Schwarze Löcher

delta.m schrieb:Oh, ich dachte, dass Antimaterie ähnlich wirkt wie die Antiteilchen der Vakuumfluktuationen,
die in das SL fallen und damit seine Masse verringern.

Bei einer Materie - Antimaterie Reaktion wird Energie frei. Die kann aber aus einem SL eh nicht entweichen. Mal abgesehen davon, dass eine solche Reaktion in einem SL von außen betrachtet sehr lange dauern würde.

Arrakai schrieb:Es sollte keinen Unterschied machen, ob Materie oder Antimaterie reinfällt. Bisher wird jedenfalls nicht davon ausgegangen, dass Antimaterie anti-gravitativ wirkt.

Und wenn sie doch antigravitativ wirken würde,
könnte man die beiden ja (wegen der gegenseitigen Abstoßung) auch gar nicht zusammenbringen, oder?

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paxito schrieb:Bei einer Materie - Antimaterie Reaktion wird Energie frei. Die kann aber aus einem SL eh nicht entweichen.

Da hab ich wohl etwas falsch überlegt:
normale Materie: E = m c² --> E = positiv
Antimaterie: E = -m c² --> E = negativ
Beide zusammengebracht ergäben dann "Null" :D

Man muß also negative Energie in ein SL bringen um es "aufzulösen" ...

@paxito
@delta.m

Ich denke, hier wird etwas verwechselt. Bei den sog. Vakuumfluktuationen handelt es sich nicht um einen Prozess wie bei der Paarbildung, wo für kurze Zeit Teilchen/Antiteilchenpaare entstehen. Ich verstehe den Wiki-Artikel so, dass klassische Teilchen von "Wolken" aus virtuellen Teilchen umgeben sind. Diese virtuellen Teilchen können dann für kurze Zeit "real" werden, bis sie wieder absorbiert werden. Dabei auftretende Änderungen in der Masse und Ladung werden bereits den klassischen Teilchen zugeordnet, was bedeutet, dass man diese Energie nicht isoliert betrachten darf. Deswegen haben virtuelle Teilchen auch keine physikalische Bedeutung. Zumindest habe ich es so verstanden. :)

Im Zusammenhang mit den dabei entstehenden Termen entwickelten die Physiker die Vorstellung von Wolken aus virtuellen Teilchen, welche die nicht störungsbehafteten Teilchen der klassischen Theorie umgeben. In der Vorstellung können virtuelle Teilchen in einem sehr kurzen Zeitraum real und sofort wieder absorbiert werden. Durch die entstehende Fluktuation der Energie verändert sich die messbare Masse und Ladung der Teilchen. Somit ist diese Fluktuation in den beobachtbaren Teilchen wie Elektronen oder Photonen bereits enthalten und kann niemals isoliert betrachtet werden. Die virtuellen Teilchen haben daher keine physikalische Bedeutung, daher darf die Vakuumfluktuation auch nicht mit der Paarbildung verwechselt werden

Wikipedia: Vakuumfluktuation

paxito schrieb:Bei einer Materie - Antimaterie Reaktion wird Energie frei. Die kann aber aus einem SL eh nicht entweichen. Mal abgesehen davon, dass eine solche Reaktion in einem SL von außen betrachtet sehr lange dauern würde.

Hmmm... Die gravitative Zeitdilatation führt natürlich dazu, dass die Zeit am Ereignishorizont von außen betrachtet sehr langsam läuft (bzw. effektiv sogar stehen bleibt). Trotzdem wachsen Schwarze Löcher, d.h. die Prozesse die zum Wachstum führen sollten sich auch auch für einen externen Beobachter nicht verlangsamen (dazu gehört am Ende ja auch die Annihilation).

delta.m schrieb:Und wenn sie doch antigravitativ wirken würde,
könnte man die beiden ja (wegen der gegenseitigen Abstoßung) auch gar nicht zusammenbringen, oder?

Positive und negative Gravitation würden sich einfach aufheben. So, wie die Dunkle Energie die Expansion verursacht und die Gravitation dem entgegen wirkt und Galaxien etc. zusammenhält.

delta.m schrieb:Antimaterie: E = -m c² --> E = negativ

Eigentlich nicht. Im Gegensatz zu bspw. zur elektrischen Ladung ändert sich hier das Vorzeichen nicht, die Energiedichte bleibt immer positiv. Materie mit negativer Energiedichte nennt man dann Exotische Materie. Das wäre das Zeug, mit dem man ein Wurmloch offen halten könnte. Wurde m.W. bisher aber nicht gefunden.

Arrakai schrieb:Hmmm... Die gravitative Zeitdilatation führt natürlich dazu, dass die Zeit am Ereignishorizont von außen betrachtet sehr langsam läuft (bzw. effektiv sogar stehen bleibt). Trotzdem wachsen Schwarze Löcher, d.h. die Prozesse die zum Wachstum führen sollten sich auch auch für einen externen Beobachter nicht verlangsamen (dazu gehört am Ende ja auch die Annihilation).

Das habe ich mich auch schon gefragt:

Fällt eine Masse in ein SL,
so dauert dieser Vorgang für einen entfernten Beobachter "sehr lange",
bis der Fall am EHorizont scheinbar zum Stillstand kommt.

Wieso kann man aber andererseits die Verschmelzung von 2 SL's in Realzeit verfolgen?

Müßte es für einen Beobachter da nicht auch "ewig" dauern (je näher sie sich kommen),
bis sich beide vereinigt haben :ask:

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Arrakai schrieb:Positive und negative Gravitation würden sich einfach aufheben.

Aber aufheben würden sie sich doch nur dann, wenn beide Massen (absolut) gleich groß wären (?)

Arrakai schrieb:Hmmm... Die gravitative Zeitdilatation führt natürlich dazu, dass die Zeit am Ereignishorizont von außen betrachtet sehr langsam läuft (bzw. effektiv sogar stehen bleibt). Trotzdem wachsen Schwarze Löcher, d.h. die Prozesse die zum Wachstum führen sollten sich auch auch für einen externen Beobachter nicht verlangsamen

Naja, wir "sehen" ja nicht, daß die SL wachsen, sondern ermitteln dies a) durch die für uns sichtbare Akkretion von Material, und b) durch die Zunahme der gravitativen Auswirkungen auf die Himmelskörper der Umgebung. Beides aber in einem sehr hypothetischen Sinne, denn unser Beobachtungszeitraum wird wohl nicht ausreichen zu "beobachten", daß a) soundsoviel Akkretionsmaterial ttsächlich "gerade verschwindet" oder b) der gravitative Einfluß sich erhöht hat.

Freilich wächst für uns die gravitative Umwelt-Beeinflussung eines SL auch mit jenem Material an, welches sich noch außerhalb des Schwarzschild-Randes befindet. Für den Einfluß auf die Umgebung ist es schließlich egal, ob das gravitativ einwirkende Objekt ein SL ist oder nicht. Insofern können wir also die SL wachsen sehen, ohne daß wir sehen, daß sie als SL wachsen.

delta.m schrieb:Müßte es für einen Beobachter da nicht auch "ewig" dauern (je näher sie sich kommen),
bis sich beide vereinigt haben :ask:

Nein, würde es nicht. Das Erklärung ist allerdings nicht ganz trivial. Zumal die Schwarzschild-Metrik eigentlich ein ewiges Schwarzes Loch beschreibt, das schon immer da war und nicht wächst, von daher muss man Zusatzüberlegungen anstellen.

Zunächst: Es gibt reale physikalische Effekt, über die sich alle Beobachter einig sind. Man muss sie ggf. in unterschiedlichen Bezugsystemen anders beschreiben (wegen Zeitdilatation, Längenkontraktion, etc.), aber sie finden überall statt. Der Stein fällt zu Boden, die Erde dreht sich um die Sonne, Schwarze Löcher wachsen, Schwarze Löcher vereinigen sich.

In diesem Fall existiert ein Bezugssystem, in dem man das Wachstum des Schwarze Lochs einfach einsehen kann. Und zwar das des Freifallers, der aus seiner Perspektive den Ereignishorizont problemlos überqueren kann. Er bleibt nicht stehen, er fällt kontinuierlich weiter bis zur Zentralsingularität. Dieser Freifaller könnte auch ein Schwarzes Loch sein, das auf ein anderes Schwarzes Loch zufällt. Der freie Fall kann sehr gut mit Gullstrand-Painlevé-Koordinaten (manchmal auch Raindrop-Koordinaten genannt) beschrieben werden, dazu hatte ich schon einmal etwas geschrieben. (In GP-Koordinaten fällt der Freifaller übrigens mit einer Geschwindigkeit größer c ins Schwarze Loch, das ist das Bild des fließenden Raums, der das Objekt "mitnimmt".)

An dieser Stelle könnte man eigentlich aufhören, denn es geht in der Physik ja nur darum, Beobachtungen zu beschreiben. Ok, man will das jetzt aber auch aus Sicht des "Außenstehenden" verstehen. Dazu zunächst einmal die Feststellung, dass der gar nicht unterscheiden kann, ob ein Objekt den Ereignishorizont überquert hat oder nicht. Die gravitative Rotverschiebung am Ereignishorizont divergiert gegen unendlich, d.h. das Objekt verschwindet im wahrsten Sinne des Wortes. Und es trägt direkt am Ereignishorizont natürlich genauso zur Gravitation des Schwarzen Loches bei wie ein Objekt, das den Ereignishorizont gerade überquert hat.

An dieser Stelle könnte man eigentlich wieder aufhören, denn es geht in der Physik ja nur darum, ... Naja, habe ich ja schon geschrieben. Man kann aber auch noch einen Schritt weitergehen: Wenn ein solches Objekt so oder so die Masse M des Schwarzen Lochs erhöht, dann wird sich dadurch gemäß r_s = 2GM/c² auch der Schwarzschildradius vergrößern. Der Ereignishorizont "schluckt" sozusagen das Objekt und das Schwarze Loch wächst.

Dabei konnte ich jetzt natürlich nicht jedes Detail berücksichtigen, die kenne ich ganz sicher auch nicht mal annähernd alle, aber ich hoffe das Grundprinzip kommt rüber...

delta.m schrieb:Antimaterie: E = -m c² --> E = negativ

Antimaterie hat keine negative Masse, sondern positive. Beispiel Positron , hat die gleiche Masse wie ein Elektron.
Hättest du was mit negativer Masse und wirfst es in ein SL müsste das SL tatsächlich schrumpfen. Ich befürchte nur, sowas gibt es nicht.

Arrakai schrieb:Trotzdem wachsen Schwarze Löcher, d.h. die Prozesse die zum Wachstum führen sollten sich auch auch für einen externen Beobachter nicht verlangsamen (dazu gehört am Ende ja auch die Annihilation).

Ich bin mir gar nicht sicher ob es unter den extremen Bedingungen innerhalb eines SL überhaupt zu einer Annihilation kommt. Müsste man mal testen. Wer hat ein SL und nen Eimer Antimaterie zu Hause rumstehen? ;)

paxito schrieb:Wer hat ein SL und nen Eimer Antimaterie zu Hause rumstehen?

Die Produktion von Antimaterie ist schon mal gar kein Problem, der menschliche Körper selbst ist sogar eine Quelle. Pro Sekunde zerfallen in jedem von uns ca. 5000 Kalium-40 Kerne. Dabei entstehen neben den eigentlichen Spaltprodukten jeweils noch ein Neutrino und ein Positron (Beta-Plus-Zerfall). Von den 5000 pro Sekunde schaffen es aber nur rund 180 pro Stunde an die "Oberfläche", der Rest annihiliert noch im Körper.

Das dumme an der Antimaterie ist also gar nicht mal die Produktion, sondern vielmehr die Speicherung. Ich denke, ein Eimer ist da auch keine Lösung. :)

Die Frage treibt nicht nur uns um:
https://de.quora.com/Was-w%C3%BCrde-passieren-wenn-Antimaterie-in-ein-Schwarzes-Loch-f%C3%A4llt

Daraus fand ich folgende Antworten interessant:

Nun, wir Außenstehenden bekommen das nicht mit, aber das Stück Antimaterie selber wird wie jede einfallende Materie ganz normal in seine Bestandteile zerlegt. Bis …., ja, bis wohin ? Bis Quarks, bzw, Antiquarks ?

So sicher weiß man das nicht, aber ich denke mal, bei Quarks/Antiquarks ist Schluß, weil deren auseinandereißen wieder Energie erfordern würde, was das SL wohl instabil machen würde. Aber wie gesagt, in dieser Richtung weiter spekulieren wäre schon interessant (so in Richtung Strings würde ich vorschlagen).

Also Antiquarks.

Die treffen dann auf die Quarks im SL und Beide bilden dann Pionen.

Diese zerfallen dann weiter in Elektronen, Positronen, Photonen, Myonen usw.

Zu gut deutsch, das Antimaterieteilchen reiht sich hübsch in die Menge der anderen zerlegten Teilchen ein.

Übrig bleibt ein “Brei“ aus “Elementarteilchen” (genauer gesagt oben genannte Teilchen, es sind eigentlich keine Elementarteilchen mehr, da Elemetarteilchen immer aus drei Quarks zusammengesetzt sind, was hier ja nicht mehr der Fall ist).

Und der hier:

Damit würde das Schwarze Loch genauso wie bei normaler Materie an Masse gewinnen und dementsprechend etwas größer werden. Anti-Materie hat nämlich ebenso positive Masse wie normale Materie. Ob Anti-Materie dann im inneren des Schwarzen Loches mit Materie kollidieren und gemeinsam zerstrahlen kann oder nicht, wäre in dem Fall dann auch egal, da die Energie erhalten bleibt (Energie-Masse-Äquivalenz).

paxito schrieb:da Elemetarteilchen immer aus drei Quarks zusammengesetzt sind,

Offenbar wird nicht nur hier "Quark" geschrieben :)

Wenn ich von diesen Antworten eine unterschreiben müsste, dann wäre es wohl die letzte (ganz unten).

@paxito

da Elemetarteilchen immer aus drei Quarks zusammengesetzt sind

Nicht immer.

Physiker entdecken neues Tetraquark
Teilchenbeschleuniger weist erstmals Teilchen aus vier Quarks der gleichen Sorte nach

Quelle

peekaboo schrieb:Nicht immer.

Nicht nur "Nicht immer" ... sondern Nie!

Kein Elementarteilchen besteht aus 3 Quarks, auch nicht aus 4.

paxito schrieb:es sind eigentlich keine Elementarteilchen mehr, da Elemetarteilchen immer aus drei Quarks zusammengesetzt sind, was hier ja nicht mehr der Fall ist).

Peter0167 schrieb:Kein Elementarteilchen besteht aus 3 Quarks, auch nicht aus 4.

So hab ich es auch verstanden. Elementarteilchen bestehen aus nix anderem mehr deshalb elementar.
Früher nahm man an dass ein Proton ein Elementarteilchen wäre aber dann stellte sich heraus dass es aus
2 Up-Quarks und einem Down-Quark besteht und das sind die wirklichen Elementarteilchen (sie bestehen aus nix
anderem mehr)

LG

Peter0167 schrieb:Nicht nur "Nicht immer" ... sondern Nie!

Kein Elementarteilchen besteht aus 3 Quarks, auch nicht aus 4.

Wollte gerade fragen, wie du das meinst, aber @Sonni1967 hat schon die Erklärung dazu geliefert. Danke @Sonni1967 :)

Sonni1967 schrieb:So hab ich es auch verstanden. Elementarteilchen bestehen aus nix anderem mehr deshalb elementar.
Früher nahm man an dass ein Proton ein Elementarteilchen wäre aber dann stellte sich heraus dass es aus
2 Up-Quarks und einem Down-Quark besteht und das sind die wirklichen Elementarteilchen (sie bestehen aus nix
anderem mehr)

Sonni1967 schrieb:(sie bestehen aus nix
anderem mehr)

War da nicht noch was mit Strings, aus was die Quarks bestehen sollen?

peekaboo schrieb:War da nicht noch was mit Strings, aus was die Quarks bestehen sollen?

In den Stringtheos sind die Strings die Elementarteilchen, die sind eindimensional und unteilbar.

Naja, wirklich falsch war es nicht mal.

Als Elementarteilchen galten bis zur Entdeckung der Quarks auch alle Arten von Hadronen, z. B. die Kernbausteine Proton, Neutron, das Pion und viele weitere. Wegen der großen Zahl verschiedener Arten sprach man vom „Teilchenzoo“. Die Hadronen werden auch heute noch häufig als Elementarteilchen bezeichnet, obwohl sie nach dem Standardmodell alle aus Quarks zusammengesetzt sind und z. B. auch einen messbaren Durchmesser von der Größenordnung 10−15 m haben. Zur Vermeidung von Verwechslungen werden die oben nach dem Standardmodell aufgeführten Elementarteilchen gelegentlich als fundamentale Elementarteilchen oder Fundamentalteilchen bezeichnet.

Wikipedia: Elementarteilchen

@perttivalkonen
@Peter0167
@Sonni1967

Ich habe da mal ein Frage, die mich schon eine Weile beschäftigt. Ich hoffe, ihr könnt mir diesbezüglich ein wenig weiter helfen. Ein schwarzes Loch soll ja die Raumzeit (bis ins Unendliche?) krümmen. Zur Dartsellung der Krümmung wird ja immer dieser zweidimesionale Trichter gezeigt, wie dieser hier:

Nun ist es doch aber so, daß dies nur ein zweidimensionale Darstellung ist, um die extreme RK einfach darzustellen, welches ein Objekt (?) wie ein schwarzes Loch mit Masse verusacht. Bei einem Objekt mit Masse, wie ein Stern oder auch ein Planet, kann ich in etwa nachvollziehen, wie sich der Raum in alle Richtung gleich krümmt. So wie hier zu sehen:
Original anzeigen (0,5 MB)
Oder wie hier bei min 5:39 zusehen:

What is General Relativity?

Externer Inhalt
Durch das Abspielen werden Daten an Youtube übermittelt und ggf. Cookies gesetzt.

Aber wie sieht das bei der RK bei einem schwarzen Loch aus, wenn der Trichter, der wahrscheinlich bis ins Unendliche (?) gehen soll, in alle Richtungen gleichmäßig sich verzerrt.
Ich hoffe, ihr versteht mein Frage, auch wenn ich mich nicht so gut erklären konnte.

@peekaboo

Bin mir nicht sicher, ob ich Dein Anliegen richtig verstanden habe, aber ich versuche es mal.

Zunächst: Die Darstellung der Raumkrümmung als eingedelltes "Netz" ist wirklich nur ein Bild, ein Versuch der Veranschaulichung. Ein 2D-Netz braucht natürlich eine dritte Dimension, in die hinein es sich eindellen kann. Aber das ist bei der Raumkrümmung nicht der Fall. Laß Dich also nicht davon auf eine falsche Fährte bringen (in welche Richtung, in welche Dimension hinein, krümmt sich unser Raum-"Netz").

Wie Du ja weißt, dellen alle massebehafteten Objekte die Raumzeit ein. Etwa die Erde. Hier aber wird die Raumzeit nicht im Erdzentrum bis gegen Unendlich gekrümmt. Auch ein Stern, der so groß / massereich ist, daß er am Ende zu einem Schwarzen Loch wird, auch der krümmt die Raumzeit nicht bis gegen Unendlich. Sobald er aber ein SL geworden ist, tut er genau das. Was hat sich geändert?

Würde unsere Sonne zu einem SL werden, würde sich für die Planeten, die die Sonne umkreisen, nichts ändern. OK, es würde kälter werden und so, aber sie würden weiterhin auf der selben Umlaubahn mit der selben Umlaufgeschwindigkeit das Zentralgestirn umkreisen, egal ob es hell strahlt oder "schwarz" ist. (Naja, wenn ein Stern zu "brennen" aufhört und zum SL zusammenfällt, sprengt er seine Außenhülle ab; er wird also leichter, was die Umlaufbahnen der Trabanten durchaus stören würde, aber das hab ich jetzt mal vernachlässigt.)

Wenn der Stern, als leuchtender Stern mit großem Volumen genauso wie als sehr viel kleineres schwarzes Loch, bei gleicher Masse die ihn umgebende Raumzeit exakt gleich beeinflußt, wieso dann krümmt der eine die Raumzeit bis gegen unendlich, und der andere nicht?

Das ist recht einfach. Von ferne wirkt die Gravitation der Sonne auf uns, egal, ob die Sonne nun so groß ist, wie sie ist, oder sehr viel größer oder winzig klein. WIr können die Gravitationswirkung von Himmelskörper beschreiben, als wäre all ihre Masse auf einen Punkt im Zentrum konzentriert. Punktmasse sozusagen.

In der Realität nimmt die Masse aber ein Volumen ein. Und das ist der Unterschied.

Auch unsere Erde hat so eine gravitative Wirkung wie eine Punktmasse. An der Erdoberfläche beträgt die Fallbeschleunigung 9,81m/s². Weiter weg von der Erde ist dieser Wert geringer. Eben die gravitative Auswirkung ist abhängig von der Entfernung vom Erdmittelpunkt (Punktmasse für die Berechnung). Je näher wir dem Erdmittelpunkt kommen, desto schwerer müßten wir also werden, desto größer müßte der Wert der Fallbeschleunigung werden. Aber das ist nicht der Fall.

Je tiefer wir uns in die Erde eingraben, desto leichter werden wir, desto geringer wird die Fallbeschleunigung. Im Zentrum, wäre da ein Hohlraum, würden wir schwerelos sein und nirgends hinfallen. Schlicht weil die Masse der Erde in jeder Richtung von uns liegt, die Gravitation aus jeder Richtung in gleicher Stärke auf uns einwirkt.

Deswegen wird die Raumkrümmung eines Planeten oder Sterns auch so mit nem Gitternetz als Raum dargestellt. Das Netz krümmt sich, je näher es am Objekt dran ist, aber "unter" dem Objekt nimmt die Netzkrümmung wieder ab, und dírekt "unter" dem Zentrum ist es wieder eben wie weit weg vom Objekt.

Beim Schwarzen Loch nun wird die Gravitation zur stärksten der Grundkräfte / der fundamentalen Wechselwirkungen des Universums, sodaß kein Objekt mehr seine Struktur, sein Volumen behalten kann, sondern "immer kleiner zusammengequetscht" werden kann (oder muß). Das heißt, zumindest rein theoretisch, das Schwarze Loch zerquetscht sein eigenes Ausgangsmaterial sowie alles, was in es hineinfällt, auf Null Volumen. Alles versammelt sich an einem Punkt im Zentrum, der sogenannten Singularität. Wir wissen, nehmen zumindest sehr stark an, daß das nicht möglich ist, aber wir kennen eben auch nichts, das wir als "Mindestgröße" irgendwelcher "Grundbausteine" annehmen können, und kennen keine Kraft, die diese Mindestgröße gewährleisten kann. Vor allem: wir können nicht nachschauen.

Ist die Masse aber eine Punktmasse, dann kann sich die Raumzeit eben auch bis zu diesem "point zero" hin krümmen, kann die Fallbeschleunigung bis dahin immer mehr zunehmen. Und wenn wir das berechnen, dann nähert sich eben alles bis zu dieser massebehafteten Singularität mit abnehmender Entfernung hin zu unendlichen Werten.

Auch die Dichte wäre da ja unendlich. Denn Dichte ist ja Masse durch Volumen. Und bei einem Volumen von Null wäre die Dichte unendlich.

Auch wenn es gute Gründe gibt anzunehmen, daß "gefüllte" Singularitäten mit Nullvolumen unmöglich sind, so arbeiten wir ja auch sonst ganz Gut mit Punktmassen, und beim SL krümmt sich somit - rein theoretisch / hypothetisch - die Raumzeit gegen Unendlich. In der Darstellung und beim Rechnen. Wie gesagt, Nachschauen geht eh nicht.

War es das?

@peekaboo

peekaboo schrieb:Ich hoffe, ihr versteht mein Frage

Ich denke schon. Ich war schon immer ein Kritiker solcher Modelle, die einer vermeintlich besseren Veranschaulichung dienen sollen. In Wirklichkeit erreicht man mit solchen Bildern nur das Gegenteil von dem, was man im Grunde wollte (zumindest ist das bei mir so).

... okay, gerade sehe ich wie sich eine Textwand vor mir aufgebaut hat. Ich nehme an, da steht alles drin ... darum kommt von mir jetzt auch nur noch eine abschließende Bemerkung:

Von mir aus kann man diesen ganzen 2d-Gummituch-Scheißdreck zusammenrollen, und in einem Schwarzen Loch entsorgen. So etwas hilft wirklich niemanden, im Gegenteil, es verhindert jegliche 3d-Vorstellungskraft.

Ich leide beim Anblick solch untauglicher "Veranschaulichungen" mit dir, Bruder.