Nackte Singularitäten?

Nackte Singularitäten

In der aktuellen Spektrum der Wissenschaft geht der Leitartikel der Frage nach "nackten Singularitäten" nach.

Die interessante/kontroverse Aussage lässt sich auf Folgendes reduzieren:
Theoretische/numerische Modelle, welche den Kollaps eines Sterns zu ein schwarzes Loch simulieren, enthalten eine Reihe von Vereinfachungen. Je nach genaueren Eingangsparametern (z.B. inhomogener Stern, oder besondere Geschwindigkeit des Kollaps) führen die Simulationen zu dem Ergebnis, dass eine Singularität entstehen kann, welche keinen Ereignishorizont besitzt, also kein schwarzes Loch ist. Stabilitätsanalysen haben auch ergeben, dass die Ergebnisse wohl keine nummerischen Artefakte der ungenauen Simulation sind, sondern ordentliche und mögliche Lösungen der Modelle.
Jetzt muss man schauen, ob man solche Objekte doch entdecken kann. U.a. hochenergetische Sternenexplosionen könnten hier eine besondere Helligkeitssignatur zeigen, bestimmte Gammestrahlenausbrüche sind Kandidaten, andere Lichtbeugung in der Umgebung und ungewöhnliche Rotationsraten wären Indizien.
Von theoretischer Seite wären nackte Singularitäten Fluch und Segen zugleich. Einerseits ist dann die Singularität mit ihrem "Ende des Universums und der Naturgesetze" ohne den "schützenden" Ereignishorizont Teil des Universums und kann uns beeinflussen. Andererseits könnte man an solchen Singularitäten Effekte der Quantengravitation direkt beobachten und so die anstehenden Theorien der Strings oder der Schleifengravitation prüfen und einschränken.

Können unsere Experten hier etwas zu diesen Ergebnissen und Modellen sagen?

Ein Freund von mir arbeitet am MPI für Gravitationsphysik in Potsdam zur Schleifenquantegravitation. Als ich den mal auf das Thema "Nackte Singularitäten" ansprach, zog der auch nur verwirrt die Augenbrauen hoch.

Aber soweit ich weiß wurden nackte Singularitäten vor allem innerhalb der Schleifenquantengravitation vorhergesagt (zwar schon auch in der ART, aber manche Vertreter der Schleifenquantengravitationstheorie halten die tatsächliche Existenz für möglich). Ich werde ihn nochmal ausquetschen.

Ganz persönlich kann ich mir nicht vorstellen, wie eine Singularität ohne Ereignishorizont in der physikalischen Wirklichkeit existieren kann. Andererseits dachte man das von Schwarzen Löchern auch mal.

Hallo,

das mit den 'nackten' Singularitaeten kommt ja immer mal wieder.
Z.B. Werner und Petters, 1997, in "Magnification relations for Kerr lensing and testing cosmic censorship". Das wird dann gerne von der Presse aufgegriffen, obwohl es meistens darum geht, wenn es nackte Singularitaeten gebe, wie man die dann nachweisen koennte.

Das Problem mit den komplexen Formeln, die wir heutzutage benoetigen, wenn wir Physik verstehen wollen, ist, dass die eben oft sehr viele Loesungen haben. Nicht alle von diesen Loesungen muessen aber in unserem Universum auch existieren. Es kann also durchaus theoretisch nackte Singularitaeten geben, aber ob sie real existieren muss erst noch nachgewiesen werden. Lichtkurven von Gamma-Ray Bursts ("hochenergetische Sternenexplosionen") dafuer zu benutzen scheint doch schwierig, wo wir die Lichtkurven schon in 'normalen' Modellen nicht verstehen.

Das Thema wird also dann und wann mal wieder in der Presse auftauchen...

Gruss,
Volker

P.S.: Ob sich der Scientific American Artikel vielleicht auf folgenden Artikel bezieht? Kawakami et al. 2009, "Asymptotic behavior of dynamical variables and naked singularity formation in spherically symmetric gravitational collapse", siehe
http://arxiv.org/abs/0903.4041

Die Zeitschrift liegt im  Auto ... und es regnet ... ich verlgeiche morgen die Autorennamen und Quellenangaben .

Moin,

to Daniel: Die Zeitschrift liegt im  Auto ... und es regnet
Keinen Schirm?

Kann man unter *nackter Singularität* auch *Weisses Loch* verstehen, falls es jemand überhaupt versteht?

*Nackte Singularität bedeutet doch, dass, im Gegensatz zum Schwarzen Loch kein Ereignishorizont existiert. Wenn es diese *Nackte Singularität* gäbe, dann könnten wir ja in dieses weisse Loch blicken und würden dann auf völlig entartete  (exotische) Materie schauen.

Ich hatte aber über weisse Löcher gelesen, dass sie gar nicht existieren können, dieweil sie ihren gesamten Inhalt abstrahlen. Wenn dann aber kein Nachschub mehr da ist, dann würden sie wieder zum schwarzen Loch.

Jerry

Hallo Volker,

der Artikel in Spektrum hat einen anderen Autor, Pankj S. Joshi aus Mumbai/Indien.

Bzgl der Lösungsvielfalt.
Natürlich sind viele Lösungen der Differentialgleichungen möglich, wie auch in anderen Disziplinen. Aber im Artikel wird es schon dargestellt, dass sie plausible Anfangs- und Nebenbedinungen genommen haben, ich vermute daten, welche auch in anderen Modellen bereits genutzt wurden. Durch genauere nummerische Simulationen (z.B. Dichtegradienten, Kollapsgeschwindigkeiten) enstehen dann diese neuen Ergebnisse. Damit erscheinen mir die nackten Singularitäten nicht wirklich beliebig mathematische Sonderlinge. Gleichzeitig sagt der Autor ja auch, dass man nach ihnen Ausschau in der physikalischen Welt halten muss.

Ich denke an anderen Stellen wurde früher ähnlich verfahren. Aus der Theorie wurde etwas abgeleitet, was sich keiner vorstellen konnte und heute leben wir mit Neutronensternen und schwarzen Löchern. Dem Autor geht es wohl auch darum, dass man nicht zu dogmatisch diese Möglichkeit ablehnt (scheint etwas Gegenwind gewohnt zu sein .)

@Jerry,
Bzgl weißem Loch: keine Ahnung (hier müsste jetzt dein Hände hebendes Smiley stehen)

Die Beiträge zu "Nackten Singularitäten" wurden aus dem allgemeinen Schwarze-Löcher-Thread herausgetrennt und hierher verschoben, da es sich bisher um rein theoretische Konstrukte handelt.

Moin,

danke Timo für diese Separation.

Wenn man sich diese Grafik anschaut, dann könnte es sich doch um ein *Weisses Loch* handeln. Materie wird eingesogen und gleichzeitig wieder ausgesandt - also ein *Schwarzes Loch* ohne Ereignishorizont.


Naked Singularity

A naked singularity lacks an event horizon. Like a black hole, it can suck in material; unlike a black hole, it can also spit it out.

Oder sind die Jets von denen wir meinen sie stammen aus der Akkretionsscheibe des scharzen Lochs in Wahrheit das Ausstossmaterial vom *Weissen Loch.


Black Hole - Exterior View

On the outside, the black hole looks like a pitch-black ball. The singularity lies within and cannot be seen. Friction within the surrounding disk generates intense radiation. Some disk material flies out in a jet; other material falls in.

Bilder aus: Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
 / scientificamerican.com

Jerry

Oder sind die Jets von denen wir meinen sie stammen aus der Akkretionsscheibe des scharzen Lochs in Wahrheit das Ausstossmaterial vom Weissen Loch.

Na, nun wird es aber spekulativ. Warum sollte denn eine naked singularity gerichtet Materie aussenden und Jets produzieren?
 Zur Erzeugung der Jets haben wir ziemlich gut funktionierende Theorien. Man muss dabei bedenken, dass wir Jet Formation auch in Akkretionssystemen ohne schwarzes Loch haben (z.B. Roentgendoppelsterne, oder auch junge Sterne, Herbig Haro-Objekte) und auch ganz ohne Akkretionsscheibe (z. B. in Neutronensternen/Pulsaren). 
Die gaengige Vorstellung, dass schwarze Loecher einen Ereignishorizont haben, passt sehr gut in viele Beobachtungen, bei 'weissen Loechern' bin ich sehr skeptisch.

Und zum Reisen ist eins wie das andere ungeeignet, um gleich die SciFi Phantasien ein bisschen im Zaum zu halten.

Gruss,
Volker

Bei nackten Singularitäten setzt es etwas bei mir aus. Das mag sicher auch an meiner Unfähigkeit liegen, mir das ganze vorzustellen (auch abstrakt), da in meiner Vorstellung die räumliche Singularität ja den Ereignishorizont durch die ins Unermessliche gekrümmte Raumzeit geradezu erzwinkt (komischerweise klingt DAS für mich völlig plausibel und anschaulich - meine Freundin bekommt da schon immer Fischaugen   ).

Ich glaube (ohne es selbst nachvollzogen zu haben), dass es Lösungen gibt, die "nackte Singularitäten" bedeutet.
Wie stelle ich mir die Raumzeit darum herum vor?
Ist diese flach?
Wenn ja, was bedeutet dann "Singularität" in diesem Zusammenhang?
Ist sie gekrümmt? (Ist wohl so, denn sonst gäbe es keine Attraktion von Masse)
Aber wie ist dann der Ereignishorizont zu vermeiden?

Moin,

Bei nackten Singularitäten setzt es etwas bei mir aus
Tröste Dich, nicht nur bei Dir.

Hatte das noch gefunden:


Naked Singularity

When the star is inhomogeneous, its gravity might never intensify enough to bend light rays back on themselves. The star collapses to a singularity, but the singularity is visible.

Jerry

am 11.12.2009

Ein überzeugendes Argument gegen die physikalisch reale Existenz von nackten Singularitäten besteht darin, erklären zu müssen, wie elektrisch geladene Schwarze Löcher existieren können.

Theoretisch kann ein SL zwar im Rahmen der ART eine Ladung besitzen, doch wie soll das in der Wirklichkeit gehen? Woher soll diese Ladung kommen?

Theoretisch kann ein SL zwar im Rahmen der ART eine Ladung besitzen, doch wie soll das in der Wirklichkeit gehen? Woher soll diese Ladung kommen?

Z.B. durch Ladungstrennung in der Akkretionsscheibe. Elektronen und Protronen werden durch Strahlungsdruck unterschiedlich stark abgelenkt, dazu kommt auch noch das Magnetfeld in der Scheibe. Es koennte also eine Ladungstrennung geben und somit positiv geladene schwarze Loecher. Ist aber natuerlich schwierig nachzuweisen.

Gruss,
Volker

Aber würde die positive Ladung dann nicht wiederum der unterschiedlichen Ablenkung durch den Strahlungsdruck/Magnetfeld entgegen wirken, sodass Protonen es schwerer hätten in die Nähe des SL zu kommen und Elektronen es wiederum leichter? Je größer die Ladung desto größer der Effekt. Daher kann ich mir allenfalls relativ kleine Ladungen vorstellen, die dann nicht die Größenordnung erreichen dürfte, die notwendig wäre, um eine nackte Singularität zu erzeugen (reine Spekulation meinerseits).

Hallo,

die Auswirkung des Strahlungsdrucks (also der Wirkungsquerschnitt) haengt nicht von der Ladung der Teilchen ab. Fuer den Effekt des Strahlungsdrucks ist hier der Thomson Wirkungsquerschnitt entscheidend, und der faellt mit der Masse des Teilchens stark ab (mit 1/(m^2)). Also ist der Effekt des Strahlungsdrucks auf Elektronen groesser als auf Protonen. Das beobachtet man z.B. in der Sonnenatmosphaere.

Gruss,
Volker

Ich meinte auch nicht, dass der Effekt des Strahlungsdruck von der Teilchenladung abhängt. Die Anwesenheit eines starken elektrischen Feldes wirkt sich jedoch auf die Ladung der Teilchen aus. Elektronen werden durch den Strahlungsdruck stärker abgelenkt, aber durch eine positive Ladung des SL wiederum stärker angezogen, sodass bei einer hinreichend starken Ladung des SL der (ladungsunabhängige) Effekt des Strahlungsdruck kompensiert werden müsste. Oder sehe ich das zu einfach?

Danke schonmal für die Antwort!

Hallo,

solange das schwarze Loch nicht sehr stark aufgeladen ist, wird die Massenanziehung sicherlich deutlich gegenueber der Abstossung der gleichen Ladung dominieren. Na, und dann kann natuerlich theoretisch die negative Ladung entlang der Magnetfeldlinien aus der Akkretionsscheibe herausgeleitet werden. Alles moeglich, ob es auch so passiert, ist eine andere Frage.

Gruss,
Volker

Aha, danke für die Ausführung. Die Ladungsgeschichte ist also kein schlagendes Argument gegen die theoretische Existenz von nackten Singularitäten. Interessant.

Nur um das nochmal zu verdeutlichen. Wir hätten bei einem positiv geladenen SL also mindestens folgende Effekte:

• Anziehung aller Teilchen durch die Schwerkraft
• Abstoßung der Protonen (wächst mit höherer Ladung)
• Anziehung der Elektronen (wächst mit höherer Ladung)
• Stärkere "Abstoßung" der Elektronen als der Protonen durch den Strahlungsdruck
• Effekte des Magnetfelds

Trotzdem bleibt die Frage offen, ob auch wirklich so große Ladungen in einem realen SL existieren können, wie für eine nackte Singularität notwendig.

Gruß, Timo

Ein überzeugendes Argument gegen die physikalisch reale Existenz von nackten Singularitäten besteht darin, erklären zu müssen, wie elektrisch geladene Schwarze Löcher existieren können.

Kurze Frage:

Warum muss eine nackte Singularität geladenen sein?
(Nicht dass ich in "meinem" Artikel etwas übersehen habe ...)

Hallo Daniel,

stimmt, ich hatte das hier einfach so reingeworfen ohne einen Kontext anzugeben. Ich bezog mich auf die Reissner–Nordström-Metrik, die als eine Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen ein nichtrotierendes, geladenes Schwarzes Loch beschreibt.

Für rotierende und geladene Schwarze Löcher gibt es die allgemeinere Kerr-Newman-Metrik. Auch in der Kerr-Metrik, also ohne Ladung, kommt man unter bestimmten Umständen zu nackten Singularitäten. Elektr. Ladung scheint also nicht zwingend notwendig zu sein.

Ich bezog mich konkret auf die Ladung, weil in der RN-Metrik beschrieben wird, wie sich bei einem geladenen SL zusätzlich zum gewöhnlichen Ereignishorizont ein interner Cauchy-Horizont herausbildet. Wenn ich es richtig verstanden habe, wird bei ausreichend großer Ladung der innere Horizont über den äußeren Horizont ausgedehnt bzw. es gäbe einfach gar keinen Horizont mehr und eine nackte Singularität wäre entstanden. Was das mathematisch heißt steht auch im deutschen Wikiartikel: http://de.wikipedia.org/wiki/Reissner-Nordstr%C3%B6m-Metrik

Dort wird gezeigt, dass ab einem bestimmten Betrag von Q, der Ladung, die Wurzel in der dort angegebenen Gleichung imaginär wird. D.h. der Radius des Ereignishorizontes wäre nicht mehr mir reellen Zahlen angebbar. Wie das dann zu interpretieren ist, ist natürlich eine andere Frage. Ich vermute, dass das Bild der sich übereinander verschiebenden Horizonte etwas sehr bildlich ist.  

Hey Leute,
ich habe den artikel gelesen wie ihr und hab mich darauf hin im internet darüber erkudigt.
Nur irgendwie stellen sich mir ganz andere fragen als euch

Es könnte daran liegen das ich mich nicht so gut auskenne, würde mich freuen wenn jemand sich zeit nimmt und was dazu schreibt.

1.)  In wie fern wäre ein Ort bei einer nackten Singularität ein Magischer Ort?

2.)  Ist es Fackt das in jedem Schwarzen Loch eine ist oder ist das eine vermutung?

3.)  Warum sollte eine "nackte" Singularität etwas besonderes
     sein?
     Für mich hört sich das an wie ein normales Schwarzes Loch
     ohne Ereignishorizont. Also letzt endlich viel Masse auf einen
     kleinen Punkt verengt mit einer enormen Anziehungskraft der
     jedoch auch wieder etwas abstrahlt in diesem Fall z.B. Licht
     damit die Singularität sichtbar wird.

Hallo Polluter,

willkommen im Forum.

1. Ein "magischer Ort"?   Mit Magie hat das ganze nichts du tun. Meinst zu vielleicht "magnetisch"?

2. Nein. Dass es nackte Singularitäten geben könnte ist eine Vermutung -bisher haben wir im Gegensatz zu "normalen" Schwarzen Löchern keine nachgewiesen.

3. Besonders wäre der Nachweis einer nackten Singularität vor allem, weil sie uns in Fragen der Theorie weiterbringen würde und wir eine ganze Menge über Schwarze Löcher und allgemein über Singularitäten im Universum lernen würden.

Hey Kreuzberga,

das mit dem Magischen Ort nicht Falsch verstehen,
das is ne aussage aus der neuen Spektrum der Wissenschaft die nen Artikel über das ganze geschrieben haben.Auf den artikel haben sich auch andere hier bezogen deswegen hab ich das mal gefragt.
John Earman von der University of Pittsburgh hatte das Ausgesagt und damit beschreiben wollen das an so einem Ort viele Naturgesetzte von dennen wir ausgehen keinen belang mehr hätten.
Angeblich wäre es unvorhersehbar was dort passiert weil eine solche Singularität Naturgesetzte verletzten könnte.
bei einem Schwarzen Loch ist die Singularität von dem Ereignishorizont verdeckt und die glauben(so wie ich es verstanden habe)
das dieser die singularität von der ausenwelt abschottet und somit garantiert das unsere "Naturgesetzte nicht verletzt werden.Das wäre da nicht der Fall und meine Frage war wie kommen die darauf das diese Singularität Naturgesetzte verletzten könnte, welche wären das z.B. und wo vor sollte man da angst haben?

2.) Das man noch keines gesehen hat haben sie auch geschrieben aber sie gehen doch davon aus das in jedem Schwarzen Loch eine ist oder?

Gruß Polluter

Also man geht nicht davon aus, dass jedes Schwarzes Loch eine nackte Singularität ist. Man geht jedoch davon aus, dass jedes Schwarze Loch eine Singularität enthält (zumindest mathematisch), jedoch keine nackte.

Welche Naturgesetze würden verletzt? Wir würden Probleme mit der Kausalität bekommen, deshalb wurde in den Sechziger Jahren die so genannte Cosmic Censorship Hypothesis von Roger Penrose aufgestellt, also eine Kosmische Zensurhypothese, die verhindern soll, dass das für unsere Theorien (allgemeine Relativitätstheorie) unvorhersagbare Verhalten der Raumzeit in der direkten Umgebung der Singularität mit dem Rest des Universums in Verbindung steht. Diese "Katastrophe" wollte Penrose verhindern und stelle deswegen die Hypothese aus, eigentlich mehr Spekulation auf, die im Grunde besagt, dass es diese nackten Singularitäten nicht geben könne, weil das ziemlich blöd für die Vorhersagekraft der Allgemeinen Relativitätstheorie wäre. 

Schwarze Löcher können aber eben laut dieser ART theoretisch zu nackten Singularitäten werden, wenn sie über einen kritischen Wert hinaus mit einer bestimmten Geschwindigkeit rotieren oder elektrisch aufgeladen sind oder beides. Mathematisch lässt sich das natürlich ganz anders beschreiben, aber ich glaube diese bildliche Vorstellung wäre die naheliegenste Repräsentation der mathematischen Lösungen.

Sollte wir diese nackten Singularitäten tatsächlich finden, wäre das ein sehr schöner Test für Theorien, die Versuchen die ART mit der Quantenmechanik zusammenzubringen, z.B. für die Schleifenquantengravitation.

@magisch: Ach so, verstehe. Muss zugeben, dass ich den Artikel nur überflogen habe.  

Vom Thema abweichende Antworten wurden gelöscht. Beschwerden bitte per PN an mich.

Gruß, Timo