Schwarzes Loch und Materie

Hallo,
ich habe heute eine Diskussion mitbekommen über das Thema Schwarze Löcher, Zeit und Materie.

Die Aussage war: Wenn Materie sich auf den Weg in ein Schwarzes Loch befindet, wird diese immer mehr beschleunigt bis sie die Lichtgeschwindigkeit erreicht, demnach ist für den Betrachter die Zeit die für die Materie vergeht relative gesehen 0. Demnach ist für den Betrachter nie etwas in das Schwarze Loch "gefallen".

Ich habe schonmal etwas gestöbert tue mich aber noch etwas schwer die Richtigen Begriffe und Aussagen zu finden. Verzeiht mir das (hoffentlich noch, und bald nicht mehr) starke Unwissen. Aber ich würde mich freuen wenn Ihr Profis das mit mir einermal kurz erarbeiten würdet 

Danke und Gruß

Hallo Kiri,

willkommen im Forum.

Grundsätzlich ist die Ansicht für einen Betrachter von außerhalb des schwarzen Lochs richtig. Da die Raumzeit zum Ereignishorizont hin immer stärker gekrümmt wird, scheint die Zeit für uns externe Beobachter von "oberhalb" des Ereignishorizontes dort still zu stehen. Insofern wird auch emittierte EM-Strahlung immer weiter in den langwelligen Bereich verschoben, bis die Wellenlänge für eine Strahlungsquelle am Ereignishorizont unendlich wird. Einfallende Materie kommt aus unserer Perspektive am Ereignishorizont somit zum Stillstand. So gesehen ist nicht genug Zeit vergangen, als dass jemals ein einziges Teilchen für einen externen Betrachter den Ereignishorizontes jemals überschritten hätte und sich tatsächlich innerhalb des Ereignishorizontes aufhalten könnte.
So gesehen gibt es streng genommen "noch" kein einziges wirkliches schwarzes Loch. Allerdings unterscheidet sich das was wir beobachten, (wenn wir es direkt beobachten könnten) in nichts von einem schwarzen Loch. Die Wirkungen für uns externe Beobachter sind dieselben.

Für einen einfallenden Beobachter mag das anders aussehen. Dieser würde den Ereignishorizont auch gar nicht mitbekommen, wenn er es bis dahin lebendig schaffen könnte. Er würde ihn nur insofern mitbekommen, dass er spätestens bei seinem Überschreiten völlig (bis auf die subatomare Ebene hinunter) desintegriert.

Super verständlich Forumliert! Vielen Dank.

Das hilft mir schon weiter, ich werde mich mit dem neuen Wissen nochmal in ein paar Artikel oder Bücher werfen. So habe ich einen guten Startpunkt.

@Pham - Hast Du Dich bei "Zeit gekrümmt" vertan ?

@Pham - Hast Du Dich bei "Zeit gekrümmt" vertan ?

'n büschen.

-> editiert

Er würde ihn nur insofern mitbekommen, dass er spätestens bei seinem Überschreiten völlig (bis auf die subatomare Ebene hinunter) desintegriert.

Der Punkt, ab dem man spaghettifiziert wird, ist aber nicht vom Ereignishorizont abhängig, soweit ich weiß. Bei supermassereichen Schwarzen Löchern kann man den Ereignishorizont ja noch unbeschadet überschreiten.

Heißt das dann eigentlich das wir nur die Gravitation der Materie im Umfeld des Schwarzen Lochs messen können? Und nicht die des Schwarzen Lochs an sich?

BTW: Wenn ich irgendwo von der Forumulierung komplett daneben liege, gerne korrigieren 

Zitat von: Pham am 12. Dezember 2016, 08:55:59

Er würde ihn nur insofern mitbekommen, dass er spätestens bei seinem Überschreiten völlig (bis auf die subatomare Ebene hinunter) desintegriert.

Der Punkt, ab dem man spaghettifiziert wird, ist aber nicht vom Ereignishorizont abhängig, soweit ich weiß. Bei supermassereichen Schwarzen Löchern kann man den Ereignishorizont ja noch unbeschadet überschreiten.

Ich meinte damit nicht die Spaghettifizierung aufgrund von Gezeiteneffekten, sondern das aufgrund der Tatsache, dass innerhalb eines schwarzen Lochs keine Wirkung "bergauf" wirken kann, da diese somit Überlichtgeschwindigkeit benötigen würde. Jedes Teilchen kann das unter ihm liegende Teilchen nicht mehr "sehen", die Wirkung (Austauschteilchen wie z.B. Photonen) erreichen das über ihm liegende Teilchen nicht mehr. Auch Quarkpaare würden zerfallen, da die Gluonen auch nicht "bergauf" kommen (welchen aufgrund der Ruhemasse von Gluonen auch Unterlichtgeschwindigkeit zugeschrieben werden kann). Egal wie groß ein schwarzes Loch ist (und damit wie vergleichsweise gering die Gezeitenkräfte wäre), Materie kann im Inneren eines schwarzen Lochs (sofern ein "Innen" definiert ist) nicht in der uns gewohnte Form existieren.

Heißt das dann eigentlich das wir nur die Gravitation der Materie im Umfeld des Schwarzen Lochs messen können? Und nicht die des Schwarzen Lochs an sich?

BTW: Wenn ich irgendwo von der Forumulierung komplett daneben liege, gerne korrigieren 

Naja, die Materie welche in sich kollabierte um ein schwarzes Loch zu bilden, schnürt sich gewissermaßen selbst aus dem Universum ab. Übrig bleibt das Gravitationsfeld des schwarzen Lochs. Dies wäre eine neue Klasse von Objekten, wenn sie denn existieren würden (was sie nach oben genannten Gesichtspunkten streng genommen (noch) nicht tun).
Mann kann also die Masse eines schwarzen Lochs messen (und seinen Drehimpuls), aber die Materie aus der sich das schwarze Loch gebildet hat, ist (flapsig gesagt) weg. In sich selbst kollabiert.

Wie ich einem anderen Thread (den ich gerade nicht mehr finde) zu schwarzen Löchern hier im Forum mal schrieb, kann man nicht einfach die Bedingungen die von Außen bis zum Ereignishorizont gelten nicht einfach linear in das "Innere" extrapolieren, da somit absurde Zustände heraus kommen würden (wie Überlichtgeschwindigkeiten). Insofern reicht unsere Physik bis um Ereignishorizont. Was im Inneren (sofern überhaupt definiert)geschieht ist und bleibt für alle Zeiten völlige Spekulation. Die Frage nach dem Inneren macht insofern ähnlich viel Sinn, wie die Frage nach dem "was war vor dem Urknall?", "was ist außerhalb des Universum?" oder "gibt es ein Leben nach dem Tot?". Wenn man eine Grenze unseres Universums sucht, findet man das beste Äquivalent dazu am Ereignishorizont eines schwarzen Lochs.

Ich meinte damit nicht die Spaghettifizierung aufgrund von Gezeiteneffekten, sondern das aufgrund der Tatsache, dass innerhalb eines schwarzen Lochs keine Wirkung "bergauf" wirken kann, da diese somit Überlichtgeschwindigkeit benötigen würde. Jedes Teilchen kann das unter ihm liegende Teilchen nicht mehr "sehen", die Wirkung (Austauschteilchen wie z.B. Photonen) erreichen das über ihm liegende Teilchen nicht mehr. Auch Quarkpaare würden zerfallen, da die Gluonen auch nicht "bergauf" kommen (welchen aufgrund der Ruhemasse von Gluonen auch Unterlichtgeschwindigkeit zugeschrieben werden kann). Egal wie groß ein schwarzes Loch ist (und damit wie vergleichsweise gering die Gezeitenkräfte wäre), Materie kann im Inneren eines schwarzen Lochs (sofern ein "Innen" definiert ist) nicht in der uns gewohnte Form existieren.

Interessant... Ich dachte, da man sich in einem anderen Bezugssystem befindet, gilt das dort nicht.
Wikipedia schreibt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Ereignishorizont#Geometrische_Eigenschaften
"Es sei noch angemerkt, dass der Ereignishorizont keine gegenständliche Grenze ist; ein frei fallender Beobachter könnte daher nicht direkt feststellen, wann er den Ereignishorizont passiert."

Allerdings dachte ich auch, daß jenseits des EH sowie die beiden großen Theorien nicht mehr gelten.

Zitat von: Prodatron am 12. Dezember 2016, 14:43:34

Zitat von: Pham am 12. Dezember 2016, 08:55:59

Er würde ihn nur insofern mitbekommen, dass er spätestens bei seinem Überschreiten völlig (bis auf die subatomare Ebene hinunter) desintegriert.

Der Punkt, ab dem man spaghettifiziert wird, ist aber nicht vom Ereignishorizont abhängig, soweit ich weiß. Bei supermassereichen Schwarzen Löchern kann man den Ereignishorizont ja noch unbeschadet überschreiten.

Ich meinte damit nicht die Spaghettifizierung aufgrund von Gezeiteneffekten, sondern das aufgrund der Tatsache, dass innerhalb eines schwarzen Lochs keine Wirkung "bergauf" wirken kann, da diese somit Überlichtgeschwindigkeit benötigen würde. Jedes Teilchen kann das unter ihm liegende Teilchen nicht mehr "sehen", die Wirkung (Austauschteilchen wie z.B. Photonen) erreichen das über ihm liegende Teilchen nicht mehr. Auch Quarkpaare würden zerfallen, da die Gluonen auch nicht "bergauf" kommen (welchen aufgrund der Ruhemasse von Gluonen auch Unterlichtgeschwindigkeit zugeschrieben werden kann). Egal wie groß ein schwarzes Loch ist (und damit wie vergleichsweise gering die Gezeitenkräfte wäre), Materie kann im Inneren eines schwarzen Lochs (sofern ein "Innen" definiert ist) nicht in der uns gewohnte Form existieren.

Danke für den Beitrag. So hatte ich das "Innere" dort noch gar nicht betrachtet. Materie kann nicht mehr so "aussehen", "funktionieren", "sein", wie wir sie kennen.

Nur beim bildlichen Gedanken "aufwärts" tue ich mich etwas schwer. Wenn wir schon auf elementarer Ebene der Materie sind, werden ja auch Quanteneffekte wirksam. Wie genau ist die Lokalisation (und damit "aufwärts") von "nebeneinander" liegenden Elementarteilchen? Oder (Wortspiel!) relativiert die Unschärferelation oder die verschmierte Wellenfunktion hier die klare lokale Beziehung "nebeneinander" bzw. "bergauf"?

Die Unschärferelation ist eine der Erklärungsmöglichkeiten für die von Hawking postulierte Strahlung eines SL. So kann sich ein "Teilchen" Materie oder auch Photon, das sich im Bereich des Schwarzschild-Radius aufhält, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch außerhalb des SR existieren, diesen also auch durchaus "tunneln". Der Vorgang ist extrem selten, andererseits haben die "Teilchen" aber auch eine fast beliebig lange Zeit dafür, insbesondere bei sehr kleinen SLn, bei denen die Raumzeit sehr stark gekrümmt ist. Das war auch ein Argument dafür, dass bei SLn, die im CERN möglicherweise erzeugt werden könnten, die Lebensdauer unmessbar klein wäre. (Es war damals ja ein Hype in den soz. Med., dass evtl. entstehende SL die Erde auffressen könnten  .)

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

Robert

Zitat von: Pham am 12. Dezember 2016, 16:09:13

Zitat von: Prodatron am 12. Dezember 2016, 14:43:34

Zitat von: Pham am 12. Dezember 2016, 08:55:59

Er würde ihn nur insofern mitbekommen, dass er spätestens bei seinem Überschreiten völlig (bis auf die subatomare Ebene hinunter) desintegriert.

Der Punkt, ab dem man spaghettifiziert wird, ist aber nicht vom Ereignishorizont abhängig, soweit ich weiß. Bei supermassereichen Schwarzen Löchern kann man den Ereignishorizont ja noch unbeschadet überschreiten.

Ich meinte damit nicht die Spaghettifizierung aufgrund von Gezeiteneffekten, sondern das aufgrund der Tatsache, dass innerhalb eines schwarzen Lochs keine Wirkung "bergauf" wirken kann, da diese somit Überlichtgeschwindigkeit benötigen würde. Jedes Teilchen kann das unter ihm liegende Teilchen nicht mehr "sehen", die Wirkung (Austauschteilchen wie z.B. Photonen) erreichen das über ihm liegende Teilchen nicht mehr. Auch Quarkpaare würden zerfallen, da die Gluonen auch nicht "bergauf" kommen (welchen aufgrund der Ruhemasse von Gluonen auch Unterlichtgeschwindigkeit zugeschrieben werden kann). Egal wie groß ein schwarzes Loch ist (und damit wie vergleichsweise gering die Gezeitenkräfte wäre), Materie kann im Inneren eines schwarzen Lochs (sofern ein "Innen" definiert ist) nicht in der uns gewohnte Form existieren.

Danke für den Beitrag. So hatte ich das "Innere" dort noch gar nicht betrachtet. Materie kann nicht mehr so "aussehen", "funktionieren", "sein", wie wir sie kennen.

Nur beim bildlichen Gedanken "aufwärts" tue ich mich etwas schwer. Wenn wir schon auf elementarer Ebene der Materie sind, werden ja auch Quanteneffekte wirksam. Wie genau ist die Lokalisation (und damit "aufwärts") von "nebeneinander" liegenden Elementarteilchen? Oder (Wortspiel!) relativiert die Unschärferelation oder die verschmierte Wellenfunktion hier die klare lokale Beziehung "nebeneinander" bzw. "bergauf"?

Grundsätzlich gebe ich Dir recht, wenn man schon die im Universum herrschende Physik irregulärer weise in das sogenannte Innere eines schwarzen Lochs gedanklich erweitert, dann eben nicht nur die Relativität, sondern auch die Quantenmechanik, welche dann mit ihren statistischen Eigenschaften ebenfalls betrachtet werden muss. Dies hatte ich indem skizierten Bild vereinfachender Weise unterschlagen, zumal eben auch die Quantenmechanik die eigentliche Obszönität, die zentrale Singularität "verhindert".

Will sagen, eigentlich ist  auch mein "Bild" nicht korrekt, sondern lediglich EINE Betrachtungsweise, wenn man gedanklich den Ereignishorizont überschreitet. Um eben darzustellen, dass selbst dann, wenn die Physik auch dort (sofern das "dort" definiert ist) extrapoliert, völlig unanschauliche Zustände herauskommen.

Die Unschärferelation ist eine der Erklärungsmöglichkeiten für die von Hawking postulierte Strahlung eines SL. So kann sich ein "Teilchen" Materie oder auch Photon, das sich im Bereich des Schwarzschild-Radius aufhält, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch außerhalb des SR existieren, diesen also auch durchaus "tunneln". Der Vorgang ist extrem selten, andererseits haben die "Teilchen" aber auch eine fast beliebig lange Zeit dafür, insbesondere bei sehr kleinen SLn, bei denen die Raumzeit sehr stark gekrümmt ist. Das war auch ein Argument dafür, dass bei SLn, die im CERN möglicherweise erzeugt werden könnten, die Lebensdauer unmessbar klein wäre. (Es war damals ja ein Hype in den soz. Med., dass evtl. entstehende SL die Erde auffressen könnten  .)

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

Robert

Soweit ich mit der Hawking-Strahlung vertraut bin, hat diese ihre Quelle nicht in virtuellen Teilchenpaaren knapp innerhalb des SR sondern knapp außerhalb. Auch für diese virtuellen Paarungen gilt ansonsten: was einmal drin ist, bleibt drin.
Die Hawking-Strahlung hat demnach ihre Quelle in virtuellen Teilchenpaare, virtuelle  Elektronen und Positronen, welche sich praktisch sofort wieder auslöschen, ohne zwei 511keV-Quanten zu emittieren, da sie sich die Energie für ihre Bildung quasi aus der Zukunft (dem Zeitpunkt ihrer Auslöschung) geliehen haben. Bilden diese sich nahe dem Ereignishorizont gibt es eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass eines der Teilchen des Paares innerhalb des Ereignishorizontes entsteht, während das andere außerhalb entsteht und mit nochmal geringerer Wahrscheinlichkeit dem Gravitationsfeld entkommen kann. Damit wird das virtuelle Teilchen real. Die Energie für seine Existenz "zieht" es aus dem schwarzen Loch (die Leihe funktioniert nicht mehr). Das schwarze Loch nimmt somit entsprechend Masse ab, wie es zur Entstehung und für die kinetische Energie des Teilchens benötigt wird. Diese entkommenden Teilchen stellen die Hawking-Strahlung dar und geben dem SL eine bestimmte Temperatur.
Da bei sehr großen schwarzen Löchern die Wahrscheinlichkeit für so ein entkommendes Teilchen sehr gering ist, ist auch die korrespondieren Temperatur sehr gering.
Die Wahrscheinlichkeit für solche entkommenden Teilchen steigt mit der Krümmung des Schwarzschildradius und damit mit dem Gradienten des Gravitationsfelds. Deswegen sind leuchten mikroskopische SLs auch sehr hell (heiß) und zerstrahlen sich um so schneller, je masseärmer sie sind.