Stephen Hawking starb heute (14. März) und hinterließ ein massives Erbe als Astrophysiker, Wissenschaftskommunikator, Aktivist und Bewunderer der Popkultur. Und am Tag seines Todes bleibt eine Frage, die er bis zu den letzten Jahren seines Lebens aufgeworfen und bearbeitet hat, unbeantwortet: Können Informationen wirklich für das Universum verloren gehen?
Hawkings berühmtestes Papier "Black Hole Explosions?", Das 1974 vor 44 Jahren veröffentlicht wurde, brachte die gesamte Vorstellung von Schwarzen Löchern auf den Punkt, wie sie die Physiker zuvor verstanden hatten. Und es war Hawkings erster Schlag auf diese grundlegende Frage.
"Klassischerweise sollte ein Schwarzes Loch in dem Sinne 'vollkommen kalt' sein, dass es alles absorbiert, aber nichts abgibt. So wurden sie in den frühen 1970er Jahren verstanden", schrieb Robert McNees, Physiker an der Loyola University in Chicago, in einer E-Mail .
Ein solches Schwarzes Loch würde keine Energie ausstrahlen und keine Materie könnte daraus entweichen. Es würde einfach ... existieren, kalt, still und ewig. Hawkings Papier machte die schwarzen Löcher lebendig - und möglicherweise sterblich.
"Als Stephen Mitte der 70er Jahre über quantenmechanische Effekte nachdachte, entdeckte er, dass Schwarze Löcher im Prinzip so strahlen sollten, als wären sie thermische Objekte mit einer Temperatur", sagte McNees gegenüber Live Science. "Wenn sie Energie ausstrahlen, nimmt ihre Masse ab. Und er stellte fest, dass beim Schrumpfen ihre Temperatur steigt und sie noch schneller ausstrahlen."
Vielleicht würde das Schwarze Loch irgendwann ganz verschwinden oder zu einem kleinen Noppen schrumpfen. Ohne Relativitätstheorie und Quantenmechanik in einer robusten Theorie der "Quantengravitation" (was Physiker eine "Theorie von allem" nennen) vollständig in Einklang zu bringen, bleibt die letzte Stufe dieser Verdampfung des Schwarzen Lochs ein Rätsel.
"Das Problem ist, dass die Strahlung nach seinen Berechnungen perfekt thermisch ist. Sie enthält keine Informationen über den Zustand des Materials, das das Schwarze Loch gebildet hat, und dies würde eine grundlegende Regel in der Quantenmechanik verletzen", schrieb McNees .
Die Quantenphysik erfordert, dass die gesamte Zukunft und Vergangenheit jedes Teilchens im Prinzip möglich ist, um durch eine Reihe verketteter, kausaler, probabilistischer Ereignisse herauszufinden und zu verknüpfen. Aber wenn ein Schwarzes Loch eine undifferenzierte Suppe von Partikeln freisetzt, deren Informationen - ihre Geschichten - unwiederbringlich gelöscht werden, dann ist diese Anforderung grundlegend gebrochen.
"Das 'Black Hole Information Paradox' und Versuche, es zu lösen, haben einen Großteil der Arbeit in der Quantengravitation vorangetrieben, seit es zum ersten Mal artikuliert wurde", schrieb McNees.
Hawking war bereits 1974 ein versierter Physiker. Und viele kurze Biografien deuten darauf hin, dass nach der Veröffentlichung seines populärwissenschaftlichen Buches "Eine kurze Geschichte der Zeit" von 1988 seine wichtigste wissenschaftliche Arbeit hinter ihm lag. Aber Hawking produzierte bis in dieses Jahrzehnt hinein weiterhin bedeutende und kontroverse wissenschaftliche Arbeiten und stritt sich mit dem Paradoxon, das er Jahrzehnte zuvor eingeführt hatte.
Die dramatischste Zeitung der Spätkarriere, die Hawking schrieb, schlug vor, dass die Schwarzen Löcher, wie sie klassisch verstanden wurden, überhaupt nicht existieren.
In "Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes", veröffentlicht im Jahr 2014, schlug er vor, dass der "Ereignishorizont" um Schwarze Löcher, über den selbst Licht nicht entweichen konnte, nicht wirklich existiert. Stattdessen, schrieb er, gibt es einfach einen "scheinbaren" Horizont gefangenen Lichts, der verblassen und das Licht entweichen lassen könnte.
"Das Fehlen von Ereignishorizonten bedeutet, dass es keine Schwarzen Löcher gibt - im Sinne von Regimen, aus denen Licht nicht ins Unendliche entweichen kann", schrieb Hawking.
Er schlug auch einige grundlegende konzeptionelle Probleme mit einer Reihe von Merkmalen vor, die Physiker Schwarzen Löchern zugeschrieben hatten, wie "Firewalls" an ihren Grenzen, die Beobachter zerstören, die versuchen einzutreten.
Das war nicht Hawkings letztes Wort zur Wissenschaft. Noch 2016 veröffentlichte Hawking einen Artikel mit dem Physiker Malcolm Perry von der Universität Cambridge und dem Physiker Andrew Strominger von der Harvard University mit dem Titel "Soft Hair on Black Holes".
Das Forscherteam argumentierte, dass Schwarze Löcher von "weichen" oder energiearmen Partikeln umgeben sind, die sie Haare nennen. Dieses Haar, so schrieben sie, speichert die verlorenen Informationen von Partikeln, die von Schwarzen Löchern emittiert werden, auf "holographischen Platten" jenseits der Grenzbereiche der Schwarzen Löcher. Während die Informationen verschoben werden, gehen sie also nie wirklich verloren.
"Eine vollständige Beschreibung der holographischen Platte und die Auflösung des Informationsparadoxons bleibt eine offene Herausforderung, für die wir neue und konkrete Werkzeuge vorgestellt haben", schrieben sie.
Auch gegen Ende seines Lebens blieb Hawking ein arbeitender Wissenschaftler, der Ideen vorstellte, die sein Fachgebiet voranbrachten, und Ideen, die seine Kollegen ablehnten.
"Ich habe den Eindruck, dass das Papier von 2014 nicht allgemein akzeptiert wird. Das Papier von 2016 hingegen, das mit Perry und Strominger zusammenarbeitet, ist eine Richtung, an der die Menschen immer noch aktiv arbeiten", schrieb McNees.
"Das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs war eine der bestimmenden Fragen für Menschen, die an der Quantengravitation arbeiten. Und da es unbeantwortet bleibt, denke ich, dass es die interessanteste Frage bleibt, die aufgeworfen wurde."
