Maandag 13/07/2020

Astronomie

Zwarte gaten zijn eigenlijk helemaal plat

Computertekening van een zwart gat.Beeld NASA/JPL-Caltech

Zwarte gaten zijn een soort hologrammen. Met dat inzicht hopen fysici antwoord te geven op de diepste vraag die je over onze werkelijkheid kunt stellen: waaruit bestaat alles eigenlijk?

Hoewel een hologram oogt alsof je het kunt vastpakken, ontstaat het in werkelijkheid door een vernuftig samenspel van licht dat schijnt op een plat vlak. Met andere woorden: hologrammen zien er driedimensionaal uit maar zijn eigenlijk tweedimensionaal. Net zoiets geldt voor zwarte gaten, de allesverslindende kosmische monsters die zo zwaar zijn dat niets, zelfs het licht niet, aan hun zwaartekracht kan ontsnappen. Dat schrijft een groep theoretisch natuurkundigen in het vakblad Physical Review X

Hoewel zwarte gaten eruitzien als een bol, kun je – net als bij een hologram – hun eigenschappen beschrijven door te kijken naar iets met een dimensie minder, in dit geval het oppervlak. Dat idee staat in de natuurkunde al langer bekend als het ‘holografisch principe’ en is gebaseerd op theorieën van beroemde fysici als Stephen Hawking en de Nederlandse Nobelprijswinnaar Gerard ’t Hooft. In Physical Review X leveren de onderzoekers nu het wiskundig bewijs dat dat principe inderdaad klopt.

Rekenen met het oppervlak

Daarbij bekeken ze of je een belangrijke eigenschap – het aantal manieren waarop je een zwart gat kunt opbouwen – kunt bepalen op basis van alleen het oppervlak. “De onderzoekers laten zien dat dat mogelijk is voor een brede klasse zwarte gaten”, zegt mathematisch natuurkundige Marcel Vonk van de Universiteit van Amsterdam. “Dat is in dit vakgebied een belangrijke stap voorwaarts.”

Vooruitlopend op de officiële publicatie plaatsten de onderzoekers hun resultaat als voorpublicatie op internet, zodat vakgenoten er alvast mee aan de haal konden gaan. “Het resultaat is sindsdien tientallen keren door vakgenoten gebruikt in vervolgonderzoek”, zegt Vonk.

Overigens betekent de uitkomst niet dat zwarte gaten letterlijk hetzelfde zijn als hologrammen. Waar je bijvoorbeeld gerust je hand door een hologram kunt vegen, is het voorlopig niet aan te raden je hand in een zwart gat te steken. Wel is de overeenkomst meer dan alleen een wiskundig trucje, zegt Vonk. “Het lijkt er echt op dat de informatie – bits, nullen en enen – van een zwart gat alleen van het oppervlak afhangt, niet van het binnenste.”

Dat is van belang omdat bits een belangrijke kandidaat zijn voor de ultieme bouwsteen van de werkelijkheid. De afgelopen decennia plukten fysici onze realiteit laag voor laag uiteen, als een soort kosmische matroesjka-pop. Waar eerst deeltjes – atomen, protonen, quarks – de kleinste bouwsteentjes leken, is men nu via een aantal tussenstappen bij bits terechtgekomen. De centrale rol die ze lijken te spelen in zwarte gaten, is een belangrijk argument voor die conclusie.

Informatiedichtheid

“Als je een computer hebt en je stopt daar steeds meer bits in, dan zit die op een gegeven moment vol”, zegt Vonk. Niet door een technische beperking, maar vanwege een fundamentele eigenschap van de natuur. Stop er dan nog één extra bit informatie in, en de boel stort direct ineen tot een zwart gat. Met andere woorden: zwarte gaten hebben de hoogst mogelijke informatiedichtheid die moeder natuur toelaat. Ze bevatten de absolute maximale hoeveelheid informatie die je in een volume kunt proppen. 

Wie tóch meer informatie in zo’n zwart gat gooit, zorgt ervoor dat deze groter groeit. “En dat blijkt te vergroten met het oppervlak, niet met het volume”, zegt Vonk. “Opnieuw een teken dat zwarte gaten zich dus echt gedragen als hologrammen.”

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234