Stephen Hawking denkt een manier te hebben gevonden om een groot, vraagstuk rond zwarte gaten op te lossen. Chaos zou daarbij een cruciale rol spelen.

In KIJK 12/2013 wijdden we er nog zes pagina’s aan: de informatieparadox. Die houdt, heel in het kort, in dat als er iets in een zwart gat valt, de informatie die dat voorwerp (of die persoon) bevat verloren gaat. En informatie die verdwijnt, dat is een groot probleem voor de quantummechanica. Een afgelopen week online gepubliceerde tekst van natuurkunde Stephen Hawking hoopt de uitweg te bieden.

Firewalls bestaan niet!

Dat Hawking zich met het probleem bemoeit, is niet verrassend: hij was zelf de persoon die het in de jaren zeventig formuleerde. Sindsdien hebben vele van zijn vakgenoten er een ei over gelegd, met als belangrijkste recente bijdrage het idee van de firewall. Dat houdt in dat, als informatie niet wordt vernietigd door een zwart gat, er zich een ‘muur van vuur’ rond het gat moet bevinden, die alles verbrandt wat erin valt. Sindsdien verschijnt het ene na het andere artikel dat chocola probeert te maken van deze onverwachte conclusie, die moeilijk te rijmen is met Einsteins algemene relativiteitstheorie.

Een van die artikelen is de genoemde tekst van Hawking; de opgeschreven versie van een praatje dat hij vorig jaar gaf. Eerst noemt hij enkele ingewikkelde, theoretische bezwaren tegen het idee van een firewall. Onder andere brengt hij het verschijnsel CPT-symmetrie ter sprake; dat houdt in dat de natuurwetten hetzelfde blijven als je deeltjes spiegelt, ze bovendien vervangt door hun antideeltjes, én de richting van de tijd omkeert. Als je aan die regel vasthoudt, kunnen firewalls niet bestaan, beredeneert Hawking; een conclusie die hij ook via andere wegen bereikt in zijn korte tekst.

Zwarte gaten bestaan niet…?

Maar het bovenstaande heeft nog een consequentie, schrijft Hawking. Rond een zwart bevindt zich de waarnemingshorizon. Deze bolvormige schil kun je zien als de grens van het zwarte gat: als je die van buiten naar binnen passeert, kun je nooit meer terug. Volgens Hawking bestaat die grens eigenlijk niet, om dezelfde reden dat er geen firewalls kunnen zijn. “En de afwezigheid van waarnemingshorizons betekent dat zwarte gaten niet bestaan, in de zin van gebieden waaruit licht niet kan ontsnappen.”

Zwarte gaten bestaan niet? Dat lijkt een opmerkelijk statement van een man die een belangrijk deel van zijn roem te danken heeft aan zijn berekeningen aan dit soort objecten, maar uiteindelijk valt het wel mee. Hawking haast zich namelijk te zeggen dat er wel een “ogenschijnlijke horizon is, die een tijdlang kan blijven bestaan”. En dat betekent, legt natuurkundige Matt Strassler uit op zijn blog, dat wat Hawking voorstelt niet betekent dat “de objecten die jij en ik ‘zwarte gaten’ noemen niet bestaan. Ze zijn er nog steeds, en doen wat we altijd hebben geleerd dat ze doen – op een paar details na.”

Chaotisch gebied

Kortom, we hoeven geen afscheid te nemen van zwarte gaten. Maar wat zegt het bovenstaande dan over de informatieparadox, waar het allemaal mee begon? Volgens Hawking bevindt zich net binnen de waarnemingshorizon-die-eigenlijk-geen-waarnemingshorizon-is een chaotisch gebied. Dat zorgt ervoor dat de informatie van de objecten waar het zwarte gat van is gemaakt wat ons betreft verloren gaat: uit de straling die uit het zwarte gat komt – de hawkingstraling – is niet meer af te leiden wat er ooit in het gat is beland. Maar écht verdwenen, op zo’n manier dat de quantummechanica er last van heeft, is deze informatie ook niet. De chaotische regio zorgt er alleen voor dat wij er niets meer mee kunnen.

“Het lijkt een beetje op het weer voorspellen op aarde”, beëindigt Hawking zijn nogal complexe verhaal met zowaar een zin die gewone stervelingen kunnen volgen. “Dat is ook alleen voor de eerstvolgende paar dagen te doen.”

Chaos in plaats van vuur

Joe Polchinski, een van de vier wetenschappers die in 2012 het concept van de firewall introduceerden, stelt per mail dat de kritiek die Hawking daarop levert niet nieuw is. “Het stukje over chaos is dat wel”, vervolgt hij, “maar het is niet duidelijk hoe Hawking dat precies voor zich ziet; hij presenteert geen berekeningen.” Oftewel: het artikel van Hawking is geen uitgewerkte wetenschappelijke theorie, maar meer een suggestie; een proefballonnetje. “Het klinkt bijna alsof hij de firewall wil vervangen door een chaos-wall!” vat Polchinski dat proefballonnetje samen. En daarmee is in elk geval de natuurkunde weer een tot de verbeelding sprekende term rijker.

Meer weten over de informatieparadox rond zwarte gaten? Lees het artikel ‘Verbranden of verscheuren?’ in KIJK 12/2013 en/of bekijk het onderstaande KIJK Live!-praatje van natuurkundige Jan Pieter van der Schaar.

Bronnen: ArXiv.org, Of Particular Significance

Beeld: Alain R/CC BY-SA 2.5