Die überraschende Wendung der Stringtheorie: Schwarze Löcher könnten Defekte in der Raumzeit sein

Von Paul M. Sutter, Universe Today, 17. Mai 2023

Ein Team theoretischer Physiker hat mithilfe der Stringtheorie eine neue Struktur in der Raumzeit entdeckt, die als „topologisches Soliton“ bekannt ist. Für außenstehende Beobachter erscheinen diese Strukturen wie schwarze Löcher, in Wirklichkeit handelt es sich jedoch um Defekte im Gefüge des Universums, ohne jegliche Materie oder Kräfte.

Theoretische Physiker haben eine neue Raum-Zeit-Struktur namens „topologisches Soliton“ entdeckt. Für entfernte Beobachter ähneln diese Strukturen schwarzen Löchern, in Wirklichkeit sind sie Defekte im Gefüge des Universums, denen ein Ereignishorizont fehlt. Dieser Befund könnte möglicherweise zur Validierung der Stringtheorie beitragen, obwohl er derzeit noch unbewiesen ist.

Ein Team theoretischer Physiker hat eine seltsame Struktur in der Raumzeit entdeckt, die für einen Außenstehenden genau wie ein Schwarzes Loch aussehen würde, bei näherer Betrachtung aber alles andere als defekt wäre: Es wären Defekte im Gefüge des Universums.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt die Existenz von Schwarzen Löchern voraus, die beim Kollaps riesiger Sterne entstehen. Aber dieselbe Theorie sagt voraus, dass ihre Zentren Singularitäten sind, also Punkte unendlicher Dichte. Da wir wissen, dass es im Universum tatsächlich keine unendlichen Dichten geben kann, werten wir dies als Zeichen dafür, dass Einsteins Theorie unvollständig ist. Aber nach fast einem Jahrhundert der Suche nach Erweiterungen haben wir noch keine bessere Theorie der Schwerkraft bestätigt.

Künstleransicht eines binären Schwarzen-Loch-Systems. Bildnachweis: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Aber wir haben Kandidaten, einschließlich der Stringtheorie. In der Stringtheorie sind alle Teilchen des Universums tatsächlich mikroskopisch kleine vibrierende Saitenschleifen. Um die große Vielfalt an Teilchen und Kräften zu unterstützen, die wir im Universum beobachten, können diese Saiten nicht nur in unseren drei Raumdimensionen schwingen. Stattdessen muss es zusätzliche räumliche Dimensionen geben, die zu Mannigfaltigkeiten zusammengerollt sind, die so klein sind, dass sie der alltäglichen Aufmerksamkeit und dem Experimentieren entgehen.

Diese exotische Struktur in der Raumzeit gab einem Forscherteam die Werkzeuge, die sie brauchten, um eine neue Klasse von Objekten zu identifizieren, etwas, das sie ein topologisches Soliton nennen. Bei ihrer Analyse stellten sie fest, dass es sich bei diesen topologischen Solitonen um stabile Defekte in der Raumzeit selbst handelt. Sie erfordern keine Materie oder andere Kräfte, um zu existieren – sie sind für das Raum-Zeit-Gefüge so natürlich wie Risse im Eis.

Die Forscher untersuchten diese Solitonen, indem sie das Verhalten von Licht untersuchten, das in ihrer Nähe passieren würde. Da es sich um Objekte mit extremer Raumzeit handelt, krümmen sie Raum und Zeit um sich herum, was sich auf den Weg des Lichts auswirkt. Für einen entfernten Beobachter würden diese Solitonen genau so erscheinen, wie wir das Auftreten von Schwarzen Löchern vorhersagen. Sie hätten Schatten, Lichtringe, die Werke. Bilder des Event Horizon Telescope und erkannte Gravitationswellensignaturen würden sich alle gleich verhalten.

It’s only once you got close would you realize that you are not looking at a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> schwarzes Loch. Eines der Hauptmerkmale eines Schwarzen Lochs ist sein Ereignishorizont, eine imaginäre Oberfläche, der man, wenn man sie überqueren würde, nicht entkommen könnte. Topologische Solitonen weisen keine Ereignishorizonte auf, da sie keine Singularitäten sind. Sie könnten also im Prinzip zu einem Soliton gehen und es in der Hand halten, vorausgesetzt, Sie haben die Begegnung überlebt.

Diese topologischen Solitonen sind ein unglaublich hypothetisches Objekt, basierend auf unserem Verständnis der Stringtheorie, das sich noch nicht als brauchbare Aktualisierung unseres Verständnisses der Physik erwiesen hat. Allerdings dienen diese exotischen Objekte als wichtige Teststudien. Wenn die Forscher einen wichtigen Beobachtungsunterschied zwischen topologischen Solitonen und traditionellen Schwarzen Löchern entdecken können, könnte dies den Weg ebnen, die Stringtheorie selbst zu testen.

Adaptiert aus einem Artikel, der ursprünglich auf Universe Today veröffentlicht wurde.