Hawking Strahlung und EH

Heinzendres

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Aus Voyager Beitrag.

kannst Du mir kurz die Idee der Hawkingstrahlung erklären, damit wir Dein Missverständnis korrigieren können ?
Aufgrund der heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation kann sich die Vakuum Fluktuation für kurze Zeit Energie "leihen" aber bevor sie wieder annihilieren und die Energie zurückgeben können ist ein Teilchen flutsch und weg hinter dem Ereignishorizont. Und damit wird das übrig gebliebene Teilchen durch einen 10.000.000 Km langen Tunnel mit einem unbestimmten Funktionsprinzip mit Energie versorgt um ein Reales Teilchen zu werden das dann mit einer Fluchtgeschwindigkeit von wenigen m/s unterhalb von c sich vom EH entfernt.

Wo wir schon das nächste Thema hätten, der EH ist nur ein Punkt in einem Gradienten an dem die Fluchtgeschwindigkeit c ist, es ist kein besonders ausgezeichneter Punkt an dem es nichts gibt das
A Information speichern kann
B Thermische Strahlung abgeben könnte
natürlich hat das SL eine Temperatur, aber das SL ist die Singularität im Zentrum und von dort entkommt keine Strahlung.
 

ralfkannenberg

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Aufgrund der heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation kann sich die Vakuum Fluktuation für kurze Zeit Energie "leihen" aber bevor sie wieder annihilieren und die Energie zurückgeben können ist ein Teilchen flutsch und weg hinter dem Ereignishorizont. Und damit wird das übrig gebliebene Teilchen durch einen 10.000.000 Km langen Tunnel mit einem unbestimmten Funktionsprinzip mit Energie versorgt um ein Reales Teilchen zu werden das dann mit einer Fluchtgeschwindigkeit von wenigen m/s unterhalb von c sich vom EH entfernt.
Hallo Heinz,

alle Achtung, ich bin beeindruckt. Über die etwas populärwissenschafctliche Wortwahl kann man sich vielleicht streiten aber grundsätzlich hast Du das gut beschrieben, mal in etwas anderen Worten, aber das gefällt mir.

Wo wir schon das nächste Thema hätten, der EH ist nur ein Punkt in einem Gradienten an dem die Fluchtgeschwindigkeit c ist, es ist kein besonders ausgezeichneter Punkt an dem es nichts gibt das
A Information speichern kann
B Thermische Strahlung abgeben könnte
Das dafür verstehe ich nun nicht, was Du uns hiermit sagen möchtest, vielleicht kannst Du das noch etwas genauer erläutern.

natürlich hat das SL eine Temperatur, aber das SL ist die Singularität im Zentrum und von dort entkommt keine Strahlung.
Erster teil ist richtig, aber die Strahlung besteht aus dem Teilchen, welches Du oben beschrieben hast und welches sich vom EH entfernt. Dieses Teilchen war zu keinem Zeitpunkt im Schwarzen Loch, d.h. diese Strahlung kommt nicht aus dem Zentrum der Singularität.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Rainer

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alle Achtung, ich bin beeindruckt
soweit ich Heinzendres verstanden hatte, war der ganze Post ironisch gemeint.

Und damit wird das übrig gebliebene Teilchen durch einen 10.000.000 Km langen Tunnel mit einem unbestimmten Funktionsprinzip mit Energie versorgt um ein Reales Teilchen zu werden
Das ist eine Fehlvorstellung. Ein reelles Teilchen unterscheidet sich von einem virtuellen Teilchen vor allem durch die Existenzdauer. Real sind beide. Es "entsteht" also dadurch, dass es nicht binnen Δτ=ℏ/2E veschwindet.
Die Frage ist eher, wie das Vakuum wieder an die geliehene Energie kommt.

ein Reales Teilchen zu werden
In erster Linie sind dabei Photonen gemeint. Für eines der bekannten Elementarteilchen mit Ruhemasse müsste die Masse des SL schon recht klein geworden sein.

Nimmt man für ein Elektron me = 511 keV/c² an, dann entspricht dies einer Temperatur von
Tny = c²me/kB = 6,6e-8 K
und somit einer Masse des SL von höchstens
kH/Tny = 1,86e+30 kg = 0,934861 Mo
Allerdings kann das noch nicht entweichen, dafür wird ein entsprechender γ-Faktor ≫ 10 benötigt, der in gleicher Weise die maximale Masse des SL weiter reduziert.

Quarks können nicht einzeln entstehen, Mesonen und Baryonen sind deutlich massereicher.

Für Neutrinos dürften allerdings bereits stellare SL mit wenigen Sonnenmassen genügen.
 
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TomS

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Aufgrund der heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation kann sich die Vakuum Fluktuation für kurze Zeit Energie "leihen" aber bevor sie wieder annihilieren und die Energie zurückgeben können ist ein Teilchen flutsch und weg hinter dem Ereignishorizont.
So liest man das, aber es führt leider in die Irre. Die Berechnung von Hawking ist deutlich profaner.

Und damit wird das übrig gebliebene Teilchen durch einen 10.000.000 Km langen Tunnel mit einem unbestimmten Funktionsprinzip mit Energie versorgt um ein Reales Teilchen zu werden das dann mit einer Fluchtgeschwindigkeit von wenigen m/s unterhalb von c sich vom EH entfernt.
Das kann man so aus den Berechnungen nicht herauslesen.

der EH ist nur ein Punkt in einem Gradienten an dem die Fluchtgeschwindigkeit c ist, es ist kein besonders ausgezeichneter Punkt an dem es nichts gibt das
A Information speichern kann
Der Horizont ist eine lichtartige Fläche, auf dem (gedachte oder reale) radial auslaufende Lichtstrahlen bei festem radialen Abstand sozusagen eingefroren sind. Die Überlegung mit der Fluchtgeschwindigkeit stammt aus der Newtonschen Mechanik und trifft so im Rahmen der Relativitätstheorie nicht mehr zu.

an dem es nichts gibt das ... Thermische Strahlung abgeben könnte
natürlich hat das SL eine Temperatur, aber das SL ist die Singularität im Zentrum und von dort entkommt keine Strahlung.
Die thermische Strahlung ist ein Quanteneffekt; man kann es nicht klassisch erklären. Auch die Frage, wo die Strahlung herkommt., läuft irgendwie ins Leere.

Ich habe das hier mal möglichst nahe an Hawking's Arbeit zusammengefasst:
https://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung#Erläuterungen_zu_Hawkings_Originalarbeit
 

blue.moon

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Nebenbei, nein, Rainer, wieso sollte heinzendres das ironisch gemeint haben? Abgesehen davon, dass es natürlich eine Hypothese ist, kenne ich die Erklärung mit dem "Energie leihen aus dem Nichts usw." von Josef und heinzendres sicher auch. Oder??? Auf wessen Paper die Idee zuückgeht, weiß ich nicht mehr aber Josef zeigt den entspr. Link in der Regel in seinen UWL Videos. Es muss in einem der beiden Urknallvideos sein, ich glaube das mit "Stand 2015", wo es auch um den Mexican Hat geht aber ich kann mich irren.

natürlich hat das SL eine Temperatur, aber das SL ist die Singularität im Zentrum und von dort entkommt keine Strahlung.
Ralf:
Erster teil ist richtig, aber die Strahlung besteht aus dem Teilchen, welches Du oben beschrieben hast und welches sich vom EH entfernt. Dieses Teilchen war zu keinem Zeitpunkt im Schwarzen Loch, d.h. diese Strahlung kommt nicht aus dem Zentrum der Singularität.
Natürlich habe ich von den beiden Sigularitätentyps gelesen, trotzdem: (ironische)Frage: wenn "zentral IM SL die mit-der-Zeit-massereicher-werdende-Singularität-ist, was stellt dann der "Rest" des SL/SMBH dar?

Genau, (Antimaterie-)TeilchenPAAR, eines in Töpfchen (SL) das andere bleibt draußen.

Ist die HS nach über 50 Jahren noch wirklich eine ernsthaft diskutierte Option (für ein Ende des Universums) und wie ist der Stand der Dinge, die HS betreffend? Wenn Hawking recht hat und die Zeit ausreicht, 10^100-500, dann werden die gesamten SL(s) verdampfen, peu-á-peu...
Mondlicht mit lieben Grüßen
 
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blue.moon

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PS
Eine Lösung der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie beschreibt ein Schwarzes Loch als Singularität – als Punkt, an dem die Raumzeit nicht mehr definiert ist: Die gesamte Masse des Objekts ist in einem Punkt mit unendlich hoher Masse und unendlich starkem Gravitationsfeld vereint.
 

TomS

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Das ist zutreffend, jedoch an der Stelle nicht wirklich der Punkt.

An der mathematischen Struktur der Lösungen besteht ja kein Zweifel, hier geht es jedoch um die gemeinsame Betrachtung von Geometrie und daran gekoppelte Quantenfelder. Dabei spielt ausschließlich die Geometrie im Außenraum eine Rolle, die Innenraum-Lösung, einschließlich Singularität ist irrelevant.

Es geht – wie oben schon gesagt – auch gar nicht mehr primär darum, Hawking-Strahlung etc. genauer zu verstehen, es geht vielmehr darum, das von Hawking entwickelte und offensichtlich inkonsistente Bild zu überwinden.
 

blue.moon

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Um das von Hawking entwickelte Bild zu überwinden bzw. um eine kohärente Theorie zu entwickeln, die sowohl die Geometrie im Außenraum als auch die daran gekoppelten Quantenfelder berücksichtigt, zähle ich mal die vorhandenen Ansätze auf…

Versucht ihr etwas völlig Neues zu entwickeln? (ich muss mir allerdings die posts noch einmal gründlich durchlesen, sorry, danke für den Hinweis, Tom)

Quantenfeldtheorie auf gekrümmten Raumzeiten vielversprechender als der Rest wenn ich das als Laie so salopp sagen darf...

Stringtheorie und M-Theorie

Schleifenquantengravitation (Loop-Quantum Gravity)

AdS/CFT-Korrespondenz

Emergente Raumzeit-Konzepte

Nichtkommutative Geometrie

Holographisches Prinzip
 
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blue.moon

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Im Gegensatz zur ART sagt die Quantenmechanik klar: dass Informationen nie verloren gehen können (Unitarität).
Hawkings Vorschlag (HS) zur Lösung des Paradoxon ist sehr clever, finde ich.
Andere Theorien wie Komplementarität der Schwarzen Löcher, Feuerwände, AdS/CFT-Korrespondenz oder Informationsspeicherung im Schwarzen Loch, sind vielleicht bis auf die Letztgenannte, nicht überzeugender, abgesehen davon, ist nichts definiert (wie die Erhaltungssätze im Universum) nichts nachprüfbar, alles blanke Theorie...
Meiner Meinung nach geht Information schon deshalb nicht verloren, weil ihre Zunahme der Zunahme der Entropie entspricht, quasi IST Information Entropie.
 

Heinzendres

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Die Informationserhaltung ist ähnlich wie die Energieerhaltung. Derartige Sätze besagen natürlich nicht, WIE es geht, sondern nur, DASS es gehen "muss". Und das genügt natürlich (wenn es stimmt) für Schlussfolgerungen (zB Virial Theorem).
Die Energieerhaltung ist nicht bewiesen, sondern sie wurde bis jetzt nicht falsifiziert im Gegensatz zur Informationserhaltung.
Information und Entropie werden nach Überschreiten des Ereignishorizont für uns unzugänglich.

Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation und Speicherung von Quanteninformation passen nicht zusammen.
 

TomS

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Es ist meiner Meinung nach unmöglich eine Theorie aufzustellen ohne sie zu verstehen.
Und was heißt das jetzt?

Ich denke, Hawking hat die Modelle, die er konstruiert hat und aus denen die nach ihm benannte Strahlung folgt, sehr genau verstanden.

Aber der Punkt ist, dass diese nach Meinung praktisch aller Physiker – Hawking eingeschlossen – nicht zutreffend sind. Leider verstehen wir nur, dass diese Modelle falsch sind, jedoch nur sehr unzureichend, wie es denn eigtl. richtig geht.
 

TomS

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Information … [wird] nach Überschreiten des Ereignishorizont für uns unzugänglich.
Was für sich betrachtet noch kein Problem darstellt, da die Information auch innerhalb des Ereignishorizontes erhalten bleiben könnte.

Das Problem wird anhand der Hawkingstrahlung sichtbar, da nach Verschwinden des EH offenbar nur noch thermische Strahlung mit nahezu null Information übrig bleibt.

Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation und Speicherung von Quanteninformation passen nicht zusammen.
Warum nicht?

M.mM.n. ist das völlig unproblematisch.
 

Rainer

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Die Energieerhaltung ist nicht bewiesen
Da kennst Du Noether aber gar nicht gut.
Das ist sogar ein mathematischer Beweis, also weit über die Falsifizierbarkeit hinaus, genauso wie 1+1=2.
Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation und Speicherung von Quanteninformation passen nicht zusammen.
Da hast Du die Unbestimmtheitsrelation vollkommen missverstanden. Wenn ein Elektron vorhanden ist, dann ist das gewiss, nur der exakte Ort ist ungewiss. Diese Info existiert nie, und es gibt daher auch kein Speicherproblem damit. Oder hast Du etwa schon einmal davon gehört, dass beobachtet wurde, dass ein Elektron vergessen hätte, dass es eine negative Ladung besitzt?
Die Unbestimmtheitsrelation bezieht sich IMMER auf zwei Eigenschaften (und nicht Quantenzahlen), die zusammen eine Wirkung ℏ ergeben. Die Gesamtwirkung ist gewiss, wennauch relativ wenn ich nicht irre, nur ihre Aufteilung auf die beiden Größen ist nicht exakt bestimmbar.
Information und Entropie werden nach Überschreiten des Ereignishorizont für uns unzugänglich.
Das wäre ja das Paradoxon. Allein schon die Schwerkraft bleibt erhalten, ganz im Gegensatz zu einer Galaxie, die über den Hubble Radius verschwindet. Genauso sollte die Information anderer Quanteneigenschaften erhalten bleiben, wie die Ladung, Spin, Baryonenzahl etc.
Für Ladung und Spin ist dies ja bekannt. In allen Fällen stellt sich die Frage, wie das geht, und als Konsequenz muss es auch für Entropie gelten.
 
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blue.moon

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Rainer, die Energieerhaltung ist nach Davis & Lineweaver nicht definiert, Stichwort Zeitinvarianz, man kann in dem sich ständig ändernden Universum keinesfalls genau wissen und beweisen, dass Energie verloren geht oder nicht. Sieht auch Pemrod so. (Noether in Ehren. Ich gehe davon aus, dass Energie nicht verloren geht. Aber einen mathematischer Beweis wie 1+1=2??? Was meinst du? Das dürfte schwieriger zu berechnen sein.)

TomS schrieb:
Aber der Punkt ist, dass diese nach Meinung praktisch aller Physiker – Hawking eingeschlossen – nicht zutreffend sind. Leider verstehen wir nur, dass diese Modelle falsch sind, jedoch nur sehr unzureichend, wie es denn eigtl. richtig geht.

Mit allem Respekt vor deinem Beruf und deiner Lebenserfahrung, lieber Tom, auch wenn es keine endgültige Antwort auf das Informationsparadoxon gibt, kann ich mir nicht vorstellen, dass Hawking selbst (und praktisch alle Physiker) seine Theorie für nichtzutreffend hielt/halten… wie meinst du das?

Hawking ging zwar ursprünglich davon aus, nachdem er das Verstrahlen der SL vorgeschlagen hatte, dass Information dann verloren ginge, später korrigierte er sich aber und argumentierte, dass die Information, die in ein Schwarzes Loch fällt, nicht verloren geht, sondern auf dem Ereignishorizont gespeichert und in der Hawking-Strahlung kodiert sein könnte. (Ich las verschiedene Schriften, wie diese Kodierung aussehen könnte.) Ähnlich wie Süsskind’s Vorschlag, Holografieprinzip (3D Informationen auf einer 2D Fläche am EH eines SL gespeichert) – d.h. Information kann im Universum nicht verloren gehen.

„Das Universum ist Mathematik“ Max Tegmark

Heinzendres schrieb:
Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation und Speicherung von Quanteninformation passen nicht zusammen.
Doch.
Quanteninformation nutzt die besonderen Eigenschaften von Quantensystemen, wie Überlagerung und Verschränkung, die beide eng mit der Unbestimmtheitsrelation (Position und Impuls können nicht zur selben Zeit gemessen werden. Beispielsweise basiert das Konzept von Quantenbits (Qubits) auf der Fähigkeit von Quantensystemen, in Überlagerungen von Zuständen zu existieren, was durch die Unbestimmtheitsrelation ermöglicht wird. Daher passen die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation und die Speicherung von Quanteninformation durchaus zusammen.

Heinzendres schrieb:
Information … [wird] nach Überschreiten des Ereignishorizontes für uns unzugänglich.

TomS schrieb:
Was für sich betrachtet noch kein Problem darstellt, da die Information auch innerhalb des Ereignishorizontes erhalten bleiben könnte.
Das Problem wird anhand der Hawkingstrahlung sichtbar, da nach Verschwinden des EH offenbar nur noch thermische Strahlung mit nahezu null Information übrigbleibt.

Siehe oben. nur so: Auch wenn nicht abschließend und allgemeingültig, es gibt immer verschiedene Auffassungen, könnten Informationen/Eigenschaften kodiert (es gibt verschiedene Vorschläge wie) auf das SL übertragen werden bzw. auf seinen EH (oder unbekannt)- und-oder falls es zur Verstrahlung aller SL in sehr ferner Zukunft kommen sollte, auch auf die Photonen der HS oder noch unbekannt, Forschungsgegenstand.

Nebenbei, Nobelpreisträger Anton Zeilinger, von Kindheit an war und bin ich von seiner Arbeit fasziniert, schrieb:
„Information ist der Urstoff des Universums” und „Wirklichkeit und Information sind dasselbe”.

Das lässt tief blicken.

Außerdem ist Information (deswegen) auch Entropie.

Liebe Grüße euch Dreien & schönes WE,
Mondlicht
 
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Rainer

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Rainer, die Energieerhaltung ist nach Davis & Lineweaver nicht definiert, Stichwort Zeitinvarianz, man kann in dem sich ständig ändernden Universum
Um diese Frage ging es Heinzendres nicht, sondern um die Energieerhaltung bei Zeitinvarianz.
JEDES physikalische Gesetz ist nur so gut wie die Randbedingungen.
1+1=2 stimmt auch dann, wenn es in der Realität Annihilation und Paarbildung oder Fusion und Kernzerfall gibt etc, wie bei ALLEN physikalischen Gesetzen. DAS ist NICHT der Punkt dabei.
 

blue.moon

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Energieerhaltung in abgeschlossenes Systemen ist bewiesen. Für das gesamte Universum, heute und in 10d usw. - nicht.
Ich müsste nachlesen, um den genauen Wortlaut...
Aber wenn ihr eh über etwas anderes redet bzw. Heinzendres etwas ganz anderes meinte... las ich es.

Hallo Rainer, vielleicht interessiert es dich?
Thus, the total energy of the universe is neither conserved nor lost—it is just undefinable. On the other hand, if we abandon the godlike point of view and instead focus on one particle at a time, we can find what many cosmologists believe is a more natural way of thinking of the journey of a photon from a distant galaxy. In this interpretation, the photon does not lose energy after all. The point is that our metaphor of the expanding rubber balloon, though useful to visualize the expansion, should be taken with a grain of salt: empty space does not have a physical reality. As galaxies recede from one another, we are free to consider this relative motion as “expansion of space” or as “movement through space”; the difference is mostly semantics.
https://www.scientificamerican.com/article/does-the-universe-violate-the-laws-of-thermodynamics/



What Noether discovered is that whenever nature displays a continuous symmetry, a conservation law comes along for the ride, and vice versa. In particular, spatial symmetry dictates that momentum is conserved; rotational symmetry ensures angular momentum is conserved; and time symmetry means that energy is conserved.

So, saying that energy is conserved is as solid as saying that the laws of physics are the same now as they were in the past and will be in the future. On the other hand, were time symmetry to break down, conservation of energy would fail. As we will see, this is where energy conservation may start to get in trouble in Einstein's universe.
https://www.scientificamerican.com/article/does-the-universe-violate-the-laws-of-thermodynamics/

Tamara Davis:
Ein kosmologischer Buchhalter wird versuchen, die gesamte Energie im Universum zu bilanzieren

Wie vereinbart unser Buchhalter diese wechselnden Energien mit dem Noether-Theorem? Tatsächlich muss er bald einsehen, dass es keinen Grund gibt, warum es für unser wandelhaftes Universum gelten soll. Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie krümmen Materie und Energie den Raum, und je nachdem, wie Materie und Energie sich bewegen - oder sich in einem expandierenden Raum ausbreiten -, verändert sich entsprechend die Form des Raums. Im Alltag sind diese Effekte praktisch unmerklich klein, aber im kosmischen Maßstab können sie eine Rolle spielen.


Diese Formbarkeit des Raums hat zur Folge, dass das Universum nicht zeitsymmetrisch ist.
 
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Heinzendres

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Um diese Frage ging es Heinzendres nicht, sondern um die Energieerhaltung bei Zeitinvarianz.
Ich bin mir sicher dir nicht den Auftrag gegeben zu haben, in meinem Namen zu sprechen.
Durch den Vergleich mit dem Experiment lassen sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Theorie ermitteln; allerdings lässt sie sich niemals „beweisen“, bestenfalls in immer mehr Fällen bestätigen.

Energieerhaltung ist nicht bewiesen, sie hat sich in allen fällen bestätigt.

Genau so wenig sind folgende Punkte bewiesen.
Informationserhaltung
Entropie kann nur zunehmen

Da es dafür keinen Beweis gibt muss man Akzeptieren das sich beides bei einem Schwarzen Loch nicht bestätigt.

Außer mir ist ein Experiment entgangen, dann bitte um Aufklärung.

Wie wird Information gespeichert?
Welche Information wird gespeichert?
 
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