Gedanken zur Dunklen Materie | Seite 18 | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Gedanken zur Dunklen Materie

kirk11

Mitglied
"Ein beliebiger Körper mit tatsächlich unendlicher Dichte würde wohl das halbe Universum durch seine ebenso unendliche Gravitation anziehen..."

Würde man die Sonne auf unendliche Dichte zusammendrücken, dann würde uns ... nichts passieren (außer, dass es dunkel würde). Das Gravitationsfeld (oder die Raumkrümmung) bliebe in unserer Distanz zur Sonne absolut unverändert.

Viele Grüße,
Holger
Die Formulierung war sicher überschiessend, aber ich dachte nicht unbedingt dass diese wörtlich genommen wird.

Zuerst einmal möchte ich dazu anmerken, dass es mW nichts in der Astrophysik gibt, was man mit unendlich bezeichnen kann und was dann einer strengen Überprüfung standhalten würde.

Weder das Alter noch die Größe des Universums ist unendlich, noch irgendein Bestandteil des Universums...

Aber ich lasse mich gerne eines Besseren belehren.

Unendlich mag in der Mathematik auch wörtlich genommen zutreffend bzw. sinnvoll zu verwenden sein, in der 'echten Welt' gibt es allenfalls Annäherungen an unendlich - das ist zumindest meine Überzeugung.
----------------------------------------------------------------------------------------------
Wenn man die Masse von 3 Sonnen als Refernzgröße heranzieht:
natürlich stimmt es dass es ab einer gewissen Entfernung egal ist wie dicht die dazugehörige Materie ist.

Das ist aber nur die halbe Wahrheit, weil es gibt auch die Wirkung in der näheren Umgebung.

So bewirkt eine höhere Dichte (bei gleicher Masse) eine höhere Raumkrümmung.

Spektakulär ist dann eben dieser Effekt bei den SL, wo durch gar nicht so viel (Ausgangs-)Masse (eben ab ca. 3 Sonnenmassen) die Raumstruktur grundlegend umgeändert wird, sodass dann durch die Raumkrümmung bekanntlich nicht einmal mehr Photonen das SL verlassen können.
Wobei ich davon ausgehe das die Singularität (sollte es eine solche geben) zwar eine sehr hohe aber keine unendliche Dichte aufweist.
Was eine tatsächlich unendliche Dichte in der Größenordnung ab 3 Sonnenmassen (dieses Szenario gibt es mE aber nur in der Theorie) mit der sie umgebenden Raumstruktur machen würde - wahrscheinlich etwas noch um einiges Spektakuläreres als das was wir schon von SL kennen.
 

kirk11

Mitglied
Hallo Peter,

so etwas vermutlich eher nicht :)

Irgendeine Quanten-Raumzeit wird es sein müssen, aber so weit ist man ja noch nicht. Fest steht nur, dass mit der geltenden ART nichts innerhalb des Ereignishorizonts in einem stationären Zustand bestehen kann. Dies völlig unabhängig von Wechselwirkungen oder Materiesorten (ob aus dem Standardmodell oder beliebig exotisch). Hier zeigt sich die enorme Mächtigkeit der ART: Sie bietet einfach kein Bezugssystem, in dem irgendetwas überdauern könnte. Also kann da, so lange die ART gilt, nichts sein. Erst unmittelbar an der Singularität dürfte die ART ihren Gültigkeitsbereich verlassen, da wäre dann noch einiges möglich ...

Viele Grüße,
Holger
...Fest steht nur, dass mit der geltenden ART nichts innerhalb des Ereignishorizonts in einem stationären Zustand bestehen kann...

Wenn man ein (theoretisches) SL heranzieht, welches komplett isoliert ist von Materie-Nachschub oder sonstigen Wechselwirkungen mit seinem Umfeld, dann würde dieses SL komplett unverändert Milliarden von Jahren vor sich hin dämmern.
Da würde ich eher sagen dass da alles (und nicht nichts) 'stationär' ist - was auch immer das konkret sein mag...

...Erst unmittelbar an der Singularität dürfte die ART ihren Gültigkeitsbereich verlassen, da wäre dann noch einiges möglich ...

Bei meinem Modell würde das unmittelbar an der Singularität den (hypothetischen) Masse-Radius von 1 mm betreffen, in Bezug auf die kleinsten stellaren SL.
Der Rest des SL wäre quasi Masse-frei (abgesehen von etwaiger gerade frisch ins SL hereinfallender Materie).
 

holger_merlitz

Mitglied
"...Erst unmittelbar an der Singularität dürfte die ART ihren Gültigkeitsbereich verlassen, da wäre dann noch einiges möglich ...
Bei meinem Modell würde das unmittelbar an der Singularität den (hypothetischen) Masse-Radius von 1 mm betreffen, in Bezug auf die kleinsten stellaren SL."


Kirk, da liegst Du locker 32 Zehnerpotenzen daneben: Wir reden von der Planck-Länge (10^-35m), wenn wir vom Ende des Gültigkeitsbereiches der ART, bzw. vom Bereich unmittelbar an der Singularität des SL sprechen :cool:

Viele Grüße,
Holger
 

kirk11

Mitglied
Da sieht man wieder einmal wie relativ vieles ist, einerseits nur um 1 mm daneben, andererseits um gleich 32 Zehnerpotenzen...

Aber im Ernst: mir ist schon klar dass sich mein Modell wesentlich von einem Konzept mit einer echten physikalischen Singularität unterscheidet.

Aber wer glaubt denn ernsthaft, dass es eine solche Singularität (mit ~ 0 mm Radius & unendlicher Dichte) in einem SL tatsächlich gibt ?
Ich - nach derzeitigem Wissensstand - jedenfalls nicht.

Was soll denn diese Singularität aussagen ? Gibt es nach dieser Logik nun einen Bereich (im quasi kleinst möglichen Maßstab) welcher für die Gravitation eines SL verantwortlich ist oder nicht ?
Und wenn ja, ist dieser Bereich als Materie oder Energie oder... zu interpretieren ?

Echte physikalische Singularitäten genauso wie 'unendlich' gibt es mE im Universum nicht.
Das ist eine rein mathematische Umschreibung, für die früher oder später die richtigen Werte eingesetzt werden müssen.

Raumkrümmung ist für mich jedenfalls eine Wirkung - ohne permanente Ursache (egal ob diese Ursache von Materie, Energie oder eine Kombination beider stammt) ist diese nicht dauerhaft aufrechtzuerhalten.

Du glaubst es gibt keine Materie in einem SL, gut, aber wodurch bleibt dann die Raumkrümmung über Milliarden von Jahren bestehen oder nimmt sogar noch zu ?

Zum Schluß noch einmal kurz zurück zu meinem theoretischen Modell:
bei bekannter Entstehungsmasse (3 Sonnenmassen) des SL & dem Radius von 1 mm der komprimierten Materie kann man ja möglicherweise die Dichte sowie dadurch auch die Gravitation / Raumkrümmung ableiten.

Wenn sich daraus berechnen ließe dass sich das dann nicht mit einer Bildung eines Ereignishorizonts ausgeht, dann wäre (für die gewählten Werte) mein Modell falsifiziert.
 

kirk11

Mitglied
Bei Materie in Bezug auf SL sollte man wohl 2 Kategorien unterscheiden:

1. Die Ausgangsmaterie (ab 2 - 3 vom ursprünglichen Stern verbliebenen Sonnenmassen), aus welcher sich durch den Gravitationskollaps das SL bildet.

Lassen wir erstmals dahingestellt ob die Materie dies 'überlebt'; aber wenn dann wohl in einer ziemlich 'entarteten' Form, in extremer Kompaktheit & Dichte.

2. Die einfallende Materie, welche sich dem SL so weit genähert hat, dass ein Entkommen der Gravitation des SL nicht mehr möglich ist.

Während Materie Typ 1. quasi durch den Druckhammer des Gravitationskollaps markant komprimiert oder sogar in Nicht-Materie transformiert wurde, überquert Typ 2. den Ereignishorizont (speziell bei den schwereren SL-Typen) wohl in noch relativ unbeschadetem Zustand.

Wenn man jetzt von einem Materie-freien SL ausgeht, was passiert in der Folge mit der einfallenden Materie ?

Wird diese auch in Nicht-Materie umgewandelt (und wenn ja wodurch) oder bleibt diese als Materie bestehen und bewegt sich die folgenden Milliarden Jahre irgendwie durch ein SL welches nach der Entstehung nur aus Gravitation / Raumkrümmung bestanden hat ?
 
Zuletzt bearbeitet:

P_E_T_E_R

Mitglied
Wird diese auch in Nicht-Materie umgewandelt (und wenn ja wodurch) oder bleibt diese als Materie bestehen und bewegt sich die folgenden Milliarden Jahre irgendwie durch ein SL welches nach der Entstehung nur aus Gravitation / Raumkrümmung bestanden hat ?
Ein Schwarzes Loch mit zehnfacher Sonnenmasse hat ja gerade mal einen Schwarzschild-Radius von 30 km.
Vom Ereignishorizont bis zur Singularität sind's mit Lichtgeschwindigkeit dann gerade mal 0,0001 Sekunden, oder 100 Mikrosekunden!
 

kirk11

Mitglied
Wie schnell sich einfallende Masse zur Singularität bewegt, beantwortet ja wohl noch nicht die Frage ob einfallende Materie als Materie im SL erhalten bleibt oder nicht.

Ich beziehe mich auf die hier postulierten Materie-freien SL. Damit diese Materie-frei bleiben können, müßte es einen Mechanismus geben welcher einfallende Materie (und das können z.B. bei supermassereichen SL ganz schöne Brocken sein) auch in Nicht-Materie umwandelt.

Was passiert denn eigentlich wenn sich die Wege kreuzen von z.B. einem SL mit 10 Sonnenmassen und einem Stern mit 40 Sonnenmassen: wird - trotz der höheren Masse - der Stern in das SL gezogen und (wenn ja) führt das dann zu leichten 'Verdauungsproblemen' ? ;)

Zum Schluß noch eine für mich sehr interessante Frage, zu welcher ich soweit ich mich erinnern kann noch keine konkrete Information gelesen habe:
Wie lange ca. dauert der Prozess vom Beginn eines Gravitationskollapses bis zur Bildung eine SL (bei ausreichender Ausgangsmasse) ?
 

hhh

Mitglied
Was passiert denn eigentlich wenn sich die Wege kreuzen von z.B. einem SL mit 10 Sonnenmassen und einem Stern mit 40 Sonnenmassen: wird - trotz der höheren Masse - der Stern in das SL gezogen und (wenn ja) führt das dann zu leichten 'Verdauungsproblemen' ? ;)
Das geht nicht sofort. Es wird sich ein Doppelsystem bilden und das SL wird Materie (Gas) vom Stern abziehen (Akkretionsscheibe).

Die Gravitationskräfte werden Richtung Singularität immer stärker. Auch wenn man bei einem großen SL den Ereignishorizont lebend durchschreiten kann, lange überlebt man das dann nicht innerhalb davon tauschen Raum/Zeit die Rollen (salopp formuliert) - es gibt nur noch die eine Richtung. Man kann sich also innerhalb nicht "gemütlich" aufenthalten und erstmal ein paar Runden drehen.

Wie lange ca. dauert der Prozess vom Beginn eines Gravitationskollapses bis zur Bildung eine SL (bei ausreichender Ausgangsmasse) ?

Sobald der Radius der Materie kleiner als der Ereignishorizont ist, sieht es für außen wie ein SL aus. Innerhalb ist ja nicht mehr beobachtbar.
 

kirk11

Mitglied
Die Gravitationskräfte werden Richtung Singularität immer stärker. Auch wenn man bei einem großen SL den Ereignishorizont lebend durchschreiten kann, lange überlebt man das dann nicht innerhalb davon tauschen Raum/Zeit die Rollen (salopp formuliert) - es gibt nur noch die eine Richtung. Man kann sich also innerhalb nicht "gemütlich" aufenthalten und erstmal ein paar Runden drehen.

Bei einem Materie-freien SL müßte sich ja eigentlich das Thema Singularität erübrigen.
Oder aus was anderem als aus Materie (extremster Dichte) soll denn eine Singularität bestehen ?

Aber selbst wenn wir bei dem Konzept mit einer Singularität bleiben, kenne ich immer noch keine nachvollziehbare Theorie wie aus einfallender Materie Nicht-Materie wird.
Wo sich diese Materie befindet (wenn die Umwandlung in Nicht-Materie doch nicht stattfindet) ist wieder ein anderes Thema.

Sobald der Radius der Materie kleiner als der Ereignishorizont ist, sieht es für außen wie ein SL aus. Innerhalb ist ja nicht mehr beobachtbar.

Diese Zusammenhänge sind mir schon klar.

Aber ich meinte es folgendermaßen:

Wenn z.B. am Freitag, den 15.1.2021 um 11:00 der Gravitationskollaps eines Sterns mit entsprechend hoher Masse beginnen würde, um welche Uhrzeit / welches Datum hätten wir dann das daraus entstandene SL ?

Oder weiß man das schlicht noch nicht ?

Zurück zu meinem Modell mit einem 1 mm-Radius des Materiekerns im SL mit 3 Sonnenmassen:

da ergibt sich nach meiner Berechnung ein Schwarzschildradius von ~ 8893 km.

Das ist um viele Potenzen größer als der von mir herangezogene Radius von 1 mm und ein Ereignishorizont würde sich natürlich bilden.

Umso mehr ist es mir unverständlich warum (nach meiner Beobachtung) sich sehr wenig Gedanken darüber gemacht wird, wie ein SL mit Materiekern (für den Radius wäre da ja sogar noch ordentlich Luft nach oben, bei 3 Sonnenmassen) funktionieren könnte.
Falsifizieren ließe sich eine solche Lösung derzeit wohl nicht - aber vielleicht übersehe ich da irgendwelche Details.

Stattdessen geht's fast immer nur um die Singularitäts-Lösung bzw. sogar um Modelle komplett ohne Materie.
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Wenn z.B. am Freitag, den 15.1.2021 um 11:00 der Gravitationskollaps eines Sterns mit entsprechend hoher Masse beginnen würde, um welche Uhrzeit / welches Datum hätten wir dann das daraus entstandene SL ? Oder weiß man das schlicht noch nicht ?
Das Schwarze Loch entsteht ja erst in dem Augenblick, wo die kollabierende Masse des Vorläufersterns den Ereignishorizont unterschreitet. Und von dort bis zur Singularität in der Mitte braucht's dann bei einem typischen stellaren SL nur noch 100 Mikrosekunden. Der Gravitationskollaps setzt auch nicht plötzlich ein, sondern zieht sich über einen längeren Zeitraum hin, währenddessen die Fusion allmählich zurückgeht, so dass der Strahlungsdruck der Gravitation immer weniger standhalten kann.

In einem Gedankenexperiment kann man sich allerdings vorstellen, die Fusion plötzlich ganz abzuschalten und dann fragen, wie lange es dauert, bis der Stern nur noch unter der Wirkung seiner Gravitation effektiv zu einem Punkt kollabiert.

Die dafür erforderliche Zeit ergibt sich als Freifallzeit aus dem dritten Gesetz von Kepler zu

t_ff = SQRT [ π² R³ / (8 G M) ]

Z.B. für einen Stern mit zehnfacher Sonnenmasse und doppeltem Sonnenradius

M = 10 M_s ~ 2 x 10^31 kg
R = 2 R_s ~ 1,4 x 10^9 m

bekommt man

t_ff ~ 1592 s ~ 26,5 m

Also dauert der Kollaps vom Radius R auf null etwa eine halbe Stunde. Wohlgemerkt für das akademische Szenario einer plötzlichen Abschaltung der Kernfusion. Bei einer graduellen Abschaltung dauert der Kollaps wesentlich länger.
 

kirk11

Mitglied
Vielen Dank für diese präzisen Ausführungen.

Aber ist nicht eine Supernova (oft, meistens oder immer) quasi ein 'time marker' für den Beginn des Gravitationskollaps der (dann) verbliebenen Sternenmasse ?
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Wenn die Supernova hochgeht, dann ist der Gravitationskollaps schon durchgelaufen: Type II Supernova
Die Explosion markiert ja nicht den Beginn, sondern eher das Ende vom Kollaps.
Wobei die expandierende Hülle noch Monate danach leuchtet ...
Ein durchgelaufender Gravitationskollaps im Sinne dass schon ein SL besteht wohl nicht, zumindest gibt das weder die deutsche noch die englische Wiki-Version her.

Aber dass eine Supernova nicht komplett am Anfang des Gravitationskollapses steht, das ist der englischen Version schon zu entnehmen.

Als 'time marker' für den Zeitpunkt 0 also nicht geeignet, aber man könnte wahrscheinlich etwas zurückrechnen um diesen ~ zu ermitteln.

When the compacted mass of the inert core exceeds the Chandrasekhar limit of about 1.4 M☉, electron degeneracy is no longer sufficient to counter the gravitational compression. A cataclysmic implosion of the core takes place within seconds. Without the support of the now-imploded inner core, the outer core collapses inwards under gravity and reaches a velocity of up to 23% of the speed of light and the sudden compression increases the temperature of the inner core to up to 100 billion kelvins. Neutrons and neutrinos are formed via reversed beta-decay, releasing about 1046 joules (100 foe) in a ten-second burst. Also, the collapse of the inner core is halted by neutron degeneracy, causing the implosion to rebound and bounce outward. The energy of this expanding shock wave is sufficient to disrupt the overlying stellar material and accelerate it to escape velocity, forming a supernova explosion.

Anschließend bildet sich dann entweder ein Neutronenstern oder ein SL (wenn man die Bildung eines Quarksterns als noch rein hypothetisch einstuft).
 

kirk11

Mitglied
Das Schwarze Loch entsteht ja erst in dem Augenblick, wo die kollabierende Masse des Vorläufersterns den Ereignishorizont unterschreitet. Und von dort bis zur Singularität in der Mitte braucht's dann bei einem typischen stellaren SL nur noch 100 Mikrosekunden.

Mit dieser Darstellung stehst Du ja bei weitem nicht alleine, sowohl viele Mitposter als auch zahlreiche Quellen sehen das (sinngemäß) genauso.

Ich kann das aber nach derzeitigen Wissenstand nicht nachvollziehen (dass es zur Entstehung einer Singularität kommen muß).

Gehen wir das Schritt für Schritt (und wohl auch ART-konform) an:

Wann ist die Fluchtgeschwindigkeit > Lichtgeschwindigkeit ?
Wenn sich ein Ereignishorizont gebildet hat.
Wann bildet sich (u.a.) ein Ereignishorizont ?
Wenn der Radius einer Masse kleiner als der (dazugehörige) Schwarzschildradius ist.
Wann ist der Radius einer Masse kleiner als der (dazugehörige) Schwarzschildradius ?
Das hängt in erster Linie von der Dichte der Masse ab; also wenn der Radius der Sonne zB 2 km wäre, dann würde sie einen Ereignishorizont haben, da ihr Schwarzschildradius 3 km im Radius ist.

Bei einem SL mit 3 Sonnenmassen kann man sich ja dann leicht ausrechen wie groß der Radius noch sein kann, damit sich ein SL (mit Ereignishorizont) bildet.
Dass ich mit einem erheblich geringeren Radius rechnen würde (in der Größenordnung von 1 mm), das ist meine persönliche Vermutung aber keineswegs mathematisch zwingend - er könnte erheblich größer sein.

Was für ein 'Killerargument' gibt es nun dass der Gravitationskollaps bis zur Bildung einer Singulartität weitergehen muß und dass die kollabierende Materie nicht schon früher eine Konfiguration erreicht, welche den Kollaps mit erheblich geringer (Masse-)Dichte zum Stillstand bringt ?
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Aber dass eine Supernova nicht komplett am Anfang des Gravitationskollapses steht, das ist der englischen Version schon zu entnehmen.
Wo sollte denn die enorme Energiefreisetzung der Supernovaexplosion auch herkommen, wenn diese schon zu Beginn des Gravitationskollapses auftreten würde?

Allein durch die Kontraktion eines Sterns wird bereits eine erhebliche Energie freigesetzt. Das Gravitationspotential eines Sterns mit Masse M und Radius R berechnet sich zu

U = - (3/5) G M²/ R

Z.B. für einen Stern mit zehnfacher Sonnenmasse und doppeltem Sonnenradius käme man bei Kontraktion auf den Radius null auf 10^43 Joule, bei hundertfacher Sonnenmasse und dreifachem Sonnenradius auf ca. 10^45 Joule, etc.

Erst durch die dadurch verursachte Aufheizung werden die im Wikipediaartikel genannten kataklysmischen Kernprozesse im Inneren des Sterns überhaupt möglich.

Was für ein 'Killerargument' gibt es nun dass der Gravitationskollaps bis zur Bildung einer Singulartität weitergehen muß und dass die kollabierende Materie nicht schon früher eine Konfiguration erreicht, welche den Kollaps mit erheblich geringer (Masse-)Dichte zum Stillstand bringt ?
Mit dieser Frage hat sich ja bereits der Nobelpreisträger Roger Penrose in seinem bahnbrechenden Papier von 1965 auf rein mathematische Weise befasst:

Gravitational Collapse and Space-Time Singularity
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Dass auf meine glasklare formulierte Frage bisher keine eigenständige Antwort sondern 'nur' eine Verlinkung kam (trotzdem natürlich vielen Dank dafür !) erkläre ich mir weniger als ein Manko an Wollen als an Können.

In dem Sinne dass die (weitgehende) Festlegung auf eine Singularität in SL zwar schon vor fast 60 Jahren getroffen wurde (auch Hawkings hat da mitgemischt), aber diese ziemlich allgemein gehalten und - selbst für astrophysikalische Maßstäbe - wohl sehr komplex und schwer verständlich ist.

Den deutschsprachigen Link zur Thematik Singularitäten-Theorem – Wikipedia habe ich mir natürlich auch durchgelesen, aber das ist mE echt schwer verdauliche Kost.

Dies auf einige auch für den 'Normalsterblichen' verständliche Sätze zu kompromieren (wo man dann auch wirklich weiß worum es geht), wird wohl nicht so einfach sein...

Aus dem Artikel zitiert

...Vereinfacht gesprochen enden also Weltlinien von Beobachtern oder Lichtteilchen einfach an einer Stelle, die nicht mehr zum Raum gehört...

das wäre zwar schon sehr schön kurz gehalten, aber warum ich deswegen verstehen soll dass ein SL eine Singularität enthalten muß, erschließt sich mir leider nicht so ganz.
 

kirk11

Mitglied
Naja, bei einfach immer nur dichterer Materie würde sich die Fluchtgeschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit immer mehr annähern, diese aber nie erreichen. Da muss schon noch irgendwas anderes beim "Übergang" passieren.

Eine späte Replik auf diesen Beitrag #500:

Das ist doch gegen die ART.
Bei immer dichter werdender Materie - ausgehend von der Dichte eines großen Neutronensterns - ist recht bald ein Wert erreicht, bei welchem der Radius der Masse unter den seines Schwarzschildradius fällt.
Damit ist - von der Theorie her - die Entstehung eines Ereignishorizonts verbunden und auch dass die Fluchtgeschwindigkeit > Lichtgeschwindigkeit geworden ist.

Von dieser Seite wäre von der Theorie her alles auf grün geschaltet für ein SL mit sehr dichtem Materiekern.

Für die Bildung eines Ereignishorizonts benötige ich (bei weitem) keine Singularität.

In Bezug auf das Singularitäten-Theorem ist aus meinem Wissensstand anzumerken, dass diese schon älteren Ausführungen in den Folge-Jahrzehnten wohl nicht wirklich weitergeführt bzw. ausgebaut wurden.
'Offiziell' zwar wohl noch 'gültig' aber 'inoffiziell' - speziell von der jüngeren Generation Astrophysiker - oftmals nicht mehr so wirklich für bare Münze genommen, siehe zB. auch Post #457 (Ein Zitat von Andreas Müller):

...Schwarze Löcher sind also aller Wahrscheinlichkeit nach keine echten Singularitäten. Aber was sie am Ende wirklich sind, wissen wir trotzdem noch nicht…
 

kirk11

Mitglied
Einen ziemlich radikal anderen Ansatz zum Verständnis von SL stellt hier niemand Geringerer als Stephen Hawkings vor:


Mein Zwischenfazit rund um das Thema SL:

Man sollte da nichts zu leicht als fix und unwiderlegbar betrachten und andererseits auch nicht zu leichtfertig Hypothesen als unmöglich einstufen solange sich diese nicht wirklich zweifelsfrei falsifizieren lassen.
 

hhh

Mitglied
Der oben zitierte Artikel ist nicht gut geschrieben. Besonders die "anschaulichen" Beschreibungen sind einfach nicht brauchbar.
Zur Arbeit von Hawking selbst - es fehlt eine fertige Theorie. Es sind ein paar interessante Gedanken, mehr nicht (und dass ein Quantenübergang der Raumzeit die "Singularität" verhindern kann, das wurde hier schon mehrfach erwähnt). Hawking war zwar ein brillanter Physiker, aber auch nicht unfehlbar und vielen seiner Ideen fehlt die Grundlage, von einem fertigen theoretischen Grundgerüst ganz zu schweigen (hätte er vielleicht bei besserer Gesundheit liefern können, leider blieb ihm seine Krankheit nicht erspart).

Wie auch immer, die ART ist momentan die einzige Theorie die wir dafür haben. Die Gültigkeit der ART wurde bereits mit unzähligen Experimenten gezeigt, auch unter extremen Bedingungen.
 

kirk11

Mitglied
Aber es ist doch interessant dass sogar Hawking (immerhin einer der beiden Autoren des Singularitäten-Theorems), in späteren Jahren in Punkto SL wieder in ganz andere Richtungen überlegte.

Die ART ist unbestritten ein ausgezeichnetes Werkzeug, aber sie ist nicht der Inhalt.

Viele Zusammenhänge kann man durch sie ableiten, aber zuerst benötigt man einmal Daten, Fakten etc. um sie sinnvoll anwenden zu können.

Die für mich derzeit brennendste Frage ist, wie es mit einem Gravitationskollaps in Zusammenhang mit der Bildung eines SL ausgeht.

Geht dieser wirklich soweit durch, dass sich entweder die sog. Singularität bildet oder sogar die ganze Materie transformiert wird und dadurch verschwindet ?

Das Singularitäts-Theorem setzt offensichtlich voraus, dass der Gravitationskollaps nicht durch eine Umorganisation der Materie gestoppt werden kann, bevor es zur Singularität kommt. Daraus ergeben sich dann die allgemein formulierten Folgerungen.

Aber kann dieses Theorem einen Stopp des Gravitationskollapses vor Erreichen einer Singularität falsifizieren ?
Ich denke nicht.

Schon im innersten Bereich eines Neutronensterns könnten sich Materie-Strukturen entwickeln, welche von der Dichte her einen Ereignishorizont haben könnten, wenn aus ihnen ein kompletter Himmelskörper bestünde.

Aus der Wiki-Definition von Neutronensternen:

Welche Materieformen ab einer Tiefe vorliegen, bei der die Dichte auf das Fünf- bis Zehnfache[27] der von Atomkernen steigt, ist unbekannt, da sich derartige Dichten bisher auch bei Kollisionen von Atomkernen in irdischen Teilchenbeschleunigern nicht erzeugen und damit auch nicht studieren lassen.

...Schon darunter beginnt möglicherweise eine Kernzone mit Pionen oder Kaonen. Da diese Teilchen Bosonen sind und nicht dem Pauli-Prinzip unterliegen, könnten einige den gleichen energetischen Grundzustand einnehmen und damit ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat bilden. Dabei könnten sie dem enormen Außendruck wenig entgegensetzen, so dass ein zweiter Kollaps zu einem Schwarzen Loch möglich wäre.[28] Eine weitere Möglichkeit wäre das Vorliegen freier Quarks.
...

Weder optisch zugänglich noch experimentell zu ermitteln ist es für mich die ehrlichste und zutreffendste Sprachregelung sich darauf zu einigen, dass man letztendlich nicht weiß wie der Gravitationskollaps im Inneren des SL endet.

Theoretisch - von der notwendigen Dichte her - ließe sich wohl schon mittels (freier) Quarks ein stabiles Himmelsobjekt mit Ereignishorizont berechnen.
Ob bzw. welche Materiestruktur dann tatsächlich im Kernbereich eines SL existiert, das bleibt mE bis auf weiteres spekulativ.
 

AstroPZ

Mitglied
Danke an @P_E_T_E_R und andere,

eure fundierten Antworten und Geduld auf laienhaften Gedanken sind immer Spitze!
Man kann da immer viel lernen.

Gruss
 
Zuletzt bearbeitet:

AstroPZ

Mitglied
Ich nehme an Du meinst hier konkret mich mit dem Laien, für den man immer so viel Geduld aufbringen muß ?
Hi Captain,

könnte sein. ;)

Aber ist gut wie das hier abläuft. Da gibt es andere "kontroversere" Fäden. ;)

Ich habe übrigens Physik bis zum hohen Abschluss studiert.
Ich kann hier zwar nicht fundiert mitreden, da nicht mein Gebiet, aber ich kann durch mein eigenes Studium sehr gut abschätzen wieviel komplexe Mathematik und Theorie da notwendig ist und wieviel Jahre an intensivem Lernen das benötigt um einen professionellen Wissensstand aufzubauen.

Gruß
Peter
 

kirk11

Mitglied
Beim Thema SL - wenn man so ein bisschen die diversen Astro-Foren durchstöbert - gibt's von 100 Postern so ungefähr 100 verschiedene Meinungen und Vorstellungen, so viel wie bei kaum einer anderen Materie.

Woran Du meine Laienhaftigkeit - z.B. im Bereich SL - konkret festmachst würde mich schon interessieren.

Noch mehr würde mich interessieren, was Du denn so für eine Meinung hast zu SL, deren Struktur, etc.

Ich habe nie verheimlicht dass ich kein Studium sowie berufliche Tätigkeit im Bereich Astrophysik hinter mir habe, aber wenn man sich lange genug für diesen Bereich interessiert und sich einigermaßen ausführlich damit beschäftigt hat, dann sollten durchaus auch sinnvolle Stellungnahmen möglich sein.

Ich meine ein Forum wie dieses sollte nicht nur dazu dienen, die jeweiligen Mainstream-Positionen nachzubeten, welche sowieso (z.B. über Wikipedia oder auch höherwertigere Quellen) überall nachzulesen sind.
Sondern diese auch punktuell zu hinterfragen, speziell wo das Wissensgebäude noch größere Lücken hat, wie z.B. (hier in diesem Thread) im Bereich DM und SL, wenn man nach bestem Wissen der Meinung ist dass es Alternativ-Szenarios geben könnte und man diese zur Diskussion stellen möchte.
 

AstroPZ

Mitglied
Hi Kirk @kirk11 ,

also erstmal, ich habe studiert, aber ich habe definitiv kein fundiertes Wissen über die Theorie der ART/SL und bin damit Laie. Einen Unterschied gibt es aber, ich habe in meinem Studium (experimentelle Kernphysik) ähnliche vielleicht nicht ganz so komplexe, andere Theorien gelernt. Daher kann ich das ein bisschen abschätzen, wie komplex die Theorie der ART/SL ist und was nötig ist sie zu verstehen. Selbst Einstein hat mehrere Jahre benötigt bis er die ART und die Mathematik dahinter verstanden und aufgebaut hat.
Das sollte einem zu denken geben.
Die Grundideen (konstante Lichtgeschwindigkeit, Äquivalenzprinzip, ..) zur ART sind allerdings nicht sehr schwierig zu verstehen.

Mir geht es auch definitiv nicht darum Menschen abzuwerten, die nicht studiert haben.
Der Begriff Laie ist leider tatsächlich ein bisschen abwertend. Ich kenne aber keinen anderen Begriff der den Unterschied zwischen einem Menschen, der eine Sache bis in grosse Tiefe gelernt und verstanden hat und einem, der nur an der Oberfläche kratzt. Oft ist leider bei der zweiten Gruppe auch wenig Einsicht da, dass man eine Theorie erst dann wirklich fundiert hinterfragen kann, wenn man sie wirklich verstanden hat und oft denken sie fälschlicherweise auch, sie hätten diese Theorie komplett verstanden und unterschätzen komplett die Komplexität einer Theorie.

Noch ein paar Anmerkungen von meiner Seite, denen man sich mM immer bewusst sein sollte:

1. Die ART ist nur eine Theorie, keine "wahre" Beschreibung" was "wirklich" passiert. Sie ist extrem erfolgreich und damit "richtig", weil sie extrem gute und überprüfbare Vorhersagen macht und sie kann wie jede Theorie nur falsifiziert werden.

2. Im Kern eines SL sagt sie aber eine Singularität vorher. Singularitäten scheint es aber in unserem Kosmos grundsätzlich nicht zu geben (ein Postulat). Daher ist sie an dieser Stelle einfach falsch und muss hier ergänzt, verbessert werden. Und es ist auch müßig darüber im Rahmen der ART zu diskutieren.

3. Was hinter dem Ereignishorizont passiert kann nach bisherigem Wissen nicht beobachtet werden, daher ist alles darüber im Grunde Spekulation.

4. Die ART hat das Problem, dass sie eigentlich eine klassische Theorie ist Sie benützt nicht das sehr anschauliche Paradigma von Austauschteilchen zur Kraftwirkung. Solange man die Existenz dieser Austauschteilchen nicht komplett ausschliessen kann, kann das richtig aber auch falsch sein.

5. SL sind im Moment nur eine theoretische Vorstellung/Vorhersage. Erst wenn man ein SL wirklich in allen seinen Details beobachten kann und die vorhergesagten Eigenschaften (zB Hawking Strahlung) überprüfen kann, wird es ein "wahres" Objekt. Es darf bezweifelt werden, ob man das jemals erreicht.

6. Noch kurz zur DM. Das ist leider nur eine mM schlecht gewählte Worthülse, die schnell falsche Assoziationen hervorruft. Der Mensch benötigt aber Namen/Bezeichnungen, um etwas zu verstehen.
Die Phänomenologie (gravitative Wirkung, keine Wechselwirkng mit normaler Materie, grossflächige Verteilung, keine "Verklumpung", keine bisher unbeobachtete normale Materie, ..) zur DM ist aber sehr konkret und kann mehrfach und unabhängig überprüft werden. Daher ist es im Moment eher eine Diskussion über die Phänomene und keine konkrete Vorstellung. Das Bild der DM ist sozusagen nur ein Vorschlag.

Wäre nett wenn die Experten einen Fehler in meinen Aussagen oder Ergänzungen mitteilen würden.

Gruß
Peter
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Ich gehe auf 2 Punkte aus meiner Sichtweise ein:

3. Was hinter dem Ereignishorizont passiert kann nach bisherigem Wissen nicht beobachtet werden, daher ist alles darüber im Grunde Spekulation.

Prinzipiell richtig.
Aber so wie bei DM (welche man auch noch nicht direkt beobachten kann und dessen Zusammesetzung noch immer vollkommen im Dunklen liegt) intensiv geforscht und überlegt wird, so macht das bei SL mE genauso Sinn.
Die Alternative wäre sich mit dem aktuellen Stand des Wissens möglicherweise für Jahrzehnte zufrieden geben zu müssen (bis diesbezüglich irgendwelche bahnbrechende neuen Forschungserkenntnisse vorliegen).

5. SL sind im Moment nur eine theoretische Vorstellung/Vorhersage. Erst wenn man ein SL wirklich in seinen Details beobachten kann und die vorhergesagten Eigenschaften (zB Hawking Strahlung) überprüfen kann, wird es ein "wahres" Objekt. Es darf bezweifelt werden, ob man das jemals erreicht.

Das sehe ich nicht ganz so.
Ein SL konnte in den letzten Jahren als Echtbild aufgenommen werden, die gravitativen Auswirkungen sind unstrittig, das Vorhandensein eines Ereignishorizonts (und dass dadurch nichts das SL verlassen kann) ist auch weitestgehend unantastbar.

Bei der inneren, nicht beobachtbaren Struktur wird es aber in der Tat naturgemäß theoretisch.
Das unbedingte Vorhandensein einer Singularität ist aus meiner Sicht nur sehr schwach theoretisch nachgewiesen - das diesbezüglich noch am meisten referenzierte Quelle ist nach meiner Recherche das sehr allgemein gehaltene Singularitäts-Theorem von Penrose & Hawking.
Wenn aber nicht einmal mehr Co-Autor Hawking dieses in seinem späteren Wirken sonderlich ernst genommen haben dürfte (siehe meine obige Verlinkung mit seinen recht wilden alternativen Theorien zu SL), dann sollte man das wohl nicht wie eine 'heilige Kuh' behandeln.

Und an diesem Punkt setzten meine Überlegungen an, sich theoretisch auch mit den verschiedenen Möglichkeiten eines Materiekerns im Zentrum des SL zu beschäftigen.

Beim ersten logischen Kandidaten (mit der noch relativ am geringsten Dichte), den Quarks, gab es ja z.B. diese interessanten Forschungsansätze:


Soweit ich diesbezüglich im Bilde bin, waren diese (noch) nicht erfolgreich, aber es geht mir ja auch mehr um den möglichen Konnex von SL und Quarks. Wenn das nachweisbar wäre - im Rahmen eines Gravitationskollapses würden wohl theoretisch genug freie Quarks entstehen...
 

kirk11

Mitglied

Bei diesem Link ist das Singularitäten-Theorem erheblich ausführlicher und mE auch um einiges verständlicher aufbereitet als bei Wikipedia.

Daraus zitiert:

...Ist die Gravitationskraft stark genug, führt der Gravitationslinseneffekt dazu, dass eine Oberfläche in der Raumzeit eingeschlossen wird. Es handelt sich um eine zweidimensionale geschlossene Fläche ähnlich einer Kugel, sodass alle Lichtstrahlen, die senkrecht zur Oberfläche einfallen, konvergieren. Dies steht im Kontrast zu einer Kugeloberfläche in der flachen Raumzeit, wo nach außen gerichtete Lichtstrahlen divergieren. Anders gesagt: Wegen des Gravitationseffekts kann Licht der eingeschlossenen Oberfläche niemals entkommen...

Hier ist im Prinzip der Effekt beschrieben welcher entsteht, wenn ein Ereignishorizont existiert bzw. sich gebildet hat.

...Ist die Gravitationskraft stark genug ist aber sehr unspezifisch und sagt z.B. nichts darüber aus ob diese Gravitationskraft nur durch eine Singularität (oder nicht auch durch eine extrem dichte Materie) erzeugt werden kann.

Obwohl ich ja nicht gerade der große 'Formel-Freund' bin fehlt mir bei diesem Theorem jedenfalls komplett die konkrete mathematische Ableitung bzw. die dazugehörigen Formeln.

Hat Penrose diese nicht auch geschrieben bzw. veröffentlicht oder wurden sie von den bisher von mir zitierten Quellen schlicht weggelassen, weil davon ausgegangen wurde dass diese für die meisten Leser sowieso 'zu hoch' wären ?
 

M_Hamilton

Mitglied
Hallo Kirk,

die Originalarbeit von Penrose ist sehr kurz und anscheinend frei verfügbar:


Vorlesungsskripten, in denen die Theorie ausführlicher erklärt wird, sind z.B.

https://www.math.miami.edu/~galloway/vienna-course-notes.pdf (auf Englisch)

https://www.math.uni-potsdam.de/fil...mente/Lehre/Lehrmaterialien/skript-LorGeo.pdf (auf Deutsch)

Ich habe diese Skripten leider nicht im Detail gelesen, aber sie sind von bekannten Mathematikern auf diesem Gebiet geschrieben. Das Theorem von Penrose wird jeweils ganz am Schluss der Skripten bewiesen.

Eine berühmte Referenz ist das Buch von Hawking und Ellis (evtl. auch frei verfügbar):


Dort ist der Beweis in Kapitel 8.

Viele Grüße
Mark
 
Zuletzt bearbeitet:
Oben