln kann. Ich kann da aber dies video https://www.youtube.com/watch?v=qPKj0YnKANw empfeheln, das die sache näher beleuchtet. letzlich geht es um den einfluss eines schwarzen loches auf die positiven und negativen moden der quantenfeld fluctiationen zwischen unendlicher vergangen (flat space) und unendlicher zukunft (flat space). ohne sl wären die gleich also alles in butter, beim aufpoppen eines sls findet sowas wie ne struung statt, da sich die vacuumzustände von gekrümmten raum in der nähe des schwarzen loches vom flachen raum im unendlichen unterscheiden. hawking nutzt die sogenannte bogljubov transformation um sich sozusagen durchzuhangeln bis zum eh (note: in einer kleinen umgebenung kann der raum als flach angesehen werden (tangential raum) aber die sind eben unterschiedlich am eh und im unendlichen) am er sieht das er als streuung an einem formierenden schwarzen loch, am ende kommt raus, das bei anwesenheit eines sh negative moden von etwa schwarzschild radius länge verloren gehen im sl. in unendlicher zukunft im flachen raum existieren als mehr positive moden von der wellenlänge etwa ds schwarzschild horizonts, was wir dannlandläfig als teilchen bezeichnen. wellenlänge -> energie -> entropie konnte er dann ausrechnen mit dem korrekten faktor 1/4. und eben energie -> temperatur (ist ein thermisches spektrum). ich hoffe das stimmt so ungefähr, falls tom das liest. ich bin da auch am limit. zur einfachen erklärung hat man das auffressen eines teilchens aus dem paarbildungsprozess am eh genommen. aber reingesteckt hat das hawking mit sicherheit nicht. er hat knallharte quantenfeldthorie in semiklassischer näherung betrieben. wie gesagt, guck dir das video an und schau mal ins original paper rein.
Skeltek hat geschrieben:
29. Dez 2020, 14:25
noch wird erklärt, wie die Information aus dem SL auf das außerhalb des SLs entstandene Teilchen übertragen werden soll
kann bis heute keiner. es gibt nur theorien. die von mir oen angebenene kommt nur ohne quantengravitation aus, um auf die page curve zu kommen. aber es ist halt auch nur eine theorie.
Skeltek hat geschrieben:
29. Dez 2020, 14:25

Die durchschnittliche Relativgeschwindigkeit der verschränkten Teilchenpaare mit fast c in richtung SL beim Entstehen wird unter den Tisch fallen gelassen.
wie gesagt, nimm diese teilcheninterpretation nicht zu ernst. hawking redete von streung der moden am (wellen einer (positiven und negativen) frequenc am schwarzen loch.
Skeltek hat geschrieben:
29. Dez 2020, 14:25
Gravitationstopf einfach der entweichenden Strahlung folgt und mitzerstreut wird, wird implizit einfach als selbstverständlich der Interpretation des Lesers überlassen.
wird es nicht, folgt aus der rechnung, wenn moden negativer energie (frequenz) im sl verschwinden ist das die summe schlichtweg kleiner als vorher, wegen des minus.
Skeltek hat geschrieben:
29. Dez 2020, 14:25
Was 'negative Energie' genau sein soll wird auch nicht gesagt, aber man entgeht damit der Definition, daß Energie Arbeit verrichtet und die Entropie nur erhöhen kann.
das iust halt quantenfeldthorie und geht letzlich schon auf dirac zurück.
letzlich geht es um positive frequenzen (positive energie E = h * +|f|) als in der zeit vorwärtslaufende wellen und negative frequenzen (negative energie E = h * -|f|) als in der zeit rücklaufende wellen (qft ist zeitsymmetrisch). beim ungestörten vacuum heben die sich auf, daher heisst es vacuum. bei streung am sl eben nicht. wellen pakete positiver frequenz sind dann teilchen. Wellenpaketer negativer frequenzen werden dann interpretiret als in die zukunft laufende antiteilchen.

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 23. Feb 2021, 16:46

deltaxp hat geschrieben:
23. Feb 2021, 16:16
aber die entropie zuschreibung zunächst von bekenstein befor sich hawking derer annahm, basiert auf dem widerspruch zum zweiten hauptsatz der thermodynamik, dass entropie in einem geschlossenen system immer nur steigt (oder gleichbleibt, falls es sich im thermo dynamischen gleichgewicht befindet). wenn ich also ein abgeschlossenes system habe mit einem entropie wert und darin ist ein schwarzes loch ohne entropie wird sich die entropie des gesamt systems schwarzes loch + aussenwelt immer weiter von alleine verkleinern mit jedem teilchen was ins schwarze loch fällt, denn in der aussenwelt sinkt die entropie durch den teilchenverlust und das schwarze loch bleibt bei null. das ist ein eklatanter widersprcuh zum zweiten hauptsatz, ergo hat bekenstein dem schwarzen loch auch eine entropie zugesprochen
Schön und gut, nur ist der zweite Hauptsatz in dem Sinne kein Naturgesetz sondern eher eine statistische Konsequenz, die fast immer Gültigkeit hat und zweitens wissen wir nicht, ob das auch im Falle von so extremen Objekten wie SLs seine Gültigkeit hat und drittens fehlt uns an der Stelle bis auf Weiteres auch die Empirie.

Ich frage mich bei der Diskussion immer:
Ist das nun eine rein theoretische Geschichte, wie man das am elegantesten hinmodellieren kann, also eher etwas für den Elfenbeinturm, ohne wirklichen Nutzen - oder hätte eine klare, einsichtige, belegbare, allen anderen Möglichkeiten deutlich überlegene Lösung auch Konsequenzen über die Beschreibung von SLs hinaus? Würde das wenigstens die theoretische Physik weiterbringen?
Grüße
seeker


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von deltaxp » 23. Feb 2021, 16:59

Natürlich ist der zweite Hauptsatz statistischer natur (zumindest seit boltsmann). aber du wirst mit mir übereinstimmen, dass für makroskopische grössen wie es stellare schwarze löcher nunmal sind, ja sogar asteroid grosse, man diesbezüglich beruhigt sein kann. Sicherleich sind auch fluktuationen bei makroskopischen system möglich, aber before das bei schwarzen löchern passiert in der grösse dass entropie 0 bleibt, da ist unendlich viel wahrscheinlicher, dass sich gerade zwei boltsmann gehirne unterhalten :).

und nochmal. hawkings paper war nicht "hin-moduliert" sondern sehr nüchtern, ja fast phantasielos durchgerechnet. da gab es keine willkürlichen grundannahmen. das hawking paper löste das paradoxon mit dem zweiten hauptsatz der theromodynamik, aber letzlich nur auf kosten des daraus folgenden informationsparadoxons, woran sich die theoretiker halt die bleistiftminen zerreiben. was anderes (messungen) liegen leider in absehbarer zukunft nicht vor

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 23. Feb 2021, 17:30

Was soll 'Entropie im SL' überhaupt bedeuten? Jedes Sphäroid des SLs ist einer anderen externen Zeit zuzuweisen.
Durch den Bruch der Gleichzeitigkeit ist eine sinnvolle Beschreibung des 'Entropiezustandes im Inneren zum jetzigen Zeitpunkt' nicht wirklich sinnvoll.
Die unterschiedlichen Entfernungen zur Singularität sind nicht 'gleichzeitig'. Sollte man beim 'Aufsummieren' der Entropie nicht beachten, daß sich die Sphäroide in unterschiedlichen Zeitpunkten befinden? Entschuldigt die Ungenaue Formulierung, hab gerade wenig Zeit.
Aber was ich sagen will ist denke ich klar. Eine 'Momentaufnahme' eines SLs muss berücksichtigen, daß verschiedene Kugeloberflächen unterschiedlichen Zeitpunkten zuzuordnen sind.
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 23. Feb 2021, 22:55

Hallo zusammen.

Zum Informationsparadoxon muss man die Entropie (nach Bekenstein) und den zweiten Hauptsatz überhaupt nicht bemühen. Die Argumentation ist ganz einfach:

Vor dem Kollaps existiert gewöhnliche Materie, die man in einem genügend großen und damit abgeschlossenen Quantensystem mittels eines sogenannten reinen Zustandes beschreiben kann. Die unitäre Zeitentwicklung gemäß der Axiome der Quantenmechanik garantiert, dass reine Zustände immer in reine Zustände übergehen. Nach dem Kollaps existiert jedoch ein schwarzen Loch ohne weitere Struktur und quantenmechanische Beschreibung sowie thermische Strahlung, die einem gemischten Zustandes entspricht. Der Übergang von einem reinen in einen gemischten Zustandes ist jedoch gemäß des o.g. Axioms zur unitäre Zeitentwicklung explizit verboten.

Die Kombination aus dem Gravitationskollaps mit einer recht präzisen quantenmechanischen Berechnung führt also zu einem Widerspruch zu den fundamentalen Regeln der Quantenmechanik; dies kann nicht einfach repariert werden. Mehr besagt das sogenannte “Informationsparadoxon” erst mal nicht.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 23. Feb 2021, 23:37

Hi Tom, schön mal wieder von dir zu hören! :)

Dass die Sache mit der Unitarität zu tun hat, war mir irgendwo bewusst.

Mich würde zum 'Informationsparadoxon' bezüglich SLs immer noch meine gestellte Frage interessieren.
Klar, da ist ein Problem, da passt etwas nicht zusammen, ein Rätsel, an sowas reiben wir uns gerne und wollen es lösen.
Aber gibt es etwas Nützliches, das wirklich darüber hinaus geht?
Ich meine, diese Geschichte wird ja auch immer mal wieder durch die Öffentlichkeit getrieben, dann die Wette von Hawking mit Thorne gegen John Preskill, alles auch medienwirksam.
Mich interessiert die Bedeutung und Einordnung der Sache.

Das hier habe ich gefunden:
Denn falls Informationen – das heißt physikalische Eigenschaften, Kenngrößen und so weiter – tatsächlich auf Nimmerwiedersehen in einem Schwarzen Loch verschwänden, wären die Lehrbücher Makulatur. Der Satz von der Erhaltung der Energie und andere grundlegende Prinzipien würden versagen, und die so erfolgreiche Quantentheorie müsste zusammenstürzen wie ein Kartenhaus (bild der wissenschaft 9/2002, „Finales Fiasko“).

Das waren die Konsequenzen, die der weltberühmte Physiker Stephen Hawking von der University of Cambridge 1975 entdeckt hat. „Wenn Hawkings Argumente richtig wären, stünden wir vor der erschreckenden Aufgabe, eine neue konzeptuelle Basis für die gesamte Physik zu finden“, sagt John Preskill vom California Institute of Technology. „Die gängigen Prinzipien führen zu einem Paradoxon, was bedeutet, dass sie keine richtige Beschreibung der Natur liefern können.“ Wie viele andere Physiker weigerte sich Preskill deshalb, Hawkings Schlussfolgerung zu akzeptieren. Eine Theorie der Quantengravitation, so seine Hoffnung, würde einen Fehler aufdecken und irgendeine der Annahmen in Hawkings sonst ja in sich schlüssiger Argumentation widerlegen.
https://www.wissenschaft.de/astronomie- ... te-verlor/

Keine richtige Beschreibung der Natur? Das ist etwas hart formuliert, finde ich, "keine vollständige Beschreibung, eine Beschreibung mit Grenzen", das fände ich angemessener zu sagen.

Die Konsequenz daraus ist, soweit ich es überblicke, entweder a) dieses Rätsel unter Erhaltung der Unitarität in unserem Sinne befriedigend zu lösen oder uns b) eine ganz neue Physik auszudenken oder c) man legt die Geschichte ganz einfach vorerst zu den Akten und macht weiter 'business as usual', da wegen fehlendem empirischen Zugang auf unabsehbare Zeit unlösbar und da die Theorie ja ansonsten wunderbar funktioniert.
Trifft es das?
Und warum nicht c)? Wäre das in Anbetracht der Realitäten nicht die ehrlichste Lösung? Eine Grenze akzeptieren?

Oder hat die theoretische Physik womöglich etwas ähnliches wie die Mathematik befallen?
Zu Beginn dieses Jahrhunderts wurde ein selbstzerstörerisches demokratisches Prinzip in die Mathematik eingeführt (vor allem durch Hilbert), nach dem alle Axiomensysteme das gleiche Recht auf Analyse haben und der Wert einer mathematischen Leistung nicht durch seine Bedeutung und seinen Nutzen für andere Disziplinen bestimmt wird, sondern allein durch die Schwierigkeit, wie beim Bergsteigen. Dieses Prinzip führte schnell dazu, daß die Mathematiker mit der Physik brachen und sich von allen anderen Wissenschaften abschotteten. In den Augen aller normalen Leute verwandelten sie sich in eine obskure priesterliche Kaste... Merkwürdige Fragen wie Fermats Problem oder Summen von Primzahlen wurden zu angeblich zentralen Problemen der Mathematik erhoben.
Vladimir Igorewitsch Arnold

Geht es beim sog. Informationsparadoxon womöglich ums Bergsteigen?

(Ich weiß, dass ich provokante Fragen stelle... :))
Grüße
seeker


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 24. Feb 2021, 00:33

Ein Widerspruch führt automatisch zur Disqualifikation. Das Wort 'unvollständig' ist da eigentlich eher falsch. Die Erweiterung einer Theorie um sie wieder konsistent zu machen führt eigentlich eher 'Ausnahmen' ein im weiteren Sinn*.

Der kosmologische EH hat übrigens ein ähnliches Problem zu dem Informationsparadoxon in SLs.
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  • Widersprüchlich - Dieser Satz ist falsch.

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 24. Feb 2021, 06:35

seeker hat geschrieben:
23. Feb 2021, 23:37
Dass die Sache mit der Unitarität zu tun hat, war mir irgendwo bewusst.
Das ist der Kern des Problems, alles weitere nur Prosa, Interpretation ...
seeker hat geschrieben:
23. Feb 2021, 23:37
Aber gibt es etwas Nützliches, das wirklich darüber hinaus geht?
Ja, nämlich dass zur gemeinsame Betrachtung von Gravitation und Quantenmechanik - ich spreche noch gar nicht von Vereinheitlichung - mindestens eine der beiden Theorien fundamental geändert werden muss; es geht nicht um eine “kleine Reparatur”.
seeker hat geschrieben:
23. Feb 2021, 23:37
„Wenn Hawkings Argumente richtig wären, stünden wir vor der erschreckenden Aufgabe, eine neue konzeptuelle Basis für die gesamte Physik zu finden“, sagt John Preskill vom California Institute of Technology. „Die gängigen Prinzipien führen zu einem Paradoxon, was bedeutet, dass sie keine richtige Beschreibung der Natur liefern können.“ Wie viele andere Physiker weigerte sich Preskill deshalb, Hawkings Schlussfolgerung zu akzeptieren. Eine Theorie der Quantengravitation, so seine Hoffnung, würde einen Fehler aufdecken und irgendeine der Annahmen in Hawkings sonst ja in sich schlüssiger Argumentation widerlegen.
Das unterschreibe ich.
seeker hat geschrieben:
23. Feb 2021, 23:37
Die Konsequenz daraus ist, soweit ich es überblicke, entweder a) dieses Rätsel unter Erhaltung der Unitarität in unserem Sinne befriedigend zu lösen oder uns b) eine ganz neue Physik auszudenken oder c) man legt die Geschichte ganz einfach vorerst zu den Akten und macht weiter 'business as usual', da wegen fehlendem empirischen Zugang auf unabsehbare Zeit unlösbar und da die Theorie ja ansonsten wunderbar funktioniert.
Trifft es das?
Und warum nicht c)? Wäre das in Anbetracht der Realitäten nicht die ehrlichste Lösung? Eine Grenze akzeptieren?
Wenn du zwei Bereiche der Physik zusammenbringen möchtest, und du lernst, dass das zu Widersprüchen führt, dann untergräbt dies das Vertrauen in diese beiden Bereiche. Andererseits kannst du diese beiden Bereiche nicht einfach irgendwie reparieren. (c) bedeutet, die Augen zu verschließen. Hätten die Physiker bei der Entdeckung der Unverträglichkeit der Struktur der Maxwellschen Gleichungen mit der Newtonschen Raum-Zeit die Augen zu verschließen sollen? Oder angesichts der Unverträglichkeit von Thermodynamik und Maxwellscher Theorie oder klassischen Theorien mit der Lehre von Atomen und Photonen? Gravitation und spezieller Relativitätstheorie? (c) - angewandt auf diese Situationen - hätte die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie verhindert, die Entdeckung der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie, die Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie. (c) hätte den Status der Physik Mitte des 19. Jahrhunderts zementiert - und wir befinden uns heute in einer ähnlichen Situation wie die Physiker damals.
seeker hat geschrieben:
23. Feb 2021, 23:37
Oder hat die theoretische Physik womöglich etwas ähnliches wie die Mathematik befallen?
Nein.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 24. Feb 2021, 08:38

tomS hat geschrieben:
24. Feb 2021, 06:35
Wenn du zwei Bereiche der Physik zusammenbringen möchtest, und du lernst, dass das zu Widersprüchen führt, dann untergräbt dies das Vertrauen in diese beiden Bereiche. Andererseits kannst du diese beiden Bereiche nicht einfach irgendwie reparieren. (c) bedeutet, die Augen zu verschließen. Hätten die Physiker bei der Entdeckung der Unverträglichkeit der Struktur der Maxwellschen Gleichungen mit der Newtonschen Raum-Zeit die Augen zu verschließen sollen? Oder angesichts der Unverträglichkeit von Thermodynamik und Maxwellscher Theorie oder klassischen Theorien mit der Lehre von Atomen und Photonen? Gravitation und spezieller Relativitätstheorie? (c) - angewandt auf diese Situationen - hätte die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie verhindert, die Entdeckung der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie, die Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie. (c) hätte den Status der Physik Mitte des 19. Jahrhunderts zementiert - und wir befinden uns heute in einer ähnlichen Situation wie die Physiker damals.
Ok, sehe ich ein.

Aber was, wenn wir es diesmal nicht lösen können?
Was dann? Die Situation scheint von der empirischen Seite her eben nicht genau gleich wie damals.
Aber ok, dann haben wir es wenigstens versucht, das sehe ich auch ein.
Und außerdem haben haben wir ja inzwischen auch schon herausgefunden, dass es immerhin Möglichkeiten gibt, die das Problem im Sinne von a) prinzipiell lösen können oder könnten (und auch bei b) gibt es sicher Ideen), wir wissen nur nicht welche Möglichkeit die richtige ist und ob wir an die richtige Lösung schon gedacht haben. Ein Fortschritt ist das aber auch schon, ein wichtiger sogar, würde ich meinen.

Fragt sich dann nur noch:
Wie lange und mit welcher Anstrengung soll man es immer weiter versuchen? Wird es einen Punkt geben, wo man die Sache auf die Zukunft vertagt?
Wie gesagt: Die Empirie... ich denke, wir können maximal hoffen durch eine Vielzahl winziger empirischer Indizien auf irgendein stimmiges Bild zu kommen. Wird uns das ausreichen können, um eines Tages zu sagen: "So und nicht anders ist es!"?
Und welche realistischen Möglichkeiten haben wir, in absehbarer Zeit genügend indirekte Indizien zu gewinnen?
Lässt sich das abschätzen? Für mich ist das die eigentlich spannende Frage.
Grüße
seeker


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