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Energie erzeugung mit schwarzen löchern
13.07.2006 um 02:26 Mal ein paar Hintergrund Informationen.
Also brauen wir uns wohl keine Sorgen machen. Ichhoffe, dass ich euch oder
wenigstens einigen von euch, so die Angst einwenig nehmenkonnte.
- Teilchenbeschleuniger (Link
zu Wikipedia, kann man anklicken)
In der Beschleunigerphysikist die
Energiedichte die zentrale Größe, die darüber entscheidet, welche Art anneuen Teilchen
erzeugt werden können.
Eine weitere entscheidender Bedeutunghaben die
Gattungen der Ausgangsteilchen, welche die Eigenschaften der neuen Teilchenfestlegen,
also Masse, Ladung und den Spin. Für diese auch „Quantenzahlen“ genantenEigenschaften
gelten nämlich bestimmte Erhaltungssätze.
Ein Beispiel ist hierdie Paarbildung.
Wenn die Ausgangsenergie in Form reiner elektromagnetischer Strahlungdie Massen der zu
erzeugenden Teilchen überschreitet, kann ein Gammaquant in der Näheeines Atomkerns
spontan ein Elektron und ein Positron erzeugen, die Energie für einsolche Paar beträgt
hier 1.02 MeV. - Die Erzeugung vonmini Schwarzen Löchern(Link
zu Wikipedia, kann man anklicken)
Fragt man nun, ob es überhauptmöglich ist,
solche Löcher im Labor bzw. mittels eines Beschleunigers künstlich zuerzeugen, bekommt
man von den Physikern die Antwort, dass dieses sehr wahrscheinlichist.
Das
heißt, das wenn eine bestimmten kritischen Energiedichteüberschritten wird, müsste ein
sehr dunkles Objekt erzeugt werden können, welchesaufgrund seiner Kompaktheit und
der damit verbundenen hohen Gravitation Strahlungverschluckt würde.
Wenn
nämlich die Gravitation geometrisch gedeutet wirdund Massen Krümmungen von Raum und Zeit
hervorrufen, muss ein nur genügend kompaktesObjekt die Fähigkeit haben, Licht
einzufangen.
Offen ist aber noch die Frage,ob ein solches Objekt dann auch
wirklich einen Ereignishorizont ausbildet, denn esgibt auch alternative Theorien zu den
schwarzen Löchern, die eben ohne einen solchenEreignishorizont auskommen, jedoch sind
diese alternativen Objekte nicht völligschwarz.
Bei einem „echten“ schwarzen
Loch beträgt die Fluchtgeschwindigkeitam Ereignishorizont eben genau der
Lichtgeschwindigkeit (c), alles was näher an dasLoch kommt, kann diesen Horizont nie
wieder überschreiten, da es dazu eben schnellerals (c) sein müsste.
Bei den
Alternativen zu diesen klassischen Löchern, diekeinen Ereignishorizont ausbilden bleibt
die Fluchtgeschwindigkeit unterhalb derLichtgeschwindigkeit, sie sind deswegen auch
nicht völlig schwarz. Diese Objektewerden Gravastern oder Holostern genannt. - Die notwendige Menge anEnergie um Mini-Löcher zu erzeugen.
Das ist nun
eine wirklich rechtkomplizierte Sache. Um das zu erklären, muss man ein wenig weiter
ausholen, und übersolche Dinge wie die Planck-Skala, Stringtheorie, Extradimensionen und
Quantengravitation reden.
Ich versuche es aber mal einfach zu erklären.
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART), welche von „nur“ vierDimensionen
ausgeht, beträgt die notwendige Energie welche man zur Erzeugung einesMini-Loches
benötigen würde nämlich 1.2 x 1019 GeV. Diese Energien werden wir aberwohl nie mit einem
Teilchenbeschleuniger erreichen können, jedenfalls nicht soschnell.
Nach der
Stringtheorie gibt es aber nun noch mehr als die vier,welche in der ART vorkommen. Diese
Extradimensionen sind aber aufgerollt, so dass siesich normaler weise nicht bemerkbar
machen.
Das interessante ist nun aber,das sich die Gravitation, im Gegensatz zu
den anderen Kräften, auch in diesenExtradimensionen ausbreiteten würde. Das würde nun
die nötige Energie zur LochErzeugung verringern.
Bei den angenommen zehn
Extradimensionen beträgt nundiese Energie nur noch 1 TeV (eine Billion Elektronenvolt).
Bei dieser Größe vereinigtsich die elektromagnetische mit der schwachen Kraft zu der
„elektroschwachen“ Kraft,und diese Energiegröße liegt nun im Bereich des neuen
Beschleunigers.
Kommennun die Schwerpunktsenergien im Kollisionsexperiment in
diesen Bereich könnten sichnicht perturbative Gravitationsobjekte (NPGOs) bilden,
vorausgesetzt natürlich es gibtdiese Extradimensionen.
Für diese
Gravitationsobjekte kommen nun Branes,Stringbälle und eben auch Schwarze Löcher in
Frage. - Wie gefährlichsind solche Mini-Löcher?
Müssten diese
Mini-Löcher sie nicht allesverschlingen, was ihnen zu nahe kommt, sogar den ganzen
Teilchenbeschleuniger undschließlich auch die ganze Erde?
Der weltbekannter
Physiker Stephen Hawkingkonnte nun mit einem thermodynamischen Argument ableiten, dass
Schwarze Löcher nichtauf ewig stabil bleiben, sondern eben durch Teilchenemission
langsam zerfallen.
Diese heute Hawking-Strahlung genannte Emission ist besonders
wichtig bei sehrleichten Schwarzen Löchern, weil diese sehr schnell durch die Aussendung
dieserStrahlung zerfallen würden. Bis heute wurde diese Hawking-Strahlung weder direkt
nochindirekt nachgewiesen. Jedoch ist sie für künstlich erzeugte Schwarze Löcherin
Beschleunigern von immenser Bedeutung.
Teilchenphysiker schätzen, dassdie
Lebensdauer von Mini-Löchern nur 10-24 bis 10-22 Sekunden betragen würde. (Es gibteine
Formel dazu, steht im Wikipedia Link)
Diese Lebensdauer ist nun so kurz,dass
die Mini-Löcher keine Gelegenheit haben, in erheblichem Masse Materie aus ihrerUmgebung
aufzusammeln. Mit anderen Worten: Mini-Löcher können kaum akkretieren, ehesie
verschwinden.
Ein Mini-Loch der Masse 1 TeV würde gerade einmal 10-36Gramm pro
Sekunde aus der Umgebung aufsammeln können. (Eddington-Akkretionsratevorausgesetzt) Das
heißt, erst nach einigen Trillionen Jahren hätte ein solchesMini-Loch die Masse eines
einzigen Elektrons aufgesammelt.
Der Energie undMasse Verlust des Loches durch
die Hawking-Strahlung und einer Lebensdauer von wenigenSekundenbruchteilen vermag also
ein Mini-Loch im kaum etwas aufzusammeln.
Typische Schwarze Löcher, die sich am
LHC bilden könnten, zerstrahlen nun alsovollständig bevor sie akkretieren. Insofern
stellen diese künstlichen SchwarzenMini-Löcher keine Gefahr für die Beschleunigeranlage
und schon gar nicht für die Erdedar. - Mini Schwarze Löcher durchKosmischer Strahlung(Link zu
Wikipedia, kann man anklicken)
Ein weiteres sogar noch glaubhafteresund dazu
auch unabhängiges Argument gegen die Gefährdung der Menschheit durch dieErzeugung von
Mini-Löchern ist, das die Natur selber auch energiereiche Strahlung,eben die so genannte
Kosmische Strahlung erzeugt, und die dabei erreichten Energiensind mit bis zu 1020 eV um
viele Größenordnungen höher, als die Menschheit wohljemals künstlich erzeugen können
wird.
Die Teilchen der Kosmischen Strahlungtreffen nun auf Atome der
Erdatmosphäre, und vielleicht entstand dabei schon somanches Mini-Loch über unseren
Köpfen. Einige Forscher spekulieren darüber. In jedemFalle muss vom
sicherheitstechnischen Standpunkt festgehalten werden, dass dieseMini-Löcher - sollten
sie entstanden sein - die Menschheit offensichtlich nichtgefährdet haben.
Also brauen wir uns wohl keine Sorgen machen. Ichhoffe, dass ich euch oder
wenigstens einigen von euch, so die Angst einwenig nehmenkonnte.
