Stellen Sie sich vor, Sie fallen in ein Schwarzes Loch. Laut Einstein ist alles verloren: Informationen gehen für immer verloren. Laut der Quantenmechanik ist das unmöglich: Informationen werden nie zerstört. Ein Jahrhundert lang haben sich diese beiden Säulen der Physik wie Boxer vor einem Kampf gegenübergestanden. Nun hat ein Physikerteam der Universität Leiden eine elegante Lösung vorgeschlagen: Die Raumzeit ist nicht glatt. Sie besteht aus winzigen „Zellen“, die jedes Ereignis aufzeichnen.Ein bisschen wie Pixel auf einem Bildschirm, aber auf der Planck-Skala. Jedes vorbeiziehende Teilchen hinterlässt einen Abdruck. Jede Kraft verändert den lokalen Quantenzustand. Das Ergebnis? Das Universum entwickelt sich nicht einfach. Denken Sie daran. Und es ist ein zyklisches Universum.
Quantenzellen: Die Raumzeit als Festplatte
Der Rahmen heißt Quantenspeichermatrix (QMM). Quantenspeichermatrix. Im Magazin veröffentlicht Entropie, geht von einer ziemlich klaren Idee aus: Behandeln Sie Informationen als den grundlegenden Bestandteil der Realität. Nicht Materie, nicht Energie, nicht einmal die Raumzeit selbst. Die InformationDie Raumzeit ist laut Quantenmechanik in winzige Zellen unterteilt. Jede Zelle kann einen „Quantenfingerabdruck“ dessen speichern, was in ihr geschieht: den Durchgang eines Teilchens, den Einfluss einer elektromagnetischen Kraft, sogar nukleare Wechselwirkungen.
Florian Neukart, Hauptautor der Studie, verbunden mitUniversität Leiden und Terra Quantum AG, erklärt, dass diese Struktur Meinungsverschiedenheiten löst, die die Quantenfeldtheorie seit Jahrzehnten plagen. Jede Zelle hat eine endliche Anzahl von Freiheitsgraden. Sie kann nicht unendlich viele Informationen enthalten. Und diese scheinbar einschränkende Einschränkung erweist sich als mathematischer Segen.
Das QMM führt ein sogenanntes Fingerabdruck-Operator, eine reversible mathematische Regel, die das Schreiben und Lesen von Informationen in Raum-Zeit-Zellen ermöglicht. Tests auf IBM-Quantenprozessoren durchgeführt Sie haben gezeigt, dass dieser Mechanismus funktioniert: Wie ich Ihnen später genauer erklären werde, werden Quantenzustände mit mehr als 90 % Genauigkeit.
Das Schwarze-Loch-Paradoxon gelöst
Der Ausgangspunkt war genau er: der Informationsparadoxon des Schwarzen LochsFällt Materie in ein Schwarzes Loch, verschwindet sie gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie jenseits des Ereignishorizonts. Laut der Quantenmechanik ist dies jedoch verboten: Informationen müssen erhalten bleiben. Seit Jahrzehnten suchen Physiker nach einem Ausweg. Einige vermuten, dass Informationen auf der Oberfläche des Horizonts kodiert sind (holographisches Prinzip). Andere theoretisieren Quanten-„Firewalls“ oder exotische Wurmlöcher.
Das QMM bietet eine direktere Alternative. Wenn Materie fällt, zeichnen die umgebenden Raum-Zeit-Zellen ihren Abdruck auf. Wenn das Schwarze Loch verdunstet Hawking-StrahlungDie Information geht nicht verloren: Sie ist bereits in der Raumzeit geschrieben. Der Mechanismus wird mathematisch durch den Imprint-Operator erfasst, der die Reversibilität garantiert. Keine Firewall, keine ExotismenNur unitäre, lokale und kausale Physik.
Dunkle Materie und dunkle Energie: Nur Fingerabdrücke?
Irgendwann gingen die Forscher noch einen Schritt weiter. Wenn das Konzept für die Schwerkraft funktioniert, warum sollte man es dann nicht auch auf andere Kräfte anwenden? In einer im Februar 2025 veröffentlichten Studieimmer an Entropieerweiterte das Team die Quantenmechanik auf starke und schwache Kernwechselwirkungen. Diese Kräfte hinterlassen ebenfalls Spuren in Raumzeitzellen. Dann kam der Elektromagnetismus hinzu. Das Ergebnis ist ein allgemeineres Prinzip, genannt Geometrie-Informations-Dualität: Die Form der Raumzeit hängt nicht nur von Masse und Energie ab, sondern auch davon, wie Quanteninformationen verteilt sind, insbesondere durch Verschränkung.
Dieser Perspektivwechsel hat dramatische Folgen. In einer Studie, die derzeit geprüft wirdhaben Forscher entdeckt, dass sich Aggregate von Quantenfingerabdrücken genau wie Dunkle MaterieSie gruppieren sich unter dem Gravitationseffekt und erklären die anomale Bewegung von Galaxien, die schneller als erwartet kreisen, ohne dass exotische Teilchen erforderlich sind.
Dunkle Materie wäre keine Materie. Es wäre in der Raumzeit gespeicherte Information.
Und derdunkle EnergieDies ergibt sich auch aus dem Modell. Wenn Raumzeitzellen gesättigt sind, können sie keine neuen unabhängigen Informationen mehr aufnehmen. Stattdessen tragen sie zu einer Restenergie der Raumzeit bei. Dieser Beitrag hat die gleiche mathematische Form wie die Kosmologische Konstante, die dunkle Energie, die die Expansion des Universums beschleunigt. Die vom QMM vorhergesagte Größe entspricht den beobachteten Werten. Zwei Seiten derselben Informationsmedaille.
Zyklisches Universum: Drei bereits vergangen, weniger als zehn verbleiben
Wenn die Raumzeit ein begrenztes Gedächtnis hat, was passiert, wenn sie voll ist? Die neueste kosmologische Studie des Teams, zur Veröffentlichung angenommen im Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysikzielt wie erwähnt auf eine zyklisches UniversumJeder Zyklus von Expansion und Kontraktion lagert Entropie in den Zellen ab. Wenn die Grenze erreicht ist, springt das Universum in einen neuen Zyklus. Ein bisschen wie die Big Bounce theoretisiert von Roger Penrose mit seiner konformen zyklischen Kosmologie, aber mit einem anderen physikalischen Mechanismus.
Das Erreichen der Grenze bedeutet, dass die Informationskapazität (Entropie) der Raumzeit erschöpft ist. Ab diesem Punkt kann die Kontraktion nicht mehr kontinuierlich fortgesetzt werden. Was passiert also als nächstes? Die Gleichungen zeigen, dass die angesammelte Entropie nicht zu einem Kollaps in einer Singularität führt, sondern eine Umkehr auslöst: eine neue Expansionsphase. Dies ist der „Rebound“. Durch Vergleich des Modells mit Beobachtungsdaten schätzen die Forscher, dass das Universum bereits drei oder vier Zyklen, wobei weniger als zehn noch möglich sind. Nach dem letzten Zyklus wird die Informationskapazität vollständig gesättigt sein. Keine weiteren Erholungen. Nur eine letzte, verlangsamte Expansion.
Das wahre „Informationszeitalter“ des Kosmos wäre ungefähr 62 Milliarden Jahre, nicht nur die 13,8 Milliarden Jahre seiner aktuellen Expansion. Das Universum hat eine längere Geschichte als wir dachten. Und eine kürzere Zukunft.
Quantencomputer-Tests: Vom Kosmos ins Labor
Bisher mag es wie reine Theorie erscheinen. Aber das Team hat bereits Teile von QMM auf echten Quantencomputern getestet. Sie haben die Qubit (die Grundeinheiten von Quantencomputern) als winzige Raumzeitzellen. Mithilfe von Imprinting- und Recovery-Protokollen auf Basis der QMM-Gleichungen konnten sie die ursprünglichen Quantenzustände mit einer Genauigkeit von über 90 % wiederherstellen. Dies beweist zweierlei: Erstens funktioniert der Imprint-Operator auf realen Quantensystemen. Zweitens bietet er praktische Vorteile. Kombination von Prägung mit herkömmlichen Fehlerkorrekturcodes, haben logische Fehler deutlich reduziert.
Kurz gesagt: Das Quantenspeicher-Array könnte nicht nur den Kosmos erklären, sondern uns auch helfen, bessere Quantencomputer zu bauen. Nicht schlecht für eine Theorie, die aus der Erforschung Schwarzer Löcher entstanden ist.
Ein zyklisches Universum aus Gedächtnis und Berechnung
QMM stellt das Universum als kosmische Datenbank und Quantencomputer dar. Jedes Ereignis, jede Kraft, jedes Teilchen hinterlässt Spuren, die die Entwicklung des Kosmos prägen. Sie verbinden einige der tiefgreifendsten Probleme der Physik: vom Informationsparadoxon bis zur dunklen Materie, von der dunklen Energie bis zu kosmischen Zyklen, vom Zeitpfeil bis zum Ursprung des Universums. Und dies auf eine Weise, die sich bereits heute im Labor testen lässt.
Ob QMM das letzte Wort ist oder ein Sprungbrett zu etwas anderem, eröffnet eine beunruhigende Möglichkeit: Das Universum besteht möglicherweise nicht nur aus Geometrie und Energie. Es ist auch Erinnerung.Und in dieser Erinnerung könnte jeder Moment der kosmischen Geschichte noch immer geschrieben sein. Irgendwo, in Zellen, die so groß sind wie die Planck-Länge, gibt es eine Spur des ersten Augenblicks nach dem großen Sprung. Und vielleicht sogar des Augenblicks davor.
So lange es dauert. Denn nach weniger als zehn Zyklen ist der Speicher voll. Und das zyklische Universum hört einfach auf zu hüpfen.
