Firewall-Paradoxon

Das Firewall-Paradoxon wurde 2012 von Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski und James Sully (AMPS) formuliert. Es verschärft das Informationsparadoxon zu einem Trilemma: Drei fundamentale Prinzipien der Physik können nicht gleichzeitig wahr sein.

Die drei Prinzipien sind: Erstens, Information geht nicht verloren (Unitarität der Quantenmechanik). Zweitens, ein Beobachter, der den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs überquert, bemerkt lokal nichts Besonderes (Äquivalenzprinzip der allgemeinen Relativitätstheorie). Drittens, die Physik außerhalb des Schwarzen Lochs lässt sich mit Quantenfeldtheorie beschreiben.

Wenn Information erhalten bleibt, muss die Hawking-Strahlung mit dem Inneren des Schwarzen Lochs quantenmechanisch verschränkt sein. Aber die ausgehende Strahlung ist auch mit früherer Strahlung verschränkt. Die Quantenmechanik verbietet, dass ein Teilchen gleichzeitig mit zwei verschiedenen Systemen maximal verschränkt ist (Monogamie der Verschränkung). Löst man diesen Widerspruch, entsteht am Horizont eine Wand aus hochenergetischer Strahlung: die Firewall.

Die Firewall würde alles verbrennen, was den Horizont überquert, was dem Äquivalenzprinzip widerspricht. Einstein sagte vorher, dass ein frei fallender Beobachter den Horizont problemlos passieren kann. Das Paradoxon zwingt Physiker, mindestens eines der drei Grundprinzipien aufzugeben.

Juan Maldacena und Leonard Susskind schlugen 2013 mit ER=EPR eine mögliche Lösung vor: Quantenverschränkung und Wurmlöcher könnten dasselbe Phänomen sein, was die widersprüchlichen Verschränkungen auflösen könnte.

Das Trilemma des Firewall-Paradoxons hat eine weitere Interpretationsoption, die AMPS nicht vollständig ausschlossen: Vielleicht ist die Beschreibung des Inneren eines Schwarzen Lochs aus externer Perspektive grundsätzlich unzugänglich, und das scheinbare Paradoxon entsteht nur, weil wir versuchen, interne und externe Sichtweisen gleichzeitig in einer konsistenten Beschreibung zu vereinen. Susskind nennt das Schwarze-Loch-Komplementarität: Kein einzelner Beobachter kann je beide Aspekte zugleich messen, also gibt es keinen echten Widerspruch, sondern nur zwei komplementäre Beschreibungen.

Für die Raumfahrt hat das Paradoxon zunächst keine praktischen Folgen, Schwarze Löcher sind zu weit entfernt. Aber für das theoretische Fundament der Physik ist es zentral: Es zeigt, dass unsere Grundkonzepte von Raum, Zeit und Information an Grenzen stoßen, die wir noch nicht überwinden können. Die Science-Fiction hat diese Spannung frühzeitig aufgegriffen. In Alastair Reynolds 'House of Suns' und Greg Egans 'Diaspora' werden Schwarze Löcher als Orte behandelt, an denen physikalische Gesetze in Frage stehen.