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Gravitation entsteht aus Quanteninformationen, sagen Physiker
Eine der heißesten neuen Ideen in der Physik ist, dass die Schwerkraft ein auftauchendes Phänomen ist; dass es irgendwie aus dem komplexen Zusammenspiel einfacherer Dinge entsteht.
Vor einigen Monaten hat Erik Verlinde von der Universität Amsterdam eine solche Idee vorgestellt, die die Welt der Physik im Sturm erobert hat. Verlinde schlug vor, dass die Schwerkraft lediglich eine Manifestation der Entropie im Universum ist. Seine Idee basiert auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, dass die Entropie mit der Zeit immer zunimmt. Es deutet darauf hin, dass Entropieunterschiede zwischen Teilen des Universums eine Kraft erzeugen, die die Materie so umverteilt, dass die Entropie maximiert wird. Dies ist die Kraft, die wir Schwerkraft nennen.
Das Spannende an diesem Ansatz ist, dass er das theoretische Gerüst, das die moderne Physik unterstützt, dramatisch vereinfacht. Und obwohl es seine Grenzen hat – zum Beispiel erzeugt es Newtons Gesetze der Gravitation statt Einsteins –, hat es auch einige Vorteile, wie die Fähigkeit, die Größe der dunklen Energie zu erklären, mit der konventionelle Gravitationstheorien zu kämpfen haben.
Aber die vielleicht stärkste Idee, die aus Verlindes Ansatz hervorgeht, ist, dass die Schwerkraft im Wesentlichen ein Informationsphänomen ist.
Heute bekommt diese Idee einen nützlichen Schub von Jae-Weon Lee von der Jungwon University in Südkorea und ein paar Kumpels. Sie verwenden die Idee der Quanteninformation, um eine Theorie der Gravitation abzuleiten, und sie tun dies auf einem etwas anderen Weg als Verlinde.
Im Zentrum ihrer Idee steht die knifflige Frage, was mit Informationen passiert, wenn sie in ein Schwarzes Loch eindringen. Darüber rätseln Physiker seit Jahrzehnten mit wenig Konsens. Einig sind sie sich jedoch in Landauers Prinzip: Das Löschen von Quanteninformationen erhöht die Entropie des Universums immer um einen bestimmten kleinen Betrag und benötigt eine bestimmte Menge Energie.
Jae-Weon und Co gehen davon aus, dass dieser Löschprozess am Horizont des Schwarzen Lochs stattfinden muss. Und wenn ja, muss sich die Raumzeit so organisieren, dass die Entropie an diesen Horizonten maximiert wird. Mit anderen Worten, es erzeugt eine schwerkraftähnliche Kraft.
Das ist aus mehreren Gründen faszinierend. Erstens gehen Jae-Weon und Co. von der Existenz der Raumzeit und ihrer Geometrie aus und fragen einfach, welche Form sie annehmen muss, wenn auf diese Weise Informationen an Horizonten gelöscht werden.
Es setzt auch erstmals Gravitation mit Quanteninformation in Verbindung. In den letzten Jahren haben viele Ergebnisse der Quantenmechanik auf die immer wichtigere Rolle hingewiesen, die Information im Universum zu spielen scheint.
Manche Physiker sind überzeugt, dass die Eigenschaften von Informationen nicht aus dem Verhalten von Informationsträgern wie Photonen und Elektronen resultieren, sondern umgekehrt. Sie denken, dass die Information selbst das geisterhafte Fundament ist, auf dem unser Universum aufgebaut ist.
Die Schwerkraft war schon immer eine Fliege in dieser Salbe. Aber die zunehmende Erkenntnis, dass auch hier Information eine grundlegende Rolle spielt, könnte den Weg zu der Art der Vereinigung zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie ebnen, von der Physiker geträumt haben.
Ref: arxiv.org/abs/1001.5445 : Gravitation aus Quanteninformationen