Black Holes in AdS, the Universe, and Analog Systems

Die Erforschung von Schwarzen Löchern findet zunehmend in verschiedensten Disziplinen Eingang. Neben den üblichen Forschungsbereichen wie Allgemeine Relativitätstheorie, Astrophysik, mathematische Physik und Quantengravitation, widmen auch Quantenchromodynamik, Stringtheorie, Kosmologie und sogar ein Teil der Festkörperphysik einen signifikanten Teil ihrer Ressourcen der Erforschung Schwarzer Löcher. Die Erkundung Schwarzer Löcher ist ein ebenso faszinierender wie auch zeitgemäßer Forschungsbereich der Physik. Das vorrangige Ziel dieses Projekts ist ein umfassendes theoretisches Studium von Schwarzen Löchern, unter Miteinbezug ihrer Auswirkung auf Disziplinen, wo ihr Erscheinen nicht offenkundig ist. Speziell in der Quantenphysik wird das Verständnis von Schwarzen Löchern als Meilenstein auf dem Weg zur Quantengravitation, dem "Heiligen Gral der Theoretischen Physik", erachtet. Forschungsergebnisse aus dem Jahr 2008 deuten darauf hin, dass es möglich sein könnte, eine umfassende Theorie der Quantengravitation in drei Dimensionen zu konstruieren. Eines der ambitionierten Ziele dieses Forschungsprojekts ist die Konstruktion dieser Theorie. Solch eine Konstruktion beinhaltet vermutlich die berühmte Anti-deSitter/Konforme-Feldtheorie-Korrespondenz (AdS/CFT), welche spezielle Schwarze Löcher mit stark gekoppelten Eichtheorien in Beziehung setzt. AdS/CFT ist nicht nur ein geeignetes Werkzeug für Quantengravitation, sondern wird in Quark-Gluon-Plasmaphysik am Relativistic Heavy-Ion Collider in Brookhaven angewendet, sowie im ALICE-Experiment am LHC (CERN). Unlängst wurde die Vermutung geäußert, dass es vergleichbar unerwartete Anwendungen von Schwarzen Löchern bei Supraleitern und Kalten Atomen geben könnte. Ein faszinierender Teil des Forschungsvorhabens besteht darin, diese Spekulationen entweder zu bestätigen oder zu falsifizieren, und neuartige unerwartete Anwendungen für Schwarze Löcher zu suchen. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden bedeutenden Einfluss auf die Physik haben. Die Durchführung dieses Forschungsprojekts an der Technischen Universität Wien ermöglicht zudem die Etablierung einer sehr regen und international wettbewerbsfähigen "Wiener Schule der Gravitation".

Schauen Sie sich um. Wie viele Dimensionen nehmen Sie wahr? Offenbar eine Zeit und offensichtlich drei räumliche Dimensionen. Offensichtlich? Wenn das holographische Prinzip stimmt könnte eine der Dimensionen, die Sie wahrnehmen, als eine Illusion betrachtet werden, und dasselbe gilt für Gravitation.Das START-Projekt Schwarze Löcher in AdS, dem Universum und analogen Systemen konzentrierte sich auf die Fragen: Wie allgemein gilt das holographische Prinzip? Gilt es für unser Universum? Welche neuartigen Anwendungen von schwarzen Löchern in anderen Bereichen der Physik liefert es? Was können wir durch schwarze Löcher und das holographische Prinzip über Quantengravitation lernen?Wir haben diese Fragen in rund 100 Publikationen und Abschlussarbeiten in der neugegründeten Schwarze Löcher-Forschungsgruppe am Institut für Theoretische Physik an der TU Wien behandelt. Das START- Projekt bildete die Grundlage für den Aufbau dieser Gruppe, die in den vergangenen sechs Jahren 8 Postdocs,12 DoktorandInnen, 10 Master und 19 Bachelor-StudentInnen, sowie zahlreiche internationale Besucher und wissenschaftliche Mitarbeiter gehostet hat.Schwarze Löcher waren das Schlüsselthema dieses START-Projekts. Sie sind die wahrscheinlich faszinierendsten makroskopischen Objekte in unserem Universum. Die meisten entstehen durch Gravitationskollaps von alten Sternen ähnlich unserer Sonne, aber mindestens dreimal schwerer. Ihre definierende Eigenschaft ist, dass nicht einmal Licht ihrem Gravitationsfeld entweichen kann, so dass es nur durch ihre Gravitations- Wechselwirkung mit sichtbarer Materie möglich ist sie zu sehen.Eine überraschende Eigenschaft von schwarzen Löchern ist, dass die in ihnen gespeicherte Information nicht wie sonst üblich wie ihr Volumen sondern wie ihre Fläche skaliert. Diese Beobachtung von Bekenstein und Hawking aus den 1970ern inspirierte t Hooft und Susskind in den 1990ern das holographische Prinzip zu formulieren. Es besagt, dass man die gleiche physikalische Situation mit zwei scheinbar verschiedenen Theorien in verschiedenen Dimensionen beschreiben kann. Die hoherdimensionale Theorie ist eine Quantentheorie der Gravitation und die niedrigdimensionale eine Quantentheorie ohne Gravitation.Holographie wurde ein Eckpfeiler in Forschung zur schwer fassbaren Theorie der Quantengravitation. Sie hat eine konkrete Umsetzung innerhalb der Stringtheorie durch die so genannte Anti-de Sitter/Konforme Feldtheorie (AdS/CFT) Korrespondenz von Maldacena.Wir entdeckten, dass Holographie viel allgemeiner ist als AdS/CFT. Wir etablierten eine neue Art der holographischen Korrespondenz, genannt AdS/log CFT, diskutierten zahlreiche Implementierungen von Holographie über AdS/CFT hinausgehend, wendeten Holographie auf nicht-abelsche Plasmaphysik an und machten den ersten konkreten Vorschlag für Holographie in flachen Raumzeiten, was den Schluss nahelegt das Holographie auch für unser Universum gilt. Daher konnte tatsächlich eine der Dimensionen, die Sie um sich herum sehen, als eine Illusion betrachtet werden.