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Sternengeschichten Folge 238: Die Hawking-Strahlung

Es gibt zwei Dinge die alle über Hawking-Strahlung wissen. Erstens: Sie hat etwas mit schwarzen Löchern zu tun. Und zweitens: Stephen Hawking hat sie entdeckt. Beide Aussagen sind richtig und das ist schon mal eine erste Überraschung angesichts der vielen Missverständnisse die über Schwarze Löcher im Umlauf sind. Ein paar davon habe ich ja schon in den Folgen 40 und 41 der Sternengeschichten angesprochen; unter anderem das sehr beliebte Missverständnis das schwarze Löcher Materie “ansaugen” würden. Das tun sie nicht; wenn man ausreichend Abstand zu ihnen hält dann passiert einem überhaupt nichts. Erst wenn man eine klar definierte Grenze – den sogenannten Ereignishorizont – überschreitet, wird es kritisch. Denn hat man diese Grenze einmal überschritten, dann kommt man nicht mehr zurück. Die Gravitationskraft des schwarzen Lochs wird hinter dieser Grenze so stark dass man keine Möglichkeit mehr hat, umzukehren. NICHTS kann zurück; nicht einmal Licht ist schnell genug und da nichts schneller als Licht ist, kann auch nichts mehr aus einem schwarzen Loch entkommen.

Nichts, bis auf die Hawking-Strahlung. Das war die Entdeckung die den britischen Astrophysiker im Jahr 1975 so berühmt gemacht hat. Er entdeckte einen Mechanismus der zeigt das auch schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind sondern Strahlung abgeben. Und hier fangen ein ganzer Haufen neuer Missverständnisse an.

Stephen Hawking (Bild: NASA)

Stephen Hawking (Bild: NASA)

Hawkings Erklärung ist eine mathematische, in der Phänomene aus der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie auf eine äußerst originelle Weise miteinander verbunden werden. Ist man kein Experte für diese Gebiete und hat man keine Ahnung von Mathematik, dann hat man auch keine Chance zu verstehen was Hawking gemacht hat. Es braucht eine Übersetzung die auch allgemein verständlich ist. Bei der Hawking-Strahlung kann man überall, auch in der Fachliteratur, folgende Erklärung lesen:

Das Vakuum im Weltraum ist nicht wirklich komplett leer. Es können dort sogenannte virtuelle Teilchen entstehen. Paare aus Materie und Antimaterie die für enorm kurze Zeit aus dem Nichts entstehen und sich dann gegenseitig wieder vernichten. Wenn diese Teilchenpaare aber nun gerade in der Nähe des Ereignishorizontes eines schwarzen Loches entstehen, dann kann ein Teilchen hinter diese Grenze geraten und kommt nicht mehr weg. Dem anderen Teilchen fehlt nun der Partner für die gegenseitige Vernichtung und es fliegt einfach alleine drauf los und hinaus ins All. Ist das Teilchen das hinter dem Ereignishorizont verschwunden ist das Anti-Teilchen das eine negative Energie hat wird dadurch insgesamt die Masse des Lochs verringert. Von außen sieht man also wie das schwarze Loch ein bisschen leichter wird und gleichzeitig ein neues Teilchen von seinem Ereignishorizont hinaus in die Welt fliegt. Das ist die Hawking-Strahlung!

Diese weit verbreitete Erklärung hat den großen Vorteil dass man sie leicht verstehen kann. Sie hat allerdings den gravierenden Nachteil dass sie falsch ist. Diese Erklärung macht nämlich nur dann Sinn wenn man davon ausgeht dass die Hawking-Strahlung tatsächlich ausschließlich direkt am Ereignishorizont produziert wird. Aber genau das stimmt nicht.

Die mathematische Betrachtung zeigt dass die Hawking-Strahlung aus einem weit über den Ereignishorizont hinaus gehenden Bereich kommt. Es gibt quasi eine “Atmosphäre” aus Hawking-Strahlung und nicht eine scharf definierte Grenzlinie an der sie entsteht. Das Problem an der Sache ist jetzt allerdings: Es gibt kein simples, anschauliches Bild mehr um zu erklären was vor sich geht. Entweder man wird Experte für Quantenmechanik und Relativitätstheorie. Oder man akzeptiert das die Sache mit der Hawking-Strahlung nicht so einfach zu verstehen ist.

Zumindest nicht vollständig und nicht nach ein paar Sätzen. Man muss hier schon ein wenig weiter zurück gehen; zurück bis zu solchen fundamentalen Fragen wie: Was ist ein Teilchen? Und vor allem: Was ist das Vakuum? Die simple Antwort die wir anhand unserer Alltagserfahrung geben können lautet: Ein Teilchen ist ein Teilchen und ein Vakuum ist das wo keine Teilchen sind. Aber so einfach ist es natürlich nicht. Es kommt darauf an, wer die Beobachtungen anstellt und vor allem, wie schnell sich die Beobachter in Bezug aufeinander bewegen.

Das ist ja die große Erkenntnis der Einsteinschen Relativitätstheorie: Die Bewegung spielt eine wichtige Rolle. Die Geschwindigkeit spielt eine wichtige Rolle; um so mehr je näher sie an die Lichtgeschwindigkeit heran reicht. Und vor allem spielt die Beschleunigung eine Rolle. Das was für den einen Beobachter wie leerer Raum aussieht kann für einen beschleunigten Beobachter wie ein Haufen Teilchen aussehen.

Um das, zumindest ansatzweise zu verstehen müssen wir uns erst mal von der Idee verabschieden ein “Teilchen” sei irgendein konkretes Ding, eine Art kleine Kugel die halt da ist oder nicht. In der modernen Quantenmechanik beschreibt man Teilchen als Anregung eines Quantenfeldes. Es gibt also ein Feld – so wie das Gravitationsfeld oder ein Magnetfeld – und wenn man Energie in dieses Feld steckt, dann ploppt ein Teilchen heraus. Das ist natürlich auch nur eine sehr vereinfachte Darstellung aber besser als gar nichts…

Will man solche Felder beschreiben, dann braucht man ein Koordinatensystem das Raum und Zeit berücksichtigt. Und da wird es schon wieder knifflig. “Raum” und “Zeit” sind nicht unabhängig voneinander sondern können eigentlich, wie Albert Einstein gezeigt hat, nur als kombinierte Raumzeit betrachtet haben. Deswegen ändert sich ja auch bei einer schnellen Bewegung durch den Raum auch immer das, was wir als Zeit betrachten. Sie vergeht unterschiedlich schnell je nachdem wie schnell wir uns durch den Raum bewegen. Und jetzt wird es ein weiteres Mal kompliziert: Je nachdem wie schnell und wie stark beschleunigt man sich durch die Gegend bewegt ändert sich auch das was wir als Vakuum wahrnehmen. Denn ein Vakuum ist nicht “Nichts”. Das Vakuum ist voll mit den vorhin erwähnten Quantenfeldern aus denen aufgrund der den Quanten immer eigenen Quantenfluktuationen eben auch die virtuellen Teilchen entstehen können die ich ganz zu Anfang erwähnt habe.

Man kann sich ein Vakuum am besten als Ansammlung von Quantenfeldern vorstellen in denen so wenig Energie wie möglich steckt. Dieser niedrigste Energiezustand hängt jetzt aber von der Art der Bewegung ab! Energie wird in der Quantenmechanik als die zeitliche Veränderung der Wellenfunktion definiert (das ist das Ding mit dem man dort Teilchen beschreibt). Und da taucht wieder mal die quantemechanische Unschärfe auf. Da die Teilchen eben keine konkreten Dinger mehr sind sondern durch wellenartige Funktionen beschrieben werden kann man sie auch nicht konkret lokalisieren und sagen: GENAU DA ist eines! Man kann Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens nie gleichzeitig exakt kennen; nicht weil man nicht so genau messen kann sondern weil es prinzipiell nicht geht. Da ist nichts, was gleichzeitig einen exakten Ort und eine exakte Geschwindigkeit haben kann!

Was für Ort und Geschwindigkeit gilt, gilt auch für Energie und Zeit. Für zwei unterschiedliche Beobachter die sich in unterschiedlichen Bewegungszuständen befinden vergeht die Zeit auch unterschiedlich schnell und sie werden zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen wenn sie die Energie im Vakuum beobachten. Genau diese Energie bestimmt ja nun aber wie viele virtuelle Teilchen dort entstehen können.

Schwarze Löcher leuchten - aber SEHR kompliziert... (Bild: IGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet))

Schwarze Löcher leuchten – aber SEHR kompliziert… (Bild: IGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet))

Oder anders gesagt: Dort wo der eine Beobachter leeres Vakuum sieht, sieht ein anderer Beobachter jede Menge Teilchen. Und die schwarzen Löcher? Dazu brauchen wir jetzt noch mal die Gravitation – und ein weiteres Mal die Relativitätstheorie. In der hat Albert Einstein ja auch festgestellt, das Gravitation und Beschleunigung zusammenhängen. Masse krümmt die Raumzeit und bewegen wir uns durch eine gekrümmte Raumzeit, dann spüren wir Gravitationskräfte, genau die gleichen Kräfte die wir aber zum Beispiel auch spüren wenn wir in einem sich beschleunigenden Auto gegen den Sitz gedrückt werden.

Und jetzt brauchen wir noch einen letzten komplizierten Gedanken: Ein schwarzes Loch ist – so wie ein Teilchen – kein simples Ding. Es ist ein dynamischer Prozess und beschreibt eine in sich selbst kollabierende Raumzeit. Man kann nun zwei Beobachtungen vergleichen: Einmal den Raum bevor sich das schwarze Loch gebildet hat und angefangen hat die Raumzeit durcheinander zu bringen. Und einmal den Raum in dem das schwarze Loch sitzt und der kollabiert. Diese zwei Beobachter haben Koordinatensysteme die in Bezug aufeinander beschleunigt sind.

Und das ist der Punkt um den sich alles dreht! Die unterschiedlichen Koordinatenysteme sorgen für einen unterschiedlichen Blick auf das Vakuum. Der eine sieht nix, der andere sieht jede Menge Teilchen. Diese Teilchen sind die Hawking-Strahlung!

Die Hawking-Strahlung ist also quasi das, was das schwarze Loch aus dem Vakuum gemacht hat, das zuvor da war. Diese Erklärung ist leider ein wenig komplizierter und deutlich länger als die Geschichte mit den Teilchenpaaren am Ereignishorizont. Aber zumindest ist sie ein klein wenig richtiger…

P.S. Ich habe mich bei der Erklärung sehr an diesem sehr guten Artikel von Sabine Hossenfelder orientiert. Es ist aber durchaus möglich das ich etwas falsch verstanden habe. Für Korrekturvorschläge, falls nötig, bin ich dankbar.

Kommentare (54)

  1. #1 knorke
    16. Juni 2017

    Ich glaube ca. 70% habe ich gerafft. Vor allem das Prinzip mit der Unschärfe habe ich besser verstanden, als zuvor. Toller Artikel. Danke dafür!

  2. #2 pane
    16. Juni 2017

    Das Modell mit den Teilchenpaaren finde ich auch nicht sonderlich plausibel; denn genau so oft wie ein Antiteilchen in das schwarze Loch fällt und das Teilchen entkommt, müsste es auch umgekehrt sein und der Effekt hebt sich auf.

  3. #3 Alderamin
    16. Juni 2017

    @pane

    Es geht bei dem Modell mit den Paaren nicht darum, dass Antimaterie in das schwarze Loch fällt, sondern dass das Antiteilchen des Teilchens, das übrig bleibt, hineinfällt. Das Antiteilchen eines Positrons ist beispielsweise ein Elektron, und das ist keine Antimaterie.

    Weil aber das verbliebene Teilchen eine positive Masse hat (egal ob Materie oder Antimaterie) muss das verschluckte Teilchen dem schwarzen Loch einen Masseverlust bescheren, damit die Summe wieder stimmt.

    Zugegeben, die Erklärung ist etwas merkwürdig.
    Bei der Erklärung oben im Artikel wird aber auch nicht klar, warum die Teilchen dem schwarzen Loch Masse rauben. Das lässt sich anschaulich wohl nicht darstellen.

  4. #4 Madouc
    16. Juni 2017

    Ich lese so gerne hier, und lerne so viel dabei. So; das musste mal raus. Danke!

  5. #5 tomtoo
    16. Juni 2017

    @Alderamin

    “”” einen Masseverlust bescheren, damit die Summe wieder stimmt.
    Zugegeben, die Erklärung ist etwas merkwürdig.””

    Oh ja. @MartinB Hilfe !!!

  6. #6 Florian Freistetter
    16. Juni 2017

    @tomtoo: Es tut mir leid dass ich es trotz allem nicht geschafft habe, die Hawking-Strahlung anschaulich zu erklären. Aber manche Sachen haben halt keine wirklich gute anschauliche Erklärung weil es sich nicht um anschauliche Phänomene handelt. Hier gehts um Quantenmechanik und allgemeine Relativität und beides spielt sich außerhalb unserer Alltagserfahrung ab. Unser Hirn ist nicht ausgelegt, das zu verstehen (Oder versteht hier zB irgendwer was eine Wellenfunktion *wirklich* ist… ).

    Es bleibt die Mathematik. Ich kann dir dazu dieses paper empfehlen: https://arxiv.org/abs/1511.08221

    Bzw. auch noch mal den Artikel den ich eh schon im Text verlinkt habe: http://backreaction.blogspot.de/2015/12/hawking-radiation-is-not-produced-at.html

  7. #7 Michael
    16. Juni 2017

    Zum virtuelle Teilchen Modell:
    Soweit ich das verstanden habe handelt sich um (ruhe)masselose Teilchen und erst bei der Trennung des virtuellen Teilchenpaares wird das Teilchen das in den Raum entkommt zum realen Teilchen mit positiver Energie.
    Das ins Scharze Loch gefallene Teilchen hatt somit negative Energie was laut E=mc^2 dem SL Masse entzieht.
    Bei der abgegeben Strahlung handelt es sich um thermische Strahlung, wobei diese bei stellaren und auch größeren SL unter der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung liegt und somit durch diese mehr Masse gewinnen als sie durch die Hawking-Strahlung verlieren.
    Und hier noch ein Zitat aus dem Wikipediaartikel dazu:

    Der physikalische Kern von Hawkings Argumentation lautet demnach wie folgt: Der Kollaps sowie die Anwesenheit eines Horizontes führt zu inäquivalenten Vakuumzuständen. Während in einer flachen Raumzeit die Zeitentwicklung das Vakuum invariant lässt, ist dieses in einer Raumzeit mit Schwarzen Loch einem „Streuprozess“ unterworfen ist, der das initiale Vakuum in einen thermischen Zustand überführt.

  8. #8 Laie
    16. Juni 2017

    Materie und Antimaterie löschen sich nicht aus, sie wandeln einander um in Strahlungsenergie, d.h. die Summe aus Materie und Antimaterie ist Energie, jedoch nicht null.

    Das hat, so wie ich es verstehe, nichts mit dem Modell der virtuellen Teilchen zu tun., weil dort ein Teilchen stets negative Energie hat. Ein Teilchen mit negativer Energie ist nicht Antimaterie, da Antimaterie lediglich umgekehrt elektrisch geladen ist. Antimaterie ist verhält sich auch wie reale Materie.

    Bezüglich der Hawking-Strahlung, die ebenfalls nur ein theoretisches Modell ist, ergeben sich zu den virtuellen Teilchen mit negativer Energie ein paar Fragen:

    Was soll man sich unter einem Teilchen mit negativer Energie vorstellen?

    Welche Eigenschäften hätte es, wie wäre es festzustellen, wie würde es mit anderer Materie wechselwirken?

    Wo und wie wären Teilchen mit negativer Energie im Teilchenzoo einzuordnen?

    Kingt ähnlich wie eine Temperatur unter dem absoluten Nullpunkt.

  9. #9 MartinB
    16. Juni 2017

    Das Bild mit den virtuellen teilchen ist eigentlich selten hilfreich.
    Ich habe dazu mal was in meiner Serie über das Vakuum geschrieben, findet ihr hier:
    http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/artikelserien/
    (Und mehr in der QFT-Serie…)

    Dass das Bild problematisch ist, merkt man schon an folgendem simplen Argument:
    Das Vakuum hat 2 Eigenschaften:
    1. Es hat die niedrigst-mögliche Energie (so Kram wie “falsches Vakuum” mal außen vor), und diese Energie ist konstant
    2. Es ist isotrop, sieht also überall gleich aus (für gleichförmig bewegte Beobachter)
    Aus 1. folgt, dass das Vakuum zeitunabhängig ist und aus 2, dass es auch ortsunabhängig ist. Es ist kann also nicht so sein, dass “zufällig an einem Ort zu einer Zeit” irgendwelche Teilchen-Antiteilchen_Paare entstehen.

    Man kann das Vakuum als *quantenmechanische Überlagerung* aus allen denkbaren Kombinationen von solchen virtuellen Teilchen-Paaren darstellen, aber das ist nicht dasselbe.

    Florian hat eigentlich sehr schön argumentiert, warum man besser mit dem Begriff von feldern hantiert als mit den Teilchenpaaren…

  10. #10 tomtoo
    16. Juni 2017

    Erst mal allen hier vielen Dank !!

    Jetzt hab ich wieder so viel Input das meine Hirnverzwurbler erst mal zunehmen. Aber das ist ok.

  11. #11 mathias
    16. Juni 2017

    Ich meine, mal gelesen zu haben, dass das mit der Hawking-Strahlung ganz ursprünglich aus Überlegungen rein aus der ART und Thermodynamik stammen soll: Wenn zwei schwarze Löcher verschmelzen, beträgt gemäß ART deren Gesamtoberfläche mehr als die Summe beider vorherigen Oberflächen. Ein Verhalten, welches stark an die Eigenschaft von Entropie erinnert. Gesamtentropie nachher ist größer als die Gesamtentropie vorher, zweiter Hauptsatz. Und dass daher vermutet wurde, dass die Oberfläche von schwarzen Löchern ein Maß für deren Entropie sein könnte. Und wenn etwas Entropie besitzt, dann besitzt es auch Temperatur. Und wenn etwas Temperatur besitzt, dann strahlt es auch. Und jetzt erst kommt die Quantenphysik ins Spiel.

  12. #12 JoJo
    16. Juni 2017

    @Florian:

    Dort wo der eine Beobachter leeres Vakuum sieht, sieht ein anderer Beobachter jede Menge Teilchen.

    Wenn ein Beobachter ein Teilchien sieht — also das Ereignis Detektion feststellt — dann gilt das doch für alle Beobachter? Andere Beobachter werden andere Impuse etc. messen, aber es kann doch nicht vom Beobachter abhängen, ob ein Ereignis stattfindet oder nicht?

    Genau diese Energie bestimmt ja nun aber wie viele virtuelle Teilchen dort entstehen können.

    Was bedeutet denn “virtuelle Teilchen entstehen”? So wie ich das verstenden habe, entsprechen virtuelle Teilchen bestimmten Termen in der Theorie, die aber als solche nicht beobachtbar sind; beobachtet werden können nur reelle Teilchen, oder nicht?

    …wie bei einer komplizierten Funktion ƒ, welche das Ergebnis eines bestimmten Experiments (Verhalten reeller Teilchen) beschreibt. Weil ƒ zu kompliziert ist um direkt ausgedrückt oder berechnet zu werden, entwickelt man z.B. in eine Potenzreihe. Die dabei entstehenden Terme haben natürlich Anteil am Endergebnis und damit an der Vorhersage betreffs Beobachtung reeller Teilchen, aber ein Term in der Entwicklung entsteht doch nicht in einem physikalischen Sinne wie ein α-Teilchen bei einem α-Zerfall entsteht?

  13. #13 Artur57
    17. Juni 2017

    @Matthias

    “Wenn zwei schwarze Löcher verschmelzen, beträgt gemäß ART deren Gesamtoberfläche mehr als die Summe beider vorherigen Oberflächen.”

    Dem ist so, wenn die Oberfläche des Ereignishorizonts gemeint ist. Dieser ist exakt proportionaal zur Masse und die Fläche ändert sich demnach im Quadrat zur Masse.

  14. #14 Karl-Heinz
    17. Juni 2017

    Man kann jedoch die Vakuumerwartungswerte vergleichen, wenn man eine gekrümmte Raumzeit annimmt, die in Vergangenheit und Zukunft asymptotisch flach ist. D.h. die Metriken, die die kovariante Klein-Gordon Gleichung erfüllen, verschwinden bei unendlichen Abständen.
    …………
    Bei dieser Bilanz stellt man fest, dass das Gravitationsfeld Teilchen erzeugt hat, die man Hawking-Strahlung nennt!
    …….
    Quelle: http://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/hawking-strahlung/169

  15. #15 Karl-Heinz
    17. Juni 2017

    Hier wird mit den virtuellen Teichen, doch ein bischen gerechnet und nicht nur erklärt.

    http://flar.phsk.net/physik/astro/blackhole/blackhole.pdf

  16. #16 Montafoner
    17. Juni 2017

    Danke Florian, toller Artikel.

    Und das folgende Zitat:
    “Diese weit verbreitete Erklärung hat den großen Vorteil dass man sie leicht verstehen kann. Sie hat allerdings den gravierenden Nachteil dass sie falsch ist.”
    …sollte in die Jahres-Endveranstaltung “Zitate des Jahres” kommen. Einfach geil. Soll mal einer sagen, Wissenschaft ist langweilig.

  17. #17 Daniel Rehbein
    Dortmund
    17. Juni 2017

    Wie verhält sich dies eigentlich bzgl. Dunkler Materie? Die Erklärungen (sowohl die mit den Teilchen-Antiteilchen-Paaren als auch die mit den Feldgleichungen) müsste doch gleichermaßen für alles gelten, was ein Teilchen ist. Also nicht nur für die bekannte sichtbare Materie, sondern zusätzlich auch für die Dunkle Materie.

    Demnach müsste die Hawking-Strahlung nicht nur aus bekannten Teilchen, sondern außerdem auch aus Elementarteilchen der Dunklen Materie bestehen, die wir bisher noch gar nicht kennen. Ist die Hawking-Strahlung in diesem Sinne irgendwie nützlich für die Erforschung der Dunklen Materie?

  18. #18 Reggid
    17. Juni 2017

    @Florian

    danke für diesen artikel.

    die falsche erklärung hat sich leider viel zu sehr verselbständigt und wird in fast allen populärwissenschaftlichen erklärungen als “wahrheit” verkauft.

    gut das jemand mit deiner reichweite einmal einen sehr schönen artikel schreibt, der zwar ebenfalls einfach gehalten ist, aber ohne die falschen argumente mit den virutellen teilchen mit negativer energie auskommt.

    wenn ich noch auf diesen ebenfalls sehr guten artikel zum thema verlinken darf: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/BlackHoles/hawking.html

  19. #19 Reggid
    17. Juni 2017

    @Laie

    bezüglicher deiner fragen zu den teilchen mit negativer energie: der punkt an Florians artikel ist ja, dass diese erklärung mit den teilchen mit der negativen energie die irgendwie am horizont enstehen sollten und dann ins schwarze loch fallen, blödsinn ist.

    also vergiss diese vorstellung einfach am besten wieder, auch wenn du wahrscheinlich noch oft darüber stolpern wirst

  20. #20 Reggid
    17. Juni 2017

    @Daniel Rehbein

    natürlich würde das dunkle materie genauso betreffen.

    nur wenn man davon ausgeht dass dunkle materie aus relativ schweren teilchen besteht, dann werden sie in der Hawking strahlung nicht auftreten (einfach weil sie zu schwer sind).

    extrem leichte dunkle materie kandidaten, wei z.B. axionen, würden aber vielleicht(?) auch in der Hawking strahlung auftreten (weiß ich aber nicht ob die wirklich leicht genug wären)

    nützlich für die erforschung dunkler materie ist das aber natürlich überhaupt nicht, da Hawking strahlung experimentell wohl fast unmöglich nachweisbar ist.

  21. #21 Reggid
    17. Juni 2017

    @Karl-Heinz
    aus dem von dir verlinkten aritkel:

    In der Quantenmechanik ist es möglich, dass sich aus der so genannten Vakuumenergie virtuelle Teilchen bilden. Denn in der Welt der Quanten gibt es keinen absolut leeren Raum, den man als Vakuum im klassischen Sinne beschreiben könnte. So bilden sich im Zuge der Vakuumfluktuationen unablässig jeweils ein Teilchen und sein entsprechendes Anti-Teilchen, die sich nach kurzer Zeit sofort wieder gegenseitig vernichten

    das ist eben leider auch blödsinn. so wie MartinB schon geschrieben hat: im vakuum enstehen keinen teilchen und antiteilchen. auch nicht für kurze zeit. und den begriff “vakuumfluktuation” gibt es tatsächlich, nur hat er einen andere bedeutung als ihm in deraritgen artikeln immer zugeschrieben wird (es sind keine zeitlichen “fluktuationen”).

    generell kann man sagen dass sobald in solchen heuristischen erklärungen irgendwo “virtuelle teilchen” vorkommen, das die stelle ist ab der man das ganze nicht mehr so ernst nehmen sollte.

    denn einfach gesagt: “virtuelle teilchen” gibt es nicht.
    es gibt mathematische ausdrücke in einer ganz bestimmten näherungsmethode (die oft verwendet wird, aber auch nicht immer gültig ist und es gibt natürlich auch andere rechenmethdoden), die unglücklicherweise diesen namen erhalten haben. that’s it. wenn man z.B. andere methoden zum rechnen verwendet, gibt es keine “virtuellen teilchen” mehr.

  22. #22 Laie
    18. Juni 2017

    @Reggid
    Danke, ich habe beim 1x Lesen das und so einiges in Florians Beitrag überlesen. Bin froh, dass die Erklärung mit den virtuellen Teilen (das mit der negativen Energie würde reinfallen ins SL) falsch ist.

    Mir hat als Laie diese falsche Erklärung schon früher nie gefallen. Warum sie als leicht verständlich (allgemein) verstanden wird, ist mir auch ein Rätsel.

  23. #23 Karl-Heinz
    18. Juni 2017

    @Reggid

    Ja … das mit den virtuelle Teilchen hat bei mir auch einiges an Kopfzerbrechen ausgelöst.
    In dem von mir verlinkten Beispiel wird ziemlich überzeugend die Energie eines Photons der Hawkingstrahlung hergeleitet. Der Erzeugungsprozess findet in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs statt. Die Herleitung und Argumentation klingt, so sage ich mal, plausibel. Auf das Problem, dass das Photon rotverschoben sein müsste, wenn es das Gravitationsfeld verlässt, wird leider nicht näher eingegangen. Auch aus welchem Beobachtungsstandpunkt die Berechnung erfolgt, darüber herscht stillschweigen.
    Das Ergebnis der Herleitung, so nehme ich an, wird richtig sein.
    Was ich aber ganz und gar nicht verstehe ist die Tatsache, dass mit einem falschen Ansatz, ein richtiges Ergebnis hergeleitet wird.

    @Laie
    Bei mir ist es gerade umgekehrt, nämlich dass mir die leichte Erklärung, verdammt plausibel erscheint.

  24. #24 Artur57
    18. Juni 2017

    Anderer Ansatz: gemäß der “populären” Theorie entsteht genau am Ereignishorizont ein Teilchenpaar, bei dem das eine das Antiteilchen des anderen ist. Wenn aber ein Teilchen ein Antiteilchen hat, dann ist es immer massebehaftet. Wenn es sich am Ereignishorizont befindet, dann heißt das, dass es das Schwerefeld des Schwarzen Lochs nicht verlassen kann. Das schafft nur ein lichtschnelles Teilchen und da sich massebehaftete Teilchen stets mit kleineren Geschwindigkeiten bewegen, ist ihnen das Verlassen des Schwerefelds unmöglich. Es wird ebenfalls ins Schwarze Loch fallen.

    Etwas anderes aber ist interessant: bei exakt dem 1,5-fachen des Schwarzschildradius läuft das Licht auf einer Kreisbahn um das SL herum. Das sind in diesem Fall hauptsächlich hochenergetische Gammaquanten. Wenn zwei von diesen aufeinandertreffen, erfolgt tatsächlich eine Paarerzeugung eines Positrons und eines Elektrons (bei sehr hohen Energien auch eines Protons und Antiprotons). Von diesen fällt eines ins Loch und das andere kann sich entfernen, wobei die Anfangsgeschwindigkeit deutlich unter c liegen darf. Beide Teilchen sind verschränkt und wir wissen, dass sich Ereignisse, die dem einen Teilchen passieren, auf das andere auswirken. Ist die Verschränkung in der Lage, den Ereignishorizont zu tunneln? Nun ja, das Gegenteil ist noch nicht bewiesen. Am Ende haben wir hier die Möglichkeit, entgegen aller Erwartung doch Informationen aus dem Schwarzen Loch zu erhalten. Kann das ad hoc widerlegt werden?

  25. #25 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    Ich weiß, hat jetzt nichts mit H.-Strahlung zu tun, aber ich weiß nicht, wo ich es sonst fragen soll:

    Zwei Fragen:

    1. Was passiert, wenn ein quantenverschränktes Photon in ein SL fällt? Das SL vernichtet doch soviel ich weiß das Teilchen, auch die Information, nur Masse/Energie als nicht individualisierbare Größe bleibt erhalten, richtig? Aber das quantenverschränkte System ist doch genau das: Ein System. Bleibt es erhalten? Wird die Verschränkung einfach “nur” aufgelöst, geht das überhaupt? Wenn ich einen Spin messe bei dem Photon, das nicht reinfiel, müsste das, was reinfiel den umgekehrten Spin haben. Wie, wenn es in die Singularität fiel? Falls ich etwas messe und falls Verschränkung erhalten blieb, wäre es nicht möglich auf Basis dessen irgendwann mal eine Art “Photographie” aus dem Innern eines SL zu betreiben?

    2. Warum haben SL eine Temperatur > 0 K?
    Temp. ist doch die Bewegung von Teilchen und Interaktion mit Strahlung, richtig? Was für Teilchen, welche Strahlung – wenn wir wieder von der Singularität ausgehen? Oder ist das, was wir messen der Wert zwischen der Innenseite des Horizonts und kurz vor der Singularität? Eine Singularität MÜSSTE doch exakt Null Kelvin kalt sein, oder? Sie müsste also die Pseudo- oder Nicht-Temperatur haben, die ansonsten nirgends möglich ist. Oder liege ich falsch – und wenn ja, warum?

  26. #26 Adam
    19. Juni 2017

    Sehe gerade, dass meine Frage 1 mehr oder weniger der Frage meines Vorgängers entspricht, sorry :)

  27. #27 Alderamin
    19. Juni 2017

    @Artur57, Adam

    Ich weiß gar nicht, ob die bei der Paarerzeugung erzeugten Teilchen verschränkt sind (eher nicht, denke ich) und ob eine Verschränkung nach dem Überschreiten des Ereignishorizonts erhalten bliebe (ich denke schon, warum nicht?), aber Information kann man alleine durch Verschränkung sowieso nicht übertragen. Zwar wirkt sich der Zustand des einen Teilchens auf das andere aus, aber er ist nicht vorherseh- oder beeinflussbar. Man kann nicht das eine Teilchen wie ein zu übertragendes Bit in einen gewünschten Zustand zwingen und der entsprechende (oder orthogonale) Zustand taucht dann beim anderen Teilchen auf – die Teilchen “entscheiden” sich zufällig, welchen Zustand sie bei der Messung annehmen.

    Um mit verschränkten Teilchen Information zu übertragen, braucht man zusätzlich einen lichtschnellen, klassischen Kanal. Der würde dann aber am Ereignishorizont scheitern. Informationsübertragung aus einem schwarzen Loch heraus funktioniert mit Quantenverschränkung nicht.

    2. Warum haben SL eine Temperatur > 0 K?
    Temp. ist doch die Bewegung von Teilchen und Interaktion mit Strahlung, richtig?

    Nicht nur, es gibt die Temperatur eines Mediums, das ist das, was Du beschreibst, und es gibt Temperaturstrahlung, das ist die Strahlung eines schwarzen Körpers einer bestimmten Temperatur. Die Strahlung der Sonne ist z.B. annähernd die eines schwarzen Körpers (bis auf die Spektrallinien). Solche Strahlung hat eine charakteristische Verteilung der Intensität über die Wellenlängen, die ein wenig wie eine Glockenkurve aussieht (Plancksche Strahlungskurve). Die Temperaturstrahlung der Sonne ist der Grund, warum es auf der Erde warm ist, weil es zwischen der Sonne und uns kein Medium gibt, das die Wärme leiten könnte. Man merkt aber auch an Heizkörpern, elektrischen Glühlampen oder einer Kerze die Wärmestrahlung, z.B. im Gesicht; man kann sie mit der Hand abschatten.

    Auch der Hawking-Strahlung von schwarzen Löchern kann man eine solche Temperatur zuordnen, die Hawking-Temperatur. Die ist bei normalen schwarzen Löchern nur im Millionstel Kelvin Bereich, aber wenn ein schwarzes Loch durch die Hawking-Strahlung schrumpft, nimmt diese immer mehr zu. Während der letzten Bruchteile einer Sekunde der Auflösung des schwarzen Lochs kommt dies einer Atomexplosion gleich und dann geht die Temperatur entsprechend in die Millionen Kelvin. So die These, beobachtet hat man so etwas noch nicht (wie überhaupt die Hawking-Strahlung bisher ein hypothetisches Postulat ist, ihr messtechnischer Nachweis steht noch aus).

  28. #28 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    Toller Artikel übrigens. Nur wenn das so ist, wenn es am Ende eine relativistische Betrachtungsfrage ist in einem beschleunigten System, zudem oberhalb des Ereignishorizonts und nicht direkt das SL selbst als “Ding” betrifft, sondern die RaumZeit selbst, dann verstehe ich nicht, wieso das Schwarze Loch anhand dieser Emissionen Energie, also Masse im Laufe der Zeit verlieren sollte. Ist dieser Verlust also keiner in einem klassischen Sinne, sondern eine (je nach Standpunkt) andere Wahrnehmung auf den dynamischen Prozess der RaumZeit-Änderung, den das SL darstellt? Oder anders herum: Von wem aus betrachtet verliert sie Energie? Wäre es also theoretisch denkbar, dass in 1 Billion Jahren zwei Personen da sind, eine Person A und eine B, die jeweils etwas anderes beobachten? A beobachtet, dass das SL noch da ist und B beobachtet, dass es weg ist – und beide haben Recht?

  29. #29 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Alderamin:

    “aber er ist nicht vorherseh- oder beeinflussbar. Man kann nicht das eine Teilchen wie ein zu übertragendes Bit in einen gewünschten Zustand zwingen und der entsprechende (oder orthogonale) Zustand taucht dann beim anderen Teilchen auf – die Teilchen “entscheiden” sich zufällig, welchen Zustand sie bei der Messung annehmen.”

    Verstehe ich.
    Aber ich habe doch trotzdem die Messungs-Möglichkeit oder nicht? Ich kann den Spin des einen Partners messen – und damit (ungewollt) manipulieren. Völlig egal, wofür es sich dann entscheidet. Dann fiele die Möglichkeit der Info-Übertragung eben raus. Aber nicht die pure, existenzielle Info selbst, dass nämlich der Gegenpartner (wenn die Verschränkung erhalten blieb) doch immer noch da sein müsste! Und wäre das nicht ein Indiz dafür, dass es eine Singularität gar nicht geben kann? Wie gesagt, immer unter der Voraussetzung, dass die Verschränkung erhalten bleibt.

    @ Temp:

    Hmm. Und was wäre mit einer theoretischen “blanken” Singularität? Welche Strahlung eines Schwarzkörpers hätte sie?

  30. #30 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    Vielleicht ist es sogar noch schwerwiegender, als ich ursprünglich dachte, denn mir fiel gerade Folgendes ein: Die RaumZeit hinter dem Ereignishorizont wird doch immer mehr in die “Länge” gezogen, je weiter “runter” es geht Richtung Singularität, richtig? Das heißt, dass auch die Zeit selbst immer mehr gedehnt wird, der Fall also, von einem externen Beobachter gesehen (was ja normalerweise aufgrund des Horizonts nicht möglich ist) immer langsamer passieren sollte, gen Schluß sogar unendlich langsam, bevor er in der Zeitlosigkeit der Singularität ankommt. Wenn ich aber EXTERN (!), in meiner RaumZeit, in meinem Gefüge und meiner wahrgenommenen Zeit den einen Partner “in den Händen halte” und per Messung manipuliere – und wenn die Verschränkung erhalten blieb und somit das eigenständige System, das beide Partner darstellen – wie, was würde da geschehen? Wenn ich alle 1 Sekunde eine Messung vornehme, wäre das System als solches doch gezwungen etwas zu tun, was es nicht kann: In diesem Zeitverlauf MEINER einer Sekunde, die aber auf der Gegenseite eine halbe Ewigkeit ist, eine Änderung herbei zu führen. Eine Brücke zwischen zwei relativistischen RaumZEITEN – was wäre die Folge?

  31. #31 Alderamin
    19. Juni 2017

    @Adam

    Aber ich habe doch trotzdem die Messungs-Möglichkeit oder nicht? Ich kann den Spin des einen Partners messen – und damit (ungewollt) manipulieren. Völlig egal, wofür es sich dann entscheidet. Dann fiele die Möglichkeit der Info-Übertragung eben raus. Aber nicht die pure, existenzielle Info selbst, dass nämlich der Gegenpartner (wenn die Verschränkung erhalten blieb) doch immer noch da sein müsste

    Mag sein, aber das zählt nicht als “Informationsübertragung”. Bei einer Informationsübertragung hat man ein Bit Information (1 oder 0), das man an einen Partner übermitteln möchte. Und dazu hilft einem ein Quantenzustand, der sich bei der Messung zufällig manifestiert, nicht, auch wenn das Ergebnis des verschränkten Teilchens an einem anderen Ort korreliert ist.

    Ich weiß gar nicht, ob die Wissenschaft weiß, ob die Quantenverschränkung durch den Ereignishorizont erhalten bliebe, denn es gibt ja noch keine Theorie, die Relativitätstheorie und Quantentheorie unter einen Hut bringt. Würde mich aber wundern, wenn es nicht so wäre.

    Zu der Temperatur einer nackten Singularität kann ich nichts sagen. Hab’ nur ein Papier gegoogelt, demgemäß dessen Strahlung existiert, aber keine Schwarzkörperstrahlung sein soll, was es demgemäß schwierig machen würde, ihr eine Temperatur zuzuschreiben.

  32. #32 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    Ich weiß, die ewig strittige Frage nach der Info-Übertragung :). Mich interessiert die ehrlich gesagt gar nicht, ich sehe es eher von einem rein existenziellen Standpunkt aus. Die pure Tatsache, dass (wenn ich weiß, dass Verschränkung erhalten bleibt) ich den einen Partner manipulieren kann und daher weiß, dass es den anderen Partner immer noch geben muß, ist für mich auch schon eine Information – und keine kleine, möchte ich dazu sagen. Ob es sich hier informationstheoretisch um eine “Übertragung” handelt oder nicht, das ist für mich zweitrangig. Es geht um das Existenzielle selbst – und damit um ein genaueres Verständnis von Raum und Zeit.

  33. #33 Alderamin
    19. Juni 2017

    @Adam

    Noch ein paar Quellen:

    Die Teilchen bei der Paarerzeugung sind wohl doch verschränkt, aber Informationsübertragung scheitert an der Unvorhersehbarkeit der Messung.

    http://www.fnal.gov/pub/science/inquiring/questions/quantum_entanglement.html

    Laut dieser Quelle (1. Antwort) würde die Verschränkung wegen der Zeitdilatation am Ereignishorizont scheinbar erhalten bleiben, aber in Wahrheit doch zerstört werden (man sieht es von außen nur nicht).

    https://physics.stackexchange.com/questions/285626/quantum-entanglement-one-particle-destroyed

    Zu Frage #30 kann ich nichts sagen.

  34. #34 Alderamin
    19. Juni 2017

    @Adam

    #33 und #32 hatte sich überschnitten. #33 sollte nur noch einmal ein Beleg für die Aussage in #27 sein.

  35. #35 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Alderamin

    Sehr interessant, vielen Dank!

    Zu 30:

    Mir fiel gerade noch etwas ein, und zwar wie man das jetzt schon evtl. testen könnte: Ich habe gestern oder vorgestern gelesen, dass ein neuer Rekord aufgestellt wurde in Sachen Strecke, was Entfernungen angeht. 1300 km, wenn ich mich richtig erinnere, spielt jetzt aber mal keine Rolle. Und wir wissen, dass es die Zeitdiletation laut Einstein gibt, dass Nähe zu Masse und Geschwindigkeit sie beeinflussen. Je näher dran an einer schweren Masse, umso langsamer die Zeit von einem betrachtet, der weiter weg ist. Je schneller man sich bewegt, umso langsamer vergeht die Zeit von einem betrachtet, der sich langsamer bewegt. Wir wissen, dass der Effekt real ist, keine Sinnestäuschung, keine reine Perspektiven- oder vielmehr “Meinungs-“Frage. Der fiktive Beinahe-C Bewegte altert wirklich langsamer, er merkt es nur nicht, weil alles in seinem Bezugssystem genauso betroffen ist. Wir haben diesen Effekt mit Atomuhren festgestellt. Erwartungsgemäß minimal unter hiesen Umständen, Abweichung in der zigsten Nachkommastelle einer Sekunde, aber vorhanden. Gäbe es vielleicht eine Möglichkeit dieses Experiment modifiziert zu wiederholen – und zwar mit einem verschränkten Teilchenpaar? Dann könnte man meine Frage 30 beantworten.

  36. #36 Alderamin
    19. Juni 2017

    @Adam

    Sicher könnte man solche Experimente machen, an GPS-Satelliten bemerkt man ja schon sowohl die Zeitdilatation der speziellen Relativitätstheorie (Zeit im bewegten System geht langsamer) wie auch der allgemeinen (Zeit im Schwerefeld geht langsamer; im GPS-Satelliten entsprechend schneller, und dieser Effekt überwiegt die Verlangsamung durch die Bewegung auf Höhe der GPS-Bahn um das dreifache).

    Die Chinesen haben neulich den ersten Satelliten mit einem Quantenexperiment gestartet, das gerade läuft, das scheint auch Deine Frage zu betrachten. Warte mal ab, was für Ergebnisse veröffentlicht werden.

  37. #37 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Alderamin

    “you would observe your partner with the EPR pair never reach the black hole, and in principle your entanglement is conserved.”

    <- Ja, wie du sagtest. War zu erwarten, schade :)

    Dennoch wäre es interessant zu wissen, was in Nicht-Schwarzen Löchern, wohl aber generell zeit-diletierten Systemen passiert. Ein Neutronenstern ist auch nicht gerade ein Leichtgewicht, lässt aber Informationen, Verbindungen zu, hat keinen Ereignishorizont. Seine Zeitdiletation in Relation zu meiner Zeit weiter weg von ihm müsste doch signifikant höher sein, als der Vergleich Normal-Null-Höhe zu Mount Everest. Wie wäre es also da?

  38. #38 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Aderamin @ 36:

    Hat sich überschnitten.
    Ja, in der Tat, interessant.

  39. #39 Karl-Heinz
    19. Juni 2017

    @Adam

    Nehmen wir an, du hättest zwei Teilchen, die Verschränkt sind. Hat das Teilchen A den Zustand 1, so hat das Teilchen B den Zustand 0 und umgekehrt.
    Das Problem ist, das beide Teilchen zu Beginn einen Zustand haben, wo beide mögliche Zustände (0,1) überlagert sind, quasi der Zustand noch nicht feststeht.
    Ich glaube, das Problem ist, dass sich der Zustand nicht auf ein Teilchen aufprägen lässt, sondern zufällig eingenommen wird. Verschränkung bedeutet nimmt Teilchen A Zustand 1 ein, so nimmt Teilchen B automatisch den Zustand 0 ein und umgekehrt. Bestenfalls kann man bei Verschränkung eine Korrelation zwischen den beiden Teilchen A und B feststellen. Dazu muss man aber den Zustand von Teilchen A und den Zustand von Teilchen B messen.

  40. #40 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Karl-Heinz:

    Ja, ich weiß.
    Es ging mir nicht um die Zustände selbst. Naja, doch, zunächst mal schon, weil da ja immer die Naivität (von mir) mitschwingt, man könnte das irgendwie zur Info-Übertragung nutzen :). Aber okay, gebongt.

    Für mich war der Umstand interessant, dass wenn eine Verschränkung erhalten bleibt und ich eine Messung vornehme, ganz egal, was ich da messe, welcher Zustand dann da ist und wie er vorher war, bzw. dass ich das aufgrund der Überlagerung gar nicht sagen kann – dass alleine der Umstand, dass ich das tun KANN bei erhaltener Verschränkung die logische Folge haben müsste, dass der Partner erhalten blieb. Was bei etwas, das in eine Singularität fällt jetzt nicht unbedingt selbstverständlich ist :).

    Aber war klar, SL sind wieder mal die Spielverderber, die sich nicht in die Karten gucken lassen. Wie Aldermarin schrieb und verlinkte (s.o.) kann ich keine solchen Aussagen treffen, da ich nie mitkriegen würde, dass es überhaupt ins Loch fiel.

    Dennoch ist da ein gewisser Restfunke in meinem Geiste, was die Sache angeht. Nämlich die Tatsache, dass es eben NICHT ein Teilchen hier und ein Teilchen da und ne Straße zwischen beiden ist – sondern ein in sich geschlossenes System darstellt. Das ist eine wichtige Besonderheit und ich glaube, dass das in Zukunft noch Gegenstand zahlreicher Forschungen sein wird. Siehe Analogien zwischen Wurmlöchern und Verschränkungen. Im Spektrum der Wissenschaft ist das der Leitartikel, verschränkte Schwarze Löcher.

  41. #41 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Florian Freistetter:

    “Es ist ein dynamischer Prozess und beschreibt eine in sich selbst kollabierende Raumzeit. Man kann nun zwei Beobachtungen vergleichen: Einmal den Raum bevor sich das schwarze Loch gebildet hat und angefangen hat die Raumzeit durcheinander zu bringen. Und einmal den Raum in dem das schwarze Loch sitzt und der kollabiert. Diese zwei Beobachter haben Koordinatensysteme die in Bezug aufeinander beschleunigt sind.

    Und das ist der Punkt um den sich alles dreht! Die unterschiedlichen Koordinatenysteme sorgen für einen unterschiedlichen Blick auf das Vakuum. Der eine sieht nix, der andere sieht jede Menge Teilchen. Diese Teilchen sind die Hawking-Strahlung!

    Die Hawking-Strahlung ist also quasi das, was das schwarze Loch aus dem Vakuum gemacht hat, das zuvor da war. ”

    Es ist wirklich interessant, v.a. weil man tatsächlich nur die “Ein Teilchen fällt rein, das andere nicht”- Erklärung sonst hörte. Was ich aber wie gesagt immer noch nicht verstehe – jetzt noch weniger als vorher ehrlich gesagt – wieso dann das SL Masse/Energie VERLIEREN sollte.

    So hieß es doch immer, dass das SL durch die H-Strahlung im Laufe der Zeit verdampft. Wenn ich aber die Erklärung richtig verstanden habe, verliert das SL selbst hierbei überhaupt keine Strahlung. Es sieht so aus, aber eine Emission seitens des SL ist es nicht. Wenn es also keine Emission im eigentlichen Sinne ist, wie kann es dann verdampfen durch diesen Effekt?

  42. #42 Florian Freistetter
    19. Juni 2017

    @Adam: Die beste Erklärung die ich habe (und wie gesagt: Das ist eines der Themen wo es oft keine richtigen anschaulichen Erklärungen gibt…): Die Teilchen sind da; es hat sich ja tatsächlich was geändert. Die Raumzeit war vor der Entstehung des SLs anders als danach! Und wenn die Teilchen da sind und sich weg bewegen müssen sie aus dem Gravitationspotential irgendwie raus (aus dem Potential, nicht aus dem Bereich hinter dem Ereignishorizont, das ist was anderes!). Das braucht Energie und die kriegen sie vom SL.

    Ich bin aber durchaus dankbar für Korrekturen/andere Erklärungsansätze falls jemand mehr weiß (vielleicht ist das was ich geschrieben habe ja auch falsch – wie gesagt, es ist ein Thema das fast unmöglich korrekt zu veranschaulichen ist…)

  43. #43 Karl-Heinz
    19. Juni 2017

    @Adam

    Nach der populären Theorie könnte ich beantworten, warum das SL Masse verliert,
    da die Mathematik nicht so kompliziert ist.
    Werde am Abend versuchen die Antwort in Worten zu fassen, warum das SL Masse verliert.

  44. #44 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    @ Florian Freistetter:

    ” (…) Das braucht Energie und die kriegen sie vom SL. ”

    Bis dahin habe ich es verstanden (hoffentlich :)) – aber dieser letzte Schritt…. wie? Es sind also Teilchen, die da sind. Sprich: Es sind Felder mit Anregungen. Diese Felder mit Anregungen erhalten nun zusätzliche Energie vom SL deswegen, weil das SL gewissermaßen eine Störung dieser Felder ist, die vor ihm “glatt” (wenig angeregt) waren. Die Anregung wird stärker, es gibt ein Energiedefizit, den gleicht die gekrümmte Raumzeitregion, die quasi ein Teil dieser Feldergeometrie ist, aus. Dadurch nimmt ihre Stärke, also Energie, also Masse ab – bis die Störung (das SL) irgendwann wieder zu einer flachen RaumZeit wird und der angeregte Zustand der Felder sich legt, die Wogen sich also glätten, wortwörtlich (Woge = Welle).
    So ungefähr?

    @ Karl-Heinz:

    Danke im Voraus!

  45. #45 Adam
    Berlin
    19. Juni 2017

    Wenn ich also nicht völlig daneben liege, dann müsste doch eigentlich folgendes Bild sich noch am ehesten eignen zwecks Veranschaulichung, auch wenn nicht dasselbe dabei passiert:

    Der Einschlag eines Meteors und die Folgen.

    Da war eine Region vorher, die war glatt. Dann kam eine große, beschleunigte Masse daher, also sehr viel aufkumulierte Energie. Sie verformte die Region nach “unten”. Die Region wurde gestört. Es wurde ein “Gegendruck” erzeugt, ein Nachfedern. Die Region erhob sich bis an die ursprünglichen Kraterränder. Und den letzten Schritt muss man sich wegdenken, dass sie nochmal abfällt, nur nicht ganz so tief, wie beim Einschlag. Dieser letzte Step fehlt, sie verharrt also gen Schluß bei gleicher Höhe, wie die Kraterränder, d.h. so, als ob nie etwas geschehen wäre, als ob es dort nie eine Störung gegeben hätte.

    Falls das einigermaßen adäquat ist, dann glaube ich, liegt die eigentliche Schwierigkeit einfach an den unterschiedlich durcheinander geworfenen Begrifflichkeitsmodellen: Unter einem vaporisierenden Objekt stellt man sich naturgemäß etwas anderes vor, als unter einer sich verflachenden Feldgeometrie durch energetische Anregungsprozesse, die ihrerseits durch Beschleunigung und Masse zu einer eben nicht flachen Geometrie führten – die das dann gewissermaßen ausgleicht..

  46. #46 Reggid
    19. Juni 2017

    @Adam

    noch zu den verschränkten teilchen:

    Das SL vernichtet doch soviel ich weiß das Teilchen, auch die Information, nur Masse/Energie als nicht individualisierbare Größe bleibt erhalten, richtig?

    das ist nicht richtig. auch größen wie impuls und drehimpuls sind erhalten. und damit ist die information über den spin des einfallendes teilchens (wenn ich mal davon ausgehe dass du gemeint hast dass die beiden teilchen in ihrem spin verschränkt sind), natürlich nicht vernichtet. der drehimpuls des schwarzen lochs ändert sich um den entsprechenden betrag. ich sehe also überhaupt kein problem bei dem sezanrio das ein verschränktes teilchen in ein schwarzes loch fällt.

    Aber nicht die pure, existenzielle Info selbst, dass nämlich der Gegenpartner (wenn die Verschränkung erhalten blieb) doch immer noch da sein müsste!

    nein, der muss nicht mehr da sein. das hat aber überhaupt nichts mit schwarzen löchern zu tun. verschränkte teilchen können auch instabil sein und zerfallen, oder in anderen wechselwirkungen absorbiert werden, dazu brauche ich kein schwarzes loch.
    dann ist eben der gesamtdrehimpuls der zerfallsprodukte mit dem spin des anderen teilchens verschränkt.

  47. #47 Adam
    Berlin
    20. Juni 2017

    @ Reggid

    Sehr interessant. Drehimpuls, ja, den vergaß ich, aber der Rest war mir neu.

  48. #48 Adam
    Berlin
    20. Juni 2017

    Wobei ich das mit dem Erhalt des Drehimpulses in einem SL noch nie so richtig verstanden habe. Was seinen eigenen angeht, ist es klar:

    Da war ein massereicher Stern. Er drehte sich um sich selbst. Er starb, stieß seine äusseren Schichten explosiv ab, sein Kern verdichtete sich, drehte sich, das Volumen nahm ab, die Drehung wurde schneller. So weit, so gut. Aber nun fallen Teilchen rein mit unterschiedlichen Spins. Wenn es heißt, dass diese (Spins) erhalten bleiben, wie zeigt sich das? Wirken einige davon dem Drehimpuls des SL entgegen, bremsen es also ab, während andere es beschleunigen, sodass die Drehung des SL eine Gesamtsumme aus Additionen und Differenzen von sich unterschiedlich drehenden Teilchen sind, plus der Eigendrehung, des ursprünglichen Spins von sich selbst?

  49. #49 Patrick Müller
    Deutschland
    20. Juni 2017

    Das Interessante ist: Mehr und mehr und mehr lesen darüber hilft dem Verständnis sehr, SELBST, wenn man verschiedene Artikel über das gleiche Thema liest!

    Das Ding ist, dass man sich als Leihe natürlich mit bestimmten Themen extrem schwer tut. Die Relativitätstheorien sind ja schon ein harter Brocken, mit relativen Zeiten, Längenkontraktion etc. Aber das kann man sich noch gerade so vorstellen. Wenigstens annähernd. Aber Quantenmechanik?
    Wir bestehen im Grunde gar nicht aus Materie, sondern aus… Möglichkeiten? Wie bitte? Das Vakuum ist im Grunde nicht leer? Beobachtung hat Einfluss auf die Wirklichkeit?

    Und dann stellt man fest: Je mehr man darüber liest, und sei es noch so oft sogar das gleiche, je eher hat man, wie soll man sagen, ein Gefühl für die Sache. Denn jeder Autor beschreibt die Dinge etwas unterschiedlich. Mit eigenen Worten und ggf. eigenen Beispielen.
    Und gerade Ihr Artikel hier, Herr Freistetter (im Übrigen auch der tolle Artikel, wie schwarze Löcher eigentlich “funktionieren” und die Erklärung, warum sie keine “Staubsauger” sind) hilft da sehr, weil, sehr anschaulich.

    Vielen Dank dafür :)

  50. #50 Karl-Heinz
    20. Juni 2017

    @Adam

    Hi …
    Der Spin eines Teilchens ist ein Quantenzustand.
    Der Spin eines Teilchens hat mit dem Drehimpuls des SL nichts gemein.

  51. #51 Marius
    20. Juni 2017

    Danke für den Erklärungsversuch, so hab ich das noch nie gelesen.
    Hier auch noch ein längerer Beitrag von Andreas Müller zum Thema, wobei er jedoch auch das “Virtuelle-Teilchen-Modell” benutzt.
    http://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_h02.html#hawk

  52. #52 Adam
    Berlin
    21. Juni 2017

    @ Karl-Heinz:

    Was bleibt dann also erhalten, wie darf man sich das vorstellen und was ist dann der Drehimpuls eines Teilchens? Dann hat es also keinen und nur makroskopische Objekte haben ihn, jenseits der Grenze der Dekohärenz zur Quantenwelt? Doch selbst wenn: Wie funktioniert das dann mit der Erhaltung? Wie wirkt es sich auf das SL aus?

  53. […] ich kürzlich erklärt habe, dass die übliche Veranschaulichung der Hawking-Strahlung falsch ist und probiert habe eine bessere allgemeinverständliche Darstellung zu finden, hat sich unter der […]

  54. #54 JoJo
    23. Juni 2017

    Adam #25

    Falls ich etwas messe und falls Verschränkung erhalten blieb, wäre es nicht möglich auf Basis dessen irgendwann mal eine Art “Photographie” aus dem Innern eines SL zu betreiben?

    Die Messung gibt doch zunächst nur Information über das Schwarze Loch: Beobachtet man ein Teilchen mit Masse / Energie / (Dreh)Impuls / Ladung — und weiß woher auch immer, dass es sich dabei um Hawking-Strahlung eins SL handelt — dann weiß man, dass sich diese Größen beim SL entsprechend geändert haben.