Nicholas Warner wil uitzoeken hoe materie zich gedraagt ​​aan de meest extreme grens van het universum. waarschuwer, hoogleraar natuurkunde en astronomie en wiskunde aan USC Dornsife, ontving onlangs een prestigieuze subsidie ​​van de European Research Council om een ​​probleem te bestuderen dat voor het eerst werd onthuld door Stephen Hawking:de informatieparadox van het zwarte gat.

Dus wat is deze paradox precies?

Zwarte gaten worden gedefinieerd door hun immense zwaartekrachtvelden - velden die krachtig genoeg zijn om zowel licht als materie op te vangen. Deze zaak bevat informatie, zoals de samenstelling, massa en positie. Sinds zwarte gaten op zichzelf instorten, alles wordt zo gecomprimeerd dat het moderne begrip van de natuurkunde ook instort.

"De eenvoudigste manier om het te beschrijven, " zegt Warner, "is dat een van de eigenschappen van zwarte gaten is dat als er dingen in zitten, ze zijn van buitenaf karakterloos. Dus als je een zwart gat maakt, je hebt in wezen van buitenaf alle informatie gewist over hoe je het hebt gemaakt."

Volgens de huidige wetten van de fysica, deze informatie moet altijd worden bewaard, zelfs als ze gevangen zitten in deze zwarte gaten. In 1980, Stephen Hawking realiseerde zich, echter, dat omdat zwarte gaten een temperatuur hebben, ze moeten na verloop van tijd verdampen door een proces dat bekend staat als Hawking-straling. Dit proces zou de informatie vernietigen die het zwarte gat heeft bewaard. Deze discrepantie wordt de informatieparadox van het zwarte gat genoemd.

Warner vergelijkt het probleem met forensische wetenschap:proberen een plaats delict te reconstrueren op basis van bloedspatten en vingerafdrukken. De vorming en verdamping van een zwart gat wist alles van de plaats delict, maar dit is verboden door de kwantummechanica. Dit probleem bestaat al zo'n 40 jaar, en Warner begon er in 2007 aan te werken:hij gebruikt snaartheorie om de verborgen kwantumstructuur van zwarte gaten te ontdekken.

Stop bij de horizon

Nutsvoorzieningen, de nieuwe vijfjarige ERC Advanced-beurs stelt Warner in staat te werken aan het Institut de Physique Théorique in de buurt van Parijs, puzzelen over de kwantumstructuur van zwarte gaten en het terugwinnen van informatie. Vanaf januari 2019, hij zal drie van de komende vijf jaar in Frankrijk doorbrengen, met de andere jaren bij USC Dornsife.

Warner erkent hoe ondersteunend USC zijn werk is geweest, zowel in Californië als in Europa. "Ik beschouw het feit dat ik dit kan gaan doen als de zoveelste manifestatie van de zeer krachtige steun die ze me hebben gegeven, " hij zegt.

Het doel van zijn project is om geometrieën van microstaten te onderzoeken, die qua eigenschappen identiek zijn aan zwarte gaten, behalve dat geometrieën van microstaten geen horizon hebben (de grens waarbij licht niet langer kan ontsnappen aan de zwaartekrachtseffecten van het zwarte gat). In plaats daarvan, microstaatgeometrieën gebruiken snaartheorie en veldtheorie en stoppen de onvermijdelijke ineenstorting van het zwarte gat aan de horizon, het behoud van de informatie die is opgeslagen in het zwarte gat. Warner is van plan te bestuderen hoe de ingesloten materie en straling transformeert in microstaatgeometrieën en opnieuw wordt uitgezonden vanaf het oppervlak van het zwarte gat.

Andere natuurkundigen werken aan verschillende delen van de informatieparadox van het zwarte gat, verschillende benaderingen gebruiken. Warner zegt dat het een beetje aanvoelt als de oude parabel van de blinde mannen en de olifant. In het verhaal, zes blinde mannen staan ​​naast een olifant, proberen te onderscheiden wat ze aanraken. Men raakt de zijkant aan en zegt dat het een muur is; een ander raakt de slurf van het dier aan en zegt dat het een poot is.

"Iedereen heeft een stukje van het ding, en ze extrapoleren op basis van wat ze kunnen detecteren en analyseren, ", zegt Warner. Dat is niet anders dan de verschillende benaderingen om de informatieparadox van het zwarte gat op te lossen. "De andere mensen die hieraan werken, zijn echt slim, maar ik denk dat we een groot deel van de puzzel in onze aanpak hebben, " hij zegt.

Hawking:vriend en mentor

Hawking, de vermaarde theoretisch fysicus, was Warner's scriptieadviseur aan de Universiteit van Cambridge, waar Warner zijn Ph.D. in natuurkunde en wiskunde in 1982. De twee mannen bleven door de jaren heen in contact, en Warner was een van de 500 mensen die de begrafenis van Hawking op 31 maart bijwoonden. Hij is ook uitgenodigd voor de openbare herdenking en begrafenis op 15 juni in Westminster Abbey, waar Hawking zal worden begraven naast Isaac Newton en Charles Darwin.

Terwijl hij de kamer rondkeek tijdens de begrafenis, Warner had een besef. "In principe werkt elke wetenschapper op de een of andere manier aan dit specifieke probleem, in een of andere vorm, die Stephen daar in 1980 uitbracht.

"Het is een grote uitdaging, "zegt Warner. "Ik denk dat dat zijn grootste erfenis is, dat hij dit probleem heeft ontdekt en we proberen er nog steeds achter te komen."