Quantumraadsels rond zwarte gaten
-
Upload
marcel-vonk -
Category
Science
-
view
242 -
download
3
Transcript of Quantumraadsels rond zwarte gaten
![Page 1: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/1.jpg)
Quantumraadselsrond zwarte gaten
Marcel VonkCentaurus A, Nijmegen
23 maart 2016
![Page 2: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/2.jpg)
2/140
Vandaag…
Proeverij van de kosmologie, met zwarte gaten als centraal thema.
![Page 3: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/3.jpg)
3/140
Vandaag…
![Page 4: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/4.jpg)
4/140
Vandaag…
?
![Page 5: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/5.jpg)
5/140
Vandaag…
?
?
![Page 6: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/6.jpg)
6/140
Vandaag…
?
? ?
![Page 7: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/7.jpg)
7/140
Vandaag…
?
? ?
!!!
![Page 8: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/8.jpg)
8/140
Inhoud1. Zwaartekracht2. Zwarte gaten3. De horizon4. Intermezzo: entropische zwaartekracht en
donkere materie II5. De informatieparadox6. Hawkings suggestie7. Complementariteit8. Firewalls9. Zwarte gaten in de praktijk10. Zwaartekrachtsgolven
![Page 9: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/9.jpg)
1. Zwaartekracht
![Page 10: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/10.jpg)
10/140
Zwaartekracht
Isaac Newton (1642-1727):
![Page 11: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/11.jpg)
11/140
Zwaartekracht
Isaac Newton (1642-1727):
![Page 12: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/12.jpg)
12/140
Zwaartekracht
Isaac Newton (1642-1727):
Universele kracht!
![Page 13: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/13.jpg)
13/140
Zwaartekracht
Isaac Newton (1642-1727):
Universele kracht!
F =G M m
r2
![Page 14: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/14.jpg)
14/140
Zwaartekracht
F =G M m
r2
Zwaarte-kracht
![Page 15: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/15.jpg)
15/140
Zwaartekracht
F =G M m
r2
Zwaarte-kracht
Massa
![Page 16: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/16.jpg)
16/140
Zwaartekracht
F =G M m
r2
Zwaarte-kracht
Massa
Massa
![Page 17: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/17.jpg)
17/140
Zwaartekracht
F =G M m
r2
Zwaarte-kracht
Massa
Massa
Afstand
![Page 18: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/18.jpg)
18/140
Zwaartekracht
F =G M m
r2
Zwaarte-kracht
Constante van Newton(6,67385 x 10-11)
Massa
Massa
Afstand
![Page 19: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/19.jpg)
19/140
Zwaartekracht
Belangrijk voor ons verhaal: zwaartekracht wordt groter als
1) De aantrekkende massa groter wordt,2) De afstand tot die massa kleiner wordt
F =G M m
r2
![Page 20: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/20.jpg)
20/140
Zwaartekracht
Belangrijk voor ons verhaal: zwaartekracht wordt groter als
1) De aantrekkende massa groter wordt,2) De afstand tot die massa kleiner wordt
Een hemellichaam heeft dus een heel sterke zwaartekracht als het
3) Heel zwaar is, en/of4) Heel klein is.
![Page 21: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/21.jpg)
2. Zwarte Gaten
![Page 22: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/22.jpg)
22/140
Zwarte gaten
Ole Rømer (1644-1710) toonde in 1676 als eerste aan dat licht niet oneindig snel beweegt.
![Page 23: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/23.jpg)
23/140
Zwarte gaten
Ole Rømer (1644-1710) toonde in 1676 als eerste aan dat licht niet oneindig snel beweegt.
220.000 km/s
![Page 24: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/24.jpg)
24/140
220.000 km/s
Zwarte gaten
Ole Rømer (1644-1710) toonde in 1676 als eerste aan dat licht niet oneindig snel beweegt.
300.000 km/s
![Page 25: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/25.jpg)
25/140
Zwarte gaten
Sterren en planeten hebben een ontsnappingssnelheid:
< 11,2 km/s
![Page 26: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/26.jpg)
26/140
Zwarte gaten
Sterren en planeten hebben een ontsnappingssnelheid:
< 11,2 km/s > 11,2 km/s
![Page 27: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/27.jpg)
27/140
Zwarte gaten
Kunnen we een object maken dat zo klein en zwaar is dat licht niet kan ontsnappen?
< 300.000 km/s > 300.000 km/s
![Page 28: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/28.jpg)
28/140
Zwarte gaten
Kunnen we een object maken dat zo klein en zwaar is dat licht niet kan ontsnappen?
< 300.000 km/s > 300.000 km/s
![Page 29: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/29.jpg)
29/140
Zwarte gaten
Het idee van zo’n “zwarte ster” werd al in 1783 door John Michell geopperd, en in 1796 door Pierre-Simon Laplace uitgewerkt.
![Page 30: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/30.jpg)
30/140
Zwarte gaten
Maar… heeft licht wel een massa?
F =G M m
r2
![Page 31: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/31.jpg)
31/140
Zwarte gaten
Laplace verwijderde zijn idee voor de zekerheid uit de latere drukken van zijn boek.
![Page 32: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/32.jpg)
32/140
Zwarte gaten
Pas in 1905 ontdekte Albert Einstein twee cruciale dingen:
1) Licht heeft wel degelijk een massa,2) Niets beweegt sneller dan het licht!
E = mc2
![Page 33: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/33.jpg)
33/140
Zwarte gaten
Zwarte gaten kunnen dus niet alleen bestaan…
< 300.000 km/s > 300.000 km/s
![Page 34: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/34.jpg)
34/140
Zwarte gaten
Zwarte gaten kunnen dus niet alleen bestaan…
…er kan ook helemaal niets aan ontsnappen!
< 300.000 km/s > 300.000 km/s
![Page 35: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/35.jpg)
35/140
Zwarte gaten
Iets preciezer: elk zwart gat heeft een horizon, van waarachter niets kan ontsnappen.
![Page 36: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/36.jpg)
3. De horizon
![Page 37: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/37.jpg)
37/140
De horizon
Einstein verfijnde het begrip van een horizon van een zwart gat nog iets verder.
Ruimte en tijd zijn (letterlijk) rekbare begrippen!
![Page 38: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/38.jpg)
38/140
De horizon
Een zwart gat is een soort stofzuiger, die de ruimtetijd heel snel naar binnen zuigt.
![Page 39: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/39.jpg)
39/140
De horizon
Op een gegeven moment kun je daar niet meer tegenop rennen, zelfs niet als je met de lichtsnelheid beweegt.
![Page 40: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/40.jpg)
40/140
De horizon
Dit “point of no return” heet de schijnbare horizon (“apparent horizon”)
![Page 41: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/41.jpg)
41/140
De horizon
Er is een tweede keuze voor wat je de “horizon” zou kunnen noemen.
Het zwarte gat groeit in de loop van de tijd. Daardoor zou het kunnen dat je nu nog wel naar buiten kunt bewegen, maar dat de “band steeds sneller gaat lopen”.
![Page 42: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/42.jpg)
42/140
De horizon
Als je te dichtbij bent kan het zwarte gat je dus later alsnog onherroepelijk opslokken.
![Page 43: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/43.jpg)
43/140
De horizon
Deze (iets grotere) horizon heet de waarnemingshorizon (“event horizon”).
![Page 44: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/44.jpg)
44/140
De horizon
Kortom:
• De schijnbare horizon is de grens vanaf waar je nu niet naar buiten kunt.
• De waarnemingshorizon is de grens vanaf waar je nooit zult kunnen ontsnappen.
De waarnemingshorizon is groter: als je nu al niet naar buiten kunt, wordt dat in de toekomst alleen maar erger.
![Page 45: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/45.jpg)
45/140
De horizon
Met “de horizon” bedoelen we normaal-gesproken de waarnemingshorizon.
(maar zie verderop…)
![Page 46: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/46.jpg)
4. Intermezzo: Entropische zwaartekracht en donkere materie (II)
![Page 47: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/47.jpg)
47/140
Donkere materie
Sinds 1998 weten we dat ons heelal versneld uitdijt.
![Page 48: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/48.jpg)
48/140
Gevolg: vanaf een bepaalde afstand zal licht ons nooit bereiken.
Horizon!
Donkere materie
![Page 49: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/49.jpg)
49/140
We kunnen een dergelijk de Sitter-heelal dus zien als een “zwart gat binnenste buiten”!
Donkere materie
![Page 50: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/50.jpg)
50/140
In februari 2015 heb ik u verteld over de entropische zwaartekracht van Erik Verlinde.
Doel: zwaartekracht begrijpen als entropische kracht.
Donkere materie
![Page 51: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/51.jpg)
51/140
Voorbeeld: elastiekje.
Het systeem zoekt de toestand op die de meeste informatie kan bevatten.
Donkere materie
![Page 52: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/52.jpg)
52/140
Op zoek naar de informatie in het heelal. Waar bevindt die zich?
Verstrengeling: niet altijd op één plek!
Donkere materie
![Page 53: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/53.jpg)
53/140
In zijn nieuwe artikel beschrijft Verlinde de informatieverdeling in het heelal met een wiskundig tensornetwerk.
Donkere materie
![Page 54: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/54.jpg)
54/140
In een ruimte die vertraagd uitdijt (anti-de Sitter) kunnen we alle informatie aflezen op de rand. “Holografisch principe”.
Met de dynamica van het netwerk kan de zwaartekracht beschreven worden.
Donkere materie
![Page 55: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/55.jpg)
55/140
In een ruimte die versneld uitdijt (de Sitter) kunnen we alle informatie aflezen op de horizon.
Wederom vinden we zwaartekracht, maar met kleine correcties.
Donkere materie
![Page 56: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/56.jpg)
56/140
Anti-de Sitter: verplaatsen van materie verandert de informatie.
De Sitter: verplaatsen van materie verandert de informatie en het netwerk.
Donkere materie
![Page 57: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/57.jpg)
57/140
Op grote schaal leidt dit tot een “elasticiteit” die mooi overeenkomen met de donkere materie die we zien.
Verlinde: “donkere materie” is dus geen deeltje!
Donkere materie
![Page 58: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/58.jpg)
58/140
• Dit model bevat aannames die niet werken voor alle sterrenstelsels!
• Artikel moet nog verschijnen; samenvatting van wat ik begrepen heb uit twee lezingen.
• Peer review: we zullen zien wat de natuurkundige gemeenschap vindt!
Donkere materie
![Page 59: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/59.jpg)
5. De informatieparadox
![Page 60: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/60.jpg)
60/140
De informatieparadox
Zwarte gaten leiden tot een beroemde paradox als we proberen Einsteins beeld te combineren met de quantummechanica.
![Page 61: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/61.jpg)
61/140
De informatieparadox
In 1974 toonde Stephen Hawking aan dat zwarte gaten toch straling kunnen uitzenden.
![Page 62: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/62.jpg)
62/140
De informatieparadox
Deze straling ontstaat door random-effecten, en is daardoor thermisch.
![Page 63: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/63.jpg)
63/140
De informatieparadox
Als een zwart gat ontstaat en weer verdampt lijkt er dus informatie verloren te gaan.
![Page 64: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/64.jpg)
64/140
De informatieparadox
Als een zwart gat ontstaat en weer verdampt lijkt er dus informatie verloren te gaan.
![Page 65: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/65.jpg)
65/140
De informatieparadox
We zijn in de natuurkunde gewend dat we niet alleen vooruit kunnen rekenen…
![Page 66: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/66.jpg)
66/140
De informatieparadox
…maar ook achteruit.
![Page 67: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/67.jpg)
67/140
De informatieparadox
Ook in de quantummechanica is dit een fundamenteel principe.
Hoe kunnen we voor zwarte gaten uit allerlei verschillende begintoestanden dan precies dezelfde eindtoestand krijgen?
Informatieparadox!
![Page 68: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/68.jpg)
68/140
De informatieparadox
Drie mogelijkheden:
1) Informatie gaat verloren2) De straling bevat toch informatie3) Informatie blijft achter (“remnants”)
Hawking zette zijn geld op optie 1…
![Page 69: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/69.jpg)
69/140
De informatieparadox
…maar gaf de weddenschap in 2004 op.
![Page 70: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/70.jpg)
70/140
De informatieparadox
In 1998 verscheen er een baanbrekend artikel van de Argentijn Juan Maldacena.
![Page 71: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/71.jpg)
71/140
De informatieparadox
Maldacena liet zien dat er een dualiteit bestaat tussen zwaartekrachtstheorieën en theorieën zonder zwaartekracht.
+
![Page 72: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/72.jpg)
72/140
De informatieparadox
Maldacena liet zien dat er een dualiteit bestaat tussen zwaartekrachtstheorieën en theorieën zonder zwaartekracht.
+
3 dimensies 2 dimensies
![Page 73: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/73.jpg)
73/140
De informatieparadox
Deze dualiteit staat zoals gezegd bekend onder de naam holografie.
![Page 74: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/74.jpg)
74/140
De informatieparadox
De duale theorie wordt beschreven met gewone quantummechanica – er gaat dus geen informatie verloren.
+
3 dimensies 2 dimensies
![Page 75: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/75.jpg)
75/140
De informatieparadox
In 2004 was het idee van Maldacena voldoende gecontroleerd, en gaf Hawking de weddenschap op.
Maar hoe kunnen we begrijpen dat het zwarte gat geen informatie vernietigt?
![Page 76: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/76.jpg)
76/140
De informatieparadox
Drie mogelijkheden:
1) Informatie gaat verloren2) De straling bevat toch informatie3) Informatie blijft achter (“remnants”)
Hawking kiest tegenwoordig voor optie 2. In een artikel uit2014 geeft hij hier argumentenvoor.
![Page 77: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/77.jpg)
6. Hawkings suggestie
![Page 78: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/78.jpg)
Nature, 24 januari 2014
![Page 79: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/79.jpg)
The Independent, 25 januari 2014
![Page 80: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/80.jpg)
Smithsonian, 24 januari 2014
![Page 81: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/81.jpg)
New Republic, 31 januari 2014
![Page 82: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/82.jpg)
arXiv.org, 22 januari 2014
![Page 83: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/83.jpg)
arXiv.org, 22 januari 2014
![Page 84: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/84.jpg)
84/140
Hawkings suggestie
Een zwart gaat heeft in de “klassieke” beschrijving een schijnbare horizon en een waarnemingshorizon.
![Page 85: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/85.jpg)
85/140
Hawkings suggestie
Hawking zegt nu: een zwart gat heeft wel een schijnbare horizon (je kunt nu niet naar buiten), maar geen waarnemingshorizon (je kunt later wel naar buiten).
![Page 86: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/86.jpg)
86/140
Hawkings suggestie
Hawking zegt nu: een zwart gat heeft wel een schijnbare horizon (je kunt nu niet naar buiten), maar geen waarnemingshorizon (je kunt later wel naar buiten).
HOE KAN DAT ???
![Page 87: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/87.jpg)
87/140
Hawkings suggestie
In quantumtheorieën speelt onzekerheid een grote rol. Processen worden beschreven door fundamentele kansverdelingen.
![Page 88: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/88.jpg)
88/140
Hawkings suggestie
Kortom: processen in de quantummechanica zijn heel “fuzzy”.
![Page 89: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/89.jpg)
89/140
Hawkings suggestie
Zolang we de uitkomsten niet waarnemen is dat niet alleen op kleine schaal zo, maar ook op grote schaal.
![Page 90: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/90.jpg)
90/140
Hawkings suggestie
Ook de ruimtetijd binnen een zwart gat kan dus wel eens een chaotische “fuzzy ruimtetijd” zijn.
![Page 91: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/91.jpg)
91/140
Hawkings suggestie
Ook de ruimtetijd binnen een zwart gat kan dus wel eens een chaotische “fuzzy ruimtetijd” zijn.
![Page 92: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/92.jpg)
92/140
Hawkings suggestie
Het kan dus heel lang heel moeilijk zijn om aan het zwarte gat te ontsnappen: er is wel degelijk een schijnbare horizon.
![Page 93: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/93.jpg)
93/140
Hawkings suggestie
Maar: uiteindelijk verdampt het zwarte gat, en wordt de kluwen “ontward”. Er is dus geen waarnemingshorizon.
![Page 94: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/94.jpg)
94/140
Hawkings suggestie
Kortom: alles verlaat na heel lange tijd het zwarte gat weer. In die zin “bestaan zwarte gaten dus niet”: er is wel een schijnbare horizon, maar geen waarnemingshorizon.
![Page 95: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/95.jpg)
95/140
Hawkings suggestie
Doordat de binnenkant van een zwart gat zo chaotisch is, is niet te voorspellen wat er wanneer en hoe uit zal komen. Daarom lijkt de straling thermisch.
![Page 96: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/96.jpg)
96/140
Hawkings suggestie
Hawking vergelijkt dit met het voorspellen van het weer.
![Page 97: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/97.jpg)
97/140
Hawkings suggestie
Hawking vergelijkt dit met het voorspellen van het weer.
![Page 98: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/98.jpg)
98/140
Hawkings suggestie
Zie hier het hele artikel van Hawking:
![Page 99: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/99.jpg)
99/140
Hawkings suggestie
Kortom: een interessant idee, maar het zal nog veel kwalita-tiever gemaakt moeten worden.
• Hoe maken we de details precies?• Wat kunnen we uitrekenen?• Wat kunnen we voorspellen?• Welke verschillen zijn er met andere
ideeën?
![Page 100: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/100.jpg)
7. Complementariteit
![Page 101: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/101.jpg)
101/140
Complementariteit
Een andere mogelijke oplossing van de informatieparadox is bedacht door Gerard ’t Hooft in 1990 en uitgewerkt door Leonard Susskind en Larus Thorlacius in 1993.
![Page 102: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/102.jpg)
102/140
Complementariteit
Het idee: verschillende waarnemers zien niet alleen de horizon heel anders…
1) Ver weg 2) Invallend
![Page 103: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/103.jpg)
103/140
Complementariteit
…ze zien ook de Hawkingstraling op een andere plaats!
1) 2)
![Page 104: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/104.jpg)
104/140
Complementariteit
…ze zien ook de Hawkingstraling op een andere plaats!
1) 2)
![Page 105: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/105.jpg)
105/140
Complementariteit
Informatie blijft dus behouden, maar localiteit wordt opgegeven.
1) 2)
![Page 106: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/106.jpg)
106/140
Complementariteit
Informatie blijft dus behouden, maar localiteit wordt opgegeven.
(net als in een hologram!)
![Page 107: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/107.jpg)
107/140
Complementariteit
Daarmee lijken de problemen opgelost…
![Page 108: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/108.jpg)
108/140
Complementariteit
…maar is dat ook zo?
![Page 109: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/109.jpg)
8. Firewalls
![Page 110: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/110.jpg)
110/140
Firewalls
In 2012 verscheen er een artikel van vier Amerikaanse natuurkundigen.
![Page 111: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/111.jpg)
111/140
Firewalls
Zij beredeneerden dat complementariteit ingewikkelder moet zijn dan we dachten…
1) 2)
![Page 112: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/112.jpg)
112/140
Firewalls
De reden hiervoor heeft te maken met verstrengeling.
1) 2)+ +–
–
![Page 113: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/113.jpg)
113/140
Firewalls
De reden hiervoor heeft te maken met verstrengeling.
1) 2)– –+
+
![Page 114: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/114.jpg)
114/140
Firewalls
Gevolg: een waarnemer die lang wacht kan de Hawkingstraling voorspellen.
1) 2)– –+
+
![Page 115: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/115.jpg)
115/140
Firewalls
Maar dan kan die informatie dus voor hem niet in het zwarte gat verdwijnen!
1) 2)– –+
+
![Page 116: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/116.jpg)
116/140
Firewalls
Zelfs als hij in het zwarte gat springt komt hij de straling dus tegen, en die heeft op dat moment heel veel energie.
![Page 117: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/117.jpg)
117/140
Firewalls
Kortom: de invallende waarnemer ziet helemaal geen lege ruimte, maar verbrandt in een “firewall”.
1) Ver weg 2) Invallend
![Page 118: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/118.jpg)
118/140
Firewalls
“AMPS” heeft laten zien dat de volgende drie dingen niet allemaal waar kunnen zijn:
1) Informatie gaat niet verloren2) Buiten de horizon is de natuurkunde grofweg
zoals wij die kennen.3) Op de horizon gebeurt niets bijzonders
![Page 119: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/119.jpg)
119/140
Firewalls
Het idee van firewalls geeft (3) op.
1) Informatie gaat niet verloren2) Buiten de horizon is de natuurkunde grofweg
zoals wij die kennen.3) Op de horizon gebeurt niets bijzonders
![Page 120: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/120.jpg)
120/140
Firewalls
Als (1) niet klopt, klopt holografie niet…
1) Informatie gaat niet verloren2) Buiten de horizon is de natuurkunde grofweg
zoals wij die kennen.3) Op de horizon gebeurt niets bijzonders
![Page 121: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/121.jpg)
121/140
Firewalls
…en als (2) niet klopt, begrijpen we iets niet van de natuurkunde op grote schaal.
1) Informatie gaat niet verloren2) Buiten de horizon is de natuurkunde
grofweg zoals wij die kennen.3) Op de horizon gebeurt niets bijzonders
![Page 122: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/122.jpg)
122/140
Firewalls
Welke van de drie punten moet worden opgegeven zal de toekomst leren.
Hoog tijd om de theorie aan te vullen met experimenten!
![Page 123: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/123.jpg)
9. Zwarte gaten in de praktijk
![Page 124: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/124.jpg)
124/140
Zwarte gaten in de praktijk
Hoe doe je een meting of waarneming aan een zwart gat?
Lastig: ze zijn immers zwart!
![Page 125: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/125.jpg)
125/140
Zwarte gaten in de praktijk
Idee 1: Bestudeer de omgeving van een zwart gat.
Heino Falcke heeft in zijn lezing van vorige maand diverse voor-beelden genoemd.
Nadeel: erg lastig om zo quantumeffecten te meten.
![Page 126: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/126.jpg)
126/140
Zwarte gaten in de praktijk
Idee 2: Maak zelf microscopische zwarte gaten in een deeltjesversneller.
Nadeel 1: Enorme energieën nodig.
Nadeel 2: Gevaarlijk?
![Page 127: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/127.jpg)
127/140
Zwarte gaten in de praktijk
Idee 2: Maak zelf microscopische zwarte gaten in een deeltjesversneller.
Nadeel 1: Enorme energieën nodig.
Nadeel 2: Gevaarlijk? Niet echt.
![Page 128: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/128.jpg)
128/140
Zwarte gaten in de praktijk
Idee 3: Waarnemen van iets anders dan zichtbaar licht.
In sommige opzichten zijn zwarte gaten de helderste objecten die er zijn!
![Page 129: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/129.jpg)
10. Gravitatiegolven
![Page 130: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/130.jpg)
130/140
Gravitatiegolven
Zwarte gaten hebben het sterkste zwaartekrachtsveld dat er kan bestaan.
Maar hoe meet je dat op grote afstand?
![Page 131: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/131.jpg)
131/140
Gravitatiegolven
De truc: meet variaties in het zwaarte-krachtsveld.
Einstein liet zien dat ook de ruimtetijd kan golven.
![Page 132: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/132.jpg)
132/140
Gravitatiegolven
Nog steeds niet eenvoudig: als zulke golven de aarde bereiken, hebben ze relatieve vervormingen van ongeveer
0,0000000000000000001%
tot gevolg.
![Page 133: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/133.jpg)
133/140
Gravitatiegolven
Om dergelijke minuscule vervormingen te meten, maken onderzoekers gebruik van interferentie.
![Page 134: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/134.jpg)
134/140
Gravitatiegolven
LIGO: twee interferometers, 3000 kilometer van elkaar.
![Page 135: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/135.jpg)
135/140
Gravitatiegolven
September 2015: eerste waarneming van de samensmelting van twee zwarte gaten!
Februari 2016: bekendmaking.
![Page 136: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/136.jpg)
136/140
Gravitatiegolven
De waarnemingen komen prachtig overeen met wat we verwachten!
![Page 137: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/137.jpg)
137/140
Gravitatiegolven
We kunnen bovendien grofweg meten waar de samensmelting heeft plaatsgevonden.
Meer interferometers nodig!
![Page 138: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/138.jpg)
138/140
Gravitatiegolven
Kunnen we hiermee ook quantumeffecten meten?
Nog niet, maar wie weet!
![Page 139: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/139.jpg)
139/140
Gravitatiegolven
Kortom: het zijn spannende tijden, waarin theorie en waarnemingen rond zwarte gaten steeds dichter bij elkaar komen!
wordt vervolgd…
![Page 140: Quantumraadsels rond zwarte gaten](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021506/5877c7fc1a28ab39588b6033/html5/thumbnails/140.jpg)
140/140
Meer weten?
www.quantumuniverse.nl