Hiernach gebe es keine Schwarzen Löcher

lisha3

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Was stimmt an dieser Theorie nicht, oder was stimmt daran?

(Auszuganfang)
"Neue Theorie: Es gibt keine Schwarzen Löcher

Die komplizierten Formeln der Quantenmechanik haben Forscher um Tanmay Vachaspati aus Cleveland im US-Budnesstaat Ohio zu einer überraschenden Erkenntnis geführt: Es gibt keine Schwarzen Löcher, so das Ergebnis ihrer Berechnungen. Ein Jahr lang hatten die Forscher versucht zu ergründen, was passiert, wenn ein Schwarzes Loch geboren wird.
Bislang wurde angenommen, dass die Schwerkraft beim Kollaps eines schweren Sterns irgendwann so stark zunimmt, dass ihr noch nicht einmal Licht entkommen kann. Dieser Zeitpunkt markiert die Geburt eines Schwarzen Lochs. Den Punkt, jenseits dessen kein Entrinnen mehr möglich ist, nennen Physiker den Ereignishorizont.

Ein kleines Problem hatten Physiker allerdings mit Schwarzen Löchern: Jedes Mal, wenn Materie oder Licht hinter dem Ereingishorizont verschwindet, geht Information verloren. Das verbieten jedoch die Gesetze der Quantenmechanik. Der Physiker Stephen Hawking hatte daher postuliert, dass die Information durch eine Teilchenstrahlung doch wieder aus einem Schwarzen Loch hinaussickern kann. Diese Hawking-Strahlung bildet sich durch die Wechselwirkung zwischen dem Ereignishorizont und dem Quantenschaum, aus dem das Universum besteht.

Nach den neuen Überlegungen von Vachaspati und seinen Kollegen kann ein Ereignishorizont aber gar nicht erst entstehen. Wenn ein Stern kollabiert, wird ihrer Meinung nach eine Prä-Hawking-Strahlung ausgesandt, in der die Information enthalten ist, die bei der Entstehung eines Schwarzen Loches verloren gehen würde. Dadurch werde aber so viel Energie freigesetzt, dass die Materie des kollabierenden Sterns sich nicht genug verdichtet, um zu einem Schwarzen Loch zu werden. "Schwarze Löcher gibt es nicht", sagte Vachaspati dem Wissenschaftsmagazin New Scientist. "Es gibt nur Sterne, die dabei sind, ein Schwarzes Loch zu werden."

Die Objekte, die dabei entstehen, nennen die Forscher "schwarze Sterne". In den Augen eines entfernten Beobachters würden sie sich kaum von Schwarzen Löchern unterscheiden. Die Schwerkraft würde die Zeit so verzerren, dass ein Objekt immer langsamer würde, wenn es sich der Stelle nähert, wo eigentlich der Ereignishorizont sein müsste. Dadurch scheint es allmählich zu verschwinden - weil es sich so langsam bewegt, sendet es nur noch sehr langwelliges Licht aus, das man kaum auffangen könnte. Allerdings verschwindet das Objekt nicht völlig aus dem Universum, und das Informationsparadoxon wäre gelöst. Es gibt jedoch eine Ausnahme: Beim Urknall könnten sehr wohl Schwarze Löcher entstanden sein."(Auszugende)
Quelle: http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/gutzuwissen/279619.html
21.06.2007 - Astronomie


Gruß Lisha3
 
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SRMeister

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Die Quantenmechaniker haben meiner Ansicht nach sowieso das letzte Wort.
Dass es SL gibt, steht zwar erstmal außer Frage, denn sie wurden ja indirekt beobachtet.
Was aber innerhalb des Ereignishorizont geschieht, wissen wir nicht. Es ist möglich dass alle Materie in eine Singularität stürzt, aber das muss nicht zwangsläufig passieren, falls es für die Materie noch eine stabile Stufe gibt, nach dem Neutronenstern-zustand.
Das können wiederum nur die Quantenmechaniker beantworten.

Und wieso Hawking unbedingt die Information abgestrahlt haben will.... verstehe ich ebenfalls nicht. Es gibt immerhin soviel Weltraum mit dem wir nur raumartig verbunden sind, genau wie mit dem Raum hinter dem Ereignishorizont. Trotzdem kommt wohl keiner auf die Idee, dass die Teilchen dort nun irgendwie zu Strahlung werden müssen, nur weil wir keinen Zugang mehr dazu haben. (Beispiel, das sichtbare Universum ist 13 Mrd LJ groß, das unsichtbare wahrscheinlich wesentlich größer bis unendlich groß - es löst sich dennoch nicht in Strahlung auf - obwohl es für uns unerreichbar ist)

Das letzte Wort ist noch lange nicht gesprochen.
 

lisha3

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Die Quantenmechaniker haben meiner Ansicht nach sowieso das letzte Wort.
Dass es SL gibt, steht zwar erstmal außer Frage, denn sie wurden ja indirekt beobachtet.
Was aber innerhalb des Ereignishorizont geschieht, wissen wir nicht. Es ist möglich dass alle Materie in eine Singularität stürzt, aber das muss nicht zwangsläufig passieren, falls es für die Materie noch eine stabile Stufe gibt, nach dem Neutronenstern-zustand.
Das können wiederum nur die Quantenmechaniker beantworten.

Und wieso Hawking unbedingt die Information abgestrahlt haben will.... verstehe ich ebenfalls nicht. Es gibt immerhin soviel Weltraum mit dem wir nur raumartig verbunden sind, genau wie mit dem Raum hinter dem Ereignishorizont. Trotzdem kommt wohl keiner auf die Idee, dass die Teilchen dort nun irgendwie zu Strahlung werden müssen, nur weil wir keinen Zugang mehr dazu haben. (Beispiel, das sichtbare Universum ist 13 Mrd LJ groß, das unsichtbare wahrscheinlich wesentlich größer bis unendlich groß - es löst sich dennoch nicht in Strahlung auf - obwohl es für uns unerreichbar ist)

Das letzte Wort ist noch lange nicht gesprochen.

Mit diesen Gedanken... bin ich bei dir.
 

TomS

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Hier der Orginalartikel (2007) aus dem New Scientist: http://www.newscientist.com/article/dn12089-do-black-holes-really-exist.html sowie das Preprint aus arxiv:

http://arxiv.org/abs/0711.0006v2
Schrodinger Picture of Quantum Gravitational Collapse Authors: Tanmay Vachaspati
(Submitted on 31 Oct 2007 (v1), last revised 7 Oct 2009 (this version, v2))Abstract: The functional Schrodinger equation is used to study the quantum collapse of a gravitating, spherical domain wall and a massless scalar field coupled to the metric. The approach includes backreaction of pre-Hawking radiation on the gravitational collapse. Truncating the degrees of freedom to a minisuperspace leads to an integro-differential Schrodinger equation. We define a "black hole" operator and find its eigenstates. The black hole operator does not commute with the Hamiltonian, leading to an energy-black holeness uncertainty relation. We discuss energy eigenstates and also obtain a partial differential equation for the time-dependent gravitational collapse problem.

Da muss man sehr vorsichtig sein. Es gibt letztlich zwei Möglichkeiten, schwarze Löcher zu vermeiden:
A) sie entstehen erst gar nicht (das ist die Idee hier)
B) sie entstehen zwar, haben jedoch innerhalb des "Ereignishorizontes" aufgrund der (noch nicht endgültig verstandenen Quantengravitation) völlig fremdartige, nicht-klassische Eigenschaften und insbs. keine Singularität (z.B. Fuzzballs im Rahmen der Stringtheorie oder Ansätze im Rahmen der Schleifenquantengravitation)

Zu A) sehe ich zwei Probleme: zum einen ist es fraglich, ob die genannten Prozesse Energie tatsächlich effektiv genug abführen können um die Entstehung der SLs zu verhindern; und zum anderen ist mir nicht klar, ob diese Prozesse grundsätzlich für alle Entstehungsarten zutreffen können. Fakt ist, dass SLs im Rahmen der ART mögliche Lösungen darstellen. Eine Theorie der Quantengravitation sollte nicht nur ihre Entstehung in Spezialfällen verhindern, sondern ihre Eigenschaften so korrigieren, dass ein insgs. konsistentes Bild entsteht.
 

SRMeister

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Fakt ist, dass SLs im Rahmen der ART mögliche Lösungen darstellen. Eine Theorie der Quantengravitation sollte nicht nur ihre Entstehung in Spezialfällen verhindern, sondern ihre Eigenschaften so korrigieren, dass ein insgs. konsistentes Bild entsteht.

Jup. Möglicherweise ist die ART ein "bischen weit gefasst" - sie erlaubt alles mögliche, aber in der Natur ist evtl. eben nicht alles erlaubt. Beispiele für möglicherweise verbotene Zustände wären Tachyonen, Wurmlöcher (oder nur Wurmlöcher in die Vergangenheit), physikalische Singularitäten.
Vielleicht müsste man dazu den Raum der ART so einschränken, dass raumartige Verbindungen nicht mehr darstellbar sind und somit diese "möglichen Lösungen" wegfallen. (meine laienhafte Einschätzung)
Vielleicht wäre dann auch eine Zusammenführung von ART u. Quantenmechanik einfacher zu finden/überhaupt erst möglich.
 

TomS

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Vielleicht müsste man dazu den Raum der ART so einschränken, dass raumartige Verbindungen nicht mehr darstellbar sind und somit diese "möglichen Lösungen" wegfallen.
Das wird nicht gehen.

(Tachyonen sind m.W.n. mittels der ART nicht darstellbar, denn dabei handelt es sich um lokale Propagation mit Überlichtgeschwindigkeit, nicht um "Abkürzungen mittels Wurmlöchern"; übrigens gibt es auch geschlossene zeitartige Kurven, also "Zeitreisen")

Vielleicht wäre dann auch eine Zusammenführung von ART u. Quantenmechanik einfacher zu finden/überhaupt erst möglich.
Ehe andersherum; ich erwarte mit von einer Quantengravitation eine Art Zensur für derartige Effekte, d.h. nicht unbedingt ein Verbot, sondern einen dynamischen Unterdrückungseffekt (dass sich das zerbrochene Glas wieder zusammensetzt, mit Wasser füllt und sich auf den Tisch stellt ist auch nicht künstlich verboten, sondern nur beliebig unwahrsheinlich und damit unterdrückt)
 

TomS

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Ja, das ist irreführend.

Eine Information könnte sein: "ein Teilchen mit Spin xyz und Isopsin abc sowie Impuls klm wurde absobiert"; die Hawkingstrahlung besagt jedoch, dass die Info xyz, abc und klm verloren geht und statt dessen nur eine thermische Strahlung entweicht, in der jegliche Erinnerung an den Anfangszustand verloren gegangen ist.
 

SRMeister

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die Hawkingstrahlung besagt jedoch, dass die Info xyz, abc und klm verloren geht und statt dessen nur eine thermische Strahlung entweicht,
Wo absorbiert? Hier kann eigentlich nur die phys. Singularität gemeint sein, nicht der Ereignishorizont? Aber von der zentralen Singularität kann wiederrum keine thermische Strahlung entweichen?

in der jegliche Erinnerung an den Anfangszustand verloren gegangen ist.
"jegliche" - außer dem Energiegehalt des Teilchens - oder?

Ich werd die Tage nochmal Hawking sein populärwissenschaftliches Buch zum Thema lesen.
 

TomS

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Wo absorbiert? Hier kann eigentlich nur die phys. Singularität gemeint sein, nicht der Ereignishorizont? Aber von der zentralen Singularität kann wiederrum keine thermische Strahlung entweichen?
Nein, hier ist der Ereignishorizont gemeint, da a) bereits dieser die Infoemation "verschluckt" und b) dieser bei der Hawkingstrahlung die wesentliche Rolle spielt. Nehmen wir an, wir hätten eine Raumzeitgeometrie mit Horizont, jedoch ohne Singularität (sondern statt dessen ein noch zu identifizierendes Gebilde); an der Informationsvernichtung würde sich nichts ändern!

Daraus ergibt sich eine interessante Folge für die Quantengravitation. Gemäß dieser sollte ja die Information der einfallen Materie und Strahlung (also die Struktur des quantenmechanischen Zustandes) nicht ausgelöscht werden sondern in einer neuen Form im Quantenzustand des Gravitationsfeldes enthakten bleiben und so die Unitarität des Gesamtsystems inkl. "quantisierte Raumzeit-Geometrie" retten. Man nimmt nun oft an, dass die Quantengravitation in der Nähe der Planckskala greift und somit die zentrale Singularität auflöst. Man kann jedoch (auch ohne exakt ausformulierte Theorie der Quantengravitation) recht überzeugend schlussfolgern, dass zur Rettung der Unitarität kleine Quantenkorrekturen bzgl. der Singularität wohl nicht ausreichen und dass die Quantengravitation die Raumzeitgeometrie bis zum Ereignishorizont selbst drastisch modifizieren muss. Und interessanterweise sagen zwei (völlig unterschiedliche) Vorschläge, nämlich die Schleifenquantengarvitation sowie das fuzzball proposal im Rahmen der Stringtheorie genau das voraus - Quanteneffekte bis zum Horizont.

"jegliche" - außer dem Energiegehalt des Teilchens - oder?
Jegliche außer (additiv) erhaltenen Größen wie Energie, Impuls (- Veränderung des Schwerpunktimpulses des SLs), Drehimpuls, elektrische Ladung.
 

SRMeister

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Danke, das erklärt einiges, trotzdem kommen mir dabei immer wieder die gleichen Gedanken. Da würde ich mich freuen wenn du nochmal was zu sagen könntest.

So wie ich dich verstehe, zeigen sich vermutlich Quanteneffekte d. Grav. nahe der zent. Singularität. Außerdem schlussfolgert man, dass die Quanteneffekte bis nach außen zum Ereignishorizont(EH) spürbare Auswirkungen haben müssten.

1. Was ungefähr bedeutet Unitarität? Wikipedia hat leider kaum geholfen. Ist das einfach eine (nicht triviale) Eigenschaft die unbedingt erhalten bleiben muss damit die Theorie korrekt bleibt?

2. Müssten die Quanteneffekte nicht also von der Stärke d. Grav. am Ort des Geschehens abhängen? Also nahe d. zent. Singularität sehr stark sein und nach außen hin abnehmen, bis irgendwo die Quanteneffekte vernachlässigbar sind und die Beschreibung der ART alleine ein vollständiges, konsistentes Bild ergibt?

3. Folgende auf meinem unvollständigen Wissen basierenden Beispiele widersprechen dem Informationsverlust:
3.I. Supermassive SL können doch am EH eine sehr geringe Raumkrümmung aufweisen.(== geringe Quanteneffekte?)
3.II. Ein einfallender Beobachter merkt nichts vom EH, würde also bedeuten, falls sein Energiegehalt beim passieren des EH gleichzeitig nach außen wieder abgestrahlt wird - hat sich der Gesamtenergiegehalt des Universums erhöht.
3.III. Worin unterscheidet sich der EH eines SL vom EH des sichtbaren Universums? Demnach müsste der EH des U. ebenfalls Hawkingstrahlung aussenden? Ich kenne von dort aber nur die Hintergrundstrahlung.

Danke im Voraus.
 

MGZ

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Die Quantenmechaniker haben meiner Ansicht nach sowieso das letzte Wort.
Dass es SL gibt, steht zwar erstmal außer Frage, denn sie wurden ja indirekt beobachtet.

Jein. Es wurden extrem kompakte und massereiche Objekte beobachtet, die selbst keine messbare Strahlung aussenden.
Aus dem geht aber nicht klar hervor, ob diese Objekte wirklich kleiner sind als der Schwarzschild-Radius.

Es gibt mehrere Forschungsgruppen, die daran arbeiten, das Schwarze Loch der Milchstraße direkt zu beobachten. Wenn es einen Ereignishorizont gibt, dann geht davon keine Strahlung aus. Jedes andere Objekt müsste mit einer gewissen Temperatur Strahlung aussenden, weil Materie auf die Oberfläche fällt und diese erhitzt.
 

TomS

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1. Was ungefähr bedeutet Unitarität? Wikipedia hat leider kaum geholfen. Ist das einfach eine (nicht triviale) Eigenschaft die unbedingt erhalten bleiben muss damit die Theorie korrekt bleibt?
Die Quantenmechanik wird in einem sogenannten Hilbertraum formuliert. Das ist die unendlich-dimensionale Verallgemeinerung eines Vektorraumes. Im Falle von abgeschlossenen Systemen darf man sich 'vorstellen', dass ein qm Zustand einem Einheitsvektor entspricht, der auf der Oberfläche der unendlich-dimensionalen Einheitskugel "rotiert"; Richtung, Geschwindigkeit usw. mit der der Zustandsvektor die Einheitskugel überstreicht ist abhämngig von der konkreten Dynamik des Systems. Wenn man es mit einem nicht-abgeschlossenen System zu tun hat, dann tragen viele derartige Einheitsvektoren zu einem (verallgemeinerten) qm Zustand bei. Die auslaufend ethernische Strahlung wird durch ein Gemisch unendlich vieler derartiger Einheitsvektoren beschrieben. Unitarität in diesem Zusammenhang bedeutet, dass die Dynamik von SLs immer dem ersten Bild eines die Einheitskugel überstreichenden Zustandsvektors entspricht und sich nie (spontan) ein Gemisch bildet.

2. Müssten die Quanteneffekte nicht also von der Stärke d. Grav. am Ort des Geschehens abhängen? Also nahe d. zent. Singularität sehr stark sein und nach außen hin abnehmen, bis irgendwo die Quanteneffekte vernachlässigbar sind und die Beschreibung der ART alleine ein vollständiges, konsistentes Bild ergibt?
Ja, irgendwie so. Nimm z.B. einen Supraleiter. Auch hier gibt es makroskopische Quanteneffekte.

3.III. Worin unterscheidet sich der EH eines SL vom EH des sichtbaren Universums? Demnach müsste der EH des U. ebenfalls Hawkingstrahlung aussenden? Ich kenne von dort aber nur die Hintergrundstrahlung.
Er unterscheidet sich darin, dass er universell ist, d.h. das Universum in einen Innen- und einen Außenraum zerlegt, wobei aus dem Innenraum prinzipiell nichts entkommen kann. Im Falle des Sichtbarkeitshorizontes des Universums ist der Horizont dagegen beobachterabhängig.
 

SRMeister

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Okay, wenn du nichts dagegen hast, können wir uns vorerst auf diesen Punkt beschränken.

Soweit ich informiert bin, bedeutet EH die Grenze, von der aus ein Ereignis A nicht mehr mit einem beliebig weit in der Zukunft liegenden Ereignis B, welches sich örtlich unendlich weit vom SL entfernt befindet, zeitartig verbunden werden kann.
Ich zitiere mal aus Wikipedia:Schwarzes Loch:

Die Grenze, ab der keine Information mehr zu einem im Unendlichen befindlichen Beobachter gelangen kann, heißt Ereignishorizont, ihr Radius ist der Schwarzschildradius.

Nur das eben nichts wirklich unendlich weit entfernt vom SL ist. Für einen Beobachter, der sich selbst nahe am SL befindet, befindet sich diese "Grenze der Kausalität" weiter innen. Somit ist die Grenze beobachterabhängig und der Begriff "Ereignishorizont" nur ein ideales mathematisches Konstrukt ohne reelle Entsprechung in der Natur.

Das war bisher mein Verständniss.
Falsch?
 
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ralfkannenberg

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Hallo SRMeister,

Ich zitiere mal aus Wikipedia:Schwarzes Loch:
Wikipedia ist ja nicht unbedingt der Weisheit letzter Schluss ... - auch wenn ich in diesem Falle nichts gegen die dort genannte Definition einzuwänden habe.

Nur das eben nichts wirklich unendlich weit entfernt vom SL ist. Für einen Beobachter, der sich selbst nahe am SL befindet, befindet sich diese "Grenze der Kausalität" weiter innen.
Wieso das denn ? Das Schwarze Loch "weiss" doch nicht, wie weit sein Beobachter von ihm entfernt ist. Und braucht es auch nicht zu wissen: die Fluchtgeschwindigkeit eines Körpers hängt nur von dessen Masse und dessen Radius ab. Und wenn diese grösser als die Lichtgeschwindigkeit wird, liegt ein Schwarzes Loch vor.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

SRMeister

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Hallo Ralf,
okay um es einfach zu machen, bleibe ich mal bei Photonen.
Befindet sich eins innerhalb des EH, kann es nicht mehr ins Unendliche entweichen. Soweit klar. Mehr sagt auch die Definition für EH nicht.

Das bedeutet aber nicht, dass es sich nicht für beschränkte Zeit außerhalb des EH befinden kann.
Ein Beobachter nahe am SL kann also auch Photonen und damit Information empfangen, die aus dem "Bereich hinter dem math. errechneten EH"(der nur für unendlich entfernte Beobachter gilt) kommen.

Leute, das hab ich doch alles erst durch das Forum gelernt. Da gabs doch schon einige Diskussionen zu.(nicht mit mir, aber die Aussagen kamen doch von den Experten hier...)

Grüße, Stefan
 
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Bernhard

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Für einen Beobachter, der sich selbst nahe am SL befindet, befindet sich diese "Grenze der Kausalität" weiter innen.
Hallo SRMeister,

ich denke das ist falsch. Die Grenze liegt für ruhende Beobachter mit r>rS immer bei r=rS. Anders sieht es für radial frei fallende Beobachter aus. Dazu gab es mal ein Thema in dem erklärt wurde, dass der frei fallende Beobachter schneller als das nach außen gerichtetete Licht fällt. Der frei fallende Beobachter kann damit auch Signale von r < rS erhalten.
Gruß
 
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