Schwarze Löcher gehören wohl zu den seltsamsten und faszinierendsten Objekten, die in der Wissenschaft jemals erforscht wurden. Sie bringen extreme Bedingungen hervor, unter denen die bisher bekannte Physik versagt, noch immer sind wichtige Fragen rund um Schwarze Löcher unbeantwortet.

Gerben Oling arbeitet an neuen Methoden, den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf die Spur zu kommen. Er verbindet dabei Gravitationstheorie und Feldtheorie, sein neuartiger Ansatz baut auf der sogenannten AdS/CFT-Symmetrie auf, die sich in den letzten Jahren und Jahrzehnten als höchst fruchtbares neues Forschungsfeld etabliert hat. Oling erhält nun einen ERC-Starting-Grant des European Research Council ERC, eine der höchstdotierten und prestigeträchtigsten Förderungen der europäischen Forschungslandschaft.

Das holographische Prinzip

Die Grundidee, auf der Gerben Oling aufbaut, ist das sogenannte „Holographische Prinzip“: Manchmal lässt sich die Wirklichkeit auch mit Modellen beschreiben, die mit einer Dimension weniger auskommen. Man kennt das von Hologrammen: Das sind dreidimensionale Bilder, die man aus unterschiedlichen Richtungen betrachten kann. Aber die gesamte Information des Bildes lässt sich trotzdem auf einer zweidimensionalen Oberfläche abspeichern. Wie viele Dimensionen ein solches Hologramm nun „wirklich“ hat, lässt sich nicht eindeutig sagen.

In gewissem Sinn verhält sich unser Universum ähnlich: Man kann zeigen, dass sich die Gesetze unseres Universums – inklusive Gravitation – auf eine Quantentheorie abbilden lassen, die mit wenige Dimensionen auskommt, und in der es keine Gravitation gibt.

Man hat somit zwei völlig unterschiedliche physikalische Theorien, die sich ineinander übersetzen lassen. Manche Dinge lassen sich in der einen Theorie leichter berechnen – manche in der anderen. Durch geschicktes Verwenden der mathematischen Zusammenhänge zwischen der höherdimensionalen und der niedrigdimensionalen Theorie kann man somit Fragen beantworten, die sich bisher nicht beantworten ließen.

Neue Methoden für neue Fragen

„Allerdings wurde dieses holographische Prinzip in Form der sogenannten AdS/CFT-Korrespondenz verwendet“, sagt Gerben Oling. „Sie beruht auf ganz bestimmten Räumen, mit einer Geometrie, die nicht der Geometrie unseres Universums entspricht.“ Oling wird diesen Ansatz auf asymptotisch flache Raumzeiten ausweiten, die unser Universum sehr gut beschreiben – abgesehen höchstens von den allergrößten Größenskalen. Eine wichtige Komponente dabei ist die Carroll-Geometrie, ein neuartiges mathematisches Werkzeug, mit dem sich Einsteins Gravitationstheorie an den Rändern flacher Raumzeiten und in Regionen extremer Gravitation innerhalb von Schwarzen Löchern besser handhaben lässt.

Auf diese Weise sollen sich einige große Probleme mit dem holographischen Prinzip lösen lassen, gleichzeitig sollen auch Fragen beantwortbar werden, auf die es bisher noch keine Antworten gab – etwa Aussagen darüber, was in einem Schwarzen Loch hinter dem Ereignishorizont tatsächlich passiert, und über die chaotische Dynamik, die dort entsteht.

Gerben Oling

Gerben Oling studierte an der Universität Amsterdam Mathematik und Physik. Danach schloss er ein Masterstudium in Mathematik an der Universität Cambridge ab, und ein Masterstudium mit Schwerpunkt auf Stringtheorie an der Universität Amsterdam, wo er dann 2018 auch seine Dissertation abschloss. Als Postdoctoral Researcher ging er dann zunächst an das Niels Bohr Institut in Kopenhagen, danach am Nordita (KTH und Universität Stockholm) und schließlich an die University of Edinburgh in Schottland. Mit seinem ERC-Grant wird er nun an die TU Wien wechseln, wo er am Institut für Theoretische Physik forschen wird.

Rückfragehinweis

Gerben Oling, PhD
gerben.oling@ed.ac.uk

Text: Florian Aigner