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[quote="TomS"][quote="antaris"]Genau daraus hat sich unsere Streitigkeit manifestiert.[/quote] Nein. Verstehst du es immer noch nicht?! [quote="antaris"]Sorry aber du übersiehst …[/quote] Nein. Ich habe nach Hinweisen auf den von mir wiederholt angesprochenen offenen Punkt gesucht jedoch nichts gefunden. Zitiere doch bitte du die entsprechende Stelle, wo sie dies auflöst. In der Arbeit aus 2015 diskutiert sie dies nicht.[/quote]
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Aruna
Verfasst am: 18. Jun 2025 07:33
Titel:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Vorschlag: Lass uns zunächst das Thema „Verschränkung verstehen“ aufarbeiten und anschließend – falls es passt – die möglichen Lösungen mithilfe der Entanglement Islands diskutieren. Über Bianconi/Verlinde bzw. entropische Gravitation können wir gern später gesondert sprechen aber da müsste Bianconi aber dazu wären erst noch neue Arbeiten ihrerseits nötig und im Moment steht ihr Ansatz auch für mich nicht im Vordergrund.
Wäre das für dich in Ordnung? Falls du andere Prioritäten hast, sag gern Bescheid, dann schließe ich mich dir gerne an.
Ich bin ein Freund von strukturiertem Vorgehen, und finde die Vermischung von Themen suboptimal. daher habe ich das Thema hier ausgekoppelt, da Du ja selbst sagst, dass Du erstmal nicht über entropische Gravitation sprechen willst.
Ich hab dazu einen eigenen Thread aufgemacht:
https://www.physikerboard.de/topic,71115,-schwarze-loecher-und-quanteninformation%2C-hawkingstrahlung%3B-ve.html
antaris
Verfasst am: 17. Jun 2025 20:00
Titel:
Hier das Python-Script erweitert, sodass die Page-Curve gemäß des Modells
Entanglement islands and the Page curve of Hawking radiation for rotating Kerr black holes
geplottet wird.
Ich habe das auf 50 Qubits und 115 Schritte angewendet. im Anhang nur die Page-Curve und das animierte GIF. Es funktioniert aber genauso gut mit 10 Quibits und 15 Schritte. Bei beiden reichen die Schritte, damit ein einziger verschränkter Cluster resultiert. Die Page-Curve ist identisch zur FIG. 1 in der Arbeit.
Code:
# Entanglement-billiard demo (n = 10)
# --------------------------------------
# A *pedagogical* simulation showing how pair‑wise "collisions" between
# quantum bits distribute entanglement across the whole system.
#
# 1. Start with 10 qubits, each unentangled (clusters = singletons).
# 2. At every time‑step pick a random pair; imagine they "collide" and
# become maximally entangled. In reality this would be a 2‑qubit
# unitary (e.g. a CZ), but here we just keep track of which qubits
# sit in the *same* entanglement cluster (very coarse but visually
# clear).
# 3. Clusters merge transitively: if A was entangled with B and B later
# collides with C, then {A,B,C} is now one cluster.
# 4. After each step we draw the current *entanglement graph* with
# NetworkX. Nodes share a colour if they belong to the same cluster,
# edges show direct collision events that have happened so far.
#
# Requirements
# • networkx │ • matplotlib │ • imageio (optional GIF)
#
#
# Running the script will create PNG frames `step_00.png`, … plus a
# GIF `entanglement.gif`. Open the GIF in any viewer to watch the
# entanglement spread.
import random
import itertools
from pathlib import Path
import matplotlib.pyplot as plt
import networkx as nx
import imageio.v2 as imageio
# --------------------- parameters ---------------------
N = 50 # number of "qubits"
STEPS = 115 # how many collisions to simulate
seed = 42 # for reproducibility (optional)
random.seed(seed)
# --------------------- helpers ------------------------
# union–find data structure to track clusters
parent = list(range(N))
def find(x):
while parent[x] != x:
parent[x] = parent[parent[x]] # path compression
x = parent[x]
return x
def union(x, y):
rx, ry = find(x), find(y)
if rx != ry:
parent[ry] = rx
# graph to store *direct* collision edges
G = nx.Graph()
G.add_nodes_from(range(N))
# directory for frames
out_dir = Path("frames")
out_dir.mkdir(exist_ok=True)
frames = []
# initial plot (no entanglement)
def draw(step):
"""Draw current entanglement state and save to PNG."""
clusters = [find(i) for i in range(N)]
# Map cluster roots to integers 0,1,2,… for colouring
uniq = {r: idx for idx, r in enumerate(sorted(set(clusters)))}
colors = [uniq[find(i)] for i in range(N)]
plt.figure(figsize=(6, 6))
pos = nx.circular_layout(G)
nx.draw_networkx_nodes(G, pos, node_color=colors, cmap="tab10", node_size=600)
nx.draw_networkx_labels(G, pos)
nx.draw_networkx_edges(G, pos, width=2)
plt.title(f"Step {step:02d}")
plt.axis("off")
fname = out_dir / f"step_{step:02d}.png"
plt.savefig(fname, bbox_inches="tight")
plt.close()
frames.append(imageio.imread(fname))
# frame 0
draw(0)
# ------------------ simulation loop -------------------
for step in range(1, STEPS + 1):
# pick random distinct pair and "collide" them
i, j = random.sample(range(N), 2)
G.add_edge(i, j) # visual edge
union(i, j) # merge clusters (entanglement spreads)
draw(step)
# --------------- produce animated GIF -----------------
gif_path = out_dir / "entanglement.gif"
imageio.mimsave(gif_path, frames, duration=0.8)
print(f"Animation saved to {gif_path}")
# ------------------ improved Coarse Page Curve -------------------
# Compute a coarse-grained approximation to entanglement entropy
# by summing contributions of each entanglement cluster:
# S_cluster = min(number radiated in cluster, number remaining in cluster)
perm = list(range(N))
random.seed(seed+1)
random.shuffle(perm) # emission order
S = []
# determine final clusters once
roots = {i: find(i) for i in range(N)}
clusters = {}
for i, r in roots.items():
clusters.setdefault(r, set()).add(i)
# for each t, compute S(t)
for t in range(1, N+1):
rad = set(perm[:t])
comp = set(range(N)) - rad
S_t = 0
for mem in clusters.values():
n_rad = len(mem & rad)
n_comp = len(mem & comp)
S_t += min(n_rad, n_comp)
S.append(S_t)
# normalize by maximum possible (floor(N/2)) for plotting
maxS = N//2
S_norm = [s/maxS for s in S]
# plot improved coarse Page curve
plt.figure(figsize=(6,4))
plt.plot(range(1, N+1), S_norm, marker='o')
plt.xlabel('Number of radiation qubits')
plt.ylabel('Coarse entanglement entropy (normalized)')
plt.title('Page curve (improved coarse)')
page_png = out_dir / 'page_curve.png'
plt.savefig(page_png, bbox_inches='tight')
plt.close()
print(f"Improved Page curve saved to {page_png}")
antaris
Verfasst am: 17. Jun 2025 19:10
Titel:
Ich habe noch zwei weitere, ziemlich interessante und zur Thematik
"scrambling"
genau passende Arbeiten gefunden.
1. arxiv preprint:
Y. Sekino & L. Susskind, „Fast Scramblers“, JHEP 10 (2008) 065
2. arxiv preprint:
N. Lashkari, D. Stanford, M. Hastings, T. Osborne & P. Hayden, „Towards the Fast Scrambling Conjecture“, JHEP 04 (2013) 022
antaris
Verfasst am: 17. Jun 2025 08:36
Titel:
Also ich habe mich da weiter einzulesen aber das ist nicht so einfach.
Ich habe verschiedene Quellen genutzt und versuche das mal aufzuschreiben. Eigentlich ist es noch eher ein abschreiben aber die vorhandenen "black-boxes" können später auch noch geöffnet werden.
Lassen wir das "Qubit" 0 und 1 zuerst "kollidieren", dann
mit (das sind die black-boxes, die meinerseits noch unverstanden sind)
-> controlled x-Gate
CNOT
Hadamard-Operator
auf Qubit 1 -> erzeugt aus einem klassischen Zustand eine Superposition (Vermischung/Mittelung der Zeiger)?
Identitäts-Operator auf Qubit 0 -> das ist eine Einheitsmatrix?
Daraus ergibt sich dann der Gesamtzustand
Qubit 0 und 1 sind jetzt miteinander verschränkt und die Verschränkung ist über die Kante zwischen beiden codiert?
Die lokale Dichtematrix der verschränkten Qubits ist
mit Entropie = ln 2.
Alle anderen Qubits bleiben bis zur nächsten Kollision unverändert. Das ganze wird dann wohl komplizierter aufzuschreiben aber im Prinzip müsste dass "nur" wiederholt werden, bis alle Qubits miteinander kollidiert/verschränkt/in Superposition (
scrambling
) sind?
Der Zeiger stellt sich dabei immer wieder neu (sozusagen gemittelt) ein, wobei global, über alle 10 Qubits, der Zustand weiterhin rein bleibt?
Der Endzustand wäre dann so in der Art zu notieren?
Das ausspuren der Dichtematrix des gesamten Endzustands
ist dann wieder rein?
Durch das scrambling sind alle Qubits indirekt miteinander verschränkt. Wird ein Teilsystem, z.B. nur Qubit 1 und 2 betrachtet, sowie ausgespurt, so wird ein gemischter Zustand erhalten. Der Grund liegt darin, dass durch das ausspuren sozusagen die Verschränkungs-Kanten gekappt und damit die darin codierten Informationen nur
scheinbar
verloren gehen?
Wenn Hawking den Innenraum des SL's nicht betrachtet (ihn ausspurt), dann liegen genau die fehlenden Freiheitsgrade bzw. die fehlenden Informationen, die auf den Verschränkungs-Kanten codiert sind
, im Innenraum des SL
?
antaris
Verfasst am: 16. Jun 2025 12:15
Titel:
Wäre damit die Notation des Anfangszustands
ein
reiner
Produktzustand und damit die von Neumann Entropie jedes Teilsystems = 0, d.h. es bestehen keine Quantenkorrelationen zwischen den Teilsystemen?
Die Dichtematrix des Anfangszustand
hat
und ist damit
rein
?
antaris
Verfasst am: 16. Jun 2025 11:53
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Da geht dann wohl ein Zustandsgemisch durch verschränkende Wechselwirkungen in einen reinen Zustand über, d.h. am Ende ist die von Neumann-Entropie 0
Nimmt dann auch die Gravitation ab?
Ich dachte du wolltest Zusammenhänge "entropische Gravitation" außen vor lassen? Ich beziehe mich darauf nicht. Aktuell gilt für mich meine weiter vorne getätigte Aussage:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Mal ganz unabhängig von irgendwelchen entropischen Gravitationstheorien:
Die Veranschaulichung ist mit einer Frage verbunden gewesen. Das Spielzeugmodell "verschränktes Billiard" ist sicher nicht dazu geeignet das Informationsparadoxon zu lösen. Es dient einzig meinerseits als Verständnisfrage ob ein reiner Zustand auf dieser Weise in einen gemischten Zustand übergeht. Du hast das nun andersherum dargestellt aber ob deine Aussage korrekt ist, weiß ich genauso wenig.
Ich habe ein wenig gelesen und
glaube
nun eher, dass in dem Beispiel gar nicht von gemischten Zuständen, weder am Anfang, noch am Ende, gesprochen werden kann, sondern beide global rein aber lokal gemischt sind. Verschränkungen löschen sich nicht aus, sondern verteilen sich durch die Kollisionen und "verwässern" sozusagen das Bild. Die Informationen aus dem Anfangszustand sind nach wie vor im Endzustand kodiert, was ja m.E. anhand der "Verschränkungslinien" nachvollziehbar wäre.
Ich weiß es aber nicht und erhoffe mir entsprechend "erhellende" Antworten.
Ich war übrigens bisher der Ansicht, dass steigende lokale Verschränkung auch lokal die Entropie erhöht aber auch da kann ich falsch liegen.
Möglicherweise bringe ich in dem Zusammenhang auch "global reiner Zustand" und "lokal gemischter Zustand" durcheinander.
Also gerne korrigieren, wenn es was zu korrigieren gibt...wovon ich ausgehe.
Ich denke um die mögliche Lösung mittels "entanglement islands" halbwegs zu verstehen, muss die obige zuletzt genannte Arbeit studiert/diskutiert werden. Ich habe sie bisher nur überflogen aber ich will Tom in seinem Urlaub nicht mit sowas quälen, sprich das kann auch warten.
Ich könnte mir aber gut vorstellen, dass dieses kleine Spielzeug-Beispiel interessant genug ist, um als Einstieg in das Grundverständnis zu dienen.
Ich würde mich freuen, wenn Tom das in die richtige Richtung lenken würde.
Mir ist bewusst, dass ich manchmal zu schnell schreibe und Dinge poste, die ich noch nicht vollständig verstanden/durchdacht habe. Daran arbeite ich und gelobe Besserung.
Mir wäre wichtig, die Sachebene in den Vordergrund zu stellen, denn Streit hilft niemandem.
Vorschlag: Lass uns zunächst das Thema „Verschränkung verstehen“ aufarbeiten und anschließend – falls es passt – die möglichen Lösungen mithilfe der Entanglement Islands diskutieren. Über Bianconi/Verlinde bzw. entropische Gravitation können wir gern später gesondert sprechen aber da müsste Bianconi aber dazu wären erst noch neue Arbeiten ihrerseits nötig und im Moment steht ihr Ansatz auch für mich nicht im Vordergrund.
Wäre das für dich in Ordnung? Falls du andere Prioritäten hast, sag gern Bescheid, dann schließe ich mich dir gerne an.
Aruna
Verfasst am: 16. Jun 2025 08:01
Titel:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Ok. Also wir haben 10 Quantenobjekte und stellen uns vor, dass alle 10 als Anfangsbedingung unverschränkt sind und jedes für sich einen reinen Zustand hat. Wir lassen pro Zeitrschritt immer ein Quantenobjekt dieser 10 mit einem anderen Kollidieren. Bei jeder Kollision wird die Verschränkung weitergegeben. Nach eine bestimmten Anzahl Zeitschritte sind dann alle vorherig reinen Zustande miteiinander verschränkt
Da geht dann wohl ein Zustandsgemisch durch verschränkende Wechselwirkungen in einen reinen Zustand über, d.h. am Ende ist die von Neumann-Entropie 0
Nimmt dann auch die Gravitation ab?
antaris
Verfasst am: 15. Jun 2025 23:31
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Bei der Verschränkung sieht das ganz anders aus, diese wird heute als einer der zentralen Punkte gesehen, das Problem zu lösen. Das würde ich aber nicht als "einen
trivialen
Effekt der Näherungen" bezeichnen 😉
Ok. Also wir haben 10 Quantenobjekte und stellen uns vor, dass alle 10 als Anfangsbedingung unverschränkt sind und jedes für sich einen reinen Zustand hat. Wir lassen pro Zeitrschritt immer ein Quantenobjekt dieser 10 mit einem anderen Kollidieren. Bei jeder Kollision wird die Verschränkung weitergegeben. Nach eine bestimmten Anzahl Zeitschritte sind dann alle vorherig reinen Zustande miteiinander verschränkt und damit zusammen ein gemischter Zustand?
Ich habe das kleine Python-script zur Veranschaulichung. Das "Kollidieren" muss sich im Kopf abspielen. Ich habe 15 Einzelbilder (png) als .rar gepackt und hier angehangen.
Das Python-Script:
Code:
# Entanglement‑billiard demo (n = 10)
# --------------------------------------
# 1. Start with 10 partcles, each unentangled (clusters = singletons).
# 2. At every time‑step pick a random pair; imagine they "collide" and
# become maximally entangled. In reality this would be a 2‑qubit
# unitary (e.g. a CZ), but here we just keep track of which qubits
# sit in the *same* entanglement cluster (very coarse but visually
# clear).
# 3. Clusters merge transitively: if A was entangled with B and B later
# collides with C, then {A,B,C} is now one cluster.
# 4. After each step we draw the current *entanglement graph* with
# NetworkX. Nodes share a colour if they belong to the same cluster,
# edges show direct collision events that have happened so far.
#
#
#
# Running the script will create PNG frames `step_00.png`, … plus a
# GIF `entanglement.gif`. Open the GIF in any viewer to watch the
# entanglement spread.
import random
import itertools
from pathlib import Path
import matplotlib.pyplot as plt
import networkx as nx
import imageio.v2 as imageio
# --------------------- parameters ---------------------
N = 10 # number of "qubits"
STEPS = 15 # how many collisions to simulate
seed = 42 # for reproducibility (optional)
random.seed(seed)
# --------------------- helpers ------------------------
# union–find data structure to track clusters
parent = list(range(N))
def find(x):
while parent[x] != x:
parent[x] = parent[parent[x]] # path compression
x = parent[x]
return x
def union(x, y):
rx, ry = find(x), find(y)
if rx != ry:
parent[ry] = rx
# graph to store *direct* collision edges
G = nx.Graph()
G.add_nodes_from(range(N))
# directory for frames
out_dir = Path("frames")
out_dir.mkdir(exist_ok=True)
frames = []
# initial plot (no entanglement)
def draw(step):
"""Draw current entanglement state and save to PNG."""
clusters = [find(i) for i in range(N)]
# Map cluster roots to integers 0,1,2,… for colouring
uniq = {r: idx for idx, r in enumerate(sorted(set(clusters)))}
colors = [uniq[find(i)] for i in range(N)]
plt.figure(figsize=(6, 6))
pos = nx.circular_layout(G)
nx.draw_networkx_nodes(G, pos, node_color=colors, cmap="tab10", node_size=600)
nx.draw_networkx_labels(G, pos)
nx.draw_networkx_edges(G, pos, width=2)
plt.title(f"Step {step:02d}")
plt.axis("off")
fname = out_dir / f"step_{step:02d}.png"
plt.savefig(fname, bbox_inches="tight")
plt.close()
frames.append(imageio.imread(fname))
# frame 0
draw(0)
# ------------------ simulation loop -------------------
for step in range(1, STEPS + 1):
# pick random distinct pair and "collide" them
i, j = random.sample(range(N), 2)
G.add_edge(i, j) # visual edge
union(i, j) # merge clusters (entanglement spreads)
draw(step)
# --------------- produce animated GIF -----------------
gif_path = out_dir / "entanglement.gif"
imageio.mimsave(gif_path, frames, duration=0.8)
print(f"Animation saved to {gif_path}")
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 22:31
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
[Es geht nicht darum die prinzipielle Inkonsistenz loszuwerden, sondern darum sicherzustellen, dass sie überhaupt existiert.
Sie existiert in einem einfachen jedoch mathematisch präzisen Modell.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Ich finde es naheliegender, die fehlende Information erst einmal da zu suchen, wo wir schon mal was gemessen haben …
Aber dieses einfache Modell besagt, dass man für dieses Modell nichts anderes messen würde als
keine
Gravitationswellen plus thermische Strahlung. Und sowohl die Strahlung selbst als auch mögliche Korrekturen sind nicht orajtisch messbar – geschweige denn über die erforderlichen Zeiträume 😉
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
… bevor wir die am besten bestätigten Theorien über den Haufen werfen.
Die wir aber in diesem Grenzfall nicht mal ansatzweise experimentell bestätigt haben.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Letzteres tut man ja, wenn man beispielsweise Schwarzen Löchern Eigenschaften unterstellt, sie sie gemäß No-hair Theorem nicht haben sollten.
Letzteres ist doch irrelevant.
Das No-hair Theorem ist ein rein klassisches Theorem. Was soll es uns denn bei der Lösung eines Problems helfen, das erst in Kombination mit der Quantenfeldtheorie auftritt?
Man unterstellt nicht klassischen Schwarzen Löchern Eigenschaften, die sie gemäß No-hair Theorem nicht haben sollten, sondern man erkennt an, dass die Kombination aus ART und QFT deutlich subtiler sein muss als die Methode nach Hawking.
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 22:16
Titel:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Schon das obige Beispiel 7. mit dem Phonon-Analogon zeigt, dass Verschränkungen essentiell sind und diese bei Vernachlässigung dazu führen, dass ein scheinbarer Informationsverlust auftritt.
Ich bezog mich auf die von DrStupid genannten Probleme.
Bei der Verschränkung sieht das ganz anders aus, diese wird heute als einer der zentralen Punkte gesehen, das Problem zu lösen. Das würde ich aber nicht als "einen
trivialen
Effekt der Näherungen" bezeichnen 😉
DrStupid
Verfasst am: 15. Jun 2025 20:38
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Und zum zweiten wirst du die prinzipielle Inkonsistenz in einer Theorie nicht dadurch los, dass sie praktisch dann hoffentlich nicht auftritt.
Es geht nicht darum die prinzipielle Inkonsistenz loszuwerden, sondern darum sicherzustellen, dass sie überhaupt existiert. Ich finde es naheliegender, die fehlende Information erst einmal da zu suchen, wo wir schon mal was gemessen haben, bevor wir die am besten bestätigten Theorien über den Haufen werfen. Letzteres tut man ja, wenn man beispielsweise Schwarzen Löchern Eigenschaften unterstellt, sie sie gemäß No-hair Theorem nicht haben sollten.
antaris
Verfasst am: 15. Jun 2025 20:35
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Es wird "immer nur" die Konsequenz aus den obigen Problem diskutiert. Es ist ja nicht so, dass nach Antworten geforscht und auch ein paar mögliche gefunden wurden.
Wir könnten also auch diese möglichen Lösungen diskutieren und inwieweit diese Arbeiten das Informationsproblem bzw. den Verlust der Unitarität abmildern kann.
1.
arxiv:
Black Hole Information, Replica Wormholes, and Macroscopic Entanglement
2.
arxiv:
Unitarity and Page curve for evaporation of 2D AdS black holes
3.
phys.rev.:
Boltzmannian state counting for black hole entropy in causal set theory
4.
arxiv:
Hawking Radiation, Entanglement Entropy,
5.
arxiv:
Black holes as clouded mirrors: the Hayden-Preskill protocol with symmetry
and Information Paradox of Kerr Black Holes
6.
arxiv:
Soft Hair on Black Holes
7.
arxiv:
Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole
Das vertagen wir bitte
, bis ich wieder aus dem Urlaub zurück bin 😉
Können wir machen aber eine Frage brennt mir unter den Nägeln.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Deine [DrStupid] Idee, man würde Information durch unzulässige Näherungen verlieren, ist sicher nicht neu. Meines Wissens nach
kann dies ausgeschlossen werden
, d.h. bei der Inkonsistenz handelt es sich nicht um einen trivialen Effekt der Näherungen oder der Symmetrie. Ich kann mal nach Arbeiten suchen.
Wie sicher ist das? Schon das obige Beispiel 7. mit dem Phonon-Analogon zeigt, dass Verschränkungen essentiell sind und diese bei Vernachlässigung dazu führen, dass ein scheinbarer Informationsverlust auftritt.
Bei Hawking wird der gesamte Innenraum des SL ausgespurt aber folgende Arbeit zeigt, dass dies der mögliche Fehler sein könnte. Die Berechnung von Hawking war demnach nicht falsch aber die fehlende Quantenverschränkung verzerrt das Bild.
Phys.Rev. D 110, 066012 (2024) Entanglement islands and the Page curve of Hawking radiation for rotating Kerr black holes
Unter 1.2:
Zitat:
...entanglement islands that emerge inside the horizon of the black hole after the Page time contribute nontrivially to the entanglement entropy of the radiation, which allows the reproduction of the Page curve.
...
It is shown that after the Page time, the entanglement entropy of the radiation from the eternal black hole is also modified by the emergence of an island. However, in this case, the island extends to the outer vicinity of the event horizon [26]. As a result, the entanglement entropy of the radiation saturates the value of the Bekenstein-Hawking entropy of the black hole.
Conclusion:
Zitat:
In this paper, we investigated the black hole information
problem in four-dimensional Kerr spacetime. We first
reduced the four-dimensional Kerr metric to a two-
dimensional form and then calculated the entanglement
entropy of the radiation region within this two-dimensional
framework. In gravitational systems, the quantum entan-
glement entropy is the minimum of all extremal values of
the sum of the island’s area entropy and the von Neumann
entropy of the radiation in the entanglement region. We
began by studying nonextremal Kerr black holes. In the
early stages of evaporation, no island forms because
insufficient radiation is produced initially. Consequently,
the contribution to the entanglement entropy mainly comes
from the radiation itself, and no island exists. In the late
stages of black hole evaporation, radiation becomes the
dominant term, and the radiation region primarily
entangled with the island region. By introducing an island
region within the Kerr spacetime, we obtained a scrambling
time following the Hayden-Preskill protocol, consistent
with the Page time. We further studied extremal Kerr black
holes. In the early stages of black hole evaporation,
calculating the von Neumann entropy of the matter fields
is challenging since the island is located at r < 0. However,
in the late stages, we showed that the entanglement entropy
of Hawking radiation will approach the Bekenstein-
Hawking entropy.
Mit welchen Argumenten kann die Aussage "Meines Wissens nach
kann dies ausgeschlossen werden
, d.h. bei der Inkonsistenz handelt es sich nicht um einen trivialen Effekt der Näherungen oder der Symmetrie." wirklich bestehen? Oder bezieht sich deine Kritik konkret auf den
‟Small-Corrections Theorem”-Beweis von Mathur
aber nicht auf die o.g.
entangled Islands
?
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 17:43
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
[Trotzdem habe ich den Eindruck, als ob beim Informationsverlust-Paradoxon nur das dabei entstehende Schwarze Loch berücksichtig wird und nicht die Information, die seit seiner Entstehung ganz woanders unterwegs ist.
Richtig.
Weil für diesen einfachen Prozess aus der Betrachtung Hawking's eine Inkonsistenz resultiert.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Das ist aber auch nicht relevant, denn betrachtet man eine kugelsymmetrische Materieverteilung vor dem Kollaps, so bleibt die Metrik im Außenraum gemäß Birkhoff-Theorem im Zuge des Kollaps eine stationäre Schwarzschild-Metrik; es wird
nichts
abgestrahlt – und es gilt das oben gesagte.
Für eine kugelsymmetrische Masseverteilung braucht man ein Kontinum. Materie ist aber kein Kontinuum. Ist es erwiesen, dass man mit der näherungsweisen Betrachtung als solches nicht gerade die Information vernachlässigt, die anschließend fehlt?
Zum ersten liefern viele quantenmechanische Modelle selbstverständlich perfekt sphärisch symmetrische Lösungen; diese zu betrachten ist also erstmal völlig in Ordnung. Und zum zweiten wirst du die prinzipielle Inkonsistenz in einer Theorie nicht dadurch los, dass sie praktisch dann hoffentlich nicht auftritt.
Deine Idee, man würde Information durch unzulässige Näherungen verlieren, ist sicher nicht neu. Meines Wissens nach kann dies ausgeschlossen werden, d.h. bei der Inkonsistenz handelt es sich nicht um einen trivialen Effekt der Näherungen oder der Symmetrie. Ich kann mal nach Arbeiten suchen.
DrStupid
Verfasst am: 15. Jun 2025 17:24
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Welche Unterschiede für zwei bzgl. ihrer Mikrozustände völlig verschiedene Himmelskörper identischer Masse (und identischem Drehimpuls) wären das deiner Meinung nach?
Ich glaube wir reden aneinander vorbei. Zwei ungeladene Schwarze Löcher mit identischen Massen und Drehimpulsen sind keine völlig verschiedene Himmelskörper. Sie sind nicht unterscheidbar. Was aber unterscheidbar ist, sind die Gravitationswellen, die bei ihrer Entstehung abgestrahlt wurden. Daraus kann der Zustand vor ihrer Entstehung zumindest teilweise rekonstruiert werden. Wenn sie durch Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher entstanden sind, dann wären dass beispielsweise die Massen und Drehimpulse ihrer Vorläufer. Obwohl die daraus entstehenden Schwarzen Löcher diese Informationen nicht mehr enthalten, geht sie nicht verloren. Sie bewegt durch All und kann gemessen werden.
Ich habe dieses einfache Beispiel nur gewählt, weil es wegen des No-hair Theorems sehr übersichtlich ist und weil es entsprechende experimentelle Beobachtungen gibt. Darauf ist meine Frage aber nicht beschränkt. Wenn z.B. Neutronensterne kollidieren, dann ist auch im elektromagnetischen Bereich jede Menge los (auch dazu gibt es Messungen) und damit kann viel mehr Information transportiert werden als mit Gravitationswellen. Trotzdem habe ich den Eindruck, als ob beim Informationsverlust-Paradoxon nur das dabei entstehende Schwarze Loch berücksichtig wird und nicht die Information, die seit seiner Entstehung ganz woanders unterwegs ist.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Das ist aber auch nicht relevant, denn betrachtet man eine kugelsymmetrische Materieverteilung vor dem Kollaps, so bleibt die Metrik im Außenraum gemäß Birkhoff-Theorem im Zuge des Kollaps eine stationäre Schwarzschild-Metrik; es wird
nichts
abgestrahlt – und es gilt das oben gesagte.
Für eine kugelsymmetrische Masseverteilung braucht man ein Kontinum. Materie ist aber kein Kontinuum. Ist es erwiesen, dass man mit der näherungsweisen Betrachtung als solches nicht gerade die Information vernachlässigt, die anschließend fehlt?
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 08:12
Titel:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Es wird "immer nur" die Konsequenz aus den obigen Problem diskutiert. Es ist ja nicht so, dass nach Antworten geforscht und auch ein paar mögliche gefunden wurden.
Wir könnten also auch diese möglichen Lösungen diskutieren und inwieweit diese Arbeiten das Informationsproblem bzw. den Verlust der Unitarität abmildern kann.
1.
arxiv:
Black Hole Information, Replica Wormholes, and Macroscopic Entanglement
2.
arxiv:
Unitarity and Page curve for evaporation of 2D AdS black holes
3.
phys.rev.:
Boltzmannian state counting for black hole entropy in causal set theory
4.
arxiv:
Hawking Radiation, Entanglement Entropy,
5.
arxiv:
Black holes as clouded mirrors: the Hayden-Preskill protocol with symmetry
and Information Paradox of Kerr Black Holes
6.
arxiv:
Soft Hair on Black Holes
7.
arxiv:
Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole
Das vertagen wir bitte, bis ich wieder aus dem Urlaub zurück bin 😉
TomS
Verfasst am: 15. Jun 2025 07:47
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Nein, ich
bestreite
, dass die Gravitationswellen sämtliche Informationen über das System vor der Verschmelzung tragen; sie tragen lediglich die o.g. makroskopischen Informationen.
Das passt immer noch nicht zusammen. Du hast doch oben selbst das No-hair Theorem verlinkt. Danach sind das
sämtliche
Informationen über das System vor der Verschmelzung.
Das sind
sämtliche
klassische
Informationen, und das No-hair Theorem ist ein
klassisches
Theorem.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Ich habe mit der Verschmelzung zweier schwarzer Löcher ein sehr einfaches Beispiel genannt, bei dem noch Milliarden von Jahren später Unterschiede messsbar sind.
Welche Unterschiede für zwei bzgl. ihrer Mikrozustände völlig verschiedene Himmelskörper identischer Masse (und identischem Drehimpuls) wären das deiner Meinung nach?
Beim Informationsverlust-Paradoxon geht es im Falle eines zu einem SL kollabierenden Himmelskörpers bestehend aus N Teilchen um die Information, die in deren Quantenzustand kodiert sein kann. Es geht nicht darum, wieviele man praktisch extrahieren kann, sondern wieviele prinzipiell enthalten sein können. Der Unterraum eines Hilbertraumes den Quantensysteme = Eingangssysteme der Masse M aufspannen, ist unendlich-dimensional, der Unterraum der Endzustände nach der vollständigen Verdampfung ist endlich-dimensional. Eine Abbildung zwischen derartigen Unterräumen kann nicht unitär d.h. auch nicht invertierbar sein.
Ich habe das übrigens ziemlich explizit gezeigt, es wäre also nett, wenn du direkt meine Mathematik kritisieren könntest.
Randbemerkung: bereits für endlich-dimensionale Vektorräume V und W ist eine beliebige Abbildung
für m < n sicher nicht bijektiv, nicht invertierbar und damit auch nicht unitär.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage ist nach wie vor: Ging Hawking davon aus, dass diese Unterschiede irgendwann verschwinden oder hat er die bei der Bildung des Schwarzen Loches abgestrahlte Information gar nicht berücksichtigt?
Dazu schreibt er in seinen ersten Paper nach meiner Erinnerung nichts. Das ist aber auch nicht relevant, denn betrachtet man eine kugelsymmetrische Materieverteilung vor dem Kollaps, so bleibt die Metrik im Außenraum gemäß Birkhoff-Theorem im Zuge des Kollaps eine stationäre Schwarzschild-Metrik; es wird
nichts
abgestrahlt – und es gilt das oben gesagte.
DrStupid
Verfasst am: 14. Jun 2025 22:39
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Nein, ich
bestreite
, dass die Gravitationswellen sämtliche Informationen über das System vor der Verschmelzung tragen; sie tragen lediglich die o.g. makroskopischen Informationen.
Das passt immer noch nicht zusammen. Du hast doch oben selbst das No-hair Theorem verlinkt. Danach sind das sämtliche Informationen über das System vor der Verschmelzung.
TomS hat Folgendes geschrieben:
[jedoch folgt gem. Hawking's Berechnung] für identische Massen der beiden Materieverteilungen immer ein identischer finaler Zustand.
Ich habe mit der Verschmelzung zweier schwarzer Löcher ein sehr einfaches Beispiel genannt, bei dem noch Milliarden von Jahren später Unterschiede messsbar sind. Meine Frage ist nach wie vor: Ging Hawking davon aus, dass diese Unterschiede irgendwann verschwinden oder hat er die bei der Bildung des Schwarzen Loches abgestrahlte Information gar nicht berücksichtigt?
antaris
Verfasst am: 14. Jun 2025 19:54
Titel:
Es wird "immer nur" die Konsequenz aus den obigen Problem diskutiert. Es ist ja nicht so, dass nach Antworten geforscht und auch ein paar mögliche gefunden wurden.
Wir könnten also auch diese möglichen Lösungen diskutieren und inwieweit diese Arbeiten das Informationsproblem bzw. den Verlust der Unitarität abmildern kann.
1.
arxiv:
Black Hole Information, Replica Wormholes, and Macroscopic Entanglement
2.
arxiv:
Unitarity and Page curve for evaporation of 2D AdS black holes
3.
phys.rev.:
Boltzmannian state counting for black hole entropy in causal set theory
4.
arxiv:
Hawking Radiation, Entanglement Entropy,
5.
arxiv:
Black holes as clouded mirrors: the Hayden-Preskill protocol with symmetry
and Information Paradox of Kerr Black Holes
6.
arxiv:
Soft Hair on Black Holes
7.
arxiv:
Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole
Was kann insbesondere zu 3. gesagt werden?
Wenn ein Zustand sich immer unitär entwickelt, wie können dann überhaupt Unterschiede entstehen? Woher kommt die Vielfalt?
TomS
Verfasst am: 13. Jun 2025 21:04
Titel:
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Gravitationswellen tragen ausschließlich Information über die Massen M1 und M2, die Drehimpulse J1 und J2 * sowie die relative Ausrichtung der Drehimpulse. Daher sehe ich keinen Widerspruch.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/No-hair_theorem
Du bestätigst, dass die Gravitationswellen alle Informationen über das System vor der Verschmelzung tragen und siehst trotzdem keinen Widerspruch? Das musst Du genauer erklären.
Nein, ich
bestreite
, dass die Gravitationswellen sämtliche Informationen über das System vor der Verschmelzung tragen; sie tragen lediglich die o.g. makroskopischen Informationen.
DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Das musst Du genauer erklären.
Habe ich doch.
Zitat:
Zentral ist dabei der Begriff des Zustandsvektors … [auf einer] unendlichdimensionalen Kugeloberfläche .. im sogenannten Hilbertraum …
[Gem. der QM] führen unterschiedliche Materieverteilungen – auch bei identischer Masse – immer zu unterschiedlichen finalen Zuständen … [jedoch folgt gem. Hawking's Berechnung] für identische Massen der beiden Materieverteilungen immer ein identischer finaler Zustand.
Also geht [gem. Hawking's Berechnung] fast die gesamte Information verloren, die in dem unendlichdimensionalen Zustandsvektor kodiert ist. Zwei völlig verschiedene Systeme identischer Masse wären demzufolge nach dem Kollaps identisch.
DrStupid
Verfasst am: 13. Jun 2025 18:15
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Gravitationswellen tragen ausschließlich Information über die Massen M1 und M2, die Drehimpulse J1 und J2 * sowie die relative Ausrichtung der Drehimpulse. Daher sehe ich keinen Widerspruch.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/No-hair_theorem
Du bestätigst, dass die Gravitationswellen alle Informationen über das System vor der Verschmelzung tragen und siehst trotzdem keinen Widerspruch? Das musst Du genauer erklären.
TomS
Verfasst am: 13. Jun 2025 17:00
Titel:
Die Gravitationswellen tragen ausschließlich Information über die Massen M1 und M2, die Drehimpulse J1 und J2 * sowie die relative Ausrichtung der Drehimpulse. Daher sehe ich keinen Widerspruch.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/No-hair_theorem
* ich hätte oben erwähnen sollen, dass ich nur nicht-rotierende und ungeladene SLs betrachte; auch die Information zu den Ladungen wäre theoretisch rekonstruierbar, praktisch kommen geladene SLs in der Natur wohl nicht vor
DrStupid
Verfasst am: 13. Jun 2025 13:38
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
D.h.
identische Massen
der beiden Materialverteilungen führen immer zu einem
identischen finalen Zustand
.
Wie ist das mit der Tatsache vereinbar, dass wir z.B. mit der Messung von Gravitationswellen aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher den Zustand vor diesem Ereignis zumindest teilweise rekonstruieren können? Offensichtlich tragen die Gravitationswellen Information. Ging Hawking davon aus, dass die irgendwann verschwindet oder hat er das gar nicht berücksichtigt?
TomS
Verfasst am: 13. Jun 2025 10:54
Titel:
Fangen wir doch mit einer Veranschaulichung des mathematischen Formalismus an:
Information
Zentral ist dabei der Begriff des
Zustandsvektor
, den man sich als Zeiger auf einem
Zifferblatt
vorstellen darf – wobei es sich leider leider nicht um eine eindimensionale Kreislininie oder eine zweidimensionale Kugeloberfläche handelt, sondern eine unendlichdimensionale Kugeloberfläche in einem abstrakten Raum, dem sogenannten Hilbertraum; allerdings übertragen sich Begriffe wie Länge, Satz des Pythagors, Winkel, Cosinus … fast identisch auf diesen Formalismus.
Der Zustandsvektor trägt für sich betrachtet noch keine Information, dies ist erst zusammen mit
Markierungen auf dem Zifferblatt
der Fall, ähnlich wie bei einer Uhr. Wie diese Markierungen zustandekommen verschieben wir zunächst auf später.
Die Information steckt dann in der Position des Zustandsvektor
bezüglich
dieser Markierungen. Bezeichnet wir den auf die Länge Eins normierten Zustandsvektor (einen Einheitsvektor) mit psi, die Markierungen mit anderen mittels n=1,2… nummerierten Einheitsvektoren, so führt dies vermöge des Skalarproduktes • auf die Zwischenwinkel
Aus dem Formalismus der Quantenmechanik folgt, dass die üblicherweise verwendeten Markierungen (verschieben wir auf später) untereinander immer 90°-Winkel einschließen, d.h. Orthonormalssystem bzw. eine
Basis
definieren (man kann verschiedene Basen einführen, ich betrachte hier nur eine). Die o.g. Koeffizienten psi_n sind gerade die Koordinaten von psi bzgl. dieser Basis, d.h. es gilt
Zusammenfassend: die Information steckt in der Position des Zustandvektors bzgl. einer derartigen Basis und damit in diesen Koeffizienten; im Falle eines 1-dim. Zifferblattes wäre die sowas wie "fünf Minuten vor drei".
Informationserhaltung = Unitarität
Die Zeitentwicklung bzw. die Dynamik eines Quantensystems bedeutet, dass dieser Zustandsvektor psi als Funktion der Zeit t eine Kurve auf der oben eingeführten Oberfläche – dem unendlich dimensionalen Zifferblatt – überstreicht. Die Gleichung, die diese Dynamik definiert, ist gerade die Schrödingergleichung (Details wieder später). Für jedes Quantensystem
existiert genau eine Größe
, der so genannte
Zeitentwicklungsoperator
U, der diese Dynamik
exakt
beschreibt; dies entspricht einer formalen Lösung der Schrödingergleichung
Diese Zeitentwicklung ist
deterministisch
, die Größe U ist
unitär
und hat damit zwei wesentliche Eigenschaften, sie ändert nicht die Länge des Zustandsvektors
und sie ist
eindeutig invertierbar
Im Falle eines 1-dim. Zifferblatts würde in U die einfache Rotation des Zeigers stecken; diese muss nicht immer mit der selben Geschwindigkeit erfolgen, sie könnte auch rückwärts laufen … auf einem 2-dim. Zifferblatt = einer 2-dim. Kugeloberfläche wäre es eine kompliziertere Kurve.
Wenn wir die Position zu einem Zeitpunkt kennen, und wenn U bekannt ist, dann können wir die Position zu beliebigen früheren oder späteren Zeiten berechnen.
D.h. wir kennen auch für alle Zeiten die Positionen bezüglich der Markierungen:
Informationsverlust = Verlust der Unitarität
Hawking betrachtet nun ein System, dass aus zwei Subsystemen besteht:
In der
unendlich fernen Vergangenheit
liegt
1. eine endliche Materieverteilung vor, die eine Gesamtmasse M aufweist und die später zu einem schwarzen Loch kollabieren wird
2. der Vakuumzustand eines Strahlungsfeldes vor, d.h. außer der oben genannten Materieverteilung ist das Universum leer
Ich schreibe dies als zwei Zustände, einer je Subsystem, phi für Materie und chi für Strahlung:
Der Zustand phi ist beliebig – außer dass er die Masse M aufweist. Im Zustand chi ist genau ein Koeffizient ungleich Null, nämlich der für das Vakuum n = 0.
In der
unendlich fernen Zukunft
liegt
1. kein SL und keine Materie vor, das SL ist vollständig verdampft, die Materie verschwinden
2. der thermischer Zustand des Strahlungsfeldes, wobei dessen Temperatur T ausschließlich durch M definiert ist, also eine eindeutige Funktion T = T(M) darstellt
Ich schreibe dies als zwei Zustände
Die Form der Koeffizient für chi interessiert hier nicht.
Nehmen wir nun
zwei verschiedene Materieverteilungen der selben Masse M
, so folgt nach Hawking's Rechnung
D.h.
identische Massen
der beiden Materialverteilungen führen immer zu einem
identischen finalen Zustand
.
Nach den Regeln der Quantenmechanik folgt jedoch für
zwei verschiedene Eingangszustände
D.h.
unterschiedliche Materialverteilungen
– auch bei identischer Masse – führen immer zu
unterschiedlichen finalen Zuständen
.
Hawking's Resultst
verletzt die Unitarität
, da ein derartiges U nicht mehr eindeutig invertierbar wäre, anders ausgedrückt,
es existiert kein unitäres U
, mittels dessen Invertierung man verschiedene initiale aus dem selben finalen Zustand berechnen kann –
im Widerspruch zu den Regeln der Quantenmechanik.
Die Information über Details des initialen Zustand geht verloren.
Stellen wir uns dazu die Bahnen verschiedener Punkte auf einer Kugeloberfläche vor. Die Unitarität erfordert, dass Bahnen benachbarter Punkte benachbart bleiben, die Punkte jedoch nie zusammenfallen, ihre Bahnen sich also nie schneiden. Gemäß der Berechnung von Hawking enden jedoch die Bahnen aller verschiedenen Punkte zu identischen Massen zuletzt im selben Punkt.
antaris
Verfasst am: 13. Jun 2025 09:59
Titel:
antaris hat Folgendes geschrieben:
Es kommt darauf an, wie "Information" definiert wird und ob selbst in makroskopischen Sytemen überhaupt von einem "Verlust" gesprochen werden kann. Ich denke schon, dass Information messbar und auch anschaulich definiert werden kann.
Wie wäre es z.B. mit der Definition der Information als kontextbasierter Unterschied?
Könnten beispielsweise alle Informationen in der Art der objektorientierten Programmierung kontext- bzw. klassenbasiert in Eigenschaften/Attribute und Objekte gruppiert werden?
Definieren bzw. "decodieren" wir nicht im Alltag genau auf diesem Weg den Begriff der "Information"? Die Informationen über die "Objekte" Hund und Katze definieren sich durch ihre Eigenschaften in der Klasse bzw. dem Kontext aller Säugetiere, also implizit durch ihre jeweiligen Unterschiede?
antaris
Verfasst am: 13. Jun 2025 07:20
Titel:
Mal ganz unabhängig von irgendwelchen entropischen Gravitationstheorien:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Ich denke, man sollte aber sowohl den Begriff der
Information
als auch den der
Unitarität
erklären, Ersteres, weil dieser Begriff häufig verwendet jedoch nie präzise formuliert wird, Letzteres einfach deswegen, weil es bei dem Problem der Hawkingstrahlung im Kern eben genau darum geht, während der Begriff "Informationsverlust" den Kern des Problems teilweise verschleiert.
Was wäre die richtige Definition für den Begriff "Information"?
Zitat:
Versucht man nämlich, das Problem anschaulich darzustellen und argumentiert mit Informationen, so landet man bei der paradoxen Situation, erklären zu müssen, inwiefern diese Information nach Meinung vieler nicht verloren geht,
obwohl man sie weder anschaulich fassen noch praktisch ermitteln kann
. Man landet also bei einer Pseudoerklärung, die zwischen anschaulichen und zugleich falschen sowie unanschaulichen wenn auch korrekten Begriffen schwankt.
Es kommt darauf an, wie "Information" definiert wird und ob selbst in makroskopischen Sytemen überhaupt von einem "Verlust" gesprochen werden kann. Ich denke schon, dass Information messbar und auch anschaulich definiert werden kann.
Aruna
Verfasst am: 13. Jun 2025 06:40
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
An diesem Standpunkt macht es m.E. wenig Sinn, sich mit entropischer Gravitation zu beschäftigen...
Letzteres hatte ich keineswegs vor 😉
andere offenbar schon....
seb110
Verfasst am: 12. Jun 2025 20:49
Titel:
die Zersetzung der Formel durch die Wasserstoffbombe benötigt Zeit und Raum. Auch das Zusammensetzen der Formel benötigt wieder Zeit. Zeit in der sich das Universum ausdehnt. Ergo muss die Expansion da mit rein gerechnet werden. Auch wenn der Effekt selbst im Galaxienmaßstab noch sehr klein ist.
Deutlich wird dieser Effekt erst bei Galaxienhaufen beim "late integrated Sachs Wolfe Effekt" aber dass in der Expansion (DE) eine Entropie stecken muss, hat Verlinde schon richtig erkannt. Und gerade damit, mit dieser Entropie der DE, lässt sich auch Gravitation sehr gut erklären. Das ist sogar sehr einfach, wenn man sich flache und gekrümmte Raumzeit als Bereiche von unterscheidlichem Gehalt an DE-Entropie vorstellt.
TomS
Verfasst am: 11. Jun 2025 11:08
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Genau dieses Zurückschießen funktioniert nach den Berechnungen von Hawking jedoch nicht, da seine Gleichungen
nicht
besagen, dass wir lediglich den Mikrozustand nicht kennen, sondern dass der Mikrozustand für jedes schwarzes Loch nach der vollständigen Zerstrahlung tatsächlich rein thermisch
ist
. D.h., dass unterschiedliche Mikrozustände vor dem Kollaps in identische Mikrozustände nach der Zerstrahlung übergehen. Demzufolge wäre die Information tatsächlich vernichtet – korrekt formuliert,
der Prozess würde die Unitarität verletzen
.
Ja, das wird m.E. auch von Susskind im weiteren Verlauf des Artikels dargestellt, eventuell ohne den Begriff "Unitarität" zu verwenden.
Allerdings bin ich ja ein Freund davon, die Leute da abzuholen, wo sie stehen, und seb110 stand eben da, wo die Informationserhaltung dem 2. HS widerspricht.
An diesem Standpunkt macht es m.E. wenig Sinn, sich mit entropischer Gravitation zu beschäftigen...
Letzteres hatte ich keineswegs vor 😉
Ich denke, man sollte aber sowohl den Begriff der
Information
als auch den der
Unitarität
erklären, Ersteres, weil dieser Begriff häufig verwendet jedoch nie präzise formuliert wird, Letzteres einfach deswegen, weil es bei dem Problem der Hawkingstrahlung im Kern eben genau darum geht, während der Begriff "Informationsverlust" den Kern des Problems teilweise verschleiert.
Versucht man nämlich, das Problem anschaulich darzustellen und argumentiert mit Informationen, so landet man bei der paradoxen Situation, erklären zu müssen, inwiefern diese Information nach Meinung vieler nicht verloren geht, obwohl man sie weder anschaulich fassen noch praktisch ermitteln kann. Man landet also bei einer Pseudoerklärung, die zwischen anschaulichen und zugleich falschen sowie unanschaulichen wenn auch korrekten Begriffen schwankt.
Deswegen besser anders.
Aruna
Verfasst am: 11. Jun 2025 07:45
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Genau dieses Zurückschießen funktioniert nach den Berechnungen von Hawking jedoch nicht, da seine Gleichungen
nicht
besagen, dass wir lediglich den Mikrozustand nicht kennen, sondern dass der Mikrozustand für jedes schwarzes Loch nach der vollständigen Zerstrahlung tatsächlich rein thermisch
ist
. D.h., dass unterschiedliche Mikrozustände vor dem Kollaps in identische Mikrozustände nach der Zerstrahlung übergehen. Demzufolge wäre die Information tatsächlich vernichtet – korrekt formuliert,
der Prozess würde die Unitarität verletzen
.
Ja, das wird m.E. auch von Susskind im weiteren Verlauf des Artikels dargestellt, eventuell ohne den Begriff "Unitarität" zu verwenden.
Allerdings bin ich ja ein Freund davon, die Leute da abzuholen, wo sie stehen, und seb110 stand eben da, wo die Informationserhaltung dem 2. HS widerspricht.
An diesem Standpunkt macht es m.E. wenig Sinn, sich mit entropischer Gravitation zu beschäftigen...
TomS
Verfasst am: 11. Jun 2025 07:09
Titel:
Genau dieses Zurückschießen funktioniert nach den Berechnungen von Hawking jedoch nicht, da seine Gleichungen
nicht
besagen, dass wir lediglich den Mikrozustand nicht kennen, sondern dass der Mikrozustand für jedes schwarzes Loch nach der vollständigen Zerstrahlung tatsächlich rein thermisch
ist
. D.h., dass unterschiedliche Mikrozustände vor dem Kollaps in identische Mikrozustände nach der Zerstrahlung übergehen. Demzufolge wäre die Information tatsächlich vernichtet – korrekt formuliert,
der Prozess würde die Unitarität verletzen
.
Allerdings glauben in der Zwischenzeit viele Physiker, dass die Berechnung von Hawking auf subtile Weise falsch ist und man dabei sozusagen Information übersieht, die in der Verschränkung der auslaufenden Strahlung tatsächlich noch enthalten ist. M.a.W.,
der Prozess ist unitär
. Praktisch ist die Information jedoch nicht zugänglich.
Aruna
Verfasst am: 11. Jun 2025 00:33
Titel:
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Was ist denn Deiner Meinung nach der "Grundgedanke des 2.HS"?
ernsthaft?
ja, ernsthaft
Glaubst Du z.B. dass der 2.HS der Informationserhaltung widerspricht?
entschuldige bitte meinen komischen "Ton" ich hatte wohl zu wenig
Ob man von Information oder Entropie spricht ist streng genommen egal, da Entropie ein Maß für "Nicht-Information" ist.
Da muss man nun m.E. aufpassen, was man mit Information meint.
Entropie gemäß dem zweiten HS ist das fehlende Wissen über den genauen Mikrozustand* aufgrund der Kenntnis des Makrozustandes**.
Je mehr Mikrozustände zum gleichen Makrozustand führen, desto größer die Entropie.
Solange allerdings ein Mikrozustand zum Zeitpunkt t_1 sich kausal aus einem zum Zeitpunkt t_0 entwickelt hat, geht da keine Information im Sinne der Informationserhaltung verloren.
Denn Du kannst dann, wenn Du den Mikrozustand zu einem Zeitpunkt kennst, -zumindest theoretisch- die Mikrozustände zu früheren Zeitpunkten berechnen.
Der zweite HS sagt nur, dass es unwahrscheinlich ist, dass sich das System auch spontan in Richtung abnehmender Entropie entwickelt.
(Unwahrscheinlich aber nicht unmöglich:
https://de.wikipedia.org/wiki/Wiederkehrsatz)
*Mikrozustand z.B. ideales Gas: mikroskopische Größen: Alle Teilchenorte, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, Größenordnung 10^23
**Makrozustand z.B. ideales Gas: makroskopische Größen: Druck, Temperatur, Volumen...
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Und wenn die Entropie nur zunehmen kann, kann die Information auch nur abnehmen.
1.) kann die Entropie auch abnehmen, (siehe oben)
2.) nimmt mit der Entropiezunahme nicht die Information, die im Mikrozustand steckt, ab. (siehe oben)
hier eine Geschichte von Prof. Susskind, die verdeutlicht, dass auch bei starker Entropiezunahme im Sinne des 2. HS keine Information im Sinne der Informationserhaltung verloren geht:
Zitat:
In einer Erdumlaufbahn treibt Professor Liszts Kapsel mit dem einzigen Exemplar einer für künftige Generationen lebenswichtigen mathematischen Formel. Doch seinem Erzrivalen, Professor Tück, ist es gelungen, eine Wasserstoffbombe mit Zeitzünder an Bord zu schmuggeln. Da! Ein greller Lichtblitz zeigt an, daß die Kapsel samt Formel in einer Wolke aus Elektronen, Nukleonen, Photonen und einigen Neutrinos verpufft ist. Liszt ist verzweifelt. Er hat keine Kopie und kann sich nicht mehr an die Herleitung der Formel erinnern. Deshalb bringt er den Fall vor Gericht: "Dieser Narr hat eine unersetzliche Botschaft an die Menschheit vernichtet und muß dafür büßen. Jagt ihn von der Universität!"
"Unsinn", erwidert Tück gelassen. "Information läßt sich niemals zerstören. Sie sind bloß faul, Liszt. Ich habe zwar ein bißchen Unordnung gestiftet, aber Sie müssen nur jedes Teilchen der Explosionswolke ausfindig machen und seine Bewegung umkehren. Die Naturgesetze sind zeitsymmetrisch, und indem Sie alles rückwärts laufen lassen, setzt sich Ihre alberne Formel wieder zusammen."
https://www.spektrum.de/magazin/das-informationsparadoxon-bei-schwarzen-loechern/823827
Es geht bei der Informationserhaltung also nicht darum, dass die Entropie spontan abnimmt, und sich die Formel in der Geschichte von selbst wiederherstellt, sondern dass man aus einem Zustand durchaus höherer Entropie wieder auf einen vorherigen Zustand rückschließen kann, wenn man den genauen Mikrozustand kennt.
antaris
Verfasst am: 10. Jun 2025 21:10
Titel:
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Ersteres ändert sich in einem abgeschlossenen System nie -> Welches System ist denn wirklich abgeschlossen?
Nur ein einziges System -> das gesamte Universum und das ist die Aussage von Prof. Neumaier. Sobald wir Einzelsysteme innerhalb dieses nur in sich abgeschlossene System "Effektiv", also meist als abgeschlossenes System betrachten, können (nur dann) wir von einer Erhöhung der Entropie dieses effektiv beschriebenen Systems sprechen.
arnold-neumaier.at:
“The only truly isolated system is the universe as a whole; but the universe expands, i.e. V changes.”
Verlinde betrachtet m.E. gar keine Mikrostrukturen. Er kommt aus der Stringtheorie und der Hintergrund ist bei ihm vorausgesetzt ads/cft.
Bezüglich allgemein Entropie=Information bin ich mir nicht sicher. Man muss m.E. zwischen der Entropie der Mikrostrukturen in der Quantenwelt und der thermodynamische Entropie des Makrokosmos unterscheiden.
Erstes: Von Neumann‐Entropie als informations-theoretisches Maß der Mikrostrukturen
Zweites: Boltzmann‐Entropie als Mikro-Zustandszählung eines Makro-Zustands
seb110
Verfasst am: 10. Jun 2025 21:01
Titel:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Was ist denn Deiner Meinung nach der "Grundgedanke des 2.HS"?
ernsthaft?
ja, ernsthaft
Glaubst Du z.B. dass der 2.HS der Informationserhaltung widerspricht?
entschuldige bitte meinen komischen "Ton" ich hatte wohl zu wenig
Ob man von Information oder Entropie spricht ist streng genommen egal, da Entropie ein Maß für "Nicht-Information" ist. Und wenn die Entropie nur zunehmen kann, kann die Information auch nur abnehmen. Nochmal "Ein idealer reversibler Prozess ohne Zunahme an Entropie ist nur eine mathematische Idealisierung." Das wiederspricht der Quantentheorie.
Jetzt kommt aber Verlinde ins Spiel und verpasst der DE eine Entropie und somit auch eine Information. Und das hat auch für die QT und die Informationserhaltung Konsequenzen.
Was machen SLs? Sie fressen Informationen. Wirklich?
Was machen sie dabei aber noch? Sie expandieren nicht. Wie sieht es dann mit Verlindes Entropie der DE in so einem Bereich aus, der nicht expandiert? Diese DE Entropie ist dort im Nahbereich von SLs sehr klein und der Informationsgehalt dagegen riesig!
So und jetzt kommt wieder der 2.HS, der da sagt: ich will aber Entropie maximieren, diese Ordnung ist bäh. Das Universum expandiert und wirkt dabei gegen die Gravitationspotentiale(nicht Expansion) als Sachs Wolfe effekt und vergrößert dabei die Entropie.
Für Information und Entropie ist immer das delta entscheidend. Und für eine QT mit Informationserhaltung ist wichtig was quantisiert wird und wo überhaupt Information drin steckt.
anatris schrieb: " Ersteres ändert sich in einem abgeschlossenen System nie -> Welches System ist denn wirklich abgeschlossen? ja klar effective Theorien sind eigentlich die bessere Wahl.... beider Entropie bin ich mir da nicht so sicher. Die Prinzipien finden sich immer wieder z.B. bei der Hydrophobie
https://de.wikipedia.org/wiki/Hydrophobie#Entropie
VG
antaris
Verfasst am: 09. Jun 2025 19:26
Titel:
Ich denke es muss zwischen von-Neumann-Entropie der Quantenwelt und der Boltzmann-Gibbs-Entropie des Makrokosmos unterschieden werden. Ersteres ändert sich in einem abgeschlossenen System nie -> unitäre Entwicklung und letzteres ist eine effektive Theorie, in die durch coarse graining die Freiheitsgrade und Kopplungen der Quantenwelt "verschwimmen" (ähnlich h -> 0 im Makrokosmos), welche einer unitären Zeitentwicklung der Quantenwelt nicht widerspricht.
Wiki
:
"Unitary evolution takes pure states into pure states, and it leaves the von Neumann entropy unchanged."
Uni Roehampton
:
"If we take SGibbs as our definition of S, then it follows from Liouville’s theorem that… (8.30). Thus… reversible microphysics … incompatible mit irreversibler Makrophysik…"
Sciencedirect
:
"The vN-entropy cannot represent the thermodynamic entropy of those generalized equilibrium states because it vanishes for any pure states and stays constant under any unitary evolution involving non-quasi-static external operations [1]. "
Bei Bianconi geht es übrigens um die relative Araki-Entropie zwischen Quantenoperatoren, welche eine Variante der von Neumann-Entropie und damit von vornherein in der Quantenwelt definiert ist.
Gravity from entropy
:
"For these quantum operators the Araki quantum relative entropy … is defined. This entropy reduces to the von Neumann entropy when the …"
>
The quantum relative entropy of the Schwarzschild black-hole and the area law
:
"The quantum relative entropy generalizes Araki's entropy and treats the metrics between zero‑forms, one‑forms, and two‑forms as quantumoperators."
Aruna
Verfasst am: 09. Jun 2025 18:34
Titel:
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Aruna hat Folgendes geschrieben:
Was ist denn Deiner Meinung nach der "Grundgedanke des 2.HS"?
ernsthaft?
ja, ernsthaft
Glaubst Du z.B. dass der 2.HS der Informationserhaltung widerspricht?
seb110
Verfasst am: 09. Jun 2025 11:48
Titel:
[quote="Aruna"]
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Wie geht denn Entropie und Unitarität überhaupt zusammen? Sorgt nicht die Unitarität dafür, dass alle Prozesse umkehrbar sind. Das ist mit dem Grundgedanken des 2. HS (besser Clausiussche Ungleichung) doch gar nicht vereinbar.
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Du meinst, die QT widerspricht dem 2.HS der Thermodynamik?
logisch, Ein idealer reversibler Prozess ohne Zunahme an Entropie ist nur eine mathematische Idealisierung.
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Was ist denn Deiner Meinung nach der "Grundgedanke des 2.HS"?
ernsthaft?
Mich würde eigentlich bloss interessieren wo genau z.B. Verlinde Unitarität ins Spiel bringt?
m.E. kann Verlindes Vorstellung nicht unitär sein.
siehe:
https://www.youtube.com/watch?v=WGyVmCGAMM8
ab Minute 38 und um die entropische Kraft zu erklären dann ab Minute 40 dass die DE Volumen Entropie irgendwann größer ist als die flächige Bekensteinentropie (unten rechts die Formel blau hinterlegt) impliziert doch den Antrieb durch den Drang zur Entropiezunahme (oder anders ausgedrückt eine Präferenz für Dunkle Energie[gibt ja nicht umsonst so viel davon])und dies gibt eine Richtung vor, die dann nicht mehr unitär ist.
und um das mit der DE auch auf Quantenebene abbilden zu können, braucht man dann das weiße e in dieser Abbildung
https://www.quantamagazine.org/wp-content/uploads/2022/09/UNITARITY_920-Desktop.svg
Aruna
Verfasst am: 08. Jun 2025 23:21
Titel:
seb110 hat Folgendes geschrieben:
Wie geht denn Entropie und Unitarität überhaupt zusammen? Sorgt nicht die Unitarität dafür, dass alle Prozesse umkehrbar sind. Das ist mit dem Grundgedanken des 2. HS (besser Clausiussche Ungleichung) doch gar nicht vereinbar.
Du meinst, die QT widerspricht dem 2.HS der Thermodynamik?
Was ist denn Deiner Meinung nach der "Grundgedanke des 2.HS"?
seb110
Verfasst am: 08. Jun 2025 21:41
Titel:
Hallo TomS
ich würde gerne nochmal auf folgenden Satz eingehen und habe dazu Fragen.
TomS hat Folgendes geschrieben:
Nun haben wir einen wenige Jahre alten Vorschlag für einen neuen Rahmen der sogenannten emergenten bzw. entropischen Gravitation; darin wird wieder von einer unitären Dynamik ausgegangen
Wie geht denn Entropie und Unitarität überhaupt zusammen? Sorgt nicht die Unitarität dafür, dass alle Prozesse umkehrbar sind. Das ist mit dem Grundgedanken des 2. HS (besser Clausiussche Ungleichung) doch gar nicht vereinbar. Wie kommt man denn darauf Entropie und Unitarität zusammen zu betrachten?
Ich habe im Quanta Artikel gelesen
https://www.quantamagazine.org/physicists-rewrite-a-quantum-rule-that-clashes-with-our-universe-20220926/
dass man Unitarität durch Isometrie ablösen könnte. Würde das nicht auch die entropische Gravitation "retten"?
VG
antaris
Verfasst am: 26. Apr 2025 10:25
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
niemand will diese Zusammenstellung einer KI hier lesen
Na ja, das wage ich zu bezweifeln, nachdem dieser Thread nach der Auslagerung an einem Tag über 3000 Klicks hatte aber ich beuge mich deiner persönlichen Auswahl, was gelesen werden darf und was nicht. Ich würde dennoch empfehlen die Nutzung von AI Inhalten in den Foren-Nutzungsbedingungen zu untersagen, denn der eigentliche Inhalt hat diesen in keiner Weise widersprochen.
Für alle anderen interessierten empfehle ich folgende Arbeiten:
1. Bianconi, G. Quantum entropy couples matter with geometry. arXiv:2404.08556v4 (2024)
2. Bianconi, G. Gravity from entropy. arXiv:2408.14391v7 (2024)
3. Bianconi, G. Dirac gauge theory for topological spinors in 3+1 dimensional networks. arXiv:2212.05621v3 (2023)
4. Nokkala, J., Piilo, J., Bianconi, G. Complex Quantum Networks: a Topical Review. arXiv:2311.16265v2 (2024)
5. Wu, Z., Menichetti, G., Rahmede, C., Bianconi, G. Emergent Complex Network Geometry. Scientific Reports 5, 10073 (2015) (arXiv:1412.3405v2)
6. Bianconi, G., Rahmede, C., Wu, Z. Complex Quantum Network Geometries: Evolution and Phase Transitions. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2015(05), P05035 (2015) (arXiv:1503.04739v3)
7. Bianconi, G., Dorogovtsev, S. N. The spectral dimension of simplicial complexes: a renormalization group approach. Physical Review E 102, 062147 (2020) (arXiv:1910.12566v3)
Als Referenz hatte ich folgende Arbeiten herangezogen:
8. Hollands, S., Wald, R. M. Quantum fields in curved spacetime. Physics Reports 574, 1-35 (2015) (arXiv:1401.2026v2)
9. Hawking, S. W. Particle creation by black holes. Communications in Mathematical Physics 43, 199-220 (1975)
Wer es lesen will, kann es demnächst auf Astronews machen.
Der Inhalt war übrigens keine Lösung von allem aber eine Übersicht, wie Bianconi et al. vorgehen, dass die Unitarität bei Betrachtung "des gesamten Netzwerks" nicht verletzt ist und eine kritische Auseinandersetzung mit den offenen Herausforderungen, wie z.B. u.a. die bisher fehlende 2. Quantisierung.
TomS
Verfasst am: 26. Apr 2025 08:24
Titel:
@anteris – es reicht; niemand will diese Zusammenstellung einer KI hier lesen