ETH Masterarbeit in Physik
über Quantumbezugssysteme

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ETH Semesterarbeit
über Information in schwarzen Löchern
& Analoge Gravitationsmodelle

Für meinen Physik-Master schrieb ich eine theoretische Semesterarbeit über das Informationsparadoxon in schwarzen Löchern im Kontext von analogen Gravitationsmodellen. Grob gesagt ist das Informationsparadoxon ein Widerspruch zwischen Quantenfeldtheorie in gekrümmter Raumzeit und der Thermodynamik schwarzer Löcher: Erstere besagt, dass schwarze Löcher sogenannte Hawking-Strahlung abgeben, dadurch mit der Zeit an Masse verlieren, und dass die Entropie der Strahlung so stetig zunimmt. Zweitere besagt, dass die Entropie eines schwarzen Lochs abnimmt, wenn seine Masse abnimmt. Damit die beiden Kompatibel sind, darf die Entropie des schwarzen Lochs die der Strahlung nicht unterschreiten. Genau dies passiert jedoch (siehe auch Abbildung unten).

Page curve — Anstieg der Entropie von Hawking Strahlung (vorhergesagt durch Quantenfeldtheorie in gekrümmter Raumzeit), verglichen mit der Abnahme der Entropie des scwharzen Lochs (vorhergesagt durch Thermodynamik). Um das Paradox zu lösen, müsste die Entropie der Strahlung z.B. einer sogenannten Page-Kurve folgen.

Analoge Gravitationsmodelle sind physikalische Systeme, in denen Wellenausbreitung mathematisch der Ausbreitung eines Felds (typischerweise masseloses Skalarfeld) in gekrümmter Raumzeit gleicht. Gewisse Aspekte des Systems verhalten sich also mathematisch analog wie ein Feld in gekrümmter Raumzeit. Interessanterweise können solche analoge Modelle auch Raumzeiten von schwarzen Löchern beschreiben (siehe Abbildung unten), und es kann sogar Hawking-Strahlung im Modell nachgewiesen werden. Dies führt zur Frage, ob das Informationsparadoxon auch in einem analogen Modell beschrieben werden kann.

analogue model — Blaue Linien zeigen den Fluss einer Flüssigkeit auf, dessen Geschwindigkeit nach links zunimmt. Die roten Linien sind sogenannte 'Schallkegel', d.h. die Ausbreitungslinien von Schallwellen, die nach links und rechts ausgesendet werden. H markiert einen sogenannten 'scheinbaren Horizont': er kann von Schall nur von rechts nach links überschritten werden. Diese Flüssigkeit ist ein simples analoges Modell für ein schwarzes Loch in einer räumlichen Dimension, wobei die Schallausbreitung in der Flüssigkeit analog zur Lichtausbreitung in der Raumzeit ist.

Ziel der Arbeit war die Untersuchung dieser Vermutung: Ich argumentierte, dass die Analogie nicht auf das Paradox erweitert werden kann, weil die Entropie eines schwarzen Lochs im analogen Modell keine sinnvolle Analogie besitzt. Als Beiprodukt entstand auch ein neuer Zugang via Eichinvarianz zu einer grossen Klasse von analogen Modellen, inklusive zwei der wichtigsten Modellen.

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Astrofotografie

In meiner Freizeit fotografiere ich den Mond, Sterne, Galaxien und andere astronomische Objekte mit meinem Celestron-Teleskop und entweder einer Nikon-Spiegelreflexkamera oder einer ZWO ASI Astrokamera. Details und alle meine Bilder finden Sie hier. Unten finden Sie einige meiner besten Aufnahmen bisher, sowie die neusten Bilder.

astrophotography — Einige meiner besten Aufnahmen bisher: Kugelsternhaufen m92, Mond, Orionnebel (links nach rechts)

Meine Astropfotografie-Bilder sind geschützt durch die CC BY-NC-SA 4.0 Lizenz:

m42 - Orionnebel

Der Orionnebel ist relativ gross und hell, weshalb er auch von Auge sichtbar ist. Der Nebel war eines meiner ersten Astrofotografieobjekten. Anfangs 2023 war er auch das erste Objekt, welches ich, zusammen mit meiner Freundin Anna Bickel, nach einer langen Pause vom Fotografieren aufnahm.

M51 - Whirlpool-Galaxie

M51 ist eine Spiralgalaxie im Sternbild Jagdhunde. Sie wird von einer kleinen, irregulären Galaxie begleitet, die wir links an einem der Spiralarme sehen können.

zufälliges, tägliches Mandelbrot-Bild

Eine kleine, selbstprogrammierte Software rendert jeden Tag einen zufällig gewählten Bereich des Mandelbrot-Fraktals und lädt das Bild hier hoch. Siehe hier für vergangene Bilder und mehr Informationen.