Als alles wat in een zwart gat verdwijnt ook echt weg is, levert dat enorme problemen op voor fysici. Heeft Stephen Hawking een uitweg gevonden?

Het is een van de grote openstaande vraagstukken binnen de natuurkunde: wat gebeurt er met informatie die in een zwart gat valt? Wordt die onherroepelijk vernietigd, of komt die er toch op de een of andere manier weer uit? De man die het probleem ooit op de kaart zette, Stephen Hawking, denkt nu met twee collega’s de oplossing op het spoor te zijn.

Verdwenen informatie

Het vraagstuk waar het over gaat, wordt de zogenoemde informatieparadox genoemd. Die begint met een zwart gat; een object met zo’n sterke zwaartekracht dat werkelijk niets eraan kan ontsnappen. Valt daar een voorwerp in dat een zekere hoeveelheid informatie vertegenwoordigt, dan zal die informatie dus voor eeuwig in het gat opgesloten blijven.

Althans, dat zou zo zijn als zwarte gaten zelf eeuwig bleven bestaan. Maar in de jaren zeventig bedacht Stephen Hawking het verschijnsel dat nu bekendstaat als hawkingstraling. Deze vorm van straling zorgt ervoor dat een zwart gat op de héél erg lange termijn krimpt en uiteindelijk zelfs verdwijnt. En dat betekent dat alle informatie die er ooit in is beland óók verdwijnt.

Maar dat laatste is een groot probleem. Want volgens de quantummechanica, de theorie die we gebruiken om de wereld van het allerkleinste te beschrijven, kan informatie nooit écht worden vernietigd. En dus klopt óf het bovenstaande verhaal niet, óf is er iets mis met de quantummechanica.

Zacht haar

Afgelopen zomer meldde Stephan Hawking dat hij de oplossing van de informatieparadox had gevonden. Dat deed hij echter in de vorm van een kort praatje op een conferentie in Stockholm. Een echt wetenschappelijk artikel zou een maand later volgen, stelde de natuurkundige. Die ene maand werden er uiterlijk ruim vier – maar vorige week verscheen het artikel van Hawking en zijn collega’s Matthew Perry en Andy Strominger dan toch eindelijk online.

In het – nogal complexe – artikel wordt de huidige manier van tegen de informatieparadox aankijken op twee manieren aan de kaak gesteld. Ten eerste liet Strominger al eerder zien dat er niet slechts één vacuüm is, maar oneindig veel verschillende. En als je allerlei verschillende ‘vacuüms’ hebt, biedt dat manieren om daar informatie in op te slaan.

Ten tweede stellen Hawking, Perry en Strominger dat informatie die in een zwart gat valt ook wordt vastgelegd op de grens van het zwarte gat; de zogenoemde horizon. Dit verschijnsel noemen de wetenschappers ‘zacht haar’, waarmee ze zich afzetten tegen de algemeen geaccepteerde regel ‘een zwart gat heeft geen haar.’ Die kreet wil zeggen: buiten hun massa, lading en impulsmoment hebben zwarte gaten geen eigenschappen – geen ‘haar’ dus – die je meer kunnen vertellen over wat erin zit. Volgens het drietal is dat dus in zekere zin wél het geval.

Als nu het zwarte gat verdampt, zorgt dit ‘zachte haar’ ervoor dat het ene gat een ander vacuüm achterlaat dan het andere. De informatie die in het zwarte gat is gevallen, wordt dan als het ware in het vacuüm versleuteld – en verdwijnt dus niet met het gat zelf.

Eerste aanzet

Informatieparadox opgelost, quantummechanica gered? Nou, voorlopig niet. Hawking was afgelopen zomer een stuk stelliger dan het artikel dat nu online staat. Hierin zetten de auteurs naar eigen zeggen “een paar stapjes in de richting van de oplossing”. Tegenover Scientific American zegt Strominger verder dat hij inmiddels 35 nieuwe vraagstukken op zijn whiteboard heeft staan die voortkomen uit het idee dat hij nu met Hawking en Perry heeft geopperd. “Die zullen stuk voor stuk vele maanden kosten om op te lossen.”

Kortom, we hebben het over niet veel meer dan de allereerste aanzet tot een oplossing van het probleem dat Hawking een kleine veertig jaar geleden lanceerde. Bovendien is het allesbehalve zeker dat het drietal op de juiste weg is. Waarschijnlijk zullen andere fysici de komende maanden flink op het nieuwe artikel gaan schieten. Dat wil zeggen: als ze het stuk eenmaal hebben gelezen en verwerkt, wat met 22 pagina’s vol allesbehalve toegankelijke natuurkunde bepaald geen klusje is voor de vrijdagmiddag.

Bronnen: ArXiv.org, ScienceAlert, Scientific American, Backreaction