Fragen eines Laien zur Theorie der schwarzen Loecher

[Ralf Maeder]

Ich bin Physiklaie, hab etwas Grundwissen was die SRT betrifft und nur eine vage Vorstellung der ART. Ich dachte ueber die Eigenschaften von schwarzen Loechern nach, mein Wissen darueber ist wohl leider hauptsaechlich auf das beschraenkt, was die Medien so verbreiten.

Ich moechte ein paar Anmerkungen machen, die ich aufgrund dieser bescheidenen und sicher hoechst vereinfacht dargestellten Sachverhalten in den Medien ableitete und wenn moeglich helft ihr mir meine Ideen in die richtige Bahn zu bringen.

Zunaechst ein Gedanke zu einem ueberall gleichmaessig dichten Koerper, einer Kugel. Sagen wir es waere ein idealisierter Planet, damit Gravitation zureichend messbar waere. Ich verstehe, dass die Gravitation von allen Seiten betrachtet auf das Zentrum dieser Kugel zulaeuft und sie ist am ausgepraegtesten an der Oberflaeche der Kugel. Koennte man in das Volumen der Kugel eintreten, so sollte man mit abnehmender Entfernung zum Mittelpunkt eine zunehmend geringere Gravitation messen. Kommt man am Mittelpunkt der Kugel an, so sollte die Gravitation Null betragen.

Nun frage ich mich zunaechst, wodurch die Gravitation ausgeloest wird? Ist meine Annahme richtig, dass im Grunde jedes Materieteilchen Gravitation in seinem Umfeld ausloest, will meinen, es zieht andere Materieteilchen an? Ist viel Materie in einem begrenzten Volumen vorhanden, so summieren sich die Effekte der einzelnen Materieteilchen und bezogen auf das Volumen bedeutete dies, dass dieses Volumen ein Graviationsfeld bezitzt, dessen Zentrum in der Mitte des Volumens zu finden ist (aehnlich wie bei einem einzelen Materieteilchen ebenso). Das Volumen ist also eine Ansammlung von vielen Materieteilchen, die alle nachwievor Gravitationswirkung auf benachbarte Teilchen ausueben.

Hier mein erstes Verstaendnisproblem: Das Gravitationsfeld eines makroskopischen Koerpers ist doch eigentlich eine Ansammlung von Materieteilchen, die in der Summe die Graviation des Volumens bilden. Wenn man sich in das Volumen dieses Koerpers begibt, so sollte man Gravitationswirkung von allen Seiten in verschiedenen Staerken ausgesetzt sein und es scheint so, als waere das Gravitationsfeld des Koerpers so ausgerichtet, dass sein Zentrum in der Mitte des Koerpers laege. Dies ist aber nur scheinbar der Fall, denn im Zentrum des Koerpers sind die Gravationswirkungen aller umgebenden Materieteilchen im Gleichgewicht und also herrscht dort Schwerelosigkeit.

Uebersetze ich diesen Gedanken auf das innere eines Schwarzen Loches, so kaeme ich zu dem Schluss, dass dort im Prinzip dasselbe auftritt: je mehr man sich dem Zentrum des SL naehert, umso geringer ist die Gravitation dort bis sie schliesslich im Zentrum voellig ausbalanziert ist und dort also die Gravitation null betraegt, Schwerelosigkeit. Ich verstehe hier nicht, warum von einer Singularitaet gesprochen wird, wo alle physikalischen Gesetze zusammenbrechen sollten? Abgesehen davon gibt es wohl Quanteneffekte, weil die Materie bei Eintritt und Annaeherung zum Zentrum zu ihren Grundbausteinen reduziert wuerde und extrem zusammengepresst werden. Was bewirken diese Quanteneffekte im Inneren eines SL?

Auch habe ich eine Frage zum Ereignishorizont. Ist dieser doch eine Grenzschicht, wo weder Licht noch Materie dem SL entkommen koennen. Licht als elektromagnetische Welle bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit waehrend Materie diese nie erreichen kann. Gibt es also zwei Ereignishorizonte, einen fuer elektromagnetische Wellen und einen anderen fuer Materie?

Kann man sich den Ereignishorizont raeumlich sehr begrenzt vorstellen? Mein Gedanke hier ist, dass einfallendes Licht oder Materie wohl kaum in stetig den selben Winkeln und Entfernungen dem SL naehern und also eher auf schraubenfoermigen Umlaufbahnen ins SL fallen. Ist der Ereignishorizont nicht eher eine Ereigniswolke rings um das SL?

Ich hoffe, meine naiven Ausfuehrungen moegen nicht als frech aufgefasst werden. Ich bin bewusst, dass diese auf die spaerlichen und hoechst vereinfachten Informationen basieren, die man als Laie in den Medien auffasst. Ich wuerde mich seher freuen, wenn ihr mir die eine oder andere meiner moeglichen Falschannahmen verstaendlich zurechtruecken koenntet.

Vielen Dank, dass ihr meinen Beitrag gelesen habt.

Ralf Maeder

[Jan]

Warum ist etwas eine Theorie? Weil man die Annahmen, auf die die Theorie beruhen bis heute nicht beweisen konnte.
Die Singularität in den sog. SL kann man nicht beweisen, da man ja auch keine Proben daraus nehmen kann und nichts nach außen dringt.

Die andere Frage ist, ob die Theorie auch mit der Realität übereinstimmt.

Schwarze Löcher sind die treibende Kraft in der Mitte von Spiralgalaxien.
Harald Lesch erklärt Spiralgalaxien als galaktische Dynamos, welche in den Scheiben aus rotierendem Gas (Ereignishorizont) Strom produzieren und darüber hinaus Magnetfelder.
Also ist das sog. SL Bestandteil dieses Dynamos.
Dieses sog. SL läßt sich im Labor simulieren. Siehe Bild.

Die rote Schüssel ist nichts anderes als das Magnetfeld, welches entsteht, wenn das System rotiert.

Mehr Informationen aus elektromagnetischer Sicht findest du
http://www.viaveto.de/plasmaverse.html
http://www.youtube.com/watch?v=9EPlyiW-xGI

Definitionen für Gravitation sind auch vorhanden. Dazu später.

[Kurt]

Nun frage ich mich zunaechst, wodurch die Gravitation ausgeloest wird? Ist meine Annahme richtig, dass im Grunde jedes Materieteilchen Gravitation in seinem Umfeld ausloest, will meinen, es zieht andere Materieteilchen an?

Hallo Ralf, alle bisherigen Theorien beruhen auf der Annahme dass sich Materie anzieht. Es werden aber absolut keine Mechanismen gefunden die das bestätigen, alle bisherigen Versuche eine Abschirmung dieser vermeintlichen Anziehung auf die Schliche zu kommen sind riguros gescheitert.
Mit ein wenig Überlegung und schauen was sonst noch so abläuft ist diese vermeintliche Anziehung überhaupt nicht nötig.
Am einfachsten und überzeugendsten ist dieses Wirken beim Magneten zu sehen, hier wird ständig eine Kraft erzeugt die ohne sichtbares -Nachfüllen- aktiv ist.
Umgelegt auf Gravitation ergibt sich: Materie beschleunigt sich selbst.

Kurt

[Yukterez]

Zunaechst ein Gedanke zu einem ueberall gleichmaessig dichten Koerper, einer Kugel. Sagen wir es waere ein idealisierter Planet, damit Gravitation zureichend messbar waere. Ich verstehe, dass die Gravitation von allen Seiten betrachtet auf das Zentrum dieser Kugel zulaeuft und sie ist am ausgepraegtesten an der Oberflaeche der Kugel. Koennte man in das Volumen der Kugel eintreten, so sollte man mit abnehmender Entfernung zum Mittelpunkt eine zunehmend geringere Gravitation messen. Kommt man am Mittelpunkt der Kugel an, so sollte die Gravitation Null betragen.

Richtig, nach Newton wäre das so (Stichwort Schalentheorem).

Nun frage ich mich zunaechst, wodurch die Gravitation ausgeloest wird? Ist meine Annahme richtig, dass im Grunde jedes Materieteilchen Gravitation in seinem Umfeld ausloest, will meinen, es zieht andere Materieteilchen an?

Das sowieso, aber nicht nur.

Hier mein erstes Verstaendnisproblem: Das Gravitationsfeld eines makroskopischen Koerpers ist doch eigentlich eine Ansammlung von Materieteilchen, die in der Summe die Graviation des Volumens bilden. Wenn man sich in das Volumen dieses Koerpers begibt, so sollte man Gravitationswirkung von allen Seiten in verschiedenen Staerken ausgesetzt sein und es scheint so, als waere das Gravitationsfeld des Koerpers so ausgerichtet, dass sein Zentrum in der Mitte des Koerpers laege. Dies ist aber nur scheinbar der Fall, denn im Zentrum des Koerpers sind die Gravationswirkungen aller umgebenden Materieteilchen im Gleichgewicht und also herrscht dort Schwerelosigkeit.

Natürlich, obwohl du geometrisches Zentrum und Schwerpunkt unterscheiden musst.

Uebersetze ich diesen Gedanken auf das innere eines Schwarzen Loches, so kaeme ich zu dem Schluss, dass dort im Prinzip dasselbe auftritt: je mehr man sich dem Zentrum des SL naehert, umso geringer ist die Gravitation dort bis sie schliesslich im Zentrum voellig ausbalanziert ist und dort also die Gravitation null betraegt, Schwerelosigkeit.

Allerdings kannst du nicht für immer auf die Erde zufallen ohne je auf die Erde zu knallen. Außerdem, eine wirklich homogene Massenverteilung hat man schon bei der Erde nicht, und noch weniger in einem schwarzen Loch. Bei jeder Masse braucht es immer elektromagnetische Kräfte die dem Gravitationskollaps entgegen wirken. Diese können sich aber nur mit c im Raum ausbreiten, während der Raum selbst mit mehr als c nach innen gezogen wird. Also gewinnt letzten Endes die Gravitation.

Ich verstehe hier nicht, warum von einer Singularitaet gesprochen wird, wo alle physikalischen Gesetze zusammenbrechen sollten? Abgesehen davon gibt es wohl Quanteneffekte, weil die Materie bei Eintritt und Annaeherung zum Zentrum zu ihren Grundbausteinen reduziert wuerde und extrem zusammengepresst werden.

Die sorgen dafür dass nur so viel Information reinpasst wie auf der Oberfläche Platz hat (im Widerspruch zur intuitiven Annahme dass das proportional zum Volumen wäre).

Was bewirken diese Quanteneffekte im Inneren eines SL?

Das weiß mangels an Experimenten keiner mit Sicherheit, aber das hält zum Glück niemanden vom Spekulieren ab:
https://www.youtube.com/watch?v=yMRYZMv0jRE
https://www.youtube.com/watch?v=OBPpRqxY8Uw

Auch habe ich eine Frage zum Ereignishorizont. Ist dieser doch eine Grenzschicht, wo weder Licht noch Materie dem SL entkommen koennen. Licht als elektromagnetische Welle bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit waehrend Materie diese nie erreichen kann. Gibt es also zwei Ereignishorizonte, einen fuer elektromagnetische Wellen und einen anderen fuer Materie?

Materie kann so nah an c herankommen wie sie will, nur schneller darf sie nicht werden. Es ist ja nicht so dass Materie nur 0.9c haben kann, sie kann genausogut auch 0.999c oder 0.999999999c haben. Wie viele 9er hinter dem 0 kommen ist nicht limitiert, nur ganz 1c darf es nicht sein.

Kann man sich den Ereignishorizont raeumlich sehr begrenzt vorstellen? Mein Gedanke hier ist, dass einfallendes Licht oder Materie wohl kaum in stetig den selben Winkeln und Entfernungen dem SL naehern und also eher auf schraubenfoermigen Umlaufbahnen ins SL fallen. Ist der Ereignishorizont nicht eher eine Ereigniswolke rings um das SL?

Für den äußeren Beobachter ist er eine Schale auf der die Zeit stehen bleibt und wo deshalb auch nichts hineinfallen kann (aus dieser Perspektive ist das schwarze Loch hohl).

Leider auch keine wirklich verbindlichen Aussagen über den Ort ohne Wiederkehr treffen könnend,

[Ralf Maeder]

Vielen Dank fuer eure Antworten Jan, Kurt, Yukterez und Spacerat. Ein grosses Dankeschoen an Yukterez fuer deine ausfuehrlichen und punktgenauen Ausfuehrungen.

Kurt, ist deine Aussage, dass sich Materie selbst beschleunigt nicht im Prinzip dasselbe, als wuerde man sagen, dass alle Materie Gravitation erzeugt?

Yukterez, eine interessante Aussage, dass in einem SL der Raum schneller zusammengezogen werden koennte als die Gravitation nachkaeme. So koennte ich mir vorstellen dass eine Singularitaet, wo unsere physikalischen Gesetze nicht mehr gelten oder sinnvoll anwendbar sind, sich rechtfertigen liesse.

Den Gedanken mit der Information habe ich nie richtig verstanden oder als sinnvoll erwogen. Nur weil etwas in ein schwarzes Loch hineinfaellt und nicht mehr rauskommen kann, bedeutet doch nicht, dass es verschwunden ist oder ein Naturgesetz verletzt wurde, oder? Hier moechte ich auch fragen, was ihr von Stephen Hawkings Annahmen haltet, dass ein schwarzes Loch mit der Zeit an Masse verlieren kann und sich schliesslich aufloeste. Wenn ich richtig verstehe, so basiert diese Behauptung darauf, dass virtuelle Teilchen dem Ereignishorizont entkommen koennten. Allerdings ist es denkbar, dass ein schwarzes Loch eine negative Bilanz aufweisen koennte durch das Entkommen einiger virtueller Teilchen, waehrend laufend eine groessere Menge an Materieteilchen und elektromagnetischer Wellen vom SL absorbiert werden?

Was den Ereignishorizont betrifft, so gibt es hier also keine Unterschiede fuer Materie und elektromagnetische Wellen. Auch koennen beide nahezu gleichmaessig schnell sein.

Ich finde Spacerats Gedanke durchaus einleuchtend, dass fuer einen aussenstehenen Beobachter (wir) am Ereignishorizont einfallende Materie sich stetig mehr und mehr anhaeufen sollte, da sie ja nie komplett aus unserem Blick verschwinden koennte (Zeit steht still am Ereignihorizont). Andererseits wie wuerden wir etwas wahrnehmen (sehen, messen) koennen, was in der Zeit eingefroren ist und also auch keine elektromagnetische Wellen zu uns als Beoabachter senden koennte?
Sein Gedanke, dass im Innern eines SL Ueberlichtgeschwindigkeit herrschen koennte, ist vielleicht kompatibel mit der Aussage von Yukterez, dass der Raum mit mehr als C zusammengezogen wird!?

Nochmals vielen Dank fuer eure konstruktiven Kommentare an einen Laien.

Ralf.

[Kurt]

...
Für den äußeren Beobachter ist er eine Schale auf der die Zeit stehen bleibt und wo deshalb auch nichts hineinfallen kann...

Aha, die Kraft wird stärker aber die Objekte fallen immer langsamer!

Je schneller man wird desto langsamer wird man!

Und das mit Überlichtgeschwindigkeit!

Kurt

[Kurt]

Aha, die Kraft wird stärker aber die Objekte fallen immer langsamer!

Quatsch! Der EH eines SLs ist wie eine Wand.

Auf welcher sich Schnee ansammelt, nur dieser ist wegen der Umweltverschmutzung so pechschwarz dass man ihn nicht sieht.

Kurt

[Yukterez]

Yukterez, eine interessante Aussage, dass in einem SL der Raum schneller zusammengezogen werden koennte als die Gravitation nachkaeme.

Schneller als der Elektromagnetismus meinst du.

Den Gedanken mit der Information habe ich nie richtig verstanden oder als sinnvoll erwogen. Nur weil etwas in ein schwarzes Loch hineinfaellt und nicht mehr rauskommen kann, bedeutet doch nicht, dass es verschwunden ist oder ein Naturgesetz verletzt wurde, oder?

Das nicht, immerhin befindet sich das schwarze Loch immer noch im System Universum.

Hier moechte ich auch fragen, was ihr von Stephen Hawkings Annahmen haltet, dass ein schwarzes Loch mit der Zeit an Masse verlieren kann und sich schliesslich aufloeste.

Das ist eine Forderung der Quantenmechanik, wenn man nur die RT berücksichtigt passiert das nicht.

Wenn ich richtig verstehe, so basiert diese Behauptung darauf, dass virtuelle Teilchen dem Ereignishorizont entkommen koennten.

Richtig, wenn das Teilchen entkommt und das Antiteilchen verschluckt wird muss das schwarze Loch die Energie des entkommenen Teilchens aus seiner eigenen Tasche bezahlen damit die Energie erhalten bleibt.

Allerdings ist es denkbar, dass ein schwarzes Loch eine negative Bilanz aufweisen koennte durch das Entkommen einiger virtueller Teilchen, waehrend laufend eine groessere Menge an Materieteilchen und elektromagnetischer Wellen vom SL absorbiert werden?

Das ist nicht der Fall, natürlich darf nicht mehr dazuverdient werden als in der selben Zeit ausgegeben wird, sonst wächst das SL anstatt zu schrumpfen.

Was den Ereignishorizont betrifft, so gibt es hier also keine Unterschiede fuer Materie und elektromagnetische Wellen. Auch koennen beide nahezu gleichmaessig schnell sein.

Das ist ähnlich wie mit einem Stein. Wenn du ihn mit der Fluchtgeschwindigkeit von 11200 m/sek nach oben wirfst entkommt er dem Schwerefeld der Erde. Wirfst du ihn mit 10 m/sek nach oben kommt er keine 7 m hoch und fällt dann wieder auf die Erde zurück.

Andererseits wie wuerden wir etwas wahrnehmen (sehen, messen) koennen, was in der Zeit eingefroren ist und also auch keine elektromagnetische Wellen zu uns als Beoabachter senden koennte?

Gar nicht. Die Objekte die auf ein schwarzes Loch zufallen frieren aber niemals ganz ein, ihre Zeit vergeht nur immer langsamer ohne jemals ganz stehen zu bleiben. Die Grenze wo die Zeit wortwörtlich komplett stehen bleibt erreichen sie aus der Perspektive des äußeren Beobachters erst nach wortwörtlich unendlich langer Zeit (also nie).

Den Limes ziehend,

[Jan]

Das ist eine Forderung der Quantenmechanik, wenn man nur die RT berücksichtigt passiert das nicht.

Die heutige moderne Astrophysik ist ein Wunschkonzert.
Wenns mit der RT nicht funktioniert, dann klappt es vielleicht mit der Quantenmechanik.
Bei allen Beobachtungstatsachen hat man es mit Elektromagnetismus zu tun.

[Yukterez]

An welcher Stelle steht das?

In der ersten Zeile.

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