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black hole information paradox: lösung in Sicht.

Schwarze Löcher, wohl die mysteriösesten Objekte im All: Entstehung, Geometrie, Dynamik, Quantenaspekte
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 27. Feb 2021, 10:29

tomS hat geschrieben:
26. Feb 2021, 17:56
Allerdings gibt es noch ein weiteres Problem: die bekannte Konstruktion eines unitären Zeitentwicklungsoperators ist für das Gravitationsfeld prinzipiell unmöglich ...
Danke für die dann nachfolgenden Ausführungen, ich wollte dann eh schon fragen...
Ich verstehe zwar nur Teile davon, aber es gibt einen Einblick. :well:
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Diagnostiker » 27. Feb 2021, 10:55

Wie gesagt, ich habe keine Ahnung davon, was die Details angeht, darum meine dilettantische Sicht, was ich hinsichtlich der Problematik entnehmen konnte:

Es gibt auf der einen Seite die makroskopische Welt, die wir mit der ART beschreiben. Auf der anderen Seite gibt es die mikroskopische Welt, die wir mit der Quantenmechanik beschreiben. Beide Beschreibungen bilden ihre jeweilige Welt sehr genau ab, aber es gibt keine Verbindung zwischen beiden Welten, die sich ebenso genau beschreiben ließe, so dass beide Welten gewissermaßen parallel nebeneinander her existieren, aber sich sonst nicht weiter "in die Quere kommen", um es mal etwas flapsig auszudrücken.

Bei Schwarzen Löchern handelt es sich um Extremzustände materieller Objekte, die hinter einem Horizont verborgen sind, der prinzipiell eine Beobachtbarkeit dieser Extremzustände verhindert, so dass das Innere dieses Horizontbereichs einer Beschreibung durch ART oder / und durch Quantenmechanik nicht zugänglich ist. Alles, was man beschreiben kann, betrifft nur einige wenige Aspekte, die über beide Theorien erfasst werden.

Schwarze Löcher könnten also entweder "Misch-Objekte" sein, wo sich beide Welten infolge der extremen Bedingungen vermischen, weil sich das "parallel nebeneinander her existieren" auflöst und eine Vermischung entsteht, oder sie bilden eine "dritte Welt", die Eigenschaften beider "normaler" Welten aufweist, aber selber eine eigene Welt darstellt, die dann auch einer eigenen physikalischen Theorie bedarf, um sie zu beschreiben.

Habe ich das aus qualitativer Sicht ungefähr richtig erfasst?

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 27. Feb 2021, 18:36

Ich weiß nicht genau, wie ich den letzten Abschnitt verstehen soll. Und evtl. ist es etwas irreführend, hier ausschließlich auf Schwarze Löcher abzuheben.

Ja, es existieren sicher zwei Aspekte einer Welt, zum einen eben Quantenphänomene, zum anderen die Gravitation. Und es gibt sicher auch Phänomene, in denen beide gemeinsam eine Rolle spielen; zum Beispiel entstehen bzw. bestehen Schwarze Löcher oder andere gravitierende Objekte aus gewöhnlicher Materie, die durch die Quantenmechanik beschrieben wird.

Insofern geht es nicht darum, dass beide Welten unverbunden existieren, oder um eine dritte Welt mit den Eigenschaften beider Welten; es geht um unsere eine Welt, deren Aspekte wir mit unterschiedlichen Theorien und Experimenten erfassen. Und für diese eine Welt wünschen wir uns eine konsistente physikalische Theorie, die alle relevanten Aspekte umfasst. Heute haben wir zwei Theorien, die jeweils nur einzelne Aspekte erklären, und die mathematisch nicht in Einklang zu bringen sind.

Hawkings Paper bringt das sehr schön auf den Punkt: er zeigt mittels Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenfeldtheorie auf, dass ein Effekt existieren sollte, der jedoch im Widerspruch zu gewissen Regeln der Theorien steht, mittels derer er abgeleitet wurde.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 27. Feb 2021, 22:46

@Diagnostiker:
Ich möchte mich mit meinem Unwissen nicht zu weit aus dem Fenster lehnen, aber es trotzdem mal versuchen zu erklären, wie ich es verstanden habe.
Symmetriebrüche sind eine Verletzung der Annahme, daß es sich bei etwas um eine quantisierbare/meßbare Erhaltungsgröße handelt.
Erhaltungsgrößen können von einer Erscheinungsform in eine andere umgewandelt werden und wieder zurück - so wie der Tausch von Lageenergie und Bewegungsenergie oder chemischer Energie in elektrische Energie usw.
Der Symmetriebruch bedeutet, daß dieser Prozess in einer Richtung normal funktioniert und in der gespiegelten Variante sich anders verhält. Zum Beispiel erhält man bei der Rücktransformation weniger der Ausgangsmenge als man vor der Transformation hatte. Auch das unterschiedliche Verhalten von Prozessen, wenn sie exakt gleich aber an einer räumlichen Fläche gespiegelt ablaufen ist eine Art Verletzung der Symmetrie. Obwohl der Prozess eigentlich genau gleich ablaufen müsste, erhält man bei der anderen Version ein anderes Resultat oder eine andere Endmenge des Reaktionsproduktes.
Aber allgemein gesprochen bedeutet ein Symmetriebruch immer die Verletzung der Annahme einer Erhaltungsgröße, wo Hin- und Rückrichtung die Konservation des meßbaren Wertes nicht aufrecht erhalten.
Ich weiß nicht inwieweit ich das richtig ausgedrückt habe... Tom?

Bei schwarzen Löchern findet das beim Übergang vom Normalzustand der Materie zur Singularität hin statt. Der Prozess ist quantenmechanisch betrachtet nicht reversibel oder nicht eindeutig. Die RT postuliert einen Übergang von der einen in die andere Form, während die Quantenmechanik den Endzustand weder umkehren kann noch den Übergang dazu beschreiben. Damit, daß die Information hinter dem EH verschwindet, hat das ganze nichts zu tun. Es geht rein um die Verletzung der Erhaltungsgrößen beim Übergang zur Singularität hin. Spätestens wenn der EH aufhört zu wabbern, ist auch nicht mehr determinierbar, wie lange die Bildung des SLs in dem Zustand auch her ist, aber das nur nebenbei.

Ich hoffe Tom berichtigt mich, wenn ich das jetzt völlig falsch verstanden habe.
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Diagnostiker » 28. Feb 2021, 07:26

@ toms

@ Skeltek

Vielen Dank für Eure Erklärungen. Da hatte ich das Ganze offenbar komplett falsch verstanden. Na gut, auch das ist ja für mich ein Erkenntnisgewinn ... :D

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 28. Feb 2021, 08:55

@Skeltek: es handelt sich nicht um einen Symmetriebruch oder um die Verletzung von Erhaltungssätzen; es geht auch nicht um den Übergang vom Normalzustand der Materie zur Singularität hin; die Rechnungen von Hawking bezieht sich immer nur auf den Außenraum des Horizontes

Es geht tatsächlich nur um die Beschreibung von Symptomen: man nutze die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie jeweils in einem Bereich, in dem ihre Anwendbarkeit außer Frage steht; man betrachte einen Zustand vor dem Kollaps, der gewöhnliche Materie enthält, sowie einen Zustand nach dem Kollaps mit thermischer Strahlung; der Zustand vor dem Kollaps kann unterschiedliche mikroskopische Freiheitsgrade enthalten, der Zustand nach dem Kollaps ist dagegen immer thermisch. Unter Anwendung der beiden Theorien folgt, dass der Übergang in den Endzustand einer fundamentalen Regel der Quantenfeldtheorie widerspricht.

A) Die Hypothese lautet dabei wie folgt: könnten wir den Übergang rein quantenmechanisch - ggf. unter Einbeziehung der quantisierten Freiheitsgrade des Gravitationsfeldes - beschreiben, so müsste

|f> = Û |i>

für ein unitäres Û gelten.

Nun können wir genau das nicht; insbs. kennen wir dieses Û nicht, jedoch einige seiner Eigenschaften nach den fundamentalen Regel der Quantenfeldtheorie.

B) Allerdings können wir - und genau das tut Hawking - die Zustände |i> und |f> für sich alleine beschreiben, ohne den Übergang mittels eines Û zu bestimmen; Hawking löst dieses Problem indirekt mittels anderer Methoden. Dabei stoßen wir auf diesen Widerspruch.

Und daraus folgen nun die beiden schon mal diskutierten Alternativen:

B) ist nicht zutreffend, Hawkings Betrachtungen sind unvollständig, die Quantenmechanik bleibt vollumfänglich gültig - auch wenn wir noch kein konkretes Modell zur Quantengravitation kennen, das (A) tatsächlich löst. Das war ja zuletzt seine eigene Überzeugung, nach dem er seine Wette als verloren angesehen hatte - obwohl kein umfassendes Modell für (A) bekannt ist.

A) ist nicht zutreffend, die Quantenmechanik gilt nicht für Schwarze Löcher. Nun kann man jedoch nicht einfach den Fall Schwarzer Löcher beiseite lassen, dann weder sieht man einem |i> an, dass es zu einem solchen führen wird, noch sieht man dem |f> an, dass es aus einem solchen stammt; |i> enthält noch kein Schwarzes Loch, |f> enthält keines mehr. Damit kann man den Defekt der Quantenmechanik nicht einfach auf diesen Spezialfall eingrenzen.

Anzweifeln von (A) rüttelt an den Grundfesten unseres Weltbildes als Physiker, (B) weist eher auf Defekte der ART hin, die wir eh’ schon kennen, und lässt Hawkings Schlussfolgerung eher als Artefakt erscheinen. Deswegen ist es naheliegend, an (A) festzuhalten.

Allerdings sind sämtliche Überlegungen in dieser Richtung bisher nur erste Schritte; ich vergleiche die Situation heute gerne mit der “alten” Quantenmechanik vor 1925-27: Sämtliche Arbeiten vor 1925 deuteten auf fundamentale Defekte hin. Dann 1925 Heisenberg auf Helgoland, drei-Männer-Arbeit von Heisenberg, Jordan und Born; dann 1926 Schrödingergleichung, Dirac und Jordan zeigen die Äquivalenz beider Formulierungen; Wahrscheinlichkeitsinterpretation seitens Born 1926; Bohr präsentiert die “Kopenhagener Interpretationen” auf der Solvay-Konferenz 1927; formale Darstellung durch Dirac bis 1927.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Frank » 1. Mär 2021, 11:30

Nochmals vielen Dank für deine ausführlichen Erklärungen Tom.

Ich gehe mal davon aus, dass die meisten Menschen die hier mitlesen, wenn dann nur ansatzweise deine Tiefe der Materie haben.
Allerdings hat meines Erachtens jeder, der sich nur Ansatzweise mit der Physik beschäftigt hat, schon mal davon gehört, dass ART und die Quantenmechanik nicht so ganz " miteinander wollen".
Trotzdem haben Typen wie z.B ich, hier auch eine kleine Bringschuld, sich etwas einzuarbeiten, denn anders bringt es nichts. Dazu muss amn aber auch die Sprache auf ein gewisses Niveau runter brechen, wo die ganze Sache von einem größeren Kreis verstanden werden kann.
Das versuche ich nun und man sehe es mir nach, dass ich da bei Adam und Eva anfange.


Wie unterscheidet sich also die Quantenwelt von der Alltagswelt.( Sehr interessanter Artikel und verständlich)
Welt der Physik: Wie unterscheidet sich die uns bekannte Alltagswelt von der Quantenwelt?

Renato Renner: Das lässt sich am besten am Beispiel eines einzelnen Teilchens veranschaulichen: Der Zustand eines Teilchens, das sich mit der klassischen Mechanik beschreiben lässt, ist durch seinen Ort und seine Geschwindigkeit gegeben. Diese beiden Informationen brauche ich, um das zukünftige Verhalten des Teilchens vorherzusagen. In der Quantenmechanik braucht man dagegen sehr viel mehr Informationen, um den Zustand eines Teilchens zu bestimmen. Außerdem ist es nicht möglich, den exakten Ort eines Teilchens anzugeben. Stattdessen weiß man nur, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich das Teilchen an einem bestimmten Ort befindet.


Das war jetzt noch einfach.......

aber hier steige ich nicht durch. (auch nach mehrmaligem durchlesen)
Wie sieht das Gedankenexperiment aus?

Im Wesentlichen ist unser Gedankenexperiment eine Erweiterung eines früheren Experiments – „Wigners Freund“ genannt. Es gibt einen Beobachter – Wigners Freund –, der eine Münze wirft. Betrachtet man die Münze als Quantensystem, befindet sie sich nach dem Wurf – solange man nicht nachguckt – in einem Superpositionszustand aus „Kopf“ und „Zahl“. Erst durch eine Beobachtung von Wigners Freund wird gemessen, auf welcher Seite die Münze gelandet ist. Jetzt ist Wigners Freund aber in einem abgeschlossenen Labor, das von einer außenstehenden Person – Wigner selbst – als Quantensystem betrachtet wird. Und aus Wigners Sicht befinden sich Wigners Freund und die Münze in dem Labor in einem Superpositionszustand, obwohl sein Freund schon weiß, wie die Münze gefallen ist.

Ist das nicht ein Widerspruch?

Nicht wirklich. Denn sobald Wigner das Labor öffnet und nachschaut, wird er genau ein Wurfergebnis – „Kopf“ oder „Zahl“ – beobachten. Und dies wird das gleiche Ergebnis sein, das auch sein Freund beobachtet hat. Das Gedankenexperiment spricht also nicht gegen die Quantenmechanik, weil die Messergebnisse von Wigner und seinem Freund sich nicht widersprechen. In unserem erweiterten Gedankenexperiment fügen wir noch zwei weitere Akteure hinzu. Diese können jeweils auf ihre eigene Art und Weise erfahren, auf welche Seite die Münze gefallen ist. Dafür können die vier Beteiligten teilweise miteinander kommunizieren. Wir haben nun berechnet, dass unter bestimmten Umständen zwei der Beobachter zu einem unterschiedlichen Ergebnis des Münzwurfs kommen. Einer ist sich sicher, dass die Münze „Kopf“ zeigt, und der andere beobachtet gleichzeitig das Wurfergebnis „Zahl“. Doch natürlich können nicht beide recht haben – und damit haben wir einen Widerspruch.

Woran liegt das?

Wir haben in unserem Gedankenexperiment verschiedene Annahmen gemacht. Da das Ergebnis insgesamt zu einem Widerspruch führt, muss eine der Annahmen falsch sein. Eine Annahme ist beispielsweise, dass die uns bekannte Quantenmechanik tatsächlich auf das ganze Labor mitsamt Wigners Freund und der Münze anwendbar ist – die Quantenmechanik also allgemeingültig ist. Das ist die komplexeste Annahme des Gedankenexperiments. Ich persönlich würde diese Annahme am ehesten aufgeben, da sie noch nie experimentell bestätigt wurde.
https://www.weltderphysik.de/gebiet/tei ... cht-haben/

Im großen und Ganzen stellen sich mir aber hier ein paar Fragen, die ich gerne einmal erörtert hätte.



Zunächst aber mal der fundamentale Widerspruch.
Der Dateianhang ART 1.png existiert nicht mehr.
Der Dateianhang ART2.png existiert nicht mehr.
Der Dateianhang Quant1.png existiert nicht mehr.
ART 1.png
ART 1.png (137.7 KiB) 5511 mal betrachtet
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q ... bGUshmrhAY


Das eigentliche Problem, die Quantengravitation

Experimentell nicht zugänglich sind extrem hohe Konzentrationen von Masse bzw. Energie auf engstem Raum, für deren Beschreibung neben der Gravitation auch Quanteneffekte berücksichtigt werden müssen. Versuche einer Quantenfeldtheorie der Gravitation gibt es in Ansätzen. Es mangelt allerdings an Vorhersagen, die sowohl berechenbar als auch beobachtbar wären. Das Grundproblem dabei ist, dass sich bei solchen Konzentrationen schnell Schwarze Löcher bilden, in deren Innerem sich Quanteneffekte abspielen, die sich einer Beobachtung entziehen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitati ... ravitation


Fragen

- Gehe ich richtig in der Annahme, dass man zwar die Gravitation in ihrer Wirkungsweise verstanden , aber bis jetzt keinen Schimmer hat, wie sie im Grunde funktioniert?

- Das die Gravitation, obwohl die schwächste aller Naturkräfte, Zustände erschaffen kann(oder die Weichen dafür stellt), in denen die bekannte Physik aufgehoben ist? (Irrsinnige Massenkonzentrationen auf dem Stecknadelkopf z.B.)

- Ist der Urknall nicht dann nicht doch die (Die Einzige bis jetzt)Umkehrung eines Schwarzen Loches(Singularität zum Makrokosmos) ?

- Die dunkle Energie, (im Grunde auch ein Platzhalterwort, wie die dkl. Materie) ist dann unter Umständen auch nur ein Effekt der Gravitation, dass aber einer gewissen Ausdehnung, diese in den Überlichtbereich geht und sich unserer Beobachtung entzieht?

Jetzt noch eine provokative Frage zum Schluss(die aber nicht /persönlich/verletzend sein soll)

Warum befassen sich die Physiker(also die, die es tun) mit Objekten wie Schwarze Löcher, wenn sie die (Grundsätzliche)Funktion der Gravitation noch gar nicht verstanden haben?
Im Grunde ist es doch so, dass die Urknalltheorie ca. 300.000 Jahren vor dem Big Bang sich unserem Zugriff entzieht, weil ab da nichts mehr so ist, wie es in der Physik beschrieben wird. Vielleicht sind es auch gar keine 300.000 Jahre, sondern 3 Mio, 3 Milliarden, oder gar 3 Fantastilliarden, weil die Zeit in der Nähe von großen Massen ja langsamer vergeht und wir die Expansion ja erst ab den von uns aus gesehen 300.000 Jahren berechnen können. (Also rückwärts)
Schwarze Löcher sind nicht beobachtbar und solange wir nicht wissen, was die Gravitation mit einem Atom macht, wenn nur genug Masse im Spiel ist, kann man doch keine Aussagen über den Inhalt eines schwarzen Loches machen. Denn auch hier sind wir Zaungäste am Ereignishorizont(Wie nach dem Urknall, aber sobald dieser überschritten wird haben wir doch überhaupt keine Ahnung, was aus der Banane wird(und deren Aromen/Atomkerne/Quarks und so weiter)

Die Gravitation scheint der Schlüssel zu allem zu sein, aber zuerst sollte man sie einmal verstehen, bis man sich mit Schwarzen Löchern befasst,oder?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Mär 2021, 12:05

tomS hat geschrieben:
27. Feb 2021, 18:36
zum Beispiel entstehen bzw. bestehen Schwarze Löcher oder andere gravitierende Objekte aus gewöhnlicher Materie, die durch die Quantenmechanik beschrieben wird.
Hallo Tom,

hierzu habe ich eine Frage: stimmt es, dass Schwarze Löcher aus gewöhnlicher Materie bestehen ? Ich dachte, man weiss das nicht, weil man ja keine Information darüber hat, wie es "hinter" dem Horizont aussieht. Und aus dem, was da an Hawkingstrahlung wieder "herauskommt", lassen sich meines Wissens auch nicht mehr allzuviele Rückschlüsse ziehen.


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 1. Mär 2021, 12:17

ralfkannenberg hat geschrieben:
1. Mär 2021, 12:05
tomS hat geschrieben:
27. Feb 2021, 18:36
zum Beispiel entstehen bzw. bestehen Schwarze Löcher oder andere gravitierende Objekte aus gewöhnlicher Materie, die durch die Quantenmechanik beschrieben wird.
Hallo Tom,

hierzu habe ich eine Frage: stimmt es, dass Schwarze Löcher aus gewöhnlicher Materie bestehen ? Ich dachte, man weiss das nicht, weil man ja keine Information darüber hat, wie es "hinter" dem Horizont aussieht. Und aus dem, was da an Hawkingstrahlung wieder "herauskommt", lassen sich meines Wissens auch nicht mehr allzuviele Rückschlüsse ziehen.


Freundliche Grüsse, Ralf
Du hast Recht, der Satz war irreführend formuliert; es soll heißen: so entstehen Schwarze Löcher bzw. bestehen andere gravitierende Objekte aus gewöhnlicher Materie, die durch die Quantenmechanik beschrieben wird.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 1. Mär 2021, 12:54

Ich würde hier nicht zu tief in die seltsame Quantenwelt eintauchen, mir insofern, als wir sie hier benötigen. Wigners Freund benötigen wir eigentlich nicht - jedoch ein anderes Gedankenexperiment.

Stellen wir uns ein Experiment vor, bei dem ein Photon durch einen Strahlteiler / halbdurchlässigen Spiegel läuft. Das Photon befindet sich in einem Überlagerungszustand beider Wege. In jedem Lichtweg befinde sich ein Detektor, der bei Detektion eines Photons eine Kanonenkugel abfeuert; der erste Detektor nach links, er zweite nach rechts. Vor einer Messung befindet sich das gesamte Experiment damit in einem Überlagerungszustand, der eine nach links und eine nach rechts fliegende Kanonenkugel enthält. Im Moment der Messung kollabiert die Wahrscheinlichkeit bzw. die Wellenfunktion gerade zu einer einzigen fliegenden Kanonenkugel.

Soweit klar, das führt auf das Messproblem, Wigners Freund, Schrödingers Katze usw.

Nun können wir jedoch die gravitative Wirkung der Kanonenkugel tatsächlich messen, nicht nur die Kanonenkugel selbst. Damit müsste sich auch eine Gravitationswaage in einem Superpostionszustand aus “misst eine nach links und eine nach rechts fliegende Deformation des Gravitationsfeldes” befinden. Nur - und das ist der springende Punkt - wir beschreiben das Gravitationsfeld ja rein klassisch - und das klassische Gravitationsfeld kann sich nicht in einem Superpostionszustand im quantenmechanischen Sinne befinden! Wenn das Gravitationsfeld dem zweier fliegender Kanonenkugeln entspricht, dann nur dann, wenn auch beide wirklich fliegen. Dann würde das klassische Gravitationsfeld aber nicht einfach so kollabieren; hier springt nichts, kollabiert nichts, niemand würfelt, es ist einfach ein schönes und immer glattes klassisches Feld, dessen Deformation von genau einer oder genau zwei fliegenden Kanonenkugeln folgt.

D.h. egal wie wir das Messproblem der Quantenmechanik, Wigners Freund, Schrödingers Katze usw. im Rahmen der Quantenmechanik interpretieren oder lösen wollen, diese Lösung funktioniert nicht für das klassische Gravitationsfeld; sie funktioniert auch nicht für das klassische elektromagnetische Feld, allerdings können wir uns da einfach herausreden und auf den Quantencharakter von Photonen verweisen. Egal, ob wir agnostisch an die Sache herangehen und die Quantenmechanik ausschließen als stochastische Repräsentation unseres Wissens interpretieren, oder ob wir sie realistisch im Sinne der vielen-Welten auffassen, das Gravitationsfeld ist rein klassisch, und unsere Erklärung wird scheitern, wenn wir nicht in der Lage sind, das Gravitationsfeld ebenfalls quantenmechanisch zu verstehen, so dass derartige Superpositionen möglich sind.

Dies zwingt uns zu einer Entwicklung der Quantengravitation, wiederum ohne experimentellen Hinweis, einfach weil wir die Quantenmechanik nur dann in einer der o.g. Weisen interpretieren können, wenn sie das Gravitationsfeld einschließt.


Zu deinen Fragen:
Frank hat geschrieben:
1. Mär 2021, 11:30
A) Gehe ich richtig in der Annahme, dass man zwar die Gravitation in ihrer Wirkungsweise verstanden , aber bis jetzt keinen Schimmer hat, wie sie im Grunde funktioniert?

B) Das die Gravitation, obwohl die schwächste aller Naturkräfte, Zustände erschaffen kann(oder die Weichen dafür stellt), in denen die bekannte Physik aufgehoben ist? (Irrsinnige Massenkonzentrationen auf dem Stecknadelkopf z.B.)

C) Ist der Urknall dann nicht doch die (Die Einzige bis jetzt)Umkehrung eines Schwarzen Loches(Singularität zum Makrokosmos) ?

D) Die dunkle Energie, (im Grunde auch ein Platzhalterwort, wie die dkl. Materie) ist dann unter Umständen auch nur ein Effekt der Gravitation, dass aber einer gewissen Ausdehnung, diese in den Überlichtbereich geht und sich unserer Beobachtung entzieht?

E) Warum befassen sich die Physiker(also die, die es tun) mit Objekten wie Schwarze Löcher, wenn sie die (Grundsätzliche)Funktion der Gravitation noch gar nicht verstanden haben?
Zu A) Wir verstehen das Gravitationsfeld mittels der ART genau so gut oder schlecht wie das klassische elektromagnetische Feld oder irgendein quantenmechanisches Feld; wir verstehen das Gravitationsfeld lediglich nicht quantenmechanisch, aber das ist für das Gravitationsfeld alleine auch nicht logisch zwingend notwendig.

Zu B) Ja.

Zu C) Nein. Urknall und schwarzes Loch (weißes Loch) weisen unterschiedliche mathematische Eigenschaften auf. Allerdings ist das letztlich ziemlich irrelevant, da wir ja ohnehin davon ausgehen, dass die Singularitäten letztlich mathematische Artefakte sind.

Zu D) Ja, es wäre möglich, dass die Dunkle Energie ausschließlich ein rein gravitativer Effekt ist, jedoch ist das sehr unwahrscheinlich; immerhin wissen wir, dass die Quantenfeldtheorien Unendlichkeiten produzieren, von denen “endliche Überbleibsel” ebenfalls wie Dunkle Materie erscheinen müssten; es wäre schon sehr seltsam, wenn man die Probleme völlig isoliert voneinander lösen könnte. Was du mit “Überlichtbereich” meinst, verstehe ich nicht.

Zu E) Siehe A)
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 1. Mär 2021, 13:17

tomS hat geschrieben:
1. Mär 2021, 12:54
Nun können wir jedoch die gravitative Wirkung der Kanonenkugel tatsächlich messen. Damit müsste sich auch eine Gravitationswaage in einem Superpostionszustand aus “misst eine nach links und eine nach rechts fliegende Kanonenkugel” befinden.
Ach wär das schön, wenn wir das schon tatsächlich messen könnten und nicht nur prinzipiell...
Das würde sicher einmal richtig viel Input für die theoretische Physik liefern. :)
tomS hat geschrieben:
1. Mär 2021, 12:54
Nur - und das ist der springende Punkt - wir beschreiben das Gravitationsfeld ja rein klassisch - und das Gravitationsfeld kann sich nicht in einem Superpostionszustand im quantenmechanischen Sinne befinden!
...
das Gravitationsfeld ist rein klassisch, unsere Erklärung wird scheitern, wenn wir nicht in der Lage sind, das Gravitationsfeld ebenfalls quantenmechanisch zu verstehen, so dass derartige Superpositionen möglich sind.

Dies zwingt uns zu einer Entwicklung der Quantengravitation, wiederum ohne experimentellen Hinweis, einfach weil wir die Quantenmechanik nur dann in einer der o.g. Weisen interpretieren können, wenn sie das Gravitationsfeld einschließt.
Danke! Sehr schön auf den Punkt gebracht. :)
Grüße
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 1. Mär 2021, 13:20

ralfkannenberg hat geschrieben:
1. Mär 2021, 12:05
stimmt es, dass Schwarze Löcher aus gewöhnlicher Materie bestehen ? Ich dachte, man weiss das nicht, weil man ja keine Information darüber hat, wie es "hinter" dem Horizont aussieht. Und aus dem, was da an Hawkingstrahlung wieder "herauskommt", lassen sich meines Wissens auch nicht mehr allzuviele Rückschlüsse ziehen.
Wir wissen, dass schwarze Löcher Masse enthalten, also massetragende Objekte sind. Ihre Herkunft ist uns klar, sie stammt aus dem, was hineingefallen ist. Welcher Art diese Masse aber im SL selber ist, ist unbekannt und empirisch auch nicht direkt zugänglich.

Wir wissen nur, dass es keine Atome sein können und auch keine Atomkernmaterie (wie bei einem Neutronenstern) oder so etwas.
Grüße
seeker


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Mär 2021, 13:33

seeker hat geschrieben:
1. Mär 2021, 13:20
Wir wissen nur, dass es keine Atome sein können und auch keine Atomkernmaterie (wie bei einem Neutronenstern) oder so etwas.
Hallo seeker,

woher weisst Du, dass es keine Atome und auch keine Hadronen (und stillschweigend Leptonen) sein können ? Zumindest zwischen dem Ereignishorizont und dem Zentrum könnte doch sehr wohl "klassische Materie" vorliegen.

Was ich sagen will: man weiss es nicht, man kann es meines WIssens aber auch nicht ausschliessen.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 1. Mär 2021, 14:22

Ich wollte dazu auch nichts sagen; meine Formulierung war nur missverständlich. Es ist in dem Kontext auch ziemlich irrelevant, denn zumindest das Problem wird bereits deutlich, ohne dass man sich mit dem Inneren des Horizontes befasst.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Herr5Senf » 1. Mär 2021, 15:36

Wenn wir weg wollen von der Singularität der glatten Raumzeit in einem Schwarzen Loch, haben wir ja noch
die Planck-Sterne oder die Fuzzball's ohne Informationsverlust und mit Firewall-Lösung https://en.wikipedia.org/wiki/Planck_star

;look nur sind die empirisch nicht greifbar, weil hinterm Ereignishorizont versteckt
das "Nachfedern" eines Planck-Stern-Kollapses dauert 14 Mrd Jahre, so alt wie das Weltall, deshalb sehen wir jetzt noch nichts :?

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 1. Mär 2021, 15:52

Herr5Senf hat geschrieben:
1. Mär 2021, 15:36
Wenn wir weg wollen von der Singularität der glatten Raumzeit in einem Schwarzen Loch, haben wir ja noch
die Planck-Sterne oder die Fuzzball's ohne Informationsverlust und mit Firewall-Lösung
An die Firewall-"Lösung" glaubt ohnehin keiner wirklich; sie ist lediglich ein weiteres Indiz, dass etwas ganz Grundsätzliches nicht stimmt. Genauso wie diverse Replica- und Wormhole-"Lösungen" (ich finde es befremdlich, was heute alles als Lösung bezeichnet wird ;-)

Und um Fuzzballs zu akzeptieren, muss vorher die gesamte Stringtheorie glauben ...

Ich sage ja nicht, dass das falsch sein muss, aber von einer Lösung ist man noch weit entfernt.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Mär 2021, 15:55

tomS hat geschrieben:
1. Mär 2021, 15:52
An die Firewall-"Lösung" glaubt ohnehin keiner wirklich; das ist lediglich ein weiteres Indiz dafür, dass etwas ganz Grundsätzliches nicht stimmt.
Hallo zusammen,

ich bitte um Nachsicht, dass ich mir zu fein dafür war, dieses Wort in den Mund zu nehmen, auch wenn man mir deswegen eine gewisse Arroganz (keineswegs zu Unrecht ...) vorwerfen kann.


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von seeker » 1. Mär 2021, 16:18

ralfkannenberg hat geschrieben:
1. Mär 2021, 13:33
woher weisst Du, dass es keine Atome und auch keine Hadronen (und stillschweigend Leptonen) sein können ? Zumindest zwischen dem Ereignishorizont und dem Zentrum könnte doch sehr wohl "klassische Materie" vorliegen.

Was ich sagen will: man weiss es nicht, man kann es meines WIssens aber auch nicht ausschliessen.
Man kann das wissen. Zwischen EH und Singularität kann Materie nicht verweilen, also kann man das einmal außen vor lassen, weil dort eh nicht viel sein kann. Und in der Singularität... was immer dort vor sich geht, es ist viel dichter als Neutronensternmaterie. Neutronensterne kollabieren ja zuweilen zu SLs, sie expandieren nicht zu SLs. Und bei den Raum-Zeit-Verhältnissen dort kannst du sicher davon ausgehen, dass die dortige Massequelle ebenfalls sehr seltsam ist, eben keine gewöhnliche Materie, wie du sie kennst, extreme Verhältnisse eben, vielleicht irgendeine unscharfe aber untrennbare "Quanten-Quark-Lepton-Boson-Suppe" oder noch extremer.
Grüße
seeker


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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Herr5Senf » 1. Mär 2021, 16:31

... und die mathematischen Physiker kriegen die "Suppe" nicht ausgelöffelt :sp:

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von ralfkannenberg » 1. Mär 2021, 16:33

Hallo zusammen,

über die Beschaffenheit von Materie in Schwarzen Löchern habe ich einen neuen Thread eröffnet:

Wie sieht Materie innerhalb von Schwarzen Löchern aus ?


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Frank » 1. Mär 2021, 18:53

seeker hat geschrieben:
1. Mär 2021, 16:18

Man kann das wissen. Zwischen EH und Singularität kann Materie nicht verweilen, also kann man das einmal außen vor lassen, weil dort eh nicht viel sein kann. Und in der Singularität...
Vielleicht sollte man eine Singularität zuerst einmal nachweisen.
Dabei ist das fragliche physikalische Gesetz für den Grenzwert r → r c .......... ein kritischer Parameterwert ist, nicht definiert, ungültig und ungeeignet, die Verhältnisse zu beschreiben. Singularitäten können punktförmig, also unendlich klein, oder nicht-punktförmig sein, wobei sich die Raumzeit so sehr um das Objekt krümmt, dass Größenangaben nicht in ein sinnvolles Verhältnis zur Metrik des umgebenden Raumes gesetzt werden können.
https://de.wikipedia.org/wiki/Singulari ... stronomie)

Viel Konjunktiv ...... :wink:
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 1. Mär 2021, 19:44

Die Singularität ist nicht nachweisbar, da sie von einem Horizont umgeben ist. Dass letzterer wohl der Realität entspricht, hat das Event Horizon Telescope nachgewiesen.

Generell kann man davon ausgehen, dass eine modifizierte Theorie die Struktur des Innenraumes des Horizontes großräumig ändert; darauf weisen viele Berechnungen hin. Wenn die Quantenmechanik und die Unitarität weiterhin gültig sein sollen, muss etwas da sein, das die Freiheitsgrade trägt, die die Information kodieren.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 1. Mär 2021, 19:47

@Tom:
Würde es helfen, wenn man die Gravitation auf Elektromagnetismus zurückführen könnte? Daß beide bezüglich Entfernung unterschiedlich skalieren ist ja möglicherweise erstmal nur ein Scheinwiderspruch, der nur bei der statischen Betrachtung nicht aufzulösen ist.
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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von tomS » 1. Mär 2021, 20:34

Skeltek hat geschrieben:
1. Mär 2021, 19:47
@Tom:
Würde es helfen, wenn man die Gravitation auf Elektromagnetismus zurückführen könnte? Daß beide bezüglich Entfernung unterschiedlich skalieren ist ja möglicherweise erstmal nur ein Scheinwiderspruch, der nur bei der statischen Betrachtung nicht aufzulösen ist.
Das funktioniert nicht.

Kaluza und Karin haben gezeigt, wie man eine 5-dim. Gravitationstheorie durch Kompaktifizierung auf eine Gravitationstheorie plus Elektromagnetismus in 4 Dim. zurückführen kann. Auch das hilft bei der Quantisierung nicht wirklich weiter.
Gruß
Tom

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Re: black hole information paradox: lösung in Sicht.

Beitrag von Skeltek » 1. Mär 2021, 21:47

tomS hat geschrieben:
1. Mär 2021, 20:34
Kaluza und Karin haben gezeigt, wie man eine 5-dim. Gravitationstheorie durch Kompaktifizierung auf eine Gravitationstheorie plus Elektromagnetismus in 4 Dim. zurückführen kann. Auch das hilft bei der Quantisierung nicht wirklich weiter.
Wäre das nicht genau das Gegenteil von dem was ich meine? Meinem Wissen nach gehen solche Theorien davon aus, daß es bereits x Dimensionen gibt, dann nehmen solche Theorien ein x-dimensionales Gebilde, kompaktifizieren einige Dimensionen und hauen dann die 4 Dimensionen als Näherung aus. Oder betrachten die 4-dimensionale Raumzeit als Hyperfläche in einem höherdimensionalen Raum.
Was ich meinte wäre eher, die Emergenz von zusätzlichen Dimension(en) durch die Phänomenologie innerhalb der 4-dimensionalen Raumzeit zu erklären. Ist es so schwer vorstellbar, daß zusätzliche Dimensionen spontan als rein phänomenologisch emergenter Effekt erst entstehen?
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