Wetenschappers werken
op de grenzen van het onbekende,
waar elk nieuw stuk kennis een pad vormt
wat ons de onzekerheid in leidt.
En niets is meer onzeker --
of potentieel verhelderend --
dan een paradox.
Doorheen de geschiedenis
dreigden paradoxen alles
wat we wisten te ondermijnen,
en net zo vaak hebben ze
ons begrip van de wereld hervormd.
Een van de grootste
paradoxen in het heelal
dreigt onze theorieën
op losse schroeven te zetten
over de algemene relativiteit
en de kwantummechanica.
de zwarte-gat-informatieparadox.
Om deze paradox te begrijpen,
moeten we eerst definiëren
wat we bedoelen met ‘informatie’.
Vaak is de informatie waar we over praten
zichtbaar voor het blote oog.
Dit soort informatie
vertelt ons bijvoorbeeld
dat een appel rood, rond en glanzend is.
Maar natuurkundigen zijn meer bezig
met kwantuminformatie.
Die verwijst naar de kwantumeigenschappen
van alle deeltjes in die appel,
zoals positie, snelheid en rotatie.
Elk object in het heelal is samengesteld
uit deeltjes met unieke
kwantumeigenschappen.
Dit idee wordt
het duidelijkst weergegeven
in een essentiële natuurkundige wet:
de totale hoeveelheid kwantuminformatie
in het heelal blijft constant.
Zelfs als je een object
onherkenbaar vernielt,
verdwijnt de kwantuminformatie
nooit permanent.
Theoretisch zou kennis van die informatie
ons in staat moeten stellen
om het voorwerp
opnieuw uit die deeltjes
terug op te bouwen.
Behoud van informatie is niet
zomaar een willekeurige regel,
maar een wiskundige noodzaak,
waarop een groot deel
van de moderne wetenschap is gebouwd.
Maar rond zwarte gaten
gaat dat fundament aan het wankelen.
Wanneer een appel in een zwart gat valt,
lijkt het alsof hij het universum verlaat
en al zijn kwantuminformatie
onherroepelijk verloren gaat.
Dit overtreedt echter geen fysicawetten.
De informatie is uit het zicht,
maar ze zou nog steeds kunnen bestaan
in de mysterieuze leegte
van het zwarte gat.
Anderzijds suggereren sommige theorieën
dat deze informatie helemaal niet
in het zwarte gat verdwijnt.
Van buitenaf gezien is het
alsof de kwantuminformatie van de appel
gecodeerd wordt op de oppervlaktelaag
van het zwarte gat,
de gebeurtenishorizon genaamd.
Als de massa van het zwarte gat toeneemt,
vergroot het oppervlak
van die horizon ook.
Zo is het mogelijk dat
als een zwart gat een voorwerp opslokt,
het ook groot genoeg wordt
om de kwantuminformatie
van het object te behouden.
Maar of nu de informatie
binnen het zwarte gat
of op het oppervlak bewaard blijft,
de natuurwetten blijven evengoed intact --
totdat je rekening gaat houden
met de Hawking Straling.
Ze werd in 1974
door Stephen Hawking ontdekt
en toont aan dat zwarte gaten
geleidelijk verdampen.
Over ongelooflijk lange tijd
verliezen zwarte gaten massa
door deeltjes uit te stoten
vanuit hun gebeurtenishorizon.
Cruciaal is dat het lijkt
alsof de verdampende deeltjes
geen verband hebben met de informatie
die het zwarte gat codeert --
wat suggereerde dat een zwart gat
en alle kwantuminformatie die het bevat
volledig kon worden gewist.
Verdwijnt die kwantuminformatie echt?
En zo niet, waar gaat ze heen?
Terwijl het verdampingsproces
ongelooflijk lang zou duren,
zijn de vragen die het stelt
voor de natuurkunde veel urgenter.
De vernietiging van informatie
zou ons dwingen tot het herschrijven
van sommige van onze meest fundamentele
wetenschappelijke paradigma's.
Maar gelukkig is in de wetenschap
elke paradox een kans
voor nieuwe ontdekkingen.
Onderzoekers onderzoeken
een breed scala van mogelijke oplossingen
voor de informatieparadox.
Sommigen theoretiseerden
dat deze data gecodeerd zitten
in de ontsnappende straling
op een manier die we
nog niet kunnen begrijpen.
Anderen suggereerden dat de paradox
gewoon een misverstand is
van hoe de algemene relativiteitstheorie
en de kwantumveldtheorie interageren.
Deze twee theorieën beschrijven
de grootste en de kleinste
fysische verschijnselen,
en ze zijn notoir moeilijk te combineren.
Sommige onderzoekers beweren
dat een oplossing
voor deze en vele andere paradoxen
er natuurlijkerwijze zal komen
met een ‘geunificeerde theorie van alles’.
Maar misschien is de meest
hersenenpijnigende theorie
uit de studie van deze paradox
wel het holografisch principe.
Voortbouwend op het idee
dat het 2D-oppervlak
van een gebeurtenishorizon
kwantuminformatie kan opslaan,
stelt dit principe dat de
grens van het waarneembare heelal
ook een 2D-oppervlak is
met gecodeerde informatie
over echte 3D-objecten.
Als dit waar is, is het mogelijk dat
de werkelijkheid zoals wij die kennen
slechts een holografische
projectie is van die informatie.
Indien bewezen
zou elk van deze theorieën leiden
tot nieuwe vragen om te verkennen,
terwijl ze onze huidige modellen
van het universum zouden behouden.
Maar het is ook mogelijk dat deze
modellen verkeerd zijn!
Hoe dan ook hielp deze paradox ons
om nog eens een stap te zetten
in het onbekende.