Gedanken zur Dunklen Materie | Seite 20 | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Gedanken zur Dunklen Materie

kirk11

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Ein "echter" Ereignishorizont ergibt sich aus der Schwarzschildmetrik (bzw. Kerr Geometrie mit zwei Horizonten). Das ist keine Materieform sondern eine mathematisch definierte Grenzfläche mit entsprechend berechenbaren Eigenschaften. Und da drinnen muss sich alles Richtung Singularität bewegen.

Ich habe nie behauptet dass der Ereignishorizont eine Materieform ist.
Und da drinnen muß sich alles Richtung Gravitationszentrum bewegen, so würde ich das formulieren.

An dessen Stelle tritt dann eine Art Membran (=Materie). Damit gibt es auch thermische Strahlung (im Gegensatz zu hypothetischer Hawkingstrahlung), auch wäre die Fluchtgeschwindigkeit geringer als die Lichtgeschwindigkeit.

Was für ein Himmelskörper soll das konkret sein ?
Ich habe inzwischen schon wirklich viele Artikel zum Thema SL (und ähnliches) gelesen, aber so eine Definition ist mir noch nicht untergekommen.
Vielleicht gibt's da ja irgendeinen Quellen-Link, dass sich man sich diesbezüglich einlesen könnte.

Es wird u.a. über Quarksterne und Gravasterne spekuliert, aber diese werden meines Wissens anders definiert und sind bisher wohl auch noch nicht nachgewiesen worden.

Die ART ist zu dem Punkt wie ein SL und der dazugehörige Ereignishorizont entsteht ganz eindeutig und auch sehr einfach zu verstehen:

Das Objekt muß so dicht sein, dass sein Radius kleiner ist als sein errechneter Schwarzschildradius.
Dann führt kein Weg an der Entstehung eines Ereignishorizonts vorbei.

Was sich im Inneren eines SL befindet und wodurch die benötigte Dichte hervorgerufen wird, das sehe ich nach derzeitigem Forschungsstand als noch weitestgehend spekulativ an.

Dass es eine Struktur der Materie geben kann, welche die benötigte Dichte erreichen und stabil halten kann, betrachte ich als ziemlich wahrscheinlich.

Ob sich so etwas im Zentrum eines SL auch wirklich befindet, ist mE wiederum spekulativ.
Ich habe nie behauptet dass dies der Fall sein muß, aber dieses Szenario kategorisch auszuschließen, halte ich nach derzeitigem Wissensstand für einen Fehler, welcher die erfolgreiche Entschlüsselung eines SL wesentlich hemmen bzw. verzögern könnte.
 

kirk11

Mitglied
@ Holger

Auf meine sehr konkrete Frage wie Quarks in eine zu dem Zeitpunkt noch nicht bestehende Singularität fallen können, hast Du mir leider gar nicht bzw. extrem ausweichend geantwortet.

Wundert es jemanden, dass ich diese Thematik dann als ungelöst betrachte ?

Zu ca. 90 % meiner Anfragen (der diversesten Themenbereiche) bekomme ich hier im Forum höchst dankenswerter Weise promptes & sehr fundiertes Feedback - was natürlich entsprechend hilfreich ist.

Es fällt niemanden ein Zacken aus der Krone wenn er mal schreibt dass er zu einer konkreten Frage leider bis auf weiteres passen muß (oder keine Antwort geben will), aber eine Antwort sollte schon auf eine konkrete Frage auch spezifisch eingehen sonst bringt das nicht viel.
 

P_E_T_E_R

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Hal Haggard & Carlo Rovelli haben eine ganz andere Perspektive auf die alte Frage, was mit der Materie passiert, die in ein Schwarzes Loch fällt: Quantentunneln von Schwarz zu Weiß, es dauert halt nur eine kosmische Ewigkeit, und dann kommt die Chose wieder raus ...

Black hole fireworks: quantum-gravity effects outside the horizon spark black to white hole tunneling

We show that there is a classical metric satisfying the Einstein equations outside a finite spacetime region where matter collapses into a black hole and then emerges from a white hole. We compute this metric explicitly. We show how quantum theory determines the (long) time for the process to happen. A black hole can thus quantum-tunnel into a white hole. For this to happen, quantum gravity should affect the metric also in a small region outside the horizon: we show that contrary to what is commonly assumed, this is not forbidden by causality or by the semiclassical approximation, because quantum effects can pile up over a long time. This scenario alters radically the discussion on the black hole information puzzle.

White Holes as Remnants: A Surprising Scenario for the End of a Black Hole

Quantum tunneling of a black hole into a white hole provides a model for the full life cycle of a black hole. The white hole acts as a long-lived remnant, solving the black-hole information paradox. The remnant solution of the paradox has long been viewed with suspicion, mostly because remnants seemed to be such exotic objects. We point out that (i) established physics includes objects with precisely the required properties for remnants: white holes with small masses but large finite interiors; (ii) non-perturbative quantum-gravity indicates that a black hole tunnels precisely into such a white hole, at the end of its evaporation. We address the objections to the existence of white-hole remnants, discuss their stability, and show how the notions of entropy relevant in this context allow them to evade several no-go arguments. A black hole’s formation, evaporation, tunneling to a white hole, and final slow decay, form a unitary process that does not violate any known physics.

Black to white hole tunnelling: an exact classical solution

Scientific American: Black Hole Fireworks
 
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hhh

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Kirk, andere Modelle hast du bereits selbst genannt, Gravasterne usw. da findet man sehr viel dazu, die Quellen in englischer Sprache gehen da meist mehr ins Detail.
Wie auch immer, die Modelle liefern zwar Grenzen, deren Radius mit dem eines zugehörigen Ereignishorizonts übereinstimmen, aber sie haben eben nicht alle Eigenschaften eines Ereignishorizonts (Schwarzschild bzw. Kerr-Metrik). Das was dir Holger über den Ereignishorizont sehr anschaulich erklärt hat, steht auch in anderen Beschreibungen über schwarze Löcher, nur eben mit anderen Worten erklärt oder eben schon mit viel Mathematik. Es wundert mich übrigens ein wenig, dass du deine Gedankenmodelle noch nicht auf Ringsingularitäten und inneren/äußeren Ereignishorizont eines rotierenden schwarzen Lochs erweitert hast.

Ein allgemeines Verständnisproblem dürfte sein, dass der Kollaps nicht nur zur einer immer dichter werdenden Kugel führt. Die relativistischen Effekte gehen weit über unsere Alltagserfahrung hinaus, sind aber berechenbar und es gibt eigentlich keinen Grund die ART hier anzuzweifeln. Eine Kugel aus freien Quarks (oder anderen Teilchen) innerhalb eines klassischen Ereignishorizonts wird es nicht geben. Ein "Quantenphasenübergang" (sofern das passiert) würde immer auch die Ausbildung eines Ereignishorizonts verhindern. Du kannst nicht beides haben. Aus großer Entfernung mögen beide Versionen ähnlich aussehen, sind aber völlig verschiedenen Objekte - aus der Nähe auch unterscheidbar. Nur so nahe kommen wir aber nicht ran.
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Hal Haggard & Carlo Rovelli haben eine ganz andere Perspektive auf die alte Frage, was mit der Materie passiert, die in ein Schwarzes Loch fällt: Quantentunneln von Schwarz zu Weiß, es dauert halt nur eine kosmische Ewigkeit, und dann kommt die Chose wieder raus ...

Black hole fireworks: quantum-gravity effects outside the horizon spark black to white hole tunneling

We show that there is a classical metric satisfying the Einstein equations outside a finite spacetime region where matter collapses into a black hole and then emerges from a white hole. We compute this metric explicitly. We show how quantum theory determines the (long) time for the process to happen. A black hole can thus quantum-tunnel into a white hole. For this to happen, quantum gravity should affect the metric also in a small region outside the horizon: we show that contrary to what is commonly assumed, this is not forbidden by causality or by the semiclassical approximation, because quantum effects can pile up over a long time. This scenario alters radically the discussion on the black hole information puzzle.

White Holes as Remnants: A Surprising Scenario for the End of a Black Hole

Quantum tunneling of a black hole into a white hole provides a model for the full life cycle of a black hole. The white hole acts as a long-lived remnant, solving the black-hole information paradox. The remnant solution of the paradox has long been viewed with suspicion, mostly because remnants seemed to be such exotic objects. We point out that (i) established physics includes objects with precisely the required properties for remnants: white holes with small masses but large finite interiors; (ii) non-perturbative quantum-gravity indicates that a black hole tunnels precisely into such a white hole, at the end of its evaporation. We address the objections to the existence of white-hole remnants, discuss their stability, and show how the notions of entropy relevant in this context allow them to evade several no-go arguments. A black hole’s formation, evaporation, tunneling to a white hole, and final slow decay, form a unitary process that does not violate any known physics.

Black to white hole tunnelling: an exact classical solution

Scientific American: Black Hole Fireworks
An sich eine spannende Denkrichtung - dieses Szenario hätte jedenfalls den Charme früher Science Fiction-Romane... ;)

Das könnte man wohl kurz und grob vereinfacht so zusammenfassen dass ins SL fallende Materie über einen Tunnel (Wurmloch) im WL landet und dort austritt (so wie bei einem SL nur eingehende Materie gibt, müßte es in einem WL nur ausgehende Materie geben...)

Da wir bei einem SL von ausgehender Materie, Energie oder Strahlung (ab SL stellarer Größe) nichts mitbekommen (außer etwaiger minimaler Hawking-Strahlung), müßte dies in einem anderen Bereich unseres Universums oder sogar in einem anderen Universum passieren bzw. das dazugehörige WL sich dort befinden.

Die Gravitationswirkung der gesamten Ausgangsmasse + jede Gravitationswirkung der in ein SL fallender Masse bleibt aber in unserem Bezugsystem bzw. im direkten Umfeld eines SL erhalten (+ deren Auswirkungen auf die Höhe der Entropie, der Gesamtfläche des Ereignishorizonts, etc.)

Masse kann aber nicht lokal voll wirksam bleiben und gleichzeitig woanders über ein WL ausgeworfen werden...

Solange ich nicht nachvollziehen kann wie sich dieser Widerspruch erklären läßt, kann ich an so ein Szenario nicht glauben (so faszinierend es auch wäre...)
 

kirk11

Mitglied
@ hhh

Es wundert mich übrigens ein wenig, dass du deine Gedankenmodelle noch nicht auf Ringsingularitäten und inneren/äußeren Ereignishorizont eines rotierenden schwarzen Lochs erweitert hast.

Das würde es mE nur unnötig verkomplizieren, die Grundproblematik bleibt davon unberührt:

Wenn man z. B. das Singularitäts-Theorem heranzieht:
dieses arbeitet (zugebenermaßen soweit ich dieses bisher kapiert habe) schon a priori damit, dass sich in einem SL eine Singularität bilden muß und beschreibt dann deren Auswirkungen (z.B. ganz populärwissenschaftlich formuliert dass eine Geodäte in / bei einer Singularität nicht in der Raumzeit endet), was dann wiederum beweisen soll dass ein SL exisitiert und sich darin eine Singularität befinden muß.

Aber was beweist dass der Gravitationskollaps nicht schon früher zum Stillstand kommen kann und sich dadurch auch keine Singularität mit den bekannten Eigenschaften bildet ?

Dazu würden mE schon ganz genaue Kenntnisse darüber nötig sein, wie Druck-resistent freie Quarks sowie auch sämtliche noch kleinere Materie-Elementarteilchen (wie z.B. die von den betreffenden Theoretikern postulierten Strings) sind.

Wenn die an sich ja wirklich sehr leistungsfähige ART sämtliche ungeklärten Fragen aus sich heraus beantworten könnte, dann hätten wir eben keine ungeklärten Fragen.

Aber auch die ART hilft uns z.B. nicht weiter bei der Frage aus welchen Teilchen DM besteht obwohl die ART hier wohl nicht deswegen nicht weiterhelfen kann weil Quantengravitation im Spiel ist.

Dier ART gibt zwar weitgehend 'die Spielregeln' vor, aber die Inhalte müssen wir uns zu eingem guten Teil schon selber 'erkämpfen'.

Genauso sehe ich auch hier die Grenzen der ART nicht alle ungeklärten Fragen bezüglich des Inneren eines SL beantworten zu können - falls z.B. Strings in Plank-Länge eine entscheidende Rolle spielen sollten, dann wäre sie möglicherweise auch nicht (mehr) zuständig.
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Masse kann aber nicht lokal voll wirksam bleiben und gleichzeitig woanders über ein WL ausgeworfen werden...
Von gleichzeitig war ja auch nicht die Rede, sondern im Gegenteil von s_e_h_r weit auseinander liegenden Zeiten, e.g. 10^32 Sekunden für ein Schwarzes Loch von der Masse der Sonne. Was zu vergleichen wäre mit dem Alter des Universums von 13.8 Mrd. Jahren = 4.54 x 10^17 Sekunden.

Siehe Black to white hole tunneling: an exact classical solution

In conclusion, we have found a classical metric describing (the non quantum region of) a black hole that tunnels into a white hole. Indirect arguments point to an asymptotic bounce time of the order of τ ∼ m²/l_P . This is very long for a macroscopic black hole (about 10^32 seconds for a solar mass), but is much shorter than the Hawking evaporation time, which is of order m³ .
 

kirk11

Mitglied
Es gibt ja auch vereinzelt Darstellungen von Konstruktionen SL + WL, wo das WL nicht erst am Ende der Lebensdauer des SL quasi aktiv wird, sondern wo dieser Mechanismus ohne 'Zeitverzögerung' ablaufen soll.

Und speziell darauf zielt meine obige Argumentation ab.

Nach obigen verlinkten Theorien gilt wohl: je massereicher das SL, desto länger die Lebensdauer und desto später die Umwandlung in ein WL.
Für was steht denn eigentlich dieses l_P in der 'bounce time-Formel' ?

Bei künstlich erzeugten Mini-SL könnte man ja dann vielleicht schauen, ob es sich zerstrahlt (als Hawking-Strahlung) oder zu einem WL wird... ;)
 

keiner

Mitglied
Hallo, ich bin neu im Forum und es interessiert mich, was über Dunkle Materie so gedacht wird. Was mir aufgefallen ist, das kaum darüber diskutiert wird, das das Phänomen der Dunklen Materie ein Wahrnehmungsfehler sein könnte. Es ergeben sich aus Beobachtungen sehr viele Widersprüche, die man Anhand bestehender Grund-Theorien nicht bewältigen kann. Es kann daher sein, das unsere fundamentalen Wahrnehmungsgrundlagen selbst die Ursache für die Anomalien sein könnten. Fundamentale Wahrnehmungsgrundlagen wären in dem Fall die Gravitationstheorie, die keinen Bezug zu den Ursachen der Gravitation beinhaltet. Ist Gravitation möglicherweise emergent, und zu jedem Kilogramm proportional? Immerhin versucht die experimentelle Physik das Äquivalenzprinzip und die Gravitationskonstante genauer zu erforschen.
Gruß Keiner
 

kirk11

Mitglied
Das ist die hier bereits mehrfach genannte Planck-Länge.
Ok danke.

Also kann aus SL ab stellarer Größe aufwärts noch kein WL geworden sein, nach diesen Theorien.

Sondern wenn dann nur in sehr, sehr ferner Zukunft, zu einer Zeit wo das Universum möglicherweise komplett anders ausschaut oder schon gar nicht mehr existiert...

Für das aktuelle Verständnis von SL jedenfalls nur von bedingter Relevanz, selbst wenn man solche Theorien für die reine Wahrheit ansehen würde.
 

kirk11

Mitglied
Es steht ja wohl außer Zweifel dass Materie (eines ausreichend großen Sterns welcher seinen 'Brennstoff' komplett verbraucht hat) als Katalysator und Grundsubstanz eines SL anzusehen ist.

Nun gibt es die (auch hier vertretene) Theorie dass nach der Entstehung eines SL dasselbige frei von Materie wird (abgesehen von gerade frisch ins SL fallender Materie).
Das ist wohl so zu verstehen dass aus der Ausgangsmaterie des SL quasi Raum(zeit-)krümmung bzw. Gravitation geworden ist.

Mich würde es wundern dass speziell bei den kleinstmöglichen stellaren SL die Bedingungen extrem genug sind, dass so etwas tatsächlich passieren kann.
Aber prinzipiell halte ich diesen Vorgang für durchaus möglich.

Nur sollte man sich auch mit den sich daraus ergebenden (vermutlichen) logischen Konsequenzen auseinandersetzen.
Das würde nämlich bedeuten dass eine Umwandlung von Materie in Raumzeit (ob gekrümmt oder nicht ist da jetzt nicht der springende Punkt) möglich ist, so wie ja auch die Möglichkeit einer Umwandlung von Materie in Energie unter entsprechenden Bedingungen (siehe auch 'Welle-Teilchen Dualismus') längst nachgewiesen ist.

Wenn man jetzt auch noch ins Kalkül zieht, dass die Möglichkeit einer Quantelung der Raumzeit tendeziell für immer wahrscheinlicher gehalten wird, dann stellt sich mir die Frage ob das ganze nicht in folgende Richtung weist:

unter entsprechend extremen Bedingungen (in SL, beim Urknall bzw. unmittelbar danach) ist eine klare Trennung von Raumzeit und Masse (= Materie + Energie) nicht mehr möglich.

Für das bessere Verständnis beider Begriffe bzw. Zustände wird wohl ein erweitertes Wissen im Bereich Quantenphysik nötig sein.

Aber es sieht (zumindest für mich) so aus als ob sich Masse und Raumzeit gegenseitig bedingen bzw. unabhängig voneinander gar nicht möglich sind.
So wie ja auch die aktuelle Lehrmeinung ist, dass die Expansion des Universums nicht in die (schon vorher exisitierende) Raumzeit stattgefunden ist, sondern dass sich die Raumzeit praktisch erst im Gleichktakt mit der räumlichen Ausbreitung der Masse entwickelt hat.

Damit sich Materie in Raumzeit umwandeln kann muss zwischen diesen beiden eine gewisse Kompatibilität bzw. ein gewisser gemeinsamer Nenner vorhanden sein.

Wenn man das ganz in die Tiefe analysiert dann wird sich das vielleicht in diese Richtung erklären, dass beide 'nur' unterschiedliche Quanten-Anregungszustände sind (im Normalzustand), wo dann unter Extrem-Bediungungen Materie in den Quanten-Anregungszustand von Raumzeit gelangen kann und dadurch als Materie nicht mehr existiert.

Der umgekehrte Vorgang - das also (salopp formuliert) aus Raumzeit wieder Materie werden kann - dürfte nach meiner Einschätzung allerdings auch möglich sein, unter den entsprechenden Rahmenbedingungen.

In der Praxis könnte dieser umgekehrte Vorgang mE eine Rolle bei der Entstehung der Hawking-Strahlung spielen.
 
Zuletzt bearbeitet:

holger_merlitz

Mitglied
Ich würde es so ausdrücken: Eine gekrümmte Raumzeit besitzt eine Energiedichte. Wenn Materie in einer 'Singularität' 'verschwindet' (wie auch immer das im Detail passieren sollte), dann bleibt deren Energiedichte erhalten und drückt sich fortan nur noch in der Krümmung der Raumzeit aus. Von Außen betrachtet bekommt man von diesen Vorgängen nichts mit, da sich alles hinter dem Ereignishorizont abspielt. Für die Physik außerhalb des Ereignishorizonts spielt es keine Rolle, ob im Innern des SL noch Materie vorhanden ist oder ob diese sich annihiliert hat. Allerdings erlaubt die ART jenseits des Ereignishorizonts keine stationäre Materie mehr, daher liegt es auf der Hand zu vermuten, dass diese entweder ganz verschwindet oder auf die Größe der Planck-Länge zusammenrutscht, an der sich die Physik dann grundlegend ändert.

Viele Grüße,
Holger
 

kirk11

Mitglied
...dass diese entweder ganz verschwindet...

Ich denke dass dieses Szenario äußerst unwahrscheinlich bzw. dass diese Formulierung mißverständlich ist.

Für Materie im SL sehe ich folgende Varianten als die wahrscheinlichsten an:

1) Diese bleibt (doch) erhalten ob nur in Planck-Größe oder in größeren Einheiten, sei jetzt dahingestellt.

2 a) Diese wird in Energie umgewandelt
2 b) Diese wird direkt in Gravitation (Raumkrümmung) umgewandelt.

Wobei ich mich im meinem letzten sowie auch in diesem Beitrag mit Szenario 2 b) auseinander gesetzt habe bzw . auseinadersetzen möchte.

Bevor ich das mache noch ein kleiner Ausflug zum Thema Masse.

Hier verstehe ich nicht so ganz warum z.B. einerseits Dunkle Energie als Masse gewertet wird (sogar als der mit Abstand größte bekannte Masse-Faktor im Universum), andererseits es aber Masse-lose Teile wie Photonen geben soll.

Wenn man unter Masse Materie + Energie zusammenfaßt, dann kann ich mir nicht vorstellen dass man Photonen keine Energie (damit also auch keine Masse) zurechnen kann. Dass diese keine Materie sind bzw. kein Gewicht besitzen ist wieder ein anderer Kaffee...

Ein ganz grobes Grundschema wie 2 b) funktionieren könnte, habe ich ja in meinem letzten Beitrag schon dargestellt:

Ein Teilchen-Quant wird durch die extremen Bedingungen zu einem Gravitations-(bzw. Raumzeit-)Quant wobei es einen anderen Anregungszustand annimmt bzw. auch seinen Spin ändert.

Hier möchte ich den Begriff 'Graviton' ins Spiel bringen.
Dieses Teilchen ist zwar mW bisher weder nachgewiesen noch falsifiziert worden, gilt aber als ein Kandidat als Träger der Gravitationskraft.
Ich möchte nicht ausschließen dass Materie-Teilchen in SL zu Gravitonen werden könnten.
Es wird übrigens spekuliert dass abgebremste Gravitonen (z.B. in Zusammenhang mit Gravitationswellen) auch im klassischen Sinne eine Masse bekommen könnten, womit sich die Frage stellt ob für sie in diesem Zustand dann noch eindeutig eine Bezeichnung als 'Nicht-Materie' zutreffen würde.

Bisher bin ich von folgendem ausgegangen:
Je mehr Materie auf kleinem Raum bzw. je dichter die Materie desto höher die Gravitation.
Die Masse der Materie wäre also (auch) bei zunehmender Dichte konstant und die Gravitation würde trotzdem zunehmen.

Aber ist es vielleicht nicht so dass bei höher werdender Materie-Dichte die Masse der Materie im gleichen Maße abnimmt wie die Gravitationskraft zunimmt ?
Sodass dann die Gesamtmasse in Summe immer gleich bleibt ?
Im Extremfall würde dann in einem SL die Masse der Materie auf 0 sinken bzw. zur Gänze in Gravitation(steilchen) umgewandelt werden.
Unter der Vorraussetzung dass man Gravitation auch als (eine Sonderform von) Energie und damit als einen Masse-Faktor einstuft.
 

kirk11

Mitglied
Die mE recht unklare bis teilweise sogar widersprüchliche Verwendung des Begriffs 'Masse' erschwert es leider, Ausführungen in diesem Bereich einigermaßen klar & unmißverständlich zu formulieren.

Nochmals zurück zum Beispiel 'Photon' (als Beispiel für ein sogenanntes 'Masse-loses' Teilchen): auch unter Berücksichtigung der Unterscheidung zwischen Ruhemasse und einem Photon in seiner 'normalen' Geschwindigkeit (also in etwa c) und der sich daraus ergebenden Implikationen, so steht es wohl außer Zweifel dass Photonen Energie zugerechnet werden kann / muß.

Warum wird dann Dunkler Energie ein (gewaltiger) Masse-Anteil des Universums zugerechnet und einem Photon die Masse 0
zugeschrieben ?
Für mich definieren sich bei beidem der 'Masse-Faktor' eben über die Tatsache dass ihnen jeweils Energie zugerechnet wird.

Zurückkehrend zum Szenarium 2 b) im Zusammenhang mit SL, wie in meinen letzten beiden Beiträgen beschrieben:

Aus diesem würde sich ergeben: die Masse eines SL errechnet sich aus der Gravitation / Raumkrümmung in seinem Inneren.
Immerhin dürfte es ja außer Zweifel stehen dass SL Masse zugerechnet werden muß, es sind ja sogar - speziell bei Berücksichtigung von supermassereichen SL - die mit Abstand schwersten (Einzel-)Himmelsobjekte welche wir im Universum kennen.

Materie spielt (abgesehen von gerade ins SL fallender Materie) in Szenarium 2 b) keine Rolle, weder als Masse noch als Gravitationsfaktor, da diese zur Gänze in Gravitation / Raumkrümmung umgewandelt wurde.

Dass Gravitation im Inneren eines SL (bzw. der einzige) Massefaktor sein muß, ergibt sich daher ziemlich logisch zwingend, (zumindest unter Vorraussetzung von Szenarium 2 b).

Wie schaut es diesbezüglich außerhalb von SL aus ?

Ist auch die außerhalb von SL zu messende Gravitation ein Masse-Faktor bzw. wird dieser bei Berechnungen der Masse z.B. einer Galaxie (bzw. Bereichen einer Galaxie) entsprechend berücksichtigt, auch aus dem Blickwinkel der sich daraus ergebenden Konsequenzen ?
 

holger_merlitz

Mitglied
Photonen haben die Ruhemasse 0, deshalb dürfen/müssen sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Da jedes Photon eine Energie E besitzt, hat es jedoch eine relativistische Masse im Sinne m = E/c^2.

Die Massenverteilung einer Galaxie wird aus den Rotationskurven gewonnen, in Einzelfällen wohl auch über den Gravitationslinseneffekt. Hier ist jeweils die Gesamtenergiedichte beteiligt, inklusive dunkler Materie, Photonen&Neutrinos, schwarzer Löcher und weiterer unbekannter Zutaten.

Viele Grüße,
Holger
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Da jedes Photon eine Energie E besitzt, hat es jedoch eine relativistische Masse im Sinne m = E/c^2.
Sorry Holger, dass ich mich hier einhake, aber dieser Spuk von einer "relativistischen Masse" ist irreführend und führt immer wieder zu Missverständnissen. Ich habe darauf auch hier schon mehrfach hingewiesen:

Relativistische Massenzunahme und schwarze Löcher

Masse von Photonen

Frage zur speziellen Relativitätstheorie

Photonen haben Energie und Impuls, sogar Eigendrehimpuls (Spin), aber sie haben keine Masse!

Nichts für ungut.

Mit freundlichen Grüßen,

Peter
 
Zuletzt bearbeitet:

kirk11

Mitglied
Sorry Holger, dass ich mich hier einhake, aber dieser Spuk von einer "relativistischen Masse" ist irreführend und führt immer wieder zu Missverständnissen. Ich habe darauf auch hier schon mehrfach hingewiesen:

Relativistische Massenzunahme und schwarze Löcher

Masse von Photonen

Frage zur speziellen Relativitätstheorie

Photonen haben Energie und Impuls, sogar Eigendrehimpuls (Spin), aber sie haben keine Masse!

Nichts für ungut.

Mit freundlichen Grüßen,

Peter
Zuerst ein Zitat aus Wikipedia zum Thema Photon:

...Das Photon hat keine Masse,[Anm. 1] aber eine Energie und einen Impuls – die beide proportional zu seiner Frequenz sind – sowie einen Drehimpuls. Ist sein Aufenthalt auf ein System mit endlichem Volumen beschränkt, liefert es proportional zu seiner Energie einen Beitrag zur Masse des Systems...

Auf was ich ursprünglich eigentlich nur hinaus wollte, ist dass der Begriff Masse leider nicht (immer) einheitlich verwendet wird, und dass dies es erschwert in diesem Bereich eine eingermaßen exakte, unmißverständliche Beschreibung zu verfassen.

Energie hat mE immer auch ein Masse-Potential, und kann unter entsprechend (extremen) Bedingungen teilweise oder auch zur Gänze in Masse umgewandelt werden (Welle-Teilchen-Dualismus).
Umgekehrt gilt das natürlich auch, Materie kann prinzipiell (wieder zur Gänze oder teilweise) in Energie umgewandelt werden, die entsprechenden Bedingungen vorausgesetzt.

Das sollte aber eigentlich schon ein 'alter Hut' sein.

Das - zumindest für mich - spannende(re) ist dass die nähere Analyse der möglichen Struktur eines SL (Szenario 2 b) nahelegt dass es auch ein Umwandlungspotential zwischen Masse und Gravitation gibt, mE auch hier wieder in beide Richtungen.

An dieser Stelle sei auch M_Hamilton aus dem Thread Relativistische Massenzunahme und schwarze Löcher (Beitrag #13) zitiert:

...Es gibt nicht-triviale Vakuum-Lösungen der ART, da die Theorie nicht-linear ist. D.h. (vereinfacht gesagt) ein Gravitationsfeld kann selbst Gravitation erzeugen...


Die ja unzweilhaft existierende Gravitationskraft eines SL könnte (zumindest theoretisch) in der Tat auch nur mit bzw. durch Gravitation / Raumkrümmung funktionieren.

Und - wie in einem früheren Beitrag schon erwähnt - würde es mich interessierern, ob es sicher ist, dass dem Faktor Gravitationserzeugung durch ein Gravitationsfeld auch außerhalb von SL schon ausreichend Aufmerksamkeit gewidmet wurde.
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Zuerst ein Zitat aus Wikipedia zum Thema Photon
Was mal wieder belegt, dass auch in der Wikipedia - und hier handelt es sich um die deutsche Wikipedia - hin und wieder Mist geschrieben steht:
  • "Ist sein Aufenthalt auf ein System mit endlichem Volumen beschränkt, liefert es proportional zu seiner Energie einen Beitrag zur Masse des Systems."
Das kann man allenfalls im Sinne der Äquivalenz von Masse und Energie versuchen zu verstehen, ist aber ohne Spezifizierung der Umstände viel zu vage. Man kann ja nicht einfach ins Ruhsystem von Photonen gehen und sie dort in eine Masse m = E / c² umwandeln. Diese fundamentale Kritik gilt insbesondere auch für
  • "Ein ruhendes physikalisches System erfährt trotzdem wegen der Äquivalenz von Masse und Energie einen Massenzuwachs Δm= E / c², wenn es ein Photon der Energie E aufnimmt."
Man braucht sich ja nur die kinematischen Verhältnisse beim Compton-Effekt - also der Streuung von Photonen an Elektronen - vor Augen zu führen, um zu erkennen, dass solch eine vollständige Absorption der Energie des Photons mit resultierendem Massenzuwachs Δm= E / c² gar nicht möglich ist. Zunächst mal, weil das Photon neben seiner Energie auch noch einen Impuls besitzt, und zum anderen, weil das Photon vom Elektron nicht absorbiert wird, also dann verschwindet, sondern an diesem gestreut wird.

Das Elektron bleibt bei der Compton-Streuung also ein Elektron mit dessen wohlbekannter Masse von 0,511 MeV/c². Die Energie und der Impuls des Photons verteilen sich nach dem Stoß auf das gestreute Photon und das angestoßene Elektron. Da findet keine Materialisierung von Energie statt. So etwas gibt es z.B. bei der Paarerzeugung, aber das ist ein anderer Prozess als der bei Wikipedia suggerierte Absorptionsprozess, der so gar nicht möglich ist.

Man sollte also auch bei Wikipedia nicht alles glauben ...
 
Zuletzt bearbeitet:

holger_merlitz

Mitglied
Sorry Holger, dass ich mich hier einhake, aber dieser Spuk von einer "relativistischen Masse" ist irreführend und führt immer wieder zu Missverständnissen. Ich habe darauf auch hier schon mehrfach hingewiesen:

Relativistische Massenzunahme und schwarze Löcher

Masse von Photonen

Frage zur speziellen Relativitätstheorie

Photonen haben Energie und Impuls, sogar Eigendrehimpuls (Spin), aber sie haben keine Masse!

Nichts für ungut.

Mit freundlichen Grüßen,

Peter

Ja, das ist vielleicht gar keine schlechte Idee, sich von dem Begriff der relativistischen Masse zu trennen. Man verliert nichts dabei, wenn man stattdessen einfach von einer Energiedichte redet. Die Kosmologen schlagen gern die 'Massen' aller Photonen zur Gesamtmasse des Universums auf, aber auch hier könnte man ohne Nachteile einfach von der Energiedichte des Universums reden - im Energie-Impulstensor der ART tritt sie auch als solche auf. Dein Einwand ist akzeptabel.

Viele Grüße,
Holger
 

kirk11

Mitglied
Im Wiki-Link zu 'Paarbildung'


findet sich u.a. folgender Absatz:

Auch durch Stöße sehr energiereicher Photonen untereinander können reale Elektron-Positron-Paare erzeugt werden. Dies wurde erstmals 1997 mit einem Experiment im Stanford Linear Accelerator Center nachgewiesen. Die Photonen eines Nd:Glas-Lasers wurden dazu durch Streuung an Elektronen von 47 Gigaelektronvolt (GeV) ihrerseits auf GeV-Energien gebracht.[1][2] Eine solche Erzeugung von Materie durch Photon-Photon-Stöße wird für einige Sternentstehungen angenommen.

Das finde ich nicht zuletzt deswegen interessant, weil ja in der Frühzeit des Universums phasenweise Photonen nicht zu knapp vorhanden waren und teilweise vermutlich auch in recht hoher Dichte. Dies könnte mE durchaus bei der Entstehung früher Materie eine Rolle gespielt haben.

Prinzipiell finde ich es von großer Bedeutung dass Energie bzw. Energie-Teilchen unter bestimmten Bedingungen bei der Entstehung von Teilchen mit Ruhemasse der wesentliche Faktor sein können.
Dieser Vorgang dürfte vor allem nicht nur mit viel Aufwand & unter künstlichen Labor-Bedingungen möglich sein, sondern sich auch quasi 'in freier Wildbahn' immer wieder ereignen.

Dass z.B. Photonen Teilchen sind, welche sich schon natürlicherweise in einem relativ exotischen Zustand befinden (unterwegs mit Maximal-Geschwindigkeit & mit hoher Energie) ist sicher mit ein Grund, warum solche Vorgänge nicht nur theoretisch oder künstlich hergestellt passieren dürften.

Dass eine Umwandlung auch von Gravitation bzw. Gravitationsteilchen in Teilchen mit Ruhemasse ungleich 0 möglich ist, wird wohl als deutlich spekulativer eingeschätzt werden.
Inwieweit in diese Richtung schon konkret gedacht bzw. geforscht wurde, diesbezüglich bin ich leider nicht wirklich im Bilde.

Aber bei Szenario 2 b) in Konnex mit SL (siehe meine früheren Posts) ist wohl zu postulieren, dass so ein Vorgang in die entgegengesetzte Richtung, also eine Umwandlung von Teilchen mit Ruhemasse zu Gravitation / Masse-losen Gravitationsteilchen stattfindet.
 
Zuletzt bearbeitet:

Nebelhorn

Mitglied
Es gibt beispielsweise den Prozess der Annihilation von Elektronen und Positronen zu Photonen. Geht man davon aus, dass für die elektromagnetische Wechselwirkung die Zeitumkehrinvarianz gilt, dann muss es den umgekehrten Prozess, also Photonen erzeugen Elektron-Positron-Paar, ebenfalls geben. Dass man so etwas messen konnte, ist also nicht verwunderlich. Sensationell wäre gewesen, wenn man das nicht hätte feststellen können.
 

P_E_T_E_R

Mitglied
Wenn die Photonen hinreichend hohe Energie haben, kann man damit auch massive Teilchen produzieren. Das wird ja an Teilchenbeschleunigern in aller Welt schon seit mehr als 50 Jahren vorgeführt. Gewöhnliches Licht von Lasern mit einer Photonenenergie von ein paar Elektronenvolt taugt dazu aber nicht annähernd. Um ein Elektron-Positron-Paar zu erzeugen braucht es ja das doppelte der Elektronenmasse als äquivalente Energie, also mindestens 1,022 Millionen Elektronenvolt.

In dem oben zitierten Experiment am Stanford Linear Accelerator werden die Laser-Photonen deshalb zunächst durch Compton-Streuung an hochenergetischen Elektronen auf Trab gebracht. Anstelle von niederenergetischen Laser-Photonen kollidieren dann also hochenergetische Photonen mit Energien im Bereich von Giga-Elektronenvolt. Damit ist es dann ein Kinderspiel nicht nur Elektronen-Positronen-Paare zu erzeugen, sondern sogar erheblich massivere Teilchen.

Es gibt schon seit längerem Pläne, an zukünftigen Elektronenbeschleunigern auch Holchleistungslaser einzusetzen, um damit Photon-Photon-Kollisionen bei Schwerpunktenergien von hunderten von Giga-Elektronenvolt zu studieren, z.B.

The photon collider at TESLA
 

Nebelhorn

Mitglied
An Elektron-Proton-Ringen hat man beispielsweise auch die Streuung zwischen reelen Photonen, die von den Elektronen ausgesendet werden, und virtuellen Photonen aus den Protonen untersucht, was als Photoproduktion bezeichnet wird. Dabei werden auch Quark-Paare erzeugt.
 

kirk11

Mitglied
'Energie-Quanten' sind z.B. die zuletzt viel thematisierten Photonen.

'Masse-Quanten' sind z.B. Elektronen.

Das Graviton wiederum könnte für 'Gravitations-Quanten' stehen.

Im Gegensatz zu beiden vorhergehenden Beispielen ist das Graviton allerdings noch nicht nachgewiesen.

Desweiteren ist offensichtlich noch nicht so ganz geklärt ob diese Teilchen mit oder ohne Masse auftreten (oder ob beides vorkommen kann...).

Gravitonen sind allerdings (bis es für diese einen eindeutigen Nachweis gibt) eher als 'Kunstprodukte' zu betrachten, da diese mW für die Quantengravitation postuliert und nicht aus konkreten Beobachtungen abgeleitet wurden.

Dass es prinzipiell eine Quantelung der Gravitation (und damit der Raumzeit) gibt, ist mE als sehr wahrscheinlich einzuschätzen.
 

P_E_T_E_R

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Der vor einem Jahr im Alter von 96 Jahren gestorbene Freeman Dyson war überzeugt, dass man das Graviton mit keinem noch so gewaltigen Detektor jemals nachweisen kann:

Freeman Dyson: Is a Graviton Detectable?

Siehe dazu auch seine Poincare Prize Lecture zum selben Thema: Is a Graviton Detectable?

Und auf Seite 7 im IAS Institute Letter vom Frühjahr 2013 schrieb er konkret zu den Chancen von einem Detektor wie LIGO:

LIGO detectors can only detect waves far stronger than a single graviton. But even in a totally quiet universe, I can answer the question, whether an ideal LIGO detector could detect a single graviton. The answer is no. In a quiet universe, the limit to the accuracy of measurement of distance is set by the quantum uncertainties in the positions of the mirrors. To make the quantum uncertainties small, the mirrors must be heavy.

A simple calculation, based on the known laws of gravitation and quantum mechanics, leads to a striking result. To detect a single graviton with a LIGO apparatus, the mirrors must be exactly so heavy that they will attract each other with irresistible force and collapse into a black hole. In other words, nature herself forbids us to observe a single graviton with this kind of apparatus.

I propose as a hypothesis, based on this single thought-experiment, that single gravitons may be unobservable by any conceivable apparatus. If this hypothesis were true, it would imply that theories of quantum gravity are untestable and scientifically meaningless.


Das sind starke Worte von einem sehr eminenten Wissenschaftler, der leider nun nicht mehr lebt.
 
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