Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Peter van de Ven

Scientists work on the boundaries of the unknown,

Wetenschappers werken op de grenzen van het onbekende,

where every new piece of knowledge forms a path into a void of uncertainty.

waar elk nieuw stuk kennis een pad vormt

wat ons de onzekerheid in leidt.

And nothing is more uncertain–

En niets is meer onzeker --

or potentially enlightening– than a paradox.

of potentieel verhelderend -- dan een paradox.

Throughout history,

Doorheen de geschiedenis

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

dreigden paradoxen alles wat we wisten te ondermijnen,

and just as often, they’ve reshaped our understanding of the world.

en net zo vaak hebben ze ons begrip van de wereld hervormd.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

Een van de grootste paradoxen in het heelal

threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics:

dreigt onze theorieën op losse schroeven te zetten

over de algemene relativiteit en de kwantummechanica.

the black hole information paradox.

de zwarte-gat-informatieparadox.

To understand this paradox,

Om deze paradox te begrijpen,

we first need to define what we mean by "information."

moeten we eerst definiëren wat we bedoelen met ‘informatie’.

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

Vaak is de informatie waar we over praten zichtbaar voor het blote oog.

For example,

Dit soort informatie vertelt ons bijvoorbeeld

this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

dat een appel rood, rond en glanzend is.

But physicists are more concerned with quantum information.

Maar natuurkundigen zijn meer bezig met kwantuminformatie.

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple,

Die verwijst naar de kwantumeigenschappen

van alle deeltjes in die appel,

such as their position, velocity and spin.

zoals positie, snelheid en rotatie.

Every object in the universe is composed

Elk object in het heelal is samengesteld

of particles with unique quantum properties.

uit deeltjes met unieke kwantumeigenschappen.

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics:

Dit idee wordt het duidelijkst weergegeven

in een essentiële natuurkundige wet:

the total amount of quantum information in the Universe must be conserved.

de totale hoeveelheid kwantuminformatie in het heelal blijft constant.

Even if you destroy an object beyond recognition,

Zelfs als je een object onherkenbaar vernielt,

its quantum information is never permanently deleted.

verdwijnt de kwantuminformatie nooit permanent.

And theoretically, knowledge of that information

Theoretisch zou kennis van die informatie

would allow us to recreate the object from its particle components.

ons in staat moeten stellen om het voorwerp

opnieuw uit die deeltjes terug op te bouwen.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

Behoud van informatie is niet zomaar een willekeurige regel,

but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

maar een wiskundige noodzaak,

waarop een groot deel van de moderne wetenschap is gebouwd.

But around black holes, those foundations get shaken.

Maar rond zwarte gaten gaat dat fundament aan het wankelen.

When an apple enters a black hole,

Wanneer een appel in een zwart gat valt,

it seems as though it leaves the universe,

lijkt het alsof hij het universum verlaat

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

en al zijn kwantuminformatie onherroepelijk verloren gaat.

However, this doesn’t immediately break the laws of physics.

Dit overtreedt echter geen fysicawetten.

The information is out of sight,

De informatie is uit het zicht,

but it might still exist within the black hole’s mysterious void.

maar ze zou nog steeds kunnen bestaan

in de mysterieuze leegte van het zwarte gat.

Alternatively, some theories suggest

Anderzijds suggereren sommige theorieën

that information doesn’t even make it inside the black hole at all.

dat deze informatie helemaal niet in het zwarte gat verdwijnt.

Seen from outside, it’s as if the apple’s quantum information

Van buitenaf gezien is het alsof de kwantuminformatie van de appel

is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

gecodeerd wordt op de oppervlaktelaag van het zwarte gat,

de gebeurtenishorizon genaamd.

As the black hole’s mass increases,

Als de massa van het zwarte gat toeneemt,

the surface of the event horizon increases as well.

vergroot het oppervlak van die horizon ook.

So it’s possible that as a black hole swallows an object,

Zo is het mogelijk dat als een zwart gat een voorwerp opslokt,

it also grows large enough to conserve the object’s quantum information.

het ook groot genoeg wordt

om de kwantuminformatie van het object te behouden.

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface,

Maar of nu de informatie

binnen het zwarte gat of op het oppervlak bewaard blijft,

the laws of physics remain intact–

de natuurwetten blijven evengoed intact --

until you account for Hawking Radiation.

totdat je rekening gaat houden met de Hawking Straling.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

Ze werd in 1974 door Stephen Hawking ontdekt

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

en toont aan dat zwarte gaten geleidelijk verdampen.

Over incredibly long periods of time

Over ongelooflijk lange tijd

black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

verliezen zwarte gaten massa

door deeltjes uit te stoten vanuit hun gebeurtenishorizon.

Critically, it seems as though the evaporating particles

Cruciaal is dat het lijkt alsof de verdampende deeltjes

are unrelated to the information the black hole encodes–

geen verband hebben met de informatie die het zwarte gat codeert --

suggesting that a black hole and all the quantum information it contains

wat suggereerde dat een zwart gat en alle kwantuminformatie die het bevat

could be completely erased.

volledig kon worden gewist.

Does that quantum information truly disappear?

Verdwijnt die kwantuminformatie echt?

If not, where does it go?

En zo niet, waar gaat ze heen?

While the evaporation process would take an incredibly long time,

Terwijl het verdampingsproces ongelooflijk lang zou duren,

the questions it raises for physics are far more urgent.

zijn de vragen die het stelt voor de natuurkunde veel urgenter.

De vernietiging van informatie zou ons dwingen tot het herschrijven

The destruction of information

would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

van sommige van onze meest fundamentele wetenschappelijke paradigma's.

But fortunately, in science,

Maar gelukkig is in de wetenschap

every paradox is an opportunity for new discoveries.

elke paradox een kans voor nieuwe ontdekkingen.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

Onderzoekers onderzoeken een breed scala van mogelijke oplossingen

to the Information Paradox.

voor de informatieparadox.

Some have theorized

Sommigen theoretiseerden

that information actually is encoded in the escaping radiation,

dat deze data gecodeerd zitten in de ontsnappende straling

in some way we can’t yet understand.

op een manier die we nog niet kunnen begrijpen.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

Anderen suggereerden dat de paradox gewoon een misverstand is

of how general relativity and quantum field theory interact.

van hoe de algemene relativiteitstheorie en de kwantumveldtheorie interageren.

Respectively,

Deze twee theorieën beschrijven

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

de grootste en de kleinste fysische verschijnselen,

and they’re notoriously difficult to combine.

en ze zijn notoir moeilijk te combineren.

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes

Sommige onderzoekers beweren

dat een oplossing voor deze en vele andere paradoxen

will come naturally with a “unified theory of everything.”

er natuurlijkerwijze zal komen met een ‘geunificeerde theorie van alles’.

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox

Maar misschien is de meest hersenenpijnigende theorie

uit de studie van deze paradox

is the holographic principle.

wel het holografisch principe.

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon

Voortbouwend op het idee

dat het 2D-oppervlak van een gebeurtenishorizon

can store quantum information,

kwantuminformatie kan opslaan,

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

stelt dit principe dat de grens van het waarneembare heelal

is also a 2D surface encoded with information

ook een 2D-oppervlak is met gecodeerde informatie

about real, 3D objects.

over echte 3D-objecten.

If this is true, it’s possible that reality as we know it

Als dit waar is, is het mogelijk dat de werkelijkheid zoals wij die kennen

is just a holographic projection of that information.

slechts een holografische projectie is van die informatie.

Indien bewezen

If proven, any of these theories would open up new questions to explore,

zou elk van deze theorieën leiden tot nieuwe vragen om te verkennen,

while still preserving our current models of the universe.

terwijl ze onze huidige modellen van het universum zouden behouden.

But it’s also possible that those models are wrong!

Maar het is ook mogelijk dat deze modellen verkeerd zijn!

Either way, this paradox has already helped us take another step

Hoe dan ook hielp deze paradox ons om nog eens een stap te zetten

into the unknown.

in het onbekende.