analogie wasserwirbel / schwarzes loch: anfängerfrage

[wilfried]

Tag zusammen

gravi schrieb:

Was Wilfried sagte bezüglich des Wachstums ist mir nicht ganz recht: im Prinzip können sie unbeschränkt anwachsen, eine obere Massegrenze ist nicht definiert. Richtig müsste es nach meiner Ansicht heißen, dass unter bestimmten Bedingungen (große Masse des SL's und der Akkretionsscheibe, schnelle Rotation des Lochs) Masse von der Scheibe fortgeschleudert wird. Wenn aber der Materienachschub gemächlich vor sich geht, kann jedes Loch beliebig wachsen. Auch könnten z.B. bei einer Galaxienkollision 2 supermassereiche Löcher miteinander verschmelzen und es würde ein noch massiveres entstehen.

Es gibt eine Theorie von Hawking, die besagt, daß es eine Teilchpaarbildung (Materie - Antimaterie) gibt -Ursache ist die Unschärfe Heisenbergs. So passiert es, daß sich diese paarigen Teilchen durch die enormen Impulse im SL aufteile: eines verläßt das SL ins "normale" Weltall, während das andere wieder zurückfällt. Dies führt zu einem enorm langsamen Energieverlust. Ein SL ist demzufolge nicht schwarz, sondern "glimmt" vor sich hin. Und exakt dieser Prozess ist es, der ein unendlicehs Wachstum verhindert.

Jedoch können SLs recht groß werden. Aber hier müssen auch andere Objete berücksichtigt werden, dei hohen Verwandtschaftsgrad zum SL aufweisen: Seyfert Galaxien, Holosterne, Gravesterne.

Andreas schreibt das auch auf seiner homepage.

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

So, ich habe auch noch ein paar Anmerkungen dazu:

Für die Theorie der Hawkingstrahlung, auf der das Verdampfen der SLs beruht, existiert ggw. noch keine experimentelle Überprüfung, d.h. wir sollten hier nicht so tun,. als ob das alles Fakten wären.

Die Hawkingstrahlung wurde unter einigen Annahmen abgeleitet, insbs. wurde die Gravitation als klassisch betrachtet, d.h. keine Quantengravitationseffekte miteinbezogen. Damit gilt diese Theorie sicher nicht für sehr kleine SLs und sie gilt sicher nur dann, wenn die Krümmung am Horizont nicht zu stark ist.

Damit kann man nach dieser Theorie das Verdampfen eines SLs nicht bis zum Schluss exakt vorhersagen; die Extrapolation ist spätestens bei der Planck-Masse gewagt (bis falsch). Für kosmische SLs sollte sie aber schon richtig sein, da man da die Gravitation eben als klassisch betrachten darf.

Tatsächlich ist die Hawkingtemperatur für große SLs wesentlich kleiner die kosmische Hintergrundstrahlung, d.h. große SLs werden dadurch nie meht Masse verlieren, als sie durhc Absorption der Hintergrundstrahlung gewinnen.

In ferner Zukunft, wenn die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung genügend klein geworden ist, können diese SLs dann tatsächlich anfangen, zu verdampfen.

Da die Hawkingtemperatur mit einer negativen Potenz der Masse skaliert, fällt sie für große Massen schnell ab. Deswegen begrenzt sie auch die maximale Masse der SLs nicht. Ein immer weiter wachsendes SL wird im Gegenteil immer kälter.

An der Stelle muss ich Wilfried also widersprechen, das Glimmen verhindert das unendliche Wachstum nicht.

Gruß
Tom

[wilfried]

Lieber Tom

Da die Hawkingtemperatur mit einer negativen Potenz der Masse skaliert, fällt sie für große Massen schnell ab. Deswegen begrenzt sie auch die maximale Masse der SLs nicht. Ein immer weiter wachsendes SL wird im Gegenteil immer kälter.

An der Stelle muss ich Wilfried also widersprechen, das Glimmen verhindert das unendliche Wachstum nicht.

das mag schon sein, ich kann und will weder wider- noch für- sprechen. denn diese Vorstellung ist nachwievor spekulativ.

Fakt aber ist, daß es keine unendlich großen SLs geben kann, denn
a) haben wir es mit relativistischen Objekten zu tun, deren "Ausdehnung" sich nicht so verhält, wie die Ausdehnung eines Ballons, den wir aufblasen und
b) widerspricht ein energetisch wachsendes -ich denke, diese bezeichnung ist besser- SL dem Impulserhaltungssatz. Denn der Imuls zum Wachsen muß irgendwo her kommen. Und wie ich ja sagte: es "wächst" solange sich Materie akkreditieren kann, ein SL fern von Materie oder wenn es die Nachbarschaft "aufgesogen" hat, "schläft" vor sich hin. Und was passiert dann, außer hawking Strahlung?

Ehrlich: ich weiß es nicht!! Aber soviel weiß ich, es kann niemals einen gewissen Grenzwert seiner Masse bzw. Energie- Impulsinhalts überschreiten. Aber keine Ahnung wie groß das zu bewerten ist.

Gruß

Wilfried

[Skeltek]

Die Teilchen/Antiteilchenhypothese hab ich nicht beruecksichtigt.
Aber ich muss Wilfried hier schon recht geben, auch wenn es nur eine Hypothese ist, ist es doch mit der Theorie dass SLs ueberhaupt abstrahlen auch nicht viel besser. Diese basiert naemlich auch nur auf der Annahme, dass Singularitaeten/SLs ueberhaupt in der Form existieren.
SLs existieren, Singularitaeten existieren, SLs strahlen es existiert Teilchen/Antiteilchenbildung sind in meinen Augen alles nur fliessende Abstufungen was die Abwaegigkeit der Theorien betrifft.

Wenn man nun die SL Theorie zum Standard macht, um darauf weitere Theorien aufzubauen, die die Richtigkeit der Grundannahme irgendwann bestaetigen koennten, war damals auch nur etwas besser als die Annahme, ein SL haette Haare, bzw eine Oberflaechenaktivitaet bzw wuerde vielleicht strahlen.
Aber ich denke viele hier koennen relativ gut abschaetzen, inwieweit Erkenntnisse relativ gesichert sind oder eher abwaegig. Dazwischen gibt es naemlich keine feste Grenze, sondern nur einen fliessenden Uebergang von sicher ueber moeglich nach abwaegig, aber vielleicht richtig.

Aber der Gedanke, dass man durch `aufheizen` eines SLs durch die Hintergrundstrahlung des Universums das SL abkuehlt is zunaechstmal auch nicht wirklich plausibel. Denn wie sich in Wirklichkeit die Entropie auf der Anderen Seite des Nullniveaus(provokativen Begriff gewaehlt!)/Horizontes verhaelt weiss keiner genau.

Hier folgt mal eine meiner persoenlichen Theorien: Denn egal wie stark sich ein Teilchen der Singularitaet annaehert(wenn diese wirklich existiert), wird der Raum/Zeit in radialer Richtung immer staerker verzerrt.
Das heisst wenn man drei Teilchen A, B und C in zeitlich gleichen Abstaenden ins SL wirft, wird das Streckenverhaeltniss B:C im Vergleich zu A:B immer groesser/geht gegen unendlich(bin mir hier nicht ganz sicher). Teilchen C wird Teilchen B im Bezug zum radialen Abstand nie einholen bzw ess wird mir abnehmendem radialem Abstand zur Singularitaet immer unwahrscheinlicher.

Deshalb stellt sich fuer mich jetzt folgende Frage: Laesst sich Entropie/Unordnung auf drei Komponenten zurueckfuehren oder ist es ein skalarer Wert? Wenn ich 10 Stapel Karten nebeneinander habe, und jeden Stapel fuer sich mische bevor ich ihn an seine urspruengliche Position zurueckstelle, nimmt die Unordnung ja auch nur in einer Dimension zu. Wenn ich hingegen alle Stapel zusammen werfe, mische und 10 neue Stapel daraus bilde, ist die Zunahme der Unordnung viel groesser, da sich die Karten nicht nur in 1 Dimension, sondern in gleich 2 Gemischt haben.
Die grosse Frage, die sich fuer mich daraus ergibt ist, was passiert in einem rotierenden SL, wenn die Unordnung radial, in Bahnrichtung und vertikal zu den beiden stark unterschiedlich zunehmen?
Die groesste `Mischrichtung` der Teilchen waere wohl am ehesten die parallel zur Drehachse des SLs, da alle Teilchen desselben radialen Abstandes auf einen schmalen Ring zusammen gepresst werden. Die zweitgroesste Mischung wird wohl in Bahnrichtung passieren. Beim radialen Abstand zir Singularitaet jedoch, gibt es eine fast strenge Ordnung. Die radialen Abstandsverhaeltnisse der hinein geworfenen Teilchen nehmen eine feste Ordnungsrelation ein, die sich irgendwann einmal nicht mehr aendert.

So, jetzt waere es echt nett zu hoeren, ob ihr das ganze fuer Quatsch haltet oder nicht. Koennte durch diesen Sachverhalt die Ordnung innerhalb des SLs in einer oder mehreren der drei Raumdimensionen wieder zunehmen? Ich weiss dass es etwas komisch ist zu versuchen, den skalaren (informationstechnischen?) Wert der Unordnung in Komponenten aufzuteilen. Die Idee kam mir ganz intuitiv.

Viele Gruesse, Skel

[wilfried]

Tag zusammen

ich denke so einfach ist das nicht mit der Teilchendrehung. Hier ist die relativistik der Kerr Lösung zu bedenken. Ich sende dem Werner ein pdf file von mir, das er hier einbinden möge. Ich habe Werner mein pdf file zugesandt und er wird es bestimmt bald hier hinein verlinken.

Natürlich zeige ich hier auch nur einen ganz ausgesuchten Einzelfall und natürlich kann man das alles noch viel präziser und allgemeiner durchführen (kostet aber auch deutlich mehr an Arbeit und ihr seht, wiel ange ich dafür gebraucht habe!!).

Aber eines zeigt diese Berechnung, das Verhalten von Masse in SLs ist typabhängig und muss relativistisch betrachtet werden. Masse verhält sich auch dynamisch, soll heißen auf Grund dieser Ergebnisse erwarte ich kein statisches Verhalten,, keine lokale Dichte, wie immer beschaffen, sondern eine Bewegungsdynamik und damit eine sich ändernde Dichtefunktion.

Lieber Werner: bite verlinke hier mein pdf file, was ich heute schickte. (Danke)

http://abenteuer-universum.de/userfiles ... rtikel.pdf

Aber bitte verlangt nicht, ich soll das berechnen...bitte nicht!!

Kleiner Nachtrag: meine Berechnungen reflektieren nicht die Hawking Strahlung, sondern geben nur Auskunft über das Verhalten eines Probekörpers im Scharzen Loch!

Gruß

Wilfried

[tomS]

Nochmal ein paar erklärende Worte zur Hawkingstrahlung:

Diese wurde berechnet auf Basis der Annahme, dass man die Schwarzschildmetrik im Außenraum als Hintergrund für eine ganz normale Quantisierung von Felder benutzen kann. Normalerweise quantisiert man Strahlungsfelder auf einer flachen Metrik. Nimmt man die Schwarzschildmetrik, so ändern sich die "ebenen Wellen", man erhält eine Verzerrung sowie eine Umdefinition von Teilchen und Antiteilchen. Daraus ergibt sich wiederum, dass die auslaufenden ebenen Wellen im Unendlichen so aussehen, wie wenn eine Teilchenproduktion stattfindet. Die Singularität ist dazu nicht notwendig.

Es gibt einen ähnlichen Effekt, den sogenantne Unruh-Effekt, der besagt, dass ein beschleunigter Beobachter in einem (für den ruhenden Beobachter) strahlungsfreien Vakuum ein thermisches Teilchenspektrum wahrnimmt, dessen Temperatur von der Beschleunigung abhängt. Ursache dieses Effektes ist, dass durch die Beschleunigung eine Art Ereignishorizont entsteht, da der Beobachter quasi von gewissen Ereignissen der Raumzeit abgeschirmt wird.

Die Existenz eines Horizontes bedeutet eigentlich nur, dass es einen Bereich der Raumzeit gibt, der von bestimmten Lichtstrahlen aus einem bestimmten anderen Bereich der Raumzeit nicht erreicht werden kann, selbst wenn man unendlich lange wartet (d.h. wenn die Lichtstrahlen einen beliebig langen Weg zurücklegen dürfen). Im Falle des SLs ist der Außenraum prinzipiell für alleLichtstrahlen unerreichbar, die vom Innenraum ausgehen. Im Falle des Unruheffektes ist es quasi ein kinematischer Horizont aufgrund der Beschleunigung.

Es gib auch mikroskopische bzw. quantenmechanische Modelle von SLs (LQG, Stringtheorie), die zwar alle noch mit Vorsicht zu genießen sind, die jedoch auf eine mikrophysikalische Erklärung der Freiheitsgrade sowie der Entropie hindeuten. Alle diese Modelle stimmen darin überein, dass die Singularität nicht wirklich wesentlich ist (in der LQG verschwindet sie sogar), sondern dass die eigentliche Ursache die Existenz eines Horizontes ist.

Sämtliche qm. Freiheitsgrade des SLs scheinen auf dem Horizont lokalisiert zu sein (holographisches Prinzip). Klassisch ist dieses Ergebnis nicht nachvollziehbar, da die SLs hier durch die drei Parameter Masse (M), Ladung (Q) und Drehimpuls (J) vollständig bewschrieben werden! Daraus ergibt sich jedoch keine Entropie. Jede Betrachtung von Strahlung / Temperatur / Entropie muss also zwingend quantenmechisch erfolgen.

Gruß
Tom