Verdampfung von Schwarzen Löchern

Sebastian Hauk

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Schwarze Löcher sollen durch die Hawking-Strahlung verdampfen. Dabei fällt das Teilchen das mit negativer Energie bei Vakuumfluktuationen entsteht in das Schwarze Loch. Bei Vakuumfluktuationen entstehen Teilchen-Antiteilchen-Paare. Und wenn es Paare sind, dann gibt es von beiden Sorten gleich viele Teilchen. Nun fallen aber mehr oder ausschließlich Teilchen mit negativer Energie in das Schwarze Loch und nicht etwa genauso viele Teilchen mit negativer Energie wie mit positiver Energie. Es muss ja einen Grund geben weshalb die Teilchen mit negativer Energie in das Schwarze Loch fallen und die nicht mit positiver Energie. Weiß hier einer diesen Grund?

https://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung
 
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Ich

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Weil sie's können. Der Endzustand muss ja energetisch erlaubt sein, uns das ist ein schwerer gewordenes SL im ansonsten leeren Raum nicht.
 

Herr Senf

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Und warum können sie es? Gibt es hier eine physikalische Begründung? Oder war es das?
ja, http://www.itp.uni-hannover.de/~giulini/papers/BlackHoleSeminar/Hawking_CMP_1975.pdf

Lesen müssen Sie das schon selbst, ansonsten können Sie sich "Hab nichts gelesen -glaub es nicht - mache geblödelte Anfrage" kneifen.

Ihr Themen-Fishing ist reine Provokation, hat nichts mit Wissenwollen zu tun, offenbahrt aber, daß Sie in diesem Forum überfordert sind.

Lassen Sie es einfach sein - Senf
 

Sebastian Hauk

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Fühlst du dich jetzt durch diese Frage angegriffen? Das ist doch eine ganz harmlose Frage. Und bei Wikipedia habe ich dazu auch nichts gefunden. Das Forum ist doch dazu da, dass solche Sachen diskutiert und beantwortet werden.
 

Sebastian Hauk

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Ich kann verstehen, dass diese Frage reine Provokation ist, wenn es auf diese Frage keine Antwort gibt. Das weiss ich aber nicht.
 

Sebastian Hauk

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Selber Gedanken habe ich mir zum Problem auch gemacht. Es könnte ja sein, dass einfach mehr Teilchen mit negativer Energie am Ereignishorizont entstehen als weiter weg. Aber mir fällt keine Begründung ein warum dieses so sein sollte. So richtig weiter gekommen bin ich selber also nicht. Und bevor ich mir hier irgendwas verkehrtes überlege könnte ich ja mal nachfragen.
 

MGZ

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Schwarze Löcher sollen durch die Hawking-Strahlung verdampfen. Dabei fällt das Teilchen das mit negativer Energie bei Vakuumfluktuationen entsteht in das Schwarze Loch. Bei Vakuumfluktuationen entstehen Teilchen-Antiteilchen-Paare. Und wenn es Paare sind, dann gibt es von beiden Sorten gleich viele Teilchen. Nun fallen aber mehr oder ausschließlich Teilchen mit negativer Energie in das Schwarze Loch und nicht etwa genauso viele Teilchen mit negativer Energie wie mit positiver Energie. Es muss ja einen Grund geben weshalb die Teilchen mit negativer Energie in das Schwarze Loch fallen und die nicht mit positiver Energie. Weiß hier einer diesen Grund?

Die Basis auf der wir hier diskutieren ist so oder so populärwissenschaftlich vereinfacht.
Bei der Vakuumfluktuation entstehen keine Teilchen mit negativer Energie. So etwas gibt es nach aktuellem Kenntnisstand nicht.
Was passiert, ist (flapsig ausgedrückt), dass sich das Universum für eine gewisse Zeit t die Fluktuationsenergie E leiht und sie danach wieder zurück gibt. Dabei gibt es die Möglichkeit, dass das Paar wieder verschwindet, oder eben dass ein Teilchen entkommt und das Schwarze Loch die Rechnung begleicht.
 

TomS

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Dabei fällt das Teilchen das mit negativer Energie bei Vakuumfluktuationen entsteht in das Schwarze Loch. Bei Vakuumfluktuationen entstehen Teilchen-Antiteilchen-Paare. Und wenn es Paare sind, dann gibt es von beiden Sorten gleich viele Teilchen. Nun fallen aber mehr oder ausschließlich Teilchen mit negativer Energie in das Schwarze Loch und nicht etwa genauso viele Teilchen mit negativer Energie wie mit positiver Energie. Es muss ja einen Grund geben weshalb die Teilchen mit negativer Energie in das Schwarze Loch fallen und die nicht mit positiver Energie. Weiß hier einer diesen Grund?

https://de.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung
Ich habe das hier

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Hawking-Strahlung#Erl.C3.A4uterungen_zu_Hawkings_Originalarbeit

zusammengefasst, und dabei diverse merkwürdige Interpretationen bewusst vermieden. Leider kann man die aber nicht mehr komplett einfangen, nachdem sie Hawking selbst dummerweise aus dem Sack gelassen hat.

Zunächst mal darf man nicht Anteiteilchen mit Teilchen negativer Energie verwechseln. Es fallen nicht Antiteilchen ins SL, sondern "Moden mit negativer Energie". Das können Teilchen oder Antiteilchen sein, das ist egal.

Der Grund ist einfach und kompliziert zugleich: es folgt aus der Mathematik. Ich sehe keine einfachere Erklärung als diese, sorry.
 

Dgoe

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Moment mal, wie schräg der Thread auch initiiert war und wie unvorteilhaft das Board mit ihren Regeln ist:

Ich bin da als auch Laie hinterher. Was hat denn da (Hawkings Link gelesen aus den 70ern) genau ausgesagt? Dinge, die man anders sehen könnte.

Zum Beispiel so:
Quelle Herr Senfs, Dips PDF-Link oben
This shows that gravitational collapse converts the baryons and leptons in the collapsing body into
entropy. It is tempting to speculate that this might be the reason why the Universe contains so much
entropy per baryon.]

Alles nur Theorie, genauer Spekulation.

Information könnte in einem schwarzen Loch schlicht und ergreifend doch verloren gehen, entgegen der üblichen Erkenntnissen, die nix mit SL zu tun haben. Wieso sollte es dort ebenso sein, warum nicht dort anders, nicht mehr so?

Null Argumente entgegen so einer Ausnahmesituation.

Nächstes:
Dass es überhaupt Quantenfluktuationen geben soll, hat für mich persönlich schon eine Freundschaft etwas belastet (ich dafür, wegen Lektüre). Zwischen 2 Laien nur ... Heute bin ich nicht mehr davon überzeugt (Gelesenes ist trotz guter Quellen unzuverlässig). Vielleicht gibt es keine spontan entstehenden Paare an Teilchen und Antiteilchen, die sich gleich wieder anihilieren, aufheben oder sonst wie vergehen. Dann gäbe es aber auch keine dergleichen, die am Ereignishorizont je innen und aussen zufällig vorkämen. Damit keine H.-Strahlung, oder?

Ich halte das alles für modernen Hokuspokus und habe keinen einzigen Hinweis entdecken können, der sich nicht auch anders erklären ließe. Hat alles 2 Seiten.

Lasse mich gerne belehren. Aber da gibts nix gerade.

Das wird alles mit Mathe dekoriert, die geht aber eh überall, auch wenn ganz anders. Also nicht vom Formelzauber be-irren lassen. Gibt schnell eine andere "Deko" oder Formalisierung eines Aparatschiks.

Entscheidend ist die Denke, den Rest kriegt man schon in Zahlen unter. Großes Reservoir.

Gruß,
Dgoe
 
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Sebastian Hauk

Registriertes Mitglied
Moment mal, wie schräg der Thread auch initiiert war und wie unvorteilhaft das Board mit ihren Regeln ist:

Ich bin da als auch Laie hinterher. Was hat denn da (Hawkings Link gelesen aus den 70ern) genau ausgesagt? Dinge, die man anders sehen könnte.

Bei meiner Darstellung handelt es sich um die gängige Erklärung und ich hatte dazu eine Frage. Wie sollen denn die Forenregeln angepasst werden damit so etwas nicht wieder vorkommt?
 

Sebastian Hauk

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Bezüglich der Information hat Hawking seine Theorie ergänzt. Die soll in Hologrammen am Ereignishorizont gespeichert werden. Darum geht es hier in diesem Strang aber nicht.
 

TomS

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Ich bin da als auch Laie hinterher. Was hat denn da (Hawkings Link gelesen aus den 70ern) genau ausgesagt? Dinge, die man anders sehen könnte.
Hawking's Arbeit aus den 70igern ist aus den 70igern. Im Kern sind seine Rechnungen heute die selben wir damals, aber andere Ansätze weisen eben darüber hinaus. Das ist doch normal, das ist Fortschritt in der Forschung.

Alles nur Theorie, genauer Spekulation.
Nein. Präzise Mathematik. Mangels experimenteller Überprüfung also unbestätigte / unwiderlegte Theorie, aber keine Spekulation.

Dass es überhaupt Quantenfluktuationen geben soll ... Gelesenes ist trotz guter Quellen unzuverlässig ...
Bei "Quantenfluktuationen" handelt es sich um einen Begriff, der es aus den Hörsälen nach draußen geschafft hat. Er steht für sehr präzise definierte mathematische Objekte. Sämtliche Rechnungen zum Standardmodell nutzen diese in gewisser Weise, und diese wiederum werden seit Jahrzehnten mit hochpräzisen Experimenten bestätigt. Alles OK also.

Ich halte das alles für modernen Hokuspokus ...
Dass im Umfeld Quantentheorie plus Gravitation vieles noch nicht verstanden ist wird jeder Physiker bestätigen. Hokuspokus ist das aber nicht! Wenn es so wäre, dann wäre auch das Positron, das Neutrino, das Higgsfeldes-Boson, ... früher nur Hokuspokus gewesen.

Das wird alles mit Mathe dekoriert ...
Nee, die Mathematik geht dieser ganzen Diskussion voraus. Du bist leider in der unschönen Situation, dass du immer nur die deutsche Zusammenfassung und Kritik eines chinesischen Theaterstücks zu lesen bekommst.
 

Bynaus

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Ich sehe nicht, warum der Thread-Ersteller hier erst so hart angegangen wurde: ist doch eine legitime Verständnis-Frage? Es nützt auch nichts, jemandem, der offensichtlich Verständnis-Probleme hat, das Original-Paper um die Ohren zu hauen (das sollte man nur dann tun, wenn der "Frager" meint, etwas besser zu wissen als der Original-Autor). Dieses Forum ist nicht zuletzt deshalb interessant, weil man hier Fragen stellen und (manchmal) eine Antwort von Experten auf dem Gebiet erwarten kann. Es hat bis #8 gedauert, bis eine einigermassen verständliche erste Antwort kam, vorher musste der Thread-Ersteller erst eine Runde Beschimpfungen einstecken - das kanns nicht sein!

Gleichzeitig muss man auch sagen dass die "Laien" den "Experten" durchaus zutrauen dürfen, dass sie wissen, was sie tun und nicht alles nur "Hokuspokus" ist - das ist eine ziemlich dumme Aussage, sorry. Also bitte zurück zu einem anständigen und respektvollen Umgang.
 

Ich

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Und warum können sie es? Gibt es hier eine physikalische Begründung? Oder war es das?
Du hast die Aussage nicht verstanden. Deine Frage war nicht, warum Teilchen mit negativer Energie einfallen. Deswegen ist es ziemlich albern, meine Antwort dahingegend zu bemäkeln, dass sie diese nicht gestellte Frage nicht beantwortet, sondern die gestellte.
Diese war, warum keine Teilchen mit negativer Energie freiwerden. Antwort: Es gibt keine Teilchen mit negativer Energie. Wenn so ein virtuelles Teilchenpaar also so getrennt werden soll, dass daraus Realität wird, dann muss der reelle Endzustand energetisch erlaubt sein. Leichteres SL + irgendein Teilchen irgendwo ist erlaubt. Schwereres SL mit irgendeinem Teilchen mit negativer Energie irgendwo wäre auch erlaubt - wenn es denn solche Teilchen reel gäbe. Gibt es aber nicht, kann es auch nicht geben. Schwereres SL + sonst nix ist nicht erlaubt.
Folge: wenn beide Prozesse auch virtuell möglich sind, so kann nur einer davon Realität werden. Und darauf bezog sich meine Antwort.
 

Dgoe

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@Tom:
Ok, ich mag da etwas übertrieben haben, sollte auch nur einen subjektiven Eindruck als Laie wiederspiegeln, bei dieser Gelegenheit.

@Bynaus:
Der Bereich GdM ist aber eigentlich nicht für Verständnisfragen vorgesehen. Aber gut, sei's drum.
EDIT: Oh, ist ja auch gar nicht Gdm hier, das habe ich verwechselt. Sorry, mein Fehler. :eek:


Grüße,
Dgoe
 
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Bernhard

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Dabei fällt das Teilchen das mit negativer Energie bei Vakuumfluktuationen entsteht in das Schwarze Loch.
...
Weiß hier einer diesen Grund?
Hawkings Argument in der populärwissenschaftlichen Darstellung geht wie folgt:

Außerhalb des Ereignishorizontes (EH) gibt es Energiefluktuationen in Form von Teilchen-Antiteilchen-Paaren, die vorerst nur innerhalb der heisenbergschen Energieunschärfe und deshalb auch nur für extrem kurze Zeiten existieren. Damit die Energiebilanz insgesamt stimmt, ordnet man nun dem einen Teilchen eine positive und dem anderen Teilchen die gleiche Energie aber mit dem anderem Vorzeichen zu (negative Energie), frei nach dem Motto E - E = 0. Die Gesamtenergie des Paares ist also erst mal Null.

Nun lassen wir dieses kurzlebige Teilchenpaar in einem extrem starken Gravitationsfeld frei fallen. Der wesentliche Trick ist nun, dass das Teilchen mit der negativen Energie so viel Energie aufnimmt, dass sich die Energiebilanz des Paares verschiebt und aus der Fluktuation ein reales Paar werden kann. Dieses reale Paar wird dann noch durch den EH getrennt, so dass ein reales Teilchen der Umgebung des EH entkommt.

Man muss hier also gar nicht groß zwischen Teilchen und Antiteilchen unterscheiden. Man stellt sich der Einfachheit halber am besten ein virtuelles Photonenpaar vor. Da sind Teilchen und Antiteilchen identisch. Wesentlich ist der Übergang von einer Energiefluktuation in ein reales Teilchenpaar. Die dazu nötige Energie stammt anschaulich gesprochen aus der potentiellen Energie der Fluktuation.
 
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Herr Senf

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Hawkings Argument in der populärwissenschaftlichen Darstellung geht wie folgt: ...
hier von gestern ein neuer (?) Erklärungsansatz, eine Art "Dünnschicht-Ereignishorizont"
... We first explain our basic idea by considering the following process. Suppose that a spherically symmetric black hole with mass M = a2G
is evaporating. Then, we consider what happens if we add a spherical thin shell to it. The important point here is that the shell will never
go across the “horizon” because the black hole disappears before the shell reaches the “horizon”.
To see this, we assume for simplicity that Hawking radiation goes to infinity without reflection, and then describe the spacetime outside
the black hole by the outgoing Vaidya metric [9]: ...
aus https://arxiv.org/abs/1701.03455 "A Model of Black Hole Evaporation and 4D Weyl Anomaly" von Kawaia and Yokokurab

Der EH ist hier also nicht bloße mathematische Singularität, sondern wird "oberhalb" mit einem physikalischem "Gebilde" identifiziert.

Grüße Dip
 

Bernhard

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hier von gestern ein neuer (?) Erklärungsansatz, eine Art "Dünnschicht-Ereignishorizont"
Interessantes und gut gemachtes Paper, aber ein grundlegend neuer Erklärungsansatz scheint mir das nicht zu sein. Die Themen werden nur etwas anders gewichtet, als in Hawkings Originalarbeit.

Man kann noch hinzufügen, dass bereits bei Hawkings Paper ein dynamischer Prozess untersucht wird. Hawking betrachtete eine flache ferne Vergangenheit und eine flache ferne Zukunft. Dazwischen bildet sich zuerst das Schwarze Loch durch einen Gravitationskollaps und am Ende verdampft es wieder. Bahnbrechend war die quantitative Ausarbeitung dieser Phasen, die auch in dem verlinkten Paper benannt werden und etwas realistischer modelliert werden.

Hawking vergleicht den Prozess der Teilchenerzeugung durch ein Schwarzes Loch auch mit der Teilchenerzeugung an sehr tiefen elektromagnetischen Potentialwällen. Man kennt diesen Effekt eventuell vom kleinschen Paradox, das auch durch Teilchenerzeugung gelöst werden kann.
 
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