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liebe Administratoren, liebe User,

heute habe ich zufällig die hier nachfolgend verlinkte N24-TV-Dokumention über SCHWARZE LÖCHER gesehen. Dies brachte mich auf die Idee, diesen gemheimnissvollen und unheimlichen "Monster" des Universums zu thematisieren.

Zitat einer Video-Beschreibung:
Ein Schwarzes Loch ist ein astronomisches Objekt, in dessen Nähe die Gravitation so extrem stark ist, dass aus einem inneren Raumbereich mit hochgradig verzerrter Raumzeit nichts - auch kein Lichtsignal - nach außen gelangen kann.
Die Grenze, ab der die Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, wird Ereignishorizont genannt. Sein Radius ist proportional zur Masse des Schwarzen Lochs.
Der Begriff „Schwarzes Loch" wurde 1967 durch John Archibald Wheeler etabliert (nicht aber erfunden, wie oft behauptet). Er verweist auf den Umstand, dass sich um eine Krümmungssingularität der Raumzeit ein durch den Ereignishorizont charakterisiertes Raumgebiet bildet, in das Materie nur hineinfallen, aber nicht wieder hinausgelangen kann („Loch") und das insbesondere auch eine elektromagnetische Welle, wie etwa sichtbares Licht, niemals verlassen kann (daher „schwarz"). Je nach Literatur kann sich der Begriff aber auch auf die Singularität selbst beziehen.

Der theoretische Phyiker Kip Thorne erkärt:

Die Vorstellung, ein Schwarzes Loch bestehe nur aus stark komprimierter Materie ist einfach falsch. Sie mag daraus entstanden sein, aber diese Materie ist verschwunden - völlig zerstört, es gibt sie nicht mehr.

Diese Beschreibung harmoniert meiner Meinung nach mit John A. Wheelers Beschreibung in seinem Buch Gravitation und Raumzeit.

Zitat aus Gravitation und Raumzeit - 12. Schwarze Löcher (Seite 216, Absätze 1 u. 3):
... Gewöhnliche Sterne enthalten sowohl Materie als auch Masse, aber ein Schwarzes Loch ist sozusagen körperlos, Masse ohne Materie. Ähnlich wie die Cheshire-Katze aus Alice im Wunderland entschwand und nur ihr Grinsen zurückließ, verschwindet ein Stern, wenn er in ein bereits existierendes Schwarze Loch hineinstürzt oder selbst zu einem neuen Schwarzen Loch kollabiert, ohne Spuren von seiner Materie, seinen Sonnenflecken und anderen Eigenschaften eines Sternes zu hinterlassen - nur die gravitative Anziehung bleibt zurück, die Anziehung einer jeder Körperlichkeit entkleideten Masse. ...
...
... Dort wird die Materie, die einst den Stern bildete, weggepreßt. In diesem Punkt verschwindet die Materie mit all ihren Teilchen, Drücken und sonstigen Eigenschaften. Es bleibt reine materiefreie Masse übrig. ...

Interessant ist der Aspekt, dass die Raumzeit bzw. das Gravitationsfeld Energie enthalten kann. Kip Thorne erklärt:

Wenn ein Schwarzes Loch geboren wird, geht die Energie der Materie in die Energie der gekrümmten Raumzeit über. Die Art der Energie ändert sich also, aber die Energie selbst bleibt bestehen. Was zurückbleibt ist gekrümmte Raumzeit, die ungeheure Energie enthält.

Kip Thorne (Schüler von John Archibald Wheeler) war übrigens der Wissenschaftler, welcher für Carl Sagans Roman Contact das auf der ART basierende Wurmloch konstruierte, welches mir als Thorne-Wurmloch bekannt ist.

In der DOKU Schwarze Löcher Eine Zeitreise ins Universum wird erklärt:

Wenn in einem Schwarzen Loch nur die Raumzeit-Struktur selbst ist, dann kann da Raum hineinstürzen, darin routieren und wieder hinaus gelangen, denn Raum hat keine Substanz, er kann durch sich selbst dringen.

Der Raum selbst kann hineinstürzen und hinaus gelangen? Dieser Aspekt ist mir völlig neu.

Wie in einem Eröffungsbeitrag bereits dargelegt, rotieren Schwarze Löcher. Warum dem so ist, erklärt Prof. H. Lesch im nachfolgendem Video.

Dass die supermassiven Schwarzen Löcher der fernen Quarsare rotieren, erkennen Astrophysiker an ihrer immensen Leuchtkraft. Bei einem nicht-rotierenden Schwarzen Loch (Schwarzschild-Loch) werden nur 8% der hineinfallenden Materie in Energie umgewandelt.
Die enorme Leuchtkraft der Quarsare lässt sich allerdings nur durch rotierende Schwarze Löcher erklären, denn in diesen wird 42% der hineinfallenden Materie in Energie umgewandelt (E=mc²). Die Beobachtung stimmt mit der Beschreibung rotierender Schwarze Löcher gem. der ART überein.
Zum Vergleich: Bei der Fusion von Wasserstoff zu Helium wird 0,68%* der Masse in Energie umgewandelt.

Hängt die astronomische Leuchtkraft der Quarsare damit zusammen, dass die Rotation der Schwarzen Löcher so schnell ist, dass der Lense-Thirring-Effekt sehr stark wird und daher die Rotation die benachtbarte Raumzeit mitreißt?
Soweit ich diesen Effekt verstanden habe, sind laut Einstein Energie und Raumzeit miteinander "verschweißt". Daraus folgt, dass eine rotierende Masse den Raum ebenfalls in "Rotation" versetzt.

Die könnte man vielleicht mit einer drehenden Schiffsschraube veranschaulichen, welche das Wasser in der Umgebung mitreißt. Nun lass uns annehmen, die Schraube wäre sehr schwer und würde extrem schnell rotieren und das Wasser wäre "superzäh" und lässt sich daher nur schwer in Rotation versetzen.
Darum ist der Lense-Thirring-Effekt bei der Erde sehr schwach, allerdings gelang es dank Gravity Probe B diesen winzigen Effekt zu messen und so die ART eindrucksvoll zu belegen.

Bei Schwarzen Löchern, wie den Quarsaren, ist dieser Effekt allerdings sehr stark. Darum können sie nicht zutreffend durch die Schwarzschild-Lösung beschrieben werden, sondern werden durch die Kerr-Metrik beschrieben. Die Grafik im Astro-Lexikon stellt recht gut den Unterschied der Metriken gegenüber.


*Diesen Wert entnahm ich als Jugendlicher einem populärwissenschaftlichen Buch. Falls der Wertfalsch ist, bitte ich um Korrektur.


Laut meinem Eröffnungsbeitrag sind Schwarze Löcher Massezentren ohne Materie, sie existiert nicht mehr. Wenn ich dies recht verstehe, trifft dies zu, sofern die Beschreibung Schwarzer Löcher gem. der ART korrekt ist. Wenn aber die Planck-Dichte prinzipiell nicht unterschreitbar ist, so wäre die Masse nicht auf eine nulldimensionale Endsingularität kompromiert, sondern hätte noch ein winziges Volumen und wäre demzufolge körperhaft, dies wäre nach meinem Verständnis die supermassivste Form von Materie.

Die Planck-Länge folgt meines Wissens aus der minimalen Ortsunschärfe, die ein Objekt einnehmen kann. Daraus ergibt sich, dass eine Masse nicht kleiner als diese sein kann, wenn sie lokalisiert sein soll. Die planck'sche Größe stellt gemäß der Quantengravitation somit die kleinste mögliche Längenheit dar, der physikalischie Relevanz zugesprochen werden kann.
Die Schriststellerin aus meiner Signutur drückte es so aus:

Zitat aus Skurrile Quantenwelt:
Die bereits erwähnte Planck-Einheit der Planck-Länge stellt dabei diejenige kleinste Längengröße dar, welcher physikalische Relevanz zugesprochen werden kann. Sie ergibt sich aus der fundamentalen Übelegung, wie klein ein schwarzes Loch (...) sein kann, ohne dass die Gewissheit bzw. Konkretheit seines Aufenthaltsorts der Heisenberg'schen Unschärferelation widerspricht.

Zitat aus Skurrile Quantenwelt:
Als Planck-Länge erhalten wir demgemäß

IntregalPlack = √{γ * ħ/c³} = 1,616 * 10^-35 m,

eine Länge, die zugebenermaßen so unvorstellbar klein ist, dass jegliche menschliche Vorstellungskraft versagt. Doch laut Quantengravitation versagt hier nicht nur die Vorstellungskraft, sondern die Natur selbst, indem sie keine physkalischen Strukturen zulässt, die kleiner sind, als ebendiese Planck-Länge.

Dies gilt für die Loop-Quantengravitation (LQG). Demnach wäre das Massezentrum innerhalb eines Schwarzen Loches nicht unendlich dicht, sondern bis zur maximal möglichen Dichte - der Planck-Dichte - kompromiert (extrem winzig).

Falls die Planck-Dichte die physikalisch maximal mögliche Dichte darstellt, könnte man in einen Kubikzentimeter maximal 10^93 g pressen.

Eine Planck-Masse liegt übrigens bei ≈ 21 µg, dies ist etwa die halbe Masse einer Oocyte.
Zum Vergleich, die Sonne hat eine Masse von 1,989·10³³ g.

Im Zentrum unserer Milchstraße befindet sich ein supermassives Schwarzesn Loch. Es hat eine Masse von 4,3 Millionen Sonnenmasse. Die Animation zeigt die Bahnen von Sternen in der Zentrumsumgebung unserer Galaxis im gewaltigen Gravitationsfeld dieses Schwarzen Loches.

Animationsquelle
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Oben wurde das Schwarze Löcher vorwiegend basierend auf der ART beschrieben. Allerdings gibt es auch andere Modelle:

Grafikquelle

Halman hat geschrieben:Oben wurde das Schwarze Löcher vorwiegend basierend auf der ART beschrieben. Allerdings gibt es auch andere Modelle:

Interessante Bilder.
Ein weiteres Model was dich interessieren dürfte, ist die Schleifenquantengravitation (LQG) die besagt, dass Schwarze Löcher ihren Zustand der höchtsen Dichte nicht halten können.
Mehr noch: Die LQG sagt voraus, dass wenn der Zustand der höchsten Dichte erreicht ist, das Innere eines S/L explodiert. D.h. für einen imaginären Beobachter nahe dem Zentrum des S/L sieht es aus wie eine Explosion. Da aber die Zeit relativ ist und nah an großen Massen langsamer verläuft, könnte diese Explosion für einen außenstehenden Beobachter auch sehr langsam ablaufen. Will heißen: Sehen wir vielleicht die Explosion eines Schwarzen Lochs in extremer Zeitlupe (Hawking Strahlung)?

Ist vielleicht das Universum ebenfalls so entstanden. Sollten wir us das Universum also doch als "Big Bounce" vorstellen? Das erinnert an die Vorstellungen von seeadler, der das Universum ja als expandierendes Schwarzes Loch sieht.

Hmm...

Pluto hat geschrieben:Ein weiteres Model was dich interessieren dürfte, ist die Schleifenquantengravitation (LQG) die besagt, dass Schwarze Löcher ihren Zustand der höchtsen Dichte nicht halten können.
Mehr noch: Die LQG sagt voraus, dass wenn der Zustand der höchsten Dichte erreicht ist, das Innere eines S/L explodiert. D.h. für einen imaginären Beobachter nahe dem Zentrum des S/L sieht es aus wie eine Explosion. Da aber die Zeit relativ ist und nah an großen Massen langsamer verläuft, könnte diese Explosion für einen außenstehenden Beobachter auch sehr langsam ablaufen. Will heißen: Sehen wir vielleicht die Explosion eines Schwarzen Lochs in extremer Zeitlupe (Hawking Strahlung)?

Ist vielleicht das Universum ebenfalls so entstanden. Sollten wir uns das Universum also doch als "Big Bounce" vorstellen? Das erinnert an die Vorstellungen von seeadler, der das Universum ja als expandierendes Schwarzes Loch sieht.

Hmm...

Dann wäre die auf die LQG basierende Kosmologie vielleicht für seeadler interessant.

Leider fehlt mir das theoretische Verständnis über die LQG, daher kann ich leider gar nichts Qualifiziertes dazu sagen.

Vor ca. 2½ Jahren sprachen wir mal über die LQG. Falls sie zutreffend ist, müssten hochfrequente Gammastrahlen anderen EM-Wellen um etwa einen Milliardstel vorauseilen. Bei einem zehn Milliarden Lichtjahre entfernten Quarsar wären der LQG zufolge die Gammastrahlen zehn Jahre früher bei uns als die anderen Frequenzen.
Hast Du etwas darüber gehört oder gelesen? Wurde die LQG experimentell verifiziert oder falsifiziert.

Halman hat geschrieben:Vor ca. 2½ Jahren sprachen wir mal über die LQG. Falls sie zutreffend ist, müssten hochfrequente Gammastrahlen anderen EM-Wellen um etwa einen Milliardstel vorauseilen. Bei einem zehn Milliarden Lichtjahre entfernten Quarsar wären der LQG zufolge die Gammastrahlen zehn Jahre früher bei uns als die anderen Frequenzen.
Hast Du etwas darüber gehört oder gelesen? Wurde die LQG experimentell verifiziert oder falsifiziert.

Das ist die Theorie; entspricht aber nicht den Beobachtungen.

Im Jahr 2013 beobachteten amerikanische Astronomen den Gammastrahlen-Ausbruch eines sieben Milliarden Lichtjahre entfernten Himmelskörpers. Die Schleifen-Quantengravitation sagt voraus, dass Gammastrahlung abhängig von ihrer Energie unterschiedlich stark in den Raumblasen gebrochen wird. Das ist gleichbedeutend damit, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahlung von deren Energie abhängt. Physiker nennen diesen Effekt Dispersion. Wenn ein Himmelskörper zeitgleich Gammastrahlung mit unterschiedlicher Energie aussendet, sollten diese Strahlungsanteile nach ihrer sieben Milliarden Jahre dauernden Reise durchs All abhängig von ihrer Energie zu unterschiedlichen Zeiten bei uns eintreffen. Die Astronomen fanden jedoch, dass die Gammastrahlung der beiden Himmelskörper GRB 090510A und GRB 130427A unabhängig von der Energie jeweils innerhalb einer Tausendstel Sekunde auf der Erde ankam. Sie folgern daraus, dass der Raun nicht auf der Planck-Skala quantisiert sein kann. Wenn er übehaupt aus "Atomen" bestehen sollte, dann müssten diese kleiner als 1/500stel der Planck-Länge sein.
[Quelle: Einsteins Jahrhundertwerk: Die Geschichte einer Formel]

Ich verstehe das nicht.
Gammastrahlen unterscheiden sich doch nur in ihrer Energie von anderer EM-Strahlung; die Geschwindigkeit bleibt aber gleich (c).

Pluto hat geschrieben:Ich verstehe das nicht.
Gammastrahlen unterscheiden sich doch nur in ihrer Energie von anderer EM-Strahlung; die Geschwindigkeit bleibt aber gleich (c).

Ja, gem. der ART. Doch laut der LQG sind Gamma-Strahlen ein bisschen schneller. Eine bessere Erklärung, als in meinem BEITRAG, kann ich Dir leider nicht geben, weil ich selbst die Quantengravitation nicht wirklich verstehe.

Halman hat geschrieben:...Die LQG erlaubt eine deterministische Sicht der Physik. Es bleibt aber spekulativ, denn die LQG könnte falsifiziert werden und zwar über sehr exakte Messungen der Lichtgeschwindigkeiten von Gamma-Licht und anderem Licht, sagen wir sichtbarem Licht. Gamma-Licht müsste der LQG zufolge um etwa einen Milliardstel schneller sein als die Lichtgeschwindigkeit. Dies hängt damit zusammen, dass in der LQG der Raum deskret ist, gewissermaßen aus "Raumquanten" besteht. Extrem kurzwelle EM-Strahlung kann sich in diesen deskreten Raum etwas leichter und somit geringfügig schneller ausbreiten, als andere EM-Frequenzen. Wenn aber die Messungen ergeben, dass dieser Unterschied nicht besteht, wäre damit eine hoffentlich bald überprüfbare Vorhersage der LQG unzutreffend.

Dein Link spricht gegen die LQG. Sofern sie falsifiziert ist, wäre damit auch die auf die LQG basierende Kosmologie falsifiziert. Vertritt Lee Smolin nicht ein kosmologisches Modell basierend auf der LQG?

Der Wikipedia-Artikel erklärt hierzu unter dem Abschnitt Überprüfbare Vorhersagen:

Die Abweichungen von dem üblichen Wert fallen besonders dann ins Gewicht, wenn die Wellenlänge vergleichbar mit den Knotenabständen und damit der Plancklänge wird, so dass die Photonen gewissermaßen die Quantenstruktur der Raumzeit zu spüren bekommen. Selbst für höchstenergetische kosmische Strahlung beträgt der relative Unterschied jedoch lediglich etwa ein Milliardstel. Ein solcher Effekt hätte Laufzeitunterschiede der verschiedenen spektralen Strahlungsanteile bei kosmischen Gammastrahlenausbrüchen zur Folge.

Wikipedia verweist u. a. auf folgende Quellen:
Potential Sensitivity of Gamma-Ray Burster Observations to Wave Dispersion in Vacuo
Quantum Spacetime Phenomenology

Hallo Halman...welchen Sinn haben schwarze Löcher aus deiner Sicht? LG Rainer

Halman hat geschrieben:Dein Link spricht gegen die LQG. Sofern sie falsifiziert ist, wäre damit auch die auf die LQG basierende Kosmologie falsifiziert. Vertritt Lee Smolin nicht ein kosmologisches Modell basierend auf der LQG?

Sieht ganz danach aus. Ich weiß nicht was Smolin zum Dispersions-Effekt sagt.

Halman hat geschrieben:Der Wikipedia-Artikel erklärt hierzu unter dem Abschnitt Überprüfbare Vorhersagen:

Die Abweichungen von dem üblichen Wert fallen besonders dann ins Gewicht, wenn die Wellenlänge vergleichbar mit den Knotenabständen und damit der Plancklänge wird, so dass die Photonen gewissermaßen die Quantenstruktur der Raumzeit zu spüren bekommen. Selbst für höchstenergetische kosmische Strahlung beträgt der relative Unterschied jedoch lediglich etwa ein Milliardstel. Ein solcher Effekt hätte Laufzeitunterschiede der verschiedenen spektralen Strahlungsanteile bei kosmischen Gammastrahlenausbrüchen zur Folge.

Eben. Das ist das Problem. Ohne Dispersion der Gamma-Strahlung kann es mE keine QLG geben.

Ich muss gestehen, hier stoße ich an meine Grenzen. Was wohl Agent Scullie dazu meint?

Raiauer hat geschrieben:Hallo Halman...welchen Sinn haben schwarze Löcher aus deiner Sicht? LG Rainer

Hm, eine interessante Frage. Nun, es gibt verschiedene Arten von Schwarzen Löchern.

Stellare Schwarze Löcher entstehen, wenn sehr schwere Sterne, wie z. B. Beteigeuze (α Orionis), zur Supernovæ werden.
Wenn der Fusionsbrennstoff verbraucht, kommt die Sternfusion zum Erliegen und der Stern stürzt infolge der Gravitation in sich zusammen. Dabei kommt es zu Schockwellen, durch die der Stern buchstäblich explodiert: Ein großer Teil der Sternmasse wird ins All geschleudert und es entsteht daraus ein Emissionsnebel. Doch ein Teil der Masse kollabiert zum Schwarzen Loch.

Mittelschwere Schwarze Löcher von mehreren Tausend Sonnenmassenwurden wurden in Kugelstenhaufen entdeckt.

Supermassive Schwarze Löcher sind von ganz anderem Kaliber und haben Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Diese sind meines Wissens die Keimzellen für die Entstehung von Galaxien. Diesbezüglich verweise ich auf den Artikelabschnitt supermassereiche Schwarze Löcher und ihre Bedeutung für Leben.

Diese Verbindung mag auf den ersten Blick weit hergeholt erscheinen, aber die in diesem Eintrag vorgestellten Aspekte machen klar, dass superschwere Löcher bedeutsam für das Leben auf der Erde sind. Zunächst ist da die gemeinsame Entwicklung von zentralem Superloch und umgebender Galaxie. Die saloppe Kausalkette lautet: Ohne Loch, keine Galaxie. Ohne Galaxie, keine Sonne. Ohne Sonne, keine Erde. Ohne Erde, kein Leben.