Zwei Mathematiker haben Hawking und seinen Kollegen nun das Gegenteil bewiesen. Ihre neue Arbeit, die in zwei kürzlich erschienenen Arbeiten von Christoph Kehle vom Massachusetts Institute of Technology und Ryan Unger von der Stanford University und der University of California in Berkeley vorgestellt wurde, zeigt, dass nichts in den bekannten Gesetzen der Physik die Bildung eines extremen Schwarzen Lochs verhindert.
Ihre mathematische Demonstration sei „großartig, technisch innovativ und physikalisch überraschend“, sagte Mihalis Dafermos, Mathematiker an der Princeton University (und Betreuer der Abschlussarbeit von Kehle und Unger). Es deutet auf ein möglicherweise reicheres und vielfältigeres Universum hin, in dem „astrophysikalisch extreme Schwarze Löcher existieren könnten“, fügte er hinzu.
Das bedeutet nicht, dass sie es sind. „Nur weil es eine mathematische Lösung gibt, die schöne Eigenschaften hat, heißt das nicht unbedingt, dass die Natur sie nutzen wird“, sagte Khanna. „Aber wenn wir einen finden, würde uns das wirklich helfen.“ [make] „Denken wir darüber nach, was uns fehlt. „Eine solche Entdeckung, bemerkte er, könne „einige ziemlich radikale Fragen“ aufwerfen. »
Das Gesetz der Unmöglichkeit
Vor dem Beweis von Kehle und Unger gab es gute Gründe zu der Annahme, dass extreme Schwarze Löcher nicht existieren könnten.
Im Jahr 1973 formulierten Bardeen, Carter und Hawking vier Gesetze für das Verhalten von Schwarzen Löchern. Sie ähnelten den seit langem etablierten vier Gesetzen der Thermodynamik, einer Reihe heiliger Prinzipien, die beispielsweise besagen, dass das Universum mit der Zeit immer ungeordneter wird und dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann.
In ihrer Arbeit bewiesen die Physiker die ersten drei Gesetze der Thermodynamik Schwarzer Löcher: Null, erstes und zweites. Im weiteren Sinne gingen sie davon aus, dass das dritte Hauptgesetz (wie sein Standard-Gegenstück zur Thermodynamik) ebenfalls wahr sein würde, auch wenn sie dies noch nicht beweisen konnten.
Dieses Gesetz besagt, dass die Oberflächengravitation eines Schwarzen Lochs nicht in endlicher Zeit auf Null sinken kann – mit anderen Worten, dass es keine Möglichkeit gibt, ein extremes Schwarzes Loch zu erzeugen. Um ihre Behauptung zu untermauern, argumentierte das Trio, dass jeder Prozess, der es der Ladung oder Drehung eines Schwarzen Lochs ermöglichen würde, die extreme Grenze zu erreichen, möglicherweise auch dazu führen könnte, dass sein Ereignishorizont völlig verschwindet. Es ist allgemein anerkannt, dass Schwarze Löcher ohne Ereignishorizont, sogenannte nackte Singularitäten, nicht existieren können. Da wir außerdem wissen, dass die Temperatur eines Schwarzen Lochs proportional zu seiner Oberflächengravitation ist, hätte ein Schwarzes Loch ohne Oberflächengravitation auch keine Temperatur. Ein solches Schwarzes Loch würde keine Wärmestrahlung aussenden – etwas, was Hawking später vermutete, dass Schwarze Löcher dies tun müssten.
1986 schien ein Physiker namens Werner Israel das Problem zu lösen, indem er einen Beweis des dritten Gesetzes veröffentlichte. Angenommen, Sie möchten aus einem gewöhnlichen Schwarzen Loch ein extremes Schwarzes Loch erschaffen. Sie könnten versuchen, dies zu erreichen, indem Sie es schneller drehen lassen oder mehr geladene Teilchen hinzufügen. Israels Beweise scheinen zu belegen, dass dies nicht dazu führen konnte, dass die Oberflächengravitation eines Schwarzen Lochs in endlicher Zeit auf Null sinkt.
Wie Kehle und Unger schließlich herausfanden, gab es in Israels Argumentation einen Fehler.
Der Tod des dritten Gesetzes
Kehle und Unger hatten nicht das Ziel, extreme Schwarze Löcher zu finden. Sie sind zufällig darauf gestoßen.
Sie untersuchten die Entstehung elektrisch geladener Schwarzer Löcher. „Wir haben erkannt, dass wir dies tun können“ – ein Schwarzes Loch erzeugen – „für alle Ladungs-zu-Masse-Verhältnisse“, erklärte Kehle. Dazu gehörte auch der Fall, dass die Ladung so hoch wie möglich ist, was charakteristisch für ein extremes Schwarzes Loch ist.
Dafermos gab zu, dass seine ehemaligen Studenten ein Gegenbeispiel zum dritten Gesetz von Bardeen, Carter und Hawking entdeckt hatten: Sie hatten gezeigt, dass sie tatsächlich ein typisches Schwarzes Loch in einer endlichen Zeitspanne in ein extremes Schwarzes Loch verwandeln konnten.
Kehle und Unger begannen mit einem Schwarzen Loch, das sich nicht dreht und keine Ladung hat, und modellierten, was passieren könnte, wenn es in einer vereinfachten Umgebung namens Skalarfeld platziert würde, die einen Hintergrund aus gleichmäßig geladenen Teilchen annimmt. Anschließend schüttelten sie das Schwarze Loch mit Impulsen aus dem Feld, um Ladung hinzuzufügen.