Verbirgt das Universum seine Singularitäten vor uns? - Die Hypothese der kosmischen Zensur | Fakten zum Einschlafen - Das Universum

0:04 Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum. Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass massereiche Sterne am Ende ihres Lebens in einen Punkt unendlicher Dichte stürzen. Eine Singularität, an der unsere mathematischen Gleichungen und die bekannten Gesetze der Physik versagen. Albert Einstein fand diese Vorstellung zutiefst abstoßend, doch die Mathematik ließ sich nicht leugnen. Diese Episode untersucht, was genau an diesen Orten Extrems der Gravitation geschieht und warum das Universum diese Singularitäten meistens hinter einem undurchdringlichen Ereignishorizont verbirgt. Dabei beleuchten wir die Hypothese der kosmischen Zensur, die der Physiker Roger Penrose 1969 formulierte. Sie besagt, dass die

1:00 Natur ihre Singularitäten stets kleidet, um den Rest der Wirklichkeit vor einer kausalen Katastrophe zu bewahren. Wer eine Singularität nämlich ohne schützenden Horizont exponiert, könnte aus ihr beliebige Information ohne erkennbare Ursache hervortreten. Der gesamte Determinismus der Physik würde zusammenbrechen. Wir betrachten historische Meilensteine von Karl Schwarzschilds Berechnungen im ersten Weltkrieg bis zu modernen Beobachtungen verschmelzender schwarzer Löcher und Fragen, ob Quantenkabitation dieses Rätsel letztlich lösen könnte. Bei der Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer wieder zu einer grundlegenden Frage zurück. Warum ist das Universum überhaupt verstehbar? Die Beschäftigung mit nackten Singularitäten

1:48 zeigt, dass diese Verstehbarkeit kein Selbstläufer ist. Es fasziniert mich, dass ausgerechnet die extremsten und gewalttätigsten Orte im Kosmos uns zwingen, über die absoluten Grenzen unseres Wissens nachzudenken. Es ist eine beruhigende Vorstellung, dass die Architektur der Raumzeit selbst einen schützenden Anstand bewahrt, damit das Universum an unserem ruhigen Ort weiterhin logisch fortbesteht. Einstein fand diese Vorstellung abstoßend. Und das ist durchaus bezeichnend.

2:23 Ein Mann, der seinen Gleichungen mehr vertraute als die meisten, konnte sich nicht dazu durchringen, dorthin zu vertrauen, wohin sie ihn führten. Die Mathematik bestand darauf, dass ein Stern, wenn er stirbt, in einen Punkt hineinstirbt, an dem die Mathematik selbst verstummt. Und dieses Schweigen, so zeigt sich, ist womöglich das am sorgfältigsten gehütete Geheimnis des Universums.

2:48 Es gibt eine stille Art von Unbehagen, die sich einstellt, wenn man die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie zu genau betrachtet. Nicht das dramatische Unbehagen eines Sturms oder eines plötzlichen Falls, sondern etwas Geduldigeres, etwas Beharrlicheres. Die Gleichungen sagen uns, wenn ein massereicher Stern seinen Brennstoff erschöpft, Wenn der nach außen gerichtete Druck des nuklearen Feuers schließlich der geduldigen Beharrlichkeit der Schwerkraft nachgibt, dann geschieht etwas, das unser Verstand nicht fassen kann. Stellen Sie sich das Innere eines solchen Sterns in seinen letzten Stunden vor. Millionen Jahre lang war er eine gewaltige Zwiebel aus Elementen. Wasserstoff fusionierte in den äußeren

3:35 Schichten zu Helium. Tiefer innen wurde Helium zu Kohlenstoff, dann zu Sauerstoff, dann zu Silizium. Jede Schale brannte bei höherer Temperatur näher am Kern. Der Stern wurde getragen von den Photonen, die aus diesen Feuern nach außen strömten, vom schlichten Druck des Lichts, das gegen die Materie drückte. Wenn das Silizium zu Eisen verbrennt, endet etwas. Eisen absorbiert Energie, statt sie freizusetzen. Die nuklearen Feuer werden nicht bloß Schwäche. Sie verstummen. Und in diesem Schweigen bricht der Boden weg. Die Materie stürzt mit einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit nach innen. Nicht weil etwas sie stößt, sondern weil nichts mehr da ist, das sie trägt. Der Eisenkern, ungefähr so groß wie die Erde, kollabiert in

4:32 einem Sekundenbruchteil. Atome werden zerquetscht, bis ihre Elektronen in die Protonen gepresst werden und Neutronen entstehen. Die Neutronen werden noch enger zusammengedrückt. Die Mathematik hört nicht auf. Sie beschreibt einen Punkt unendlicher Dichte, unendlicher Krümmung. Sie beschreibt einen Ort, an dem die Geometrie der Raumzeit selbst zu etwas wird, für das uns die Sprache fehlt. Das ist eine Singularität. Und das Seltsamste daran ist nicht, dass sie in den Gleichungen existiert, sondern dass die Gleichungen sich weigern, uns zu sagen, was dort geschieht. Was bedeutet unendliche Dichte? Nicht bloß sehr viel Materie in sehr wenig Raum, sondern etwas Radikaleres.

5:22 Die Unterscheidung zwischen Materie und Raum selbst beginnt sich aufzulösen. Dichte ist Masse geteilt durch Volumen. An der Singularität geht das Volumen gegen null, während die Masse endlich bleibt. Das Verhältnis wird unbegrenzt. Nicht so, wie eine Zahl sehr groß wird, sondern so, wie eine Frage bedeutungslos wird. Der Raum, die Bühne, auf der alle Physik sich abspielt, hört auf, eine Bühne zu sein. Er faltet sich in sich selbst zusammen. Und mit ihm faltet sich jeder Begriff zusammen. den wir dafür haben, wo etwas ist, wie schnell es sich bewegt, was als nächstes geschieht. Albert Einstein, dessen eigene Theorie diese Vorhersage hervorbrachte, fand sie abstoßend. Er war kein Mann dramatischer

6:15 Verlautbarungen, aber er glaubte mit einer Art philosophischer Überzeugung, dass die Natur solche Extreme nicht zulassen würde. Es müsse einen Mechanismus geben, dachte er. Eine versteckte Klausel im Vertrag der physikalischen Gesetze, die die Wirklichkeit daran hindert, an einem so unmöglichen Ziel anzukommen. Doch die Mathematik war eindeutig. Zumindest in dem Spezialfall, den Karl Schwarzschild 1916 löste, kaum ein Jahr nachdem Einstein seine Theorie vollendet hatte.

6:49 Schwarzschild fand die exakte Beschreibung einer nicht rotierenden, kugelförmigen Masse die bis an ihre äußerste Grenze kollabiert ist. Und im Zentrum dieser Beschreibung saß, unvermeidlich und exakt, die Singularität. Es lohnt sich, bei den Umständen diese Entdeckung innezuhalten. Schwarzschild saß nicht in einem bequemen Arbeitszimmer, als er diese Gleichungen löste. Er war an der russischen Front im Ersten Weltkrieg. Er diente in der deutschen Artillerie und berechnete in den Pausen zwischen den Bombardements Flugbahnen von unmittelbarerer und zerstörerischerer Art.

7:31 Er schrieb an Einstein, er habe die Lösung im Schützengraben gefunden. Diese vollkommene mathematische Beschreibung des endgültigen Kollapses eines Sterns, abgeschickt von einem Ort, an dem die Zivilisation selbst kollabierte. Die Arbeit kam in Berlin an. wurde vorgetragen, wurde als brillant anerkannt. Schwarzschild starb im folgenden Jahr mit 42 an einer Hautkrankheit, die er sich an der Ostfront zugezogen hatte. Er erfuhr nie, wie Zentrals eine Lösung werden würde. Er erfuhr nie, wie sie den Krieg überdauern würde, der ihn tötete. Er erfuhr nie, wie sie ein Jahrhundert später noch als die erste exakte Beschreibung eines schwarzen Lochs studiert werden würde.

8:19 Jahrzehntelang erlaubten sich die Physiker eine Art Hoffnung. Vielleicht waren Singularitäten bloß Artefakte der Mathematik, wie die Division durch Null, die die Schulalgebra heimsucht. Vielleicht entstanden sie nur, weil wir das Problem zu einfach gemacht hatten. Zu symmetrisch. Zu losgelöst von der unordentlichen Komplexität wirklich kollabierender Sterne. Echte Sterne rotieren. Echte Sterne sind klümpig, turbulent, unvollkommen. Sicher, dachten viele, würden diese Unvollkommenheiten uns vor der Unendlichkeit retten. Die Singularität würde sich als Gespenst erweisen, sichtbar nur für jene, die auf einer unrealistischen Reinheit bestanden. Diese Hoffnung war nicht müßig. Sie gründete in einer vernünftigen Intuition darüber,

9:12 wie die Natur sich verhält. Wir hatten zuvor gesehen, dass mathematische Extreme sich bei näherer Betrachtung manchmal auflösen. Die Ultraviolettkatastrophe der klassischen Physik, die unendliche Stahlung von heißen Körpern vorhersagte, wurde durch die Quantenmechanik aufgelöst. Die unendliche Selbstenergie des Elektrons in der klassischen Elektrodynamik fand ihre Bändigung in den Einormierungsverfahren der Quantenfeldtheorie. Vielleicht würde auch die Singularität ihre eigene Auflösung finden, ihre eigene quantenmechanische Rettung. Doch die 1960er Jahre brachten eine andere Art von Klarheit. Und mit ihr ein tieferes Unbehagen.

9:58 Roger Penrose bewies mit neuen mathematischen Werkzeugen von außerordentlicher Eleganz etwas, das sich nicht wegwünschen ließ. Unter sehr allgemeinen Bedingungen. die keine perfekte Symmetrie und keine idealisierte Einfachheit verlangten, muss der Gravitationskollaps eine Singularität erzeugen. Der Beweis stützte sich auf ein Konzept, das sie eine gefangene Fläche nannte. Eine zweidimensionale Grenze mit einer eigentümlichen und beunruhigenden Eigenschaft. Um eine gefangene Fläche zu verstehen, stellen Sie sich vor, Sie stehen auf einem Planeten, auf dem jede Richtung, in die Sie gehen, Sie tatsächlich bergab zum Zentrum führt. Selbst die Richtung, von der Sie sicher sind, dass sie bergauf und vom Zentrum wegführt. Die Geometrie

10:49 des Raumes selbst ist so gekippt, dass alle Zukunfte nach innen zeigen. Lichtstrahlen, die normalerweise nach außen auseinanderlaufen und Information aus einer kollabierenden Region hinaustragen würden, werden stattdessen von der Krümmung der Raumzeit nach innen gebogen. Selbst Licht, das schnellste im Universum, kann nicht entkommen.

11:11 Sobald eine solche Fläche entsteht, wird der Kollaps zur Singularität unvermeidlich. Die Schlussfolgerung war keine Frage der Wahl des einen Koordinatensystems gegenüber einem anderen. Sie war kein Trick der mathematischen Darstellung. Es war eine Aussage über die Geometrie der Raumzeit selbst. Stephen Hawking erweiterte diese Arbeit. Und er erweiterte damit unsere Unbehagen. Er zeigte, wenn wir Einsteins Gleichungen rückwärts in der Zeit laufen lassen und sie auf das gesamte Universum anwenden, kommen wir zu einem ähnlichen Schluss. Der Urknall selbst enthält eine Singularität. Die Zeit beginnt dort in gewissem Sinne. Oder zumindest beginnt dort unsere Fähigkeit, Zeit klassisch zu beschreiben.

12:01 Es gibt kein Davor. Nicht, weil wir es nicht sehen können, sondern weil der Begriff der zeitlichen Abfolge selbst an dieser Grenze seine Bedeutung verliert. Singularitäten sind also nicht bloß möglich. Sie sind, unserer besten klassischen Theorie zufolge, unvermeidlich. Sie lauern am Ende des Sternkollapses und am Anfang der kosmischen Expansion. Sie sind so fest in die Architektur der allgemeinen Relativitätstheorie eingebaut, wie elliptische Bahnen in die newtonische Mechanik.

12:36 Und hier beginnt die stille Furchtgestalt anzunehmen. Denn Singularitäten sind mehr als nur ein Versagen unserer Gleichungen. Sie sind ein Ort, an dem die Vorhersage selbst stirbt. Um zu verstehen, warum, müssen wir uns vorstellen, was es hieße, eine Singularität direkt zu sehen, ohne den schützenden Puffer, der sie normalerweise vor Blicken verbirgt.

13:01 Im Standardbild eines schwarzen Lochs ist die Singularität hinter einem Ereignishorizont verborgen. Jener Grenze, aus der nichts, nicht einmal Licht, ins äußere Universum entkommen kann. Der Horizont ist keine Fläche im materiellen Sinn. Er ist eine Eigenschaft der Geometrie. Ein Ort, an dem die Bahnen ausgehender Lichtstrahlen sich asymptotisch der Stillstellung nähern. Von außen können wir niemals beobachten, was an oder jenseits dieser Grenze geschieht. Die Singularität ist zensiert, dem kausalen Kontakt mit dem Rest des Universums entzogen. Wir wissen, dass sie da ist. So wie wir wissen, was in einem ungeöffneten Brief steht.

13:51 Aber wir können es nicht unmittelbar bezeugen. Doch was, wenn der Horizont entfernt werden könnte? Was, wenn durch einen kosmischen Unfall oder einen extremen Zustand eine Singularität dem Universum im Großen ausgesetzt würde? Das ist die nackte Singularität. Und es ist eine Aussicht, die die Grundfesten der Physik auf eine Weise erschüttert, wie es nur wenige andere Konzepte tun. Stellen Sie sich vor, Sie richten ein Teleskop auf einen Fleck am Himmel, an dem eine nackte Singularität freigelegt wurde. Sie könnten alles sehen. Eine Teetasse, einen Dinosaurier, einen Strom reiner Mathematik. Nicht weil diese Dinge wahrscheinlich sind, sondern weil der Begriff der Wahrscheinlichkeit dort keine Bedeutung hat.

14:47 Das Universum hat an diesem Punkt der Raumzeit keinen nächsten Moment, der aus dem Vorherrlichen folgt. An einer nackten Singularität würden die Gesetze der Physik, wie wir sie verstehen, schlicht aufhören, in irgendeiner vorhersagbaren Weise zu funktionieren. Die Gleichungen, die die Entwicklung physikalischer Systeme von Anfangsbedingungen zu künftigen Ergebnissen bestimmen, würden nicht nur am singulären Punkt selbst zusammenbrechen.

15:16 Sie würden in der gesamten kausalen Zukunft dieses Punktes zusammenbrechen. Wirkungen könnten ohne bestimmbare Ursachen auftreten. Information könnte aus dem Nichts erscheinen, unverbunden mit jedem früheren Zustand des Universums. Die Zukunft wäre nicht mehr durch die Vergangenheit bestimmt, nicht einmal im Prinzip. Das gesamte Gebäude der Physik als Vorhersagen der Wissenschaft würde einstürzen. Nicht weil uns Rechenleistung oder experimentelle Präzision fehlte, sondern weil die mathematische Struktur selbst eine Grenze erreicht hätte, jenseits derer sie nicht fortgesetzt werden kann. Das ist nicht bloß eine technische Unannehmlichkeit. Es ist eine metaphysische Katastrophe.

16:06 Physik ist in ihrem tiefsten Kern der Glaube, dass das Universum verstehbar ist. Dass bei hinreichender Kenntnis der Gegenwart die Zukunft bestimmt ist. Dieser Determinismus muss nicht von der starren, urwerkartigen Sorte sein. Die Quantenmechanik bringt echte Wahrscheinlichkeiten ins Bild. Aber selbst die Quantenmechanik arbeitet in einem Rahmen, in dem die möglichen Ergebnisse und ihre Wahrscheinlichkeiten von der Theorie präzise festgelegt werden. Eine nackte Singularität würde selbst diesen probabilistischen Determinismus verletzen. Sie würde echte Beliebigkeit ins Universum einführen. Regionen, aus denen schlechthin alles hervorgehen könnte, ohne jede Regel, die bestimmt, was oder wann. Erstmal diese Aussicht, die Roger

16:59 Penrose 1969 dazu führte, das vorzuschlagen, was er die Hypothese der kosmischen Zensur nannte. Der Name trägt ein gewisses literarisches Gewicht. Er beschwört das Bild eines Universums herauf, das weiß, was verborgen bleiben muss. Das seine Beobachter vor Anblicken schützt, die zu gefährlich sind, um sie zu ertragen. Doch Penroses Formulierung war präziser als diese Metapher nahelegt. Und bescheidener. Er behauptete nicht, bewiesen zu haben, dass nackte Singularitäten unmöglich sind.

17:37 Er schlug es als Vermutung vor. Als begründete, auf physikalischer Intuition beruhende Annahme. Als ein Bekenntnis zur Ordnung der Natur. Die starke Form der Hypothese, erhebt einen kühnen Anspruch. Die allgemeine Relativitätstheorie wird, angewandt auf physikalisch -realistische Anfangsbedingungen, niemals eine nackte Singularität hervorbringen. Die Natur, mit anderen Worten, findet immer einen Weg, ihre Singularitäten in Ereignishorizonte zu kleiden. Die schwache Form ist bescheidener, eher beobachtungsbezogen. Sie sagt nur, dass alle durch Gravitationskollaps erzeugten Singularitäten für entfernte Beobachter unsichtbar bleiben werden. Sie könnten existieren, diese nackten Singularitäten. Aber wir könnten

18:34 sie nie sehen. Wir könnten nie ihre kausalen Folgen erleiden. Das Universum könnte verbotene Zonen enthalten. Aber sie wären auf eine Weise verboten, die den Rest der Wirklichkeit vor ihrer Pathologie schützt. Benrose selbst betonte sorgfältig den Vermutungscharakter dieses Vorschlags. Er hatte kein Beweis und er wusste es. Was er hatte, war eine Überzeugung. Geboren aus der mathematischen Struktur der Theorie und aus einer tiefen Intuition darüber, wie physikalische Gesetze sich verhalten sollten. Das Universum, so schien er zu sagen, ist nicht bösartig. Es lockt uns nicht mit dem Versprechen des Verstehens, nur um dieses Versprechen im Moment der tiefsten Nachfrage zu zerflagen.

19:23 Es gibt eine Art kosmischen Anstand am Werk, eine Verpflichtung, verstehbar zu bleiben. Hier überschreitet die Hypothese ihre technischen Ursprünge und berührt etwas Philosophischeres. Die Hypothese der kosmischen Zensur ist nicht bloß eine Aussage über schwarze Löcher. Sie ist eine Aussage über die Erkennbarkeit des Universums.

19:47 Sie behauptet, dass es Grenzen dessen gibt, was wir beobachten können. Dass diese Grenzen aber so gesetzt sind, dass sie die Möglichkeit des Wissens selbst bewahren. Wir können nicht über den Ereignishorizont hinaussehen. Aber im Tausch für diese Begrenzung wird uns garantiert, dass das, was wir sehen können, gesetzmäßig bleibt.

20:13 Vorhersagbar bleibt, uns zum Verstehen offen bleibt. Die Jahrzehnte seit 1969 wurden zu einem großen Teil damit verbracht, diesen Glauben zu prüfen. Physiker haben nach Gegenbeispielen gesucht, nach Szenarien, in denen der kosmische Sensor beim Schlafen ertappt werden könnte, nach Fällen, in denen eine nackte Singularität durch den schützenden Schirm des Universums schlüpfen könnte. Einige dieser Suchen waren bemerkenswert kreativ. Sie tasteten die Ränder dessen ab, was die Mathematik erlaubt. Einer der bekanntesten Kandidaten stammt aus der Kern -Humann -Lösung. Der exakten Beschreibung eines rotierenden, elektrisch geladenen schwarzen Lochs. Die Gleichungen enthalten hier eine Überraschung.

21:07 Wenn die Rotation oder die Ladung im Verhältnis zur Masse groß genug wird, verschwindet der Ereignishorizont einfach. Die Mathematik beschreibt eine Singularität, die exponiert in der Raumzeit sitzt, ohne schützende Grenze, die das äußere Universum vor ihrem Einfluss abschirmt. Die Bedingung ist präzise. Wenn der Drehimpuls das Quadrat der Masse übersteigt, Oder wenn die Ladung einen ähnlichen kritischen Wert überschreitet, verschwindet der Horizont.

21:39 Und die Singularität steht nackt da. Das scheint eine klare Verletzung der kosmischen Zensur zu sein. Eine mathematische Demonstration, dass die Natur genau das hervorbringen kann, was die Hypothese verbietet. Aber es gibt einen physikalischen Haken. Und er ist erheblich. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, ein schwarzes Loch bis zum Zerreißpunkt in Rotation zu versetzen. Sie feuern ein hochenergetisches Teilchen darauf zu. Es streift den Horizont und fügt seinen Drehimpuls hinzu. Aber während das Teilchen hineinfällt, fügt es auch seine Masse hinzu. Der Horizont schwillt nach außen, gerade genug, um die Rotation aufzunehmen, ohne zu zerreißen. Es ist, als versuchte man einen Ballon zu überfüllen, der sich genau

22:35 in dem Maß ausdehnt, wie man Wasser hineingießt. Das Universum, so scheint es, hat das Spiel manipuliert. Im realen Universum erscheinen schwarze Löcher nicht fertig geformt, mit beliebigen Werten für Masse, Ladung und Rotation. Sie entstehen durch den Kollaps von Materie. Und der Prozess des Kollapses erlegt seine eigenen Beschränkungen auf. Wenn man versucht, ein schwarzes Loch durch Hinzufügen von Materie mit hohem Drehimpuls in schnellere Rotation zu versetzen, stellt man fest, dass die hinzugefügte Materie auch die Masse erhöht. Und zwar genau so, dass die Ungleichung erhalten bleibt. Der Horizont bleibt bestehen.

23:23 Ebenso sind schwarze Löcher in astrophysikalischen Umgebungen tendenziell elektrisch neutral. Entgegengesetzte Ladungen in der umgebenden Materie sind reichlich verfügbar und werden effizient angezogen, um jedes Ungleichgewicht auszugleichen. Die extremen Bedingungen, die für eine nackte Kern -Human Singularität nötig wären, scheinen durch keinen physikalisch plausiblen Prozess erreichbar zu sein. Weitere Gegenbeispiele sind aus der Untersuchung perfekt symmetrischer Kollaps -Szenarien hervorgegangen.

23:56 1933 entdeckte Matthew Choptwick durch numerische Simulationen ein bemerkenswertes Phänomen an der Grenze zwischen dem Kollaps zu einem schwarzen Loch und der Zerstreuung in den leeren Raum. Bei präzise abgestimmten kritischen Parametern erzeugt der Kollaps komplizierte selbstständige Strukturen. Und die Mathematik legt nahe, dass in diesen fein ausbalancierten Fällen nackte Singularitäten auftreten könnten. Aber die Betonung muss auf fein ausbalanciert liegen. Diese Szenarien erfordern eine exquisite Feinabstimmung der Anfangsbedingungen.

24:36 Eine Präzision, die in der chaotischen, unvollkommenen Umgebung eines realen astrophysikalischen Kollapses unerreichbar scheint. Der kosmische Zensor, so scheint es, verbietet nackte Singularitäten nicht absolut. Er macht sie so unwahrscheinlich, so abhängig von unrealistischer Idealisierung, dass sie für alle praktischen Zwecke ebenso gut verboten sein könnten. Die Suche nach Verletzungen geht weiter. Und zu ihr sind neue Beobachtungsinstrumente hinzugekommen, die zu Penroses Zeit unvorstellbar waren. Der Nachweis von Kavitationswellen durch LIGO und VIRGO hat ein Fenster zu den gewaltsamsten Prozessen im Universum geöffnet, einschließlich der Verschmelzung schwarzer Löcher. Im Prinzip könnte eine solche Verschmelzung eine momentane

25:31 Geometrie erzeugen, die so extrem ist, dass sie sich der Schwelle zur Bildung einer nackten Singularität nähert. Die Ausschwingphase, in der das neu entstandene schwarze Loch durch Abstrahlung von Gravitationswellen in seinen Endzustand übergeht, trägt kodierte Information über die Natur des Horizonts in sich.

25:51 Hätte der Horizont sich nicht gebildet, wäre die Singularität momentan exponiert gewesen. Dann trüge die Gravitationswellensignatur den Abdruck dieser Katastrophe. Bislang wurde kein solcher Abdruck gefunden. Jede bisher beobachtete Verschmelzung hat ein konventionelles schwarzes Loch hervorgebracht. Vollständig mit Ereignishorizont.

26:17 Vollständig mit der schützenden Zensur, die Penrose vermutete. Einige supermassereiche schwarze Löcher, besonders jene in den Zentren von Galaxien, rotieren mit bemerkenswerter Geschwindigkeit. Messungen der Röntgenstrahlung aus den inneren Akkretionsscheiben erlauben es Astronomen, den Spinnparameter abzuleiten.

26:41 Einige dieser Ungeheuer nähern sich Werten von 0, 9 oder höher, wobei 1 ,0 das theoretische Maximum darstellt. Sie drücken gegen die Grenze. Sie tanzen nahe an dem Limit, an dem der Horizont verschwinden würde, aber keines hat es überschritten. Der kosmische Sensor hält Stand, zumindest in den Bereichen, die wir beobachten können. Diese Beständigkeit der Zensur über so viele verschiedene physikalische Kontexte und Beobachtungszugänge hinweg beginnt sich weniger wie ein Zufall anzufühlen und mehr wie ein Prinzip. Aber ein Prinzip wovon?

27:22 Hier vertieft sich die Hypothese zu einer der tiefgreifendsten Fragen der zeitgenössischen Physik. Was ist eine Singularität wirklich? Die klassische Antwort der allgemeinen Relativitätstheorie lautet, sie ist ein Punkt unendlicher Dichte. Ein Ort, an dem die Krümmung der Raumzeit unbegrenzt wird. Aber diese Antwort trägt die Keime ihrer eigenen Zerstörung in sich. Unendlichkeit in einer physikalischen Theorie ist kein Triumph, sondern eine Warnung. Sie ist die Art der Theorie, uns zu sagen, dass sie die Grenze ihrer eigenen Gültigkeit erreicht hat. Das neue Physik übernehmen muss. Die meisten Physiker glauben, dass Singularitäten in keinem endgültigen Sinn real sind. Sie sind vielmehr Symptome der Unvollständigkeit der allgemeinen

28:15 Relativitätstheorie. Die Theorie funktioniert großartig über einen enormen Bereich von Skalen. Vom Labor bis zum Sonnensystem, bis zum kosmologischen. Aber unter den extremen Bedingungen nahe einer Singularität, wo die Dichten sich der Planck Skala nähern und Quanteneffekte dominieren müssen, kann die allgemeine Relativitätstheorie nicht das letzte Wort sein. Sie ist eine Näherung, ein Grenzfall einer tieferen Theorie, die wir noch nicht vollständig konstruiert haben. Diese tiefere Theorie, die Quantengravitation verspricht, die Singularitäten aufzulösen, die die klassische Beschreibung plagen. In der Schleifenquantengravitation legen Berechnungen nahe, dass die Singularität im Zentrum eines schwarzen Lochs durch einen

29:10 Quantenrückprall ersetzt wird. Einen Übergang zu einer neuen Region der Raumzeit, in der die Krümmung endlich bleibt. Das Unendliche wird gebändigt durch die diskrete körnige Struktur des Raumes selbst auf den kleinsten Skalen. In der Strengtheorie verschmiert die fundamentale ausgedehnte Natur der Grundobjekte die punktförmigen Energiekonzentrationen, die in der klassischen Theorie singuläres Verhalten erzeugen. Der eindimensionale String kann nicht zu einem wahren Punkt zusammengedrückt werden. Und diese Ausdehnung liefert einen natürlichen Abschneidepunkt, der die Divergenz verhindert.

29:55 Wenn Singularitäten tatsächlich durch die Quantengravitation aufgelöst werden, dann nimmt die Hypothese der kosmischen Zensur einen anderen Charakter an. Sie wird nicht zu einem fundamentalen Gesetz, sondern zu einem vorläufigen. Zu einer Aussage über das effektive Verhalten einer klassischen Theorie, von der wir wissen, dass sie unvollständig ist. Die Zensur wäre eine Folge der Tatsache, dass Quanteneffekte eingreifen, bevor sich eine echte Singularität bilden kann. Oder dass die Quantenauflösung der Singularität genau die Pathologie beseitigt, vor der die Zensur schützen sollte.

30:37 Diese Perspektive verbindet die Hypothese der kosmischen Zensur mit einem der tiefsten Programme der theoretischen Physik. Der Suche nach einer Theorie, die Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie vereinigt. In dieser Suche ist die Singularität nicht bloß ein zu vermeidendes Problem, sondern ein Leuchtfeuer. Ein Signal dafür, wo unser Verständnis versagt und neue Struktur gefunden werden muss.

31:06 Der kosmische Sensor versteckt in dieser Sicht die Wahrheit nicht vor uns. Er weist uns auf sie hin. Er sagt uns, dass die klassische Beschreibung weichen muss. Es gibt eine faszinierende Wette, die die Unsicherheit und den Einsatz dieser Frage einfängt. In den 1990er Jahren wetteten Kip Thorne und John Preskill gegen Stephen Hawking, dass nackte Singularitäten existieren könnten. Hawking verteidigte die Hypothese der kosmischen Zensur.

31:38 Die Wette wurde nie offiziell entschieden. Auch weil die Frage selbst sich als subtiler erwies, als die binäre Formulierung zuließ. Hawking selbst räumte später ein, dass Verletzungen der starken Form der Zensur in bestimmten idealisierten Szenarien möglich sein könnten. Er hielt aber an der schwächeren beobachtungsbezogenen Version fest. Die Wette steht als Erinnerung daran, dass selbst unter den brillantesten Fachleuten Die Frage offen bleibt. Die Belege sind mehrdeutig. Die Intuitionen sind geteilt. Die Hypothese der kosmischen Zensur berührt auch ein weiteres der großen Rätsel der Physik, schwarzer Löcher. Das Informationsparadoxon.

32:28 Wenn Materie in ein schwarzes Loch fällt, scheint die Quanteninformation, die sie trägt, für das äußere Universum verloren zu gehen. Das verletzt ein fundamentales Prinzip der Quantenmechanik. Die Hawking -Strahlung, die thermische Emission vom Horizont eines schwarzen Lochs, scheint keine Information darüber zu tragen, was hineingefallen ist. Das schwarze Loch verdampft schießlich und mit ihm scheint die Information zu verschwinden.

32:59 Das ist schlimm genug. Aber wenn nackte Singularitäten möglich wären, würde das Informationsproblem noch schlimmer. Nicht nur könnte Information verloren gehen. Beliebige, unvorhersagbare Information könnte aus der Singularität hervorgehen und den Quantenzustand des äußeren Universums auf eine Weise korrumpieren, die selbst die probabilistische Vorhersagbarkeit der Quantentheorie verletzt.

33:26 Der kosmische Sensor verhindert, indem er Singularitäten hinter Horizonten verbirgt, diese zusätzliche Katastrophe. Die Information mag verloren sein, aber zumindest kehrt sie nicht als zufälliges Rauschen zurück. Die Hypothese hat auch Auswirkungen auf die Kausalstruktur der Raumzeit, die über die unmittelbare Umgebung schwarzer Löcher hinausreichen.

33:52 In der allgemeinen Relativitätstheorie bestimmt die Geometrie, welche Ereignisse welche anderen Ereignisse beeinflussen können. Lichtkegel definieren die möglichen Pfade von Ursache und Wirkung. Und die globale Anordnung dieser Lichtkegel bestimmt die kausale Ordnung des Universums. Eine nackte Singularität könnte diese Ordnung stören. Sie könnte geschlossene, zeitartige Kurven erzeugen.

34:20 Pfade, die in der Zeit auf sich selbst zurückschleifen. Das ist der Stoff der Paradoxa der Science Fiction. Die Großvaterschleifen, die die Logik selbst zu verletzen scheinen. Ob solche Kurven wirklich paradox sind oder lediglich ein raffinierteres Verständnis von Kausalität erfordern, ist urstritten.

34:41 Aber die Hypothese der kosmischen Zensurwürde, indem sie nackte Singularitäten verhindert, auch diesen besonderen Weg zur zeitlichen Selbstbezüglichkeit verhindern. In jüngerer Zeit sind Verbindungen zwischen der kosmischen Zensur und den tiefen Strukturen der Quantengravitation aufgetaucht. Verbindungen, die unvorstellbar waren, als Penrose seine Vermutung erstmals formulierte. Das holographische Prinzip und seine präzise Realisierung in der Arz -EFTF -Korrespondenz legen nahe, dass Gravitationsphysik in einem höherdimensionalen Raum äquivalent zu einer Quantenfeldtheorie am Rand dieses Haumes ist. In diesem Rahmen scheint die Konsistenz der Handtheorie zu verlangen, dass die Gravitationstheorie

35:29 im Inneren so etwas wie kosmische Zensur respektiert. Verletzungen würden Pathologien in der Feldtheorie entsprechen. Inkonsistenzen, die die quantenmechanische Struktur nicht tolerieren kann. Die Zensur ist aus dieser Perspektive keine ad hoc hinzugefügte Ergänzung zur Gravitationsphysik. Sie ist eine Folge ihrer quantenmechanischen Grundlagen. Das ist eine tiefgreifende Verschiebung der Perspektive.

35:59 Sie legt nahe, dass der kosmische Zensor kein Wächter ist, der außerhalb der Gesetze der Physik steht und von außen Ordnung auferlegt. Vielmehr geht die Zensur aus der inneren Konsistenz der Theorie selbst hervor. Aus der Anforderung, dass Quantenmechanik und Gravitation zu einem kohärenten Ganzen zusammenpassen. Das Universum schützt seine Vorhersagbarkeit nicht durch Erlass, sondern durch die tiefere Logik seiner eigenen Struktur.

36:30 Doch die Frage bleibt. Und es ist eine Frage, die über die Physik hinaus in die Wissenschaftsphilosophie und in die Natur der Erklärung selbst reicht. Warum sollte das Universum verstehbar sein? Warum sollte es sich so strukturieren, dass die Möglichkeit von Vorhersage von Gesetz, von Verstehen bewahrt bleibt. Die Hypothese der kosmischen Zensur ist in ihrer ehrgeizigsten Deutung eine Antwort auf diese Frage. Sie sagt, dass das Universum nicht bloß geordnet ist, sondern selbstschützend geordnet.

37:05 Dass es in seinen eigenen Gesetzen eine Garantie für deren eigene Anwendbarkeit enthält. Das ist ein bemerkenswerter Anspruch. Und er sitzt unbequem neben unserem üblichen Bild des physikalischen Gesetzes. Wir neigen dazu, Gesetze als Beschreibungen dessen zu denken, was geschieht. Nicht als Vorschriften dafür, was geschehen muss, um die Möglichkeit der Beschreibung zu bewahren. Die Hypothese der kosmischen Zensur verwischt diese Unterfeilung.

37:37 Sie legt nahe, dass das Universum nicht nur Regelmäßigkeiten hat, sondern Meta -Regelmäßigkeiten. Reden darüber, welche Arten von Unregelmäßigkeiten existieren können und wie sie eingedämmt werden müssen. Ob diese Deutung richtig ist, ob die Hypothese der kosmischen Zensur letztlich als Theorem bewiesen, durch ein Gegenbeispiel widerlegt oder durch die tieferen Einsichten der Quantenkavitation aufgelöst wird, bleibt abzuwarten. Klar ist, dass die Hypothese außerordentlich produktiv gewesen ist, das sie über mehr als fünf Jahrzehnte Forschung geleitet und Denken angeregt hat. Sie hat zu neuen mathematischen Techniken geführt, zu neuen Beobachtungsprogrammen, zu neuen Verbindungen zwischen Gravitation und Quantenmechanik. Sie

38:31 hat uns gezwungen, uns den Grenzen unserer Theorien und der Natur des physikalischen Gesetzes selbst zu stellen. Schwoger Penrose erhielt 2020 den Nobelpreis für Physik. Teilweise für seine Arbeit über schwarze Löcher und die Hypothese der kosmischen Zensur. Die Anerkennung war angemessen. Nicht, weil die Hypothese abgeschlossene Wissenschaft ist, sondern weil sie Wissenschaft in ihrer kreativsten und tiefgründigsten Form darstellt. Die Identifikation einer tiefen Frage, wo andere nur technische Schwierigkeiten gesehen hatten. Die Formulierung eines Prinzips, das selbst in seiner Unsicherheit erhält. Die Öffnung eines Weges, dem Generationen von Forschenden zu einem besseren Verständnis des Universums gefolgt sind. Wir leben, wie die

39:27 ursprüngliche Quelle uns erinnert, an einem eigentümlichen Ort. Unsere Erde ist weit entfernt von den extremen Gravitationsfeldern, in denen Ereignishorizonte entstehen und Singularitäten lauern. Die Raumzeit um uns herum ist nahezu flach, nahezu newtonsch, nahezu einfach. Die Gesetze der Physik sind hier vorhersagbar, verlässlich, sanft genug, um die Entstehung von Leben zu erlauben. Von Bewusstsein.

40:00 Von der Fähigkeit, über schwarze Löcher und Quantengravitation zu staunen. Die Hypothese der kosmischen Zensur legt nahe, dass diese Sanftheit nicht zufällig ist. Dass die gewaltsamsten Regionen des Universums abgeschirmt sind. Verborgen. Eingedämmt auf eine Weise, die es dem Rest der Wirklichkeit erlaubt, in geordneter Weise fortzuschreiten. Es liegt etwas beinahe Beschützendes in diesem Bild. Etwas, das mit unseren tiefsten Intuitionen über Heimat und Sicherheit in Resonanz steht. Das Universum hat seine Geheimnisse. Seine Orte, an denen das Verstehen versagt und die bekannten Gesetze zusammenbrechen.

40:47 Aber diese Orte dürfen den Rest der Wirklichkeit nicht infizieren. Sie sind in Horizonte gehüllt. Dem kausalen Kontakt entzogen. Bewahrt als Fragen, statt zugelassen zu werden als zerstörerische Antworten. Uns bleibt die Möglichkeit des Wissens. Das Versprechen, dass das Universum innerhalb der Grenzen, die es der Beobachtung setzt, verstehbar bleibt. Das ist das Geschenk der Hypothese der kosmischen Zensur, ob sie sich nun letztlich als wahr oder falsch erweist. Sie erinnert uns daran, dass die Frage, was wir wissen können, untrennbar mit der Frage verbunden ist, wie das Universum strukturiert ist. Sie sagt uns, dass die Grenzen der Beobachtung nicht bloß praktische Unannehmlichkeiten sind. Sie könnten fundamentale

41:39 Merkmale des physikalischen Gesetzes sein. Schutzmechanismen, eingebaut in die Architektur der Wirklichkeit selbst. Und sie hinterlässt uns eine tiefe, stille Hoffnung. Dass das Universum bei all seinen Geheimnissen im Gonda auf der Seite des Verstehens steht. Dass es seine tiefsten Geheimnisse nur verbirgt, um die Möglichkeit des Wissens überall sonst zu bewahren. Irgendwo in der Dunkelheit jenseits unseres Sonnensystems rotiert ein schwarzes Loch.

42:11 Wir können es nicht direkt sehen. Aber wir messen seinen Einfluss auf die Sterne um es herum. Auf das Gas, das nach innen fällt. Auf das Gewebe der Raumzeit selbst. Es ist ein Ort der Gewalt jenseits des Vorstellbaren. Und doch ist es auch ein Ort der Ordnung, des Gesetzes, einer so präzisen Geometrie, dass wir seine Eigenschaften aus Gleichungen vorhersagen können, die in einem stillen Zimmer niedergeschrieben wurden. Der Ereignishorizont umgibt es, geduldig und absolut. und hält das Chaos im Inneren. Und hier in unserem eigenen stillen Zimmer hören wir weiter zu. Wir denken weiter. Wir vertrauen weiter darauf, dass der nächste Moment aus diesen Folgen wird, auf Weisen, die wir verstehen können. Die Nacht ist tief.

43:03 Die Sterne sind fern. Die Geometrie hält.