Schwarze Löcher und Hawkingstrahlung

Wissenschaft Physik
#1

Hi,

eine Frage an passionierte Physiker:

Kürzlich habe ich irgendwo gelesen, dass man versuchen will in einem Teilchenbeschleuniger ein klitze winzig kleines schwarzes Loch zu erzeugen.

Sollte das mit der Hawkingstrahlung alles so funktionieren, wie es ihr Enrdecker voraussagt, wäre alles kein Problem, denn ein kleines Loch würde in ultrakurzer Zeit verdampfen

Angeblich soll ein black-hole nämlich umso intensiver strahlen, je geringer seine Masse ist. Das geht angeblich soweit, dass ein Loch von der Masse einer Tonne genausoviel Leistung abstrahlt, wie unsere Sonne, und das obwohl es wesentlich kleiner als ein Proton wäre.

Solange das alles nur Formeln sind, hab ich ja keine Probleme damit. Aber jetzt gibt Hawking ja auch den Grund für diese Strahlung an. spontane Paarbildungsprozesse bei denen ein Teilchen im black hole verschwindet und das andere entkommt, sollen dafür verantwortlich sein.

Jetzt frage ich mich, wie sollen denn in einem allerwinzigsten Raumgebiet, viel kleiner als ein Proton, soviele Paarbildungsprozesse ablaufen, dass dadurch die Strahlungsleistung der Sonne entsteht? werden da nicht Gültigkeitsbereiche von Formeln überstrapaziert?

Und was passiert, wenn ein allerwinzigstes black hole aus einem beschleuniger doch nicht verdampft? Wie lange wird es dauern, bis es die Erde aufgfressen hat?

Kennt sich jemand damit aus?

gruß

unimportant

#2

HAllo

Jetzt frage ich mich, wie sollen denn in einem allerwinzigsten
Raumgebiet, viel kleiner als ein Proton, soviele
Paarbildungsprozesse ablaufen, dass dadurch die
Strahlungsleistung der Sonne entsteht? werden da nicht
Gültigkeitsbereiche von Formeln überstrapaziert?

Die virtuellen Paare bilden sich nicht in der Singularität, sondern am Ereignisshorizont - genauer: ein Partner außerhalb des Loches und das andere Innerhalb. Deshalb kann der eine Partner (der in das Loch stürzt) auch nicht wieder mit seinem Antipartner annihilieren, so dass dieses verwaiste Teilchen real wird und entkommt. Von außen sieht das so aus als ob das Loch zerstrahlt.

Und was passiert, wenn ein allerwinzigstes black hole aus
einem beschleuniger doch nicht verdampft? Wie lange
wird es dauern, bis es die Erde aufgfressen hat?

!?!
… das wird doch hoffentlich nicht passieren?!
Auf jeden Fall zahlt das keine Versicherung.

Gruß
Oliver

#3

Und was passiert, wenn ein allerwinzigstes black hole aus
einem beschleuniger doch nicht verdampft? Wie lange
wird es dauern, bis es die Erde aufgfressen hat?

Wenn das Experiment nicht gerade am Nord- odert Südpol durchgeführt wird, wird das Loch nicht die gesamte Erde auffressen. Direkt nach seiner Bildung wird es im Inneren der Erde eine Ellipsenbahn beschreiben und nach und nach alles konsumieren, was sich außerhalb des Perigäums befindet. Wie schnell das geht, könnte man abschätzen, wenn man annimmt, daß die Viskosität der Erdmaterie so groß ist, daß sie langsamer in das Loch hineingepreßt wird, als sich dieses durch die Erde bewegt. Die Masse, die das Loch in einer bestimmten Zeit konsumiert erhält man dann, wenn man den Weg, den es in dieser Zeit innerhalb der Erde zurücklegt, mit seinem Querschnitt multipliziert. Ich werde das jetzt aber nicht ausrechnen.

#4

Und was passiert, wenn ein allerwinzigstes black hole aus
einem beschleuniger doch nicht verdampft? Wie lange
wird es dauern, bis es die Erde aufgfressen hat?

Wenn das Experiment nicht gerade am Nord- odert Südpol
durchgeführt wird, wird das Loch nicht die gesamte Erde
auffressen.

Willst du damit sagen DASS es die gesamte Erde auffressen wird, wenn es am Nord- oder Südpol durchgeführt wird?? Wieso?

Direkt nach seiner Bildung wird es im Inneren der

Erde eine Ellipsenbahn beschreiben und nach und nach alles
konsumieren, was sich außerhalb des Perigäums befindet. Wie
schnell das geht, könnte man abschätzen, wenn man annimmt, daß
die Viskosität der Erdmaterie so groß ist, daß sie langsamer
in das Loch hineingepreßt wird, als sich dieses durch die Erde
bewegt. Die Masse, die das Loch in einer bestimmten Zeit
konsumiert erhält man dann, wenn man den Weg, den es in dieser
Zeit innerhalb der Erde zurücklegt, mit seinem Querschnitt
multipliziert. Ich werde das jetzt aber nicht ausrechnen.

Welchen Querschnitt hätte denn ein schwarzes Loch von sagen wir mal 1g? (Ich hoffe das ist realistisch)

Gruß
Oliver

#5

Hi,

Die virtuellen Paare bilden sich nicht in der Singularität,
sondern am Ereignisshorizont - genauer: ein Partner außerhalb
des Loches und das andere Innerhalb. Deshalb kann der eine
Partner (der in das Loch stürzt) auch nicht wieder mit seinem
Antipartner annihilieren, so dass dieses verwaiste Teilchen
real wird und entkommt. Von außen sieht das so aus als ob das
Loch zerstrahlt.

schon klar, aber wenn der Schwarzschildradius so winzig ist, dann ist doch auch das Raumgebiet um das scharze Loch herum, in dem diese virtuellen Paare entstehen können, welche durch den Ereignishorizont getrennt werden, sehr klein und ich frage mich, ob überhaupt von sich aus in einem so winzigen Gebiet von vielleicht 10-23m normalerweise genügend Teilchenpaare entstehen, dass daraus die Strahlungsleistung der Sonne entstehen kann. Wenn da soviel zusammen kommt, dann wäre ja im Vakuum die Hölle los.

Und was passiert, wenn ein allerwinzigstes black hole aus
einem beschleuniger doch nicht verdampft? Wie lange
wird es dauern, bis es die Erde aufgfressen hat?

!?!
… das wird doch hoffentlich nicht passieren?!
Auf jeden Fall zahlt das keine Versicherung.

Vielleicht finden wir deshalb kein intelligentes Leben im All, weil alle hochentwickelten Zivilisationen an diesem Experiment gescheiert sind :wink:

gruß

unimportant

#6

hallo oliver,

Die virtuellen Paare bilden sich nicht in der Singularität,
sondern am Ereignisshorizont - genauer: ein Partner außerhalb
des Loches und das andere Innerhalb. Deshalb kann der eine
Partner (der in das Loch stürzt) auch nicht wieder mit seinem
Antipartner annihilieren, so dass dieses verwaiste Teilchen
real wird und entkommt. Von außen sieht das so aus als ob das
Loch zerstrahlt.

ups wird dabei nicht der energiessatz gebrochen? was ist mit dem partner der ins loch stuerzt? wie soll dieser dem BH die energie entziehen die der partner der ausserhalb entkommen ist quasi entnommen hat?

reicht nicht allein heisenberg um zu erklaeren wie BH verdampfen? jetzt habe ich die proportionalitaet zur masse vergessen wie schnell BH verdampfen, weiss es noch jemand?

mfg peter

#7

Hallo Peter

Die virtuellen Paare bilden sich nicht in der Singularität,
sondern am Ereignisshorizont - genauer: ein Partner außerhalb
des Loches und das andere Innerhalb. Deshalb kann der eine
Partner (der in das Loch stürzt) auch nicht wieder mit seinem
Antipartner annihilieren, so dass dieses verwaiste Teilchen
real wird und entkommt. Von außen sieht das so aus als ob das
Loch zerstrahlt.

ups wird dabei nicht der energiessatz gebrochen? was ist mit
dem partner der ins loch stuerzt? wie soll dieser dem BH die
energie entziehen die der partner der ausserhalb entkommen ist
quasi entnommen hat?

Die Vakuumenergie ist nach Definition null. Also ja, die
virtuelle Teilchen verletzen den Energieerhaltungssatz. Aber
die Teilchen verschwinden gleich danach wieder (z. B. nach
achtzig Attosekunden für ein photon orangen Lichts) und geben
die Energie dem Vakuum zurück.Und wenn ein virtuelles Teilchen
in ein Schwarzes Loch fällt?

Wenn ein Teilchen eines virtuellen Teilchenpaares in ein
schwarzes Loch fällt und das andere nicht, können sie nicht zu
Energie zurückreagieren und das entkommende wird ein reales
Teilchen. Ein „Energieloch“ bleibt im Vakuum zurück. Irgendwie
muss dieses „Loch“ in der Vakuumenergie wieder gefüllt werden -
auch in der Quntenphysik kann der Energieerhaltungssatz nicht
für längere Zeit verletzt werden. Also zieht dieses „Loch“
Energie von dem Schwarzen Loch. Aber was für Energie hat ein
Schwarzes Loch ohne Drehimpuls oder Ladung? Seine Masse!
Folglich verliert das Schwarze Loch etwas seiner Masse nach
Einsteins berühmten Formel E = mc².

Vielleicht ist Dir aufgefallen, dass das kein Beweis ist, dass
die Energie aus dem Schwarzen Loch stammt. Tatsächlich können
wir es nicht wirklich beweisen, ohne eine Menge Quantenphysik
zu benutzen (Es beruht auf dem Tunneleffekt). Du musst es
einfach als wahr schlucken. Ein anderer, aber dennoch ähnlicher
Weg, den Masseverlusst des Schwarzen Lochs zu erklähren, ist,
dass das Teilchen, das in das Schwarze Loch fällt, eine
negative Masse bekommt und daher die Masse des Schwarzen Lochs
abnimmt…

Gruß
Oliver

1 Like
#8

hallo oliver,

super sache:smile:

Vielleicht ist Dir aufgefallen, dass das kein Beweis ist, dass
die Energie aus dem Schwarzen Loch stammt. Tatsächlich können

jau

wir es nicht wirklich beweisen, ohne eine Menge Quantenphysik
zu benutzen (Es beruht auf dem Tunneleffekt). Du musst es
einfach als wahr schlucken. Ein anderer, aber dennoch
ähnlicher
Weg, den Masseverlusst des Schwarzen Lochs zu erklähren, ist,
dass das Teilchen, das in das Schwarze Loch fällt, eine
negative Masse bekommt und daher die Masse des Schwarzen Lochs
abnimmt…

und wie waere es nur und nur oder parallel mit heisenberg? oder ist das deiner meinung nach mit den virtuellen teilchenpaaren bereits heisenberg? wo ich mir heisenberg parallel so vorstelle, dass ein photon oder irgendwas durch heisenberg ploetzlich ausserhalb der schwarzschildsphaere ist und entkommt.

wer schreibt solches wo dazu?

ausser mal hawking jetzt.

beste gruesse, peter

#9

Hallo Lego,

wir reden von der selben Sache.

und wie waere es nur und nur oder parallel mit heisenberg?
oder ist das deiner meinung nach mit den virtuellen
teilchenpaaren bereits heisenberg? wo ich mir heisenberg
parallel so vorstelle, dass ein photon oder irgendwas durch
heisenberg ploetzlich ausserhalb der schwarzschildsphaere ist
und entkommt.

Die Sache mit den virtuellen Teilchen ist bereits Heisenberg. Ein Vakuum kann nie exakt leer sein , weil sonst ja alle Felder im Vakuum - wie z.B. die Gravitationskraft - exalt gleich Null wären. Also muss es (nach Heisenberg) eine Quantenfluktuation im jeden Feld und damit auch im Vakuum geben. Und ein Modell diese Fluktuationen zu beschreiben ist eben die Vorstellung von virtuellen Teilchen.

Gruß
Oliver

#10

Hallo Oliver,

Die Sache mit den virtuellen Teilchen ist bereits Heisenberg.
Ein Vakuum kann nie exakt leer sein , weil sonst ja alle
Felder im Vakuum - wie z.B. die Gravitationskraft - exalt
gleich Null wären.

Das akzeptier ich ja, aber zwischen exakt Null und so groß, dass auf 10-23 meter eine Strahlungsleistung unserer gesamten Sonne entsteht, wenn man dort den Teilchen ihre Partner raubt, ist ein großer Unterschied. Das erscheint mir ein wenig sehr viel.

gruß unimportant

#11

Hallo

Die Sache mit den virtuellen Teilchen ist bereits Heisenberg.
Ein Vakuum kann nie exakt leer sein , weil sonst ja alle
Felder im Vakuum - wie z.B. die Gravitationskraft - exalt
gleich Null wären.

Das akzeptier ich ja, aber zwischen exakt Null und so groß,
dass auf 10-23 meter eine Strahlungsleistung
unserer gesamten Sonne entsteht, wenn man dort den Teilchen
ihre Partner raubt, ist ein großer Unterschied. Das erscheint
mir ein wenig sehr viel.

Ich hab gesagt ein Feld WÄRE Null, wenn es keine virtuelle Teilchen GÄBE!
Wo ist eigentlich genau dein Problem? Wieso soll es deiner Meinungn nach nicht möglich sein, dass ein kleines schwarzes Loch so stark strahlt. Nur weil du es dir nicht vorstellen kannst?

Gruß
Oliver

#12

Hi

Ich hab gesagt ein Feld WÄRE Null, wenn es keine virtuelle
Teilchen GÄBE!
Wo ist eigentlich genau dein Problem? Wieso soll es deiner
Meinungn nach nicht möglich sein, dass ein kleines schwarzes
Loch so stark strahlt. Nur weil du es dir nicht vorstellen
kannst?

Das wäre ein schlechter Grund :wink:

Ich formulier das Problem vielleicht anders:

Wieviele virtuelle Teilchenpaare entstehen denn in einem bestimmten Raumvolumen in einer bestimmten Zeit? 101000 pro Kubikmeter und Sekunde oder 1010000000 vieleicht? Oder richtet sich das nach dem Bedarf des Feldes? So dass in der Nähe starker Felder besonders viele virtuelle Teilchenpaare entstehen?

Ist aber das G-Feld unmittelbar über dem Ereignishorizont nicht bei jedem black hole gleich stark? Und wenn das so ist, wieso strahlt dann ein großes Loch nicht genauso stark ( stärker wegen der größeren Oberfläche ) als ein kleines, ganz gleich, ob man eine konstante virtuelle Teilchenentstehungsrate oder eine feldstärkeabhängige annimmt?

Also wovon hängt es ab wieviele v. Teilchen innerhalb einer gewissen Zeit innerhalb eines festen Volumens erzeugt werden?

Das wäre genau mein Problem.

viele Grüße

unimportant

Gruß
Oliver

#13

Willst du damit sagen DASS es die gesamte Erde auffressen
wird, wenn es am Nord- oder Südpol durchgeführt wird??

Ja.

Wieso?

Weil es dann durch den Mittelpunkt der Erde pendelt.

Welchen Querschnitt hätte denn ein schwarzes Loch von sagen
wir mal 1g? (Ich hoffe das ist realistisch)

Rund 7*10-60 m².

#14

hallo ihr beiden oliver und unimportant,

ich mache mal mit zu dritt in einem teilstrang um das ganze nicht auseinander zu reissen.

meines erachtens ist es auch eine frage der entfernung vom horizont bis zur „mitte“ des BH, wieviel pro zeiteinheit verdampft wegen heisenberg, da die energie den weg gehen muss bis zum horizont und entsprechend zeit mal energie gleich h-oder-was-auch-immer.

oliver, ich fragte dich weiter oben etwas. das die virtuellen paare zustande kommen aufgrund heisenberg ist klar, was ich meinte war reelle energie aus der singularitaet die sich via heisenberg zeit/energie ausborgt und damit bis zum rand kommt und entwischt. das meinte ich ob dieses zutrifft oder nur virtuelle paare oder beides oder ob beides einander entspricht und wenn letzteres, wie dann? wer hat einen guten link zur hand?

verstehst du oliver was ich meine? nicht die virtuellen paare sondern aus der singularitaet heraus reale energie/masse die sich energie nach heisenberg borgt.

Wieviele virtuelle Teilchenpaare entstehen denn in einem
bestimmten Raumvolumen in einer bestimmten Zeit?
101000 pro Kubikmeter und Sekunde oder
1010000000 vieleicht? Oder richtet sich das nach

gute frage an der stelle der debatte von dir.

dem Bedarf des Feldes? So dass in der Nähe starker Felder
besonders viele virtuelle Teilchenpaare entstehen?

hmpf gab es da nicht etwas? ist meinem gedaechtnis entfallen.

Ist aber das G-Feld unmittelbar über dem Ereignishorizont
nicht bei jedem black hole gleich stark? Und wenn das so ist,
wieso strahlt dann ein großes Loch nicht genauso stark (

eben! wuerde ich hier auch anfuehren siehe abstand zur singularitaet.

viele gruesse, peter

#15

was ich
meinte war reelle energie aus der singularitaet die sich via
heisenberg zeit/energie ausborgt und damit bis zum rand kommt
und entwischt.

Wie soll das gehen? Nichts entkommt dem Loch.

#16

hallo oliver,

doch entkommt etwas dem loch wie du selbst weisst. die frage die wir beide als wage differenz zwischen uns beiden haben ist nur wie! ueber heisenberg in jedem falle. ich sage dazu methode b wie oben ueber reale energie, du methode a ueber virtuelle energie/teilchenpaare wo eins draussen bei dir entkommt und das andere nach deinen worten zu so etwas komischem wird wie negativer energie und dann der realen im zentrum in der singularitaet energie entzieht. letzteren vorgang kann ich mir schlecht vorstellen, also wie ein virtuelles heisenbergteilchen mit realer energie/masse zu weniger realer energie/masse anihiliert.

ich will klaeren ob a oder b oder a und b oder ob a und b dasselbe sind und wenn dann wie und wie a oder b ueberhaupt geklaert werden koennen.

viele morgengruesse, peter

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#17

Hallo nur wunderhübsche Links hier o.w.T.
http://casa.colorado.edu/~ajsh/hawk.html
http://web.mit.edu/afs/athena.mit.edu/user/r/e/redin…
letzter link ist eine linksammlung dort zum beispiel folgendes
http://xxx.lanl.gov/abs/hep-th/9412189
http://xxx.lanl.gov/abs/hep-th/9510026

#18

hallo Peter,

was ich
meinte war reelle energie aus der singularitaet die sich via
heisenberg zeit/energie ausborgt und damit bis zum rand kommt
und entwischt.

Wie soll das gehen? Nichts entkommt dem Loch.

doch entkommt etwas dem loch wie du selbst weisst.

Bei dir müsste aber der Weg des reales Teilchens direkt durch den Ereignishorizont gehen. Und das geht nicht.
Gerade deshalb muss man doch gerade den Umweg über die virtuellen Teilchen machen.

die wir beide als wage differenz zwischen uns beiden haben ist
nur wie! ueber heisenberg in jedem falle. ich sage dazu
methode b wie oben ueber reale energie, du methode a ueber
virtuelle energie/teilchenpaare wo eins draussen bei dir
entkommt und das andere nach deinen worten zu so etwas
komischem wird wie negativer energie und dann der realen im
zentrum in der singularitaet energie entzieht. letzteren
vorgang kann ich mir schlecht vorstellen, also wie ein
virtuelles heisenbergteilchen mit realer energie/masse zu
weniger realer energie/masse anihiliert.

Und ich habe weniger Probleme damit mir ein Teilchen mit negativer Energie vorzustellen, das in das Loch stürzt, als ein Teilchen mit postiver Energie das aus dem Loch heraus kommt.

Gruß
Oliver

#19

Schwarze Kassen und Hawkingstrahlung
Hallo Olli, hallo Petra, hallo unimportent.

Vermutlich habt ihr mit beiden Varianten Unrecht. Ich behaupte mal, das dieses schwarze Loch wie eine Bande wirkt und „normale“ Materie ganz einfach reflektiert :frowning:

Nein, ich bin nüchtern.

Lest mal spaßeshalber im Astrobrett mit. Wie sollen Teilchen einfach so entstehen? Sie müssten dazu unseren Ereignishorizont überschreiten —> unmöglich.
Wie sollten Teilchen aus dem Loch kommen? auch unmöglich. (ist im übrigen nicht ganz korrekt dargestellt, da war doch noch was mit Tunneleffekt und Zeitzins… :smile:

Gruß
Frank, der sich wenigstens ein nackisches Universum plus zwei Kullern plus eine Geschwindigkeit vorstellen kann :smile:

#20

nocheiner
http://www.spiegel.de/video/0,4916,488,00.html