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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Materie im SCHWARZEN LOCH



boman
23.02.2006, 09:20
Hallo Miteinand!

Die eine oder andere Frage beschäftigt mich schon seit längerem.
Hier sind die, die am meisten brennen!
Was wird aus der Materie die in ein SCHWARZES LOCH fällt?
Gibt es eine Theorie?
Ab dem Punkt hinter dem Schwarzschild Radius, also in der Singularität, müsste die Masse ja unendlich komprimiert sein?!?!
Wie groß sind die Atome, bzw der Raum zwischen dem Kern und der Hülle?
Wie bezeichnet man diese? (Denn Wasserstoff bleibt bestimmt nicht Wasserstoff! Gehe ich richtig in der Annahme?)

Danke schon mal für die Antworten!

Gruß
Boman

Bynaus
23.02.2006, 10:08
Zu den Begriffen: Die Singularität ist nur ein einziger Punkt im Zentrum des SL, der Schwarzschildradius beschreibt den Radius der Entfernung, ab der die Fluchtgeschwindigkeit des SL = der Lichtgeschwindigkeit ist. Das heisst, zwischen Schwarzschildradius und Singularität befindet sich letztlich leerer Raum.

In der Singularität ist alle Masse auf einen beliebig kleinen (Relativitätstheorie) oder sehr sehr winzigen (Quantentheorien) Raum zusammen gequetscht. Es gibt weder Protonen, Neutronen und Elektronen noch irgend eine andere bekannte Materieform.

Es ist vielleicht anzumerken, dass es auch andere Denkbare Lösungen dessen gibt, was sich hinter einem Schwarzschildradius versteckt.

ralfkannenberg
23.02.2006, 11:40
Es gibt weder Protonen, Neutronen und Elektronen noch irgend eine andere bekannte Materieform.Ist das eigentlich in Einklang mit den diversen Erhaltungsgrössen ?

- Standardmodell: Leptonenzahlen
- Grand Unified Theories: Baryonenzahl - Leptonenzahl

Da könnte man verschiedene Fälle durchrechnen:

1.) Atom fällt ins Schwarze Loch
2.) Proton fällt ins Schwarze Loch
3.) Neutron fällt ins Schwarze Loch
4.) Elektron fällt ins Schwarze Loch
5.) elektronisches Anti-Neutrino fällt ins Schwarze Loch
6.) Teilchen der Dunklen Materie fällt ins Schwarze Loch
7.) Myon sind langlebiger, könnten auch in so ein Schwarzes Loch fallen
8.) Dann sind auch sofort myonische Anti-Neutrino's involviert, die ins Schwarze Loch fallen könnten
9.) usw. usw.

Da gibt es Erhaltungsgrössen, die respektiert werden müssen, wenn diese Partikel "aufgelöst" werden ! Das Schwarze Loch macht sich sonst strafbar und kann von der Weltraumpolizei mit einer Ordnungsbusse belegt werden !

Freundliche Grüsse, Ralf

boman
23.02.2006, 14:02
Dann habe ich bei einem Vortrag über "Schwarzschild Singularitäten" gehört, dass die größe eines Schwarzen Loches mit der zunehmenden (angezogenen) Materie wächst? Es wurde nur nicht gesagt in welchem Verhältnis (zunehmende Masse - größe des Schwarzen Lochs) !

Also kann ich davon ausgehen, dass es sich weiter um Materie handelt?


Kurze wenn auch unnötige Anmerkung:
In welchem Film spielen wir mit?
(Wenn man sich das so alles anhört kommt man sich vor wie in der MATRIX)

komet007
23.02.2006, 14:10
Zum Thema: Was geschieht mit der Information die in ein SL fällt? Dazu hat Steven Hawking vor kurzem seine Theorie zurückgezogen dass diese im SL verloren geht.

Chrischan
23.02.2006, 14:19
@boman
Ich denke, dass mit der Grösse des schwarzen Lochs, die Grösse des Schwarzschildradius (Ereignishorizont) gemeint war. Der ist abhängig von der Masse und wächst mit zunehmender Masse.

http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzschildradius

boman
23.02.2006, 15:52
@chrischan: Das würde bedeuten, die Masse ist auf einen Punkt komprimiert und der Ereignishorizont gewinnt an Größe bei zunehmender Masse.

ralfkannenberg
23.02.2006, 16:28
die Masse ist auf einen PunktIch will mich ja nicht wiederholen, aber Materie kann doch nicht einfach verschwinden ! Sie kann sich vielleicht umwandeln und dabei energetisch günstigere Zustände annehmen, aber einfach in einen Punkt verschwinden kann sie nicht !

Nehmen wir das Beispiel Neutronenstern: Das Pauli'sche Ausschliessungsprinzip für Elektronen verbietet dieser Art Materie ("entartete Materie"), dass sie weiter komprimiert wird. Was also passiert ? Die Kompression wird grösser, die vorhandene Energie steigt und schliesslich ist genügend Energie vorhanden, um die Protonen im Kern und die Elektronen in der Hülle reagieren zu lassen und sich in kompaktere Neutronen umzuwandeln. Das klappt ladungsmässig, weil Atome ja elektrisch neutral sind, d.h. jedes Atom hat gleich viele Protonen wie Elektronen. Bei obiger Reaktion ist aber die elektronische Leptonenzahl verletzt; tatsächlich ist die Gleichung unvollständig, denn bei der Umwandlung eines Protons und eines Elektrons zu einem Neutron entsteht zusätzlich ein elektronisches Neutrino, welches u.a. die Leptonenzahl trägt.

Bei weiterer Komprimierung muss die Materie "irgendwie" reagieren; einfach "zerstrahlen" kann sie nicht, dazu würde es Anti-Teilchen brauchen, die aber auch in einem Schwarzen Loch nicht per Geisterhand produziert werden. Ok, es ist immer mehr Energie pro Volumeneinheit verfügbar, d.h. die Wechselwirkungen können sich immer mehr vereinheitlichen, so dass immer schwerere Bosonen (z.B. Z0, W- und W+) entstehen können; aber die Physik muss ja nach wie vor gültig sein: Irgendwelche Teilchen müssen somit auch im komprimierten Schwarzen Loch vorhanden sein und ich glaube nicht, dass das alles nur Photonen sind, denn ich kenne keinen Prozess, der ohne Involvierung von Antimaterie unsere Materie in Photonen und somit reine Energie umzuwandeln vermag !

Freundliche Grüsse, Ralf

komet007
23.02.2006, 16:42
Bei weiterer Komprimierung muss die Materie "irgendwie" reagieren; einfach "zerstrahlen" kann sie nicht

Ich dachte allerdings ein SL besitzt lt. Hawking eine Temperatur, d.h. es emittiert Wärmestrahlung und zerstrahlt somit?

ralfkannenberg
23.02.2006, 17:46
Ich dachte allerdings ein SL besitzt lt. Hawking eine Temperatur, d.h. es emittiert Wärmestrahlung und zerstrahlt somit?
Ja; es gab mal einen guten Eintrag zu diesem Thema "Hawking-Strahlung", aber ich kann ich ihn nicht mehr finden. Hatte glaub ich mit Gravitationswellen zu tun. Dennoch wurden die o.g. Erhaltungsgrössen nicht verletzt !

Freundliche Grüsse, Ralf

Chrischan
23.02.2006, 17:59
@chrischan: Das würde bedeuten, die Masse ist auf einen Punkt komprimiert und der Ereignishorizont gewinnt an Größe bei zunehmender Masse.
Bin kein Spezi in Bezug auf Singularitäten und SL's, aber so wie ich das sehe ist eine Konzentration auf einen Punkt nicht nötig. Es reicht, wenn die Masse sich innerhalb des Ereignishorizonts befindet.
Wenn der Ereignishorizont also z.B. ein Durchmesser von 2km hat könnte die Masse durchaus in einer Kugel von 1,5km Durchmesser verteilt sein.

Ich bin jedoch völlig überfragt, ob unsere gängigen Theorien das jedoch zulassen...

Ich bin mir nicht sicher ob es überhaupt möglich ist von aussen festzustellen, wie die Masse innerhalb des Ereignishorizonts verteilt ist. Hierzu sind (glaube ich) nur Modelle auf Basis einer Theorie möglich.

Für mich ist ein Ereignishorizont eine unüberbrückbare Schwelle. Wenn nichtmal Licht entweichen kann, kann eigentlich keine Information von innen nach aussen gelangen. Vermutlich liege ich da aber falsch, da sonst meiner Meinung nach jegliche Überlegungen in Richtung von Gravitonen Probleme hätten. Die Gravitation der Masse im Innern des SL ist ja ausserhalb spürbar, ergo müssten Gravitonen den Horizont von innen nach aussen passieren können... :confused:

komet007
23.02.2006, 19:25
Die Gravitation der Masse im Innern des SL ist ja ausserhalb spürbar, ergo müssten Gravitonen den Horizont von innen nach aussen passieren können...

...tun sie ja auch - vorausgesetzt es gibt Gravitonen...

Nachor
23.02.2006, 20:01
Ja; es gab mal einen guten Eintrag zu diesem Thema "Hawking-Strahlung", aber ich kann ich ihn nicht mehr finden. Hatte glaub ich mit Gravitationswellen zu tun. Dennoch wurden die o.g. Erhaltungsgrössen nicht verletzt !

Freundliche Grüsse, Ralf
Ich hätte hier eine Internetseite, auf der die ganze Sache hergeleitet wird.
http://library.thinkquest.org/C007571/german/advance/sitemap.htm
Weiß aber nicht, wie gut die Erklärungen sind - die Formeln müssten aber soweit alle stimmen.

ralfkannenberg
24.02.2006, 11:00
Ich hätte hier eine Internetseite, auf der die ganze Sache hergeleitet wird.
http://library.thinkquest.org/C007571/german/advance/sitemap.htm
Weiß aber nicht, wie gut die Erklärungen sind - die Formeln müssten aber soweit alle stimmen.Klasse !!!

Danke :)

ryan
25.02.2006, 02:51
... so wie ich das sehe ist eine Konzentration auf einen Punkt nicht nötig. Es reicht, wenn die Masse sich innerhalb des Ereignishorizonts befindet.
Wenn der Ereignishorizont also z.B. ein Durchmesser von 2km hat könnte die Masse durchaus in einer Kugel von 1,5km Durchmesser verteilt sein.

Ich bin jedoch völlig überfragt, ob unsere gängigen Theorien das jedoch zulassen...


Ob die Masse nur auf einen sehr kleinen Raum oder aber auf einen einzigen Punkt konzentriert wird, ist erst einmal nicht vollständig zu klären. Der Begriff Singularität jedoch besagt, dass es wirklich nur ein einziger Punkt ist! Wie auch immer das mit den ausserhalb eines Schwarzen Loches geltenden Gesetzen vereinbar ist.
Andererseits könnte man vermuten, dass eben diese Gesetze von denen wir ausgehen in einem Schwarzen Loch gar keine Gültigkeit mehr besitzen, denn wer sagt uns, dass sie wirklich universell sind??

Und nun zur Hawkingstrahlung etc:
Nach der Quanten- und Relativitätstheorie ist es möglich, dass ganz in der Nähe eines SL, nur knapp ausserhalb des Schwarzschildradius, ein Teilchen und ein Anti-Teilchen entstehen (Quantentheorie). Dies könnten zum Beispiel Photonen sein.
Nun kann es passieren, dass die beiden nicht wie üblich zusammenkommen und verschwinden, sondern, dass eines der beiden Teilchen in das SL eindringt und innerhalb des Ereignishorizonts/Schwarzschildradius gelangt, das entgegengesetzte Teilchen jedoch nicht angezogen wird.
D.h. die beiden Teilchen sind durch die Gravitation des SL voneinander getrennt und können nicht wieder im Nichts verschwinden :D .
Das zurückgebliebene Teilchen verweilt also in unseren Universum und ist als Strahlung sichtbar.

Des weiteren wurde die Theorie aufgestellt, SL's könnten die aufgenommene Masse im Laufe der Zeit als Energie wieder abgeben, wenn sie einmal eine bestimmte Größe erreicht haben. Da weiß ich allerdings im Moment nicht sogut bescheid, wie der aktuelle Stand der Dinge ist, ich guck da mal nach.

Das was ich versucht hab zu erklären, steht wahrscheinlich auch auf der Seite, die Nachor verlinkt hat, aber naja...egal

mfg ryan

ryan
26.02.2006, 18:47
einige Ergänzungen zu meinem Beitrag von gestern:

man sollte die Rolle, die die Energie bei einem solchen Vorgang umgewandelt wird, mal näher betrachten...dann kann man das, was ich zuletzt geschrieben hatte, auch erklären...ist mir wieder eingefallen :o

Angenommen, es entstehen nach den Gesetzen der Quantenmechanik ein Elektron und ein Positron. Für den Entstehungsprozess wird Energie benötigt, die im Prinzip aus dem Nichts entliehen wird, daraus folgt, dass die Teilchen in möglichst kurzer Zeit wieder rekombinieren müssen, damit die entliehene Enerie wieder freigegeben wird. Wenn jetzt eines dieser Teilchen in das SL fällt, so sind die Teilchen sozusagen Energie schuldig. Da sie nicht rekombinieren können, wird die Energie von dem SL genommen.
Nun kann Energie nach Einstein ja in Masse bzw umgekehrt umgewandelt werden, also "darf" das Teilchen weiter existieren, wenn es die Energie des SL aufgenommen und in Masse umgewandelt hat.
Umgekehrt verhält es sich beim SL. Ihm wird Energie entzogen, dies wird kompensiert, indem das SL als Ausgleich einen Teil seiner Masse aufgibt.
So können SLs im Laufe der Zeit schrumpfen, bis sie schließlich irgendwann explodieren. Dieser Vorgang dauert jedoch beinahe unendlich lang.
Den ganzen Prozess nennt man meine ich auch Paarbildung (?).

Soweit ich mich erinnere, hat Roger Penrose dazu eine weitere Theorie aufgestellt. Danach kann ein in die Ergosphäre eines (rotierenden) SL gelangtes Objekt in zwei Teile zerfallen. Das eine fällt in das SL, das andere könnte mit nochmehr Energie ausgestattet entkommen. Dies könnte in utopischen Vorstellungen dazu dienen, Energie zu gewinnen.

mfg ryan

ralfkannenberg
27.02.2006, 09:37
Das zurückgebliebene Teilchen verweilt also in unseren Universum und ist als Strahlung sichtbar.Und das ins Schwarze Loch gefallene Teilchen verweilt im Schwarzen Loch und ist dort als Strahlung sichtbar.

Und willst Du daraus folgern ? :confused:

ryan
27.02.2006, 10:38
Und das ins Schwarze Loch gefallene Teilchen verweilt im Schwarzen Loch und ist dort als Strahlung sichtbar.

Und willst Du daraus folgern ? :confused:
ich weiß nicht ganz genau wo drauf du hinauswillst...

Damit meinte ich: das zurückgebliebene Teilchen verweilt ja nicht im SL sondern ist außerhalb davon!! Aufgrund der Abstrahlung dieser Teilchen, die nicht in das SL hineinfallen, sondern die weit genug entfernt sind, dass sie ausserhalb des Ereignishorizonts bleiben, erscheint der Ereignishorizont selber heiß.

mfg ryan

ralfkannenberg
27.02.2006, 11:02
ich weiß nicht ganz genau wo drauf du hinauswillst...Sorry :o
Wenn im Schwarzen Loch mehr Teilchen drinne sind als vorher, wird es kaum zerstrahlen .......

ryan
27.02.2006, 11:21
Wenn im Schwarzen Loch mehr Teilchen drinne sind als vorher, wird es kaum zerstrahlen .......
Das SL muss doch die Energie, die sozusagen aus dem Nichts entliehen wurde, abgeben, da die Teilchen ja nicht rekombinieren können und die Energie dabei zurückgeben...
da Energie gleich masse ist, verliert das Sl dadurch Masse, obwohl es ein Teilchen aufnimmt

mfg ryan

ralfkannenberg
27.02.2006, 11:46
Das SL muss doch die Energie, die sozusagen aus dem Nichts entliehen wurde, abgeben, da die Teilchen ja nicht rekombinieren können und die Energie dabei zurückgeben...
da Energie gleich masse ist, verliert das Sl dadurch Masse, obwohl es ein Teilchen aufnimmt

mfg ryanKein Kommentar, aber es klingt gut. Ich muss mich da wirklich mal seriös in obigen Link einlesen, bevor ich irgendwelche Statements abgebe. :o

Freundliche Grüsse, Ralf

komet007
27.02.2006, 12:31
Das SL muss doch die Energie, die sozusagen aus dem Nichts entliehen wurde, abgeben, da die Teilchen ja nicht rekombinieren können und die Energie dabei zurückgeben...
da Energie gleich masse ist, verliert das Sl dadurch Masse, obwohl es ein Teilchen aufnimmt

mfg ryan

Was du hier ansprichst ist die gegenseitige Vernichtung von Materie und Antimaterie, die auch beim Urknall stattgefunden hat. Das heisst, ein Positon und ein Elektron, die zuvor aus Energie entstanden sind, zerstrahlen und werden wieder in Energie umgewandelt. Mir ist die Theorie der "entliehenen" Energie in Verbindung mit SL bekannt, ich kann nur selbst keinen Grund erkennen, wie an einem SL ein Elektronen/Positronen-Paar entstehen soll.

ralfkannenberg
27.02.2006, 12:40
Was du hier ansprichst ist die gegenseitige Vernichtung von Materie und Antimaterie, die auch beim Urknall stattgefunden hat. Das heisst, ein Positon und ein Elektron, die zuvor aus Energie entstanden sind, zerstrahlen und werden wieder in Energie umgewandelt. Mir ist die Theorie der "entliehenen" Energie in Verbindung mit SL bekannt, ich kann nur selbst keinen Grund erkennen, wie an einem SL ein Elektronen/Positronen-Paar entstehen soll.2.Heissenberg'sche Unschärferelation über Energie und Zeit, d.h. spontan kann ein Raumelement genügend Energie für eine spontane Paarbildung (z.B. Elektron+Positron) haben. Das sind dann die sogenannten "virtuellen" Teilchen und man nennt das ja auch "Quantenfluktuation". So ist beispielsweise bei Streuexperimenten gefunden worden, dass in einem z.B. Proton neben den beiden up- und dem down-Quark durchschnittlich noch ca. 3 weitere Quarks herumschwirren, die spontan paarerzeugt sind und sich innert weniger als 10^-20 Sekunden wieder zerstrahlen (annihilieren). Es gibt ja auch Ideen, dass unser gesamtes Universum "nur" eine solche Quantenfluktuation sei.

Freundliche Grüsse, Ralf

ryan
27.02.2006, 15:06
2.Heissenberg'sche Unschärferelation über Energie und Zeit, d.h. spontan kann ein Raumelement genügend Energie für eine spontane Paarbildung (z.B. Elektron+Positron) haben. Das sind dann die sogenannten "virtuellen" Teilchen und man nennt das ja auch "Quantenfluktuation". So ist beispielsweise bei Streuexperimenten gefunden worden, dass in einem z.B. Proton neben den beiden up- und dem down-Quark durchschnittlich noch ca. 3 weitere Quarks herumschwirren, die spontan paarerzeugt sind und sich innert weniger als 10^-20 Sekunden wieder zerstrahlen (annihilieren).

genau das meinte ich...

komet007
27.02.2006, 15:30
2.Heissenberg'sche Unschärferelation über Energie und Zeit, d.h. spontan kann ein Raumelement genügend Energie für eine spontane Paarbildung

Das heisst, es handelt sich um die gleichen Virtuellen Teilchen, die auch beim Casimir Effekt eine Rolle spielen und dabei als Vakuumenergie expandierend auf die Materie des Universums wirken?

ralfkannenberg
27.02.2006, 15:48
Das heisst, es handelt sich um die gleichen Virtuellen Teilchen, die auch beim Casimir Effekt eine Rolle spielen und dabei als Vakuumenergie expandierend auf die Materie des Universums wirken?Ich habe mich gerade durchgegooglet - klasse, da kann man ja noch was lernen :)

Ich denke, ja, das ist dieselbe Idee der virtuellen Teilchen :)


Die Welt muss so sein wie wir sie sehen, denn wenn sie anders wäre, würden wir nicht existieren.Bist Du Dir sicher ? - Der Beweis, dass unser Universum die einzige Lösung dieses Sets von Differenzialgleichungen ist, muss erst noch erbracht werden ! Wobei Du bei verschiedenen Lösungen noch Symmetrien wegdividieren musst; wenn man beispielsweise x- und y-Richtung vertauscht, so dürfte ein isomorphes Universum resultieren ! Und da wir uns das Universum ja irgendwie als riesige Kugel vorstellen, dürfte eine Rotation dieser "Kugel" ebenfalls zu einem isomorphen Universum führen. Gleiches könnte auch für eine Spiegelung der Zeit gelten, d.h. wir können kaum unterscheiden, ob die Zeit vorwärts oder rückwärts abläuft. Und eine Welt, in der jede rechte Hand in eine linke transferiert wird, dürfte auch isomorph sein.

Ob es modulo solcher Symmetrien mehrere Lösungen gibt, ist ebenfalls nicht bekannt; möglicherweise kann man Permutationen über die 4 Wechselwirkungen oder gar über die 3 Teilchenfamilien tätigen und erhält immer noch ein funktionables Universum.
Auswahlaxiom ja oder nein ? Beides dürfte zu einem konsistenten Universum führen.
Wie steht das mit der Supersymmetrie ?

usw. usw.

Freundliche Grüsse, Ralf

komet007
27.02.2006, 16:19
Das heisst, wir können also anhand des Casimir Effekts die Virtuellen Teilchen aufgrund ihrer Wellenlänge direkt nachweisen und durch die Umwandlung in positive und negative Elektronenteilchen aufgrund der Anwesenheit hoher Energien wie ein Schwarzes Loch. Diese Beobachtungen/Voraussagen genügen doch völlig um eine "Parallelwelt" nachzuweisen, die über die Gravitation und ihre Wellenlänge mit unserem Universum interagiert?

komet007
27.02.2006, 16:23
Die Welt muss so sein wie wir sie sehen, denn wenn sie anders wäre, würden wir nicht existieren.

Dies ist die Kernaussage des Anthropischen Prinzips in Kurzform ;)

Nachor
14.03.2006, 12:45
Ich hätte hier eine Internetseite, auf der die ganze Sache hergeleitet wird.
http://library.thinkquest.org/C007571/german/advance/sitemap.htm
Weiß aber nicht, wie gut die Erklärungen sind - die Formeln müssten aber soweit alle stimmen.
Udate wegen ups:
Vorsicht auf der Seite.
Die Formeln stimmen, aber die Werte nicht immer. Zumindest die "Ersatzkonstante" K wurde mit einem "Daumenwert" berechnet, mit c= 300.000.000 m/s (ergibt dann 3,98E15, richtiger Wert ist 3,96E15). Die resultierende Abweichung bei der Lebensdauer ist allerdings recht gering.
Weitere gröbere Fehler habe ich nicht entdecken können.