Bleibt Energie erhalten, wenn Dinge in ein Schwarzes Loch fallen?

  1. Wir alle wissen in der Physik, dass der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleibt – man sagt, dass sie über die Zeit erhalten bleibt. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden; vielmehr wandelt es sich von einer Form in eine andere um. Was passiert, wenn diese Energie, dh Planeten, Sterne, Licht usw., in ein Schwarzes Loch eindringt?

  2. Ändert es einfach seine Form oder verschwindet es von diesem Universum in ein anderes?

  3. Ich weiß, dass viele Physiker gesagt haben, dass alle Gesetze zusammenbrechen, sobald etwas in ein Schwarzes Loch eintritt, aber gibt es irgendwelche neuen Theorien dazu? Ist es möglich, dass es die Energie einfach in eine neue Form wie dunkle Materie umwandelt?

Siehe auch : physical.stackexchange.com/q/204099/2451 und darin enthaltene Links.
Siehe auch The Black Hole War von Leonard Susskind. Er und Stephen Hawking hatten eine langjährige Meinungsverschiedenheit über Fragen wie diese, die in dem Buch dokumentiert ist.
Nun, wie einer der Kapiteltitel in A Brief History of Time besagt, "schwarze Löcher sind nicht so schwarz". Entropie wird durch Hawking-Strahlung konserviert.

Antworten (3)

Energie (in jeglicher Form), die in ein Schwarzes Loch fällt, trägt zur Masse des Lochs bei, und Masse ist eine der vielen Formen, die Energie annehmen kann, wobei der übliche Umrechnungsfaktor verwendet wird: E = m c 2 .

Das wirft die Frage auf. Wie kann man etwas, das bereits unendlich dicht ist, Masse hinzufügen? Im Zentrum eines Schwarzen Lochs befindet sich eine gravitative Singularität, ein eindimensionaler Punkt, der eine riesige Masse auf unendlich kleinem Raum enthält, wo Dichte und Schwerkraft unendlich werden und Raumzeitkurven unendlich.
@ Killer066 Das Grundgerüst der Natur ist quantenmechanisch. Die Quantenmechanik kennt keine Singularitäten. Zum Beispiel das Wasserstoffatom: Beim elektrischen Potential 1/r gibt es eine Singularität bei r=0. Die Quantenmechanik löst es, indem sie die Energie quantisiert. Die Singularität des ursprünglichen Urknallmodells wurde vermieden, indem für den Beginn des Universums eine effektive Quantisierung der Gravitation angenommen wurde. Analog wird eine effektive Quantisierung eines Schwarzen Lochs die Singularität beseitigen, obwohl man nicht darüber spricht, weil die unendliche Dichte usw. kosmologische Modelle nicht stört
@dmckee Dies ist angesichts von Problemen, die die Energieeinsparung in GR definieren, nicht offensichtlich.
@annav das Wasserstoffatom hat eine Singularität im Potential bei r = 0 , v ∝ 1 / r ? Warum sollte es nicht auch in einem quantisierten GR Singularitäten zB im Ricci-Skalar geben? Was ist die „effektive Quantisierung eines Schwarzen Lochs“?
@ Killer066 Die Singularität in einem Schwarzen Loch ist unendlich dicht, weil sein Volumen 0 ist, aber seine Masse endlich ist. Sie können ihm also Masse hinzufügen und seine Dichte wird immer unendlich sein.
@annav Um ein wenig Kleinigkeiten zu machen, die Singularität in r = 0 denn das Wasserstoffatom wird nicht durch Quantisierung der Energie gelöst. Es wird gelöst, indem a priori eine Klasse von Wellenfunktionen gewählt wird, so dass ∫ d r f ( r ) / r konvergiert; diese würden die "physikalischen" Zustände darstellen, für die die Energieeigenwerte sinnvoll sind. Allerdings könnte es in GR und QFT tatsächlich noch Singularitäten geben, insbesondere wenn es um Schwarze Löcher und entartete Metriken geht.
Welche anderen Energieformen gibt es? Kinetisch zum Beispiel?
Welche Rolle spielt die Rotation eines Schwarzen Lochs bei der Energieeinsparung? Kann einfallendes Material die Rotation eines Schwarzen Lochs in irgendeiner Weise verändern?
@innisfree Nun, ich komme schnell aus meinem Kompetenzbereich heraus, wenn wir anfangen, über die allgemeine Definition der Energieerhaltung in GR zu sprechen, aber ich glaube, es ist für ausreichend einfache Geometrien und "einfache" Beobachter klar. Sagen Sie Schwartzchild-Metrik und ein entfernter Beobachter.
Ein Schwarzes Loch mit unendlicher Dichte würde theoretisch das gesamte Universum in sich aufsaugen. Realistisch gesehen ist es nicht unendlich, aber eine unglaublich große Menge und wächst, also Energieerhaltung.
Die Dichte der Singularität kann unendlich sein oder auch nicht, aber wir wissen es nicht und kümmern uns auch nicht darum, weil wir aus der Ferne niemals etwas am Horizont vorbeiziehen sehen. Energie und Masse, die "hineinfallen", werden von entfernten Beobachtern gesehen, um sich am Horizont zu stapeln, wo ihre Dichte sehr groß erscheint, aber endlich bleibt. Das ist auch gut so, denn der Versuch, über Unendlichkeiten nachzudenken, scheint manche Leute dazu zu bringen, dumme Dinge zu sagen.
@enrol76 Ich habe einige Theorien gehört, die besagen, dass sich Galaxien SCHNELLER als mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Galaxienexpansion. Vielleicht können Schwarze Löcher einfach nicht mit der schnellen Expansion mithalten? Gibt es Berechnungen, die uns sagen können, mit welcher Geschwindigkeit Schwarze Löcher Energie verbrauchen? dh Dinge 'saugen'? Wenn es langsamer ist als die Expansion des Universums, könnte es es offensichtlich niemals einsaugen.
Energie ist in der allgemeinen Relativitätstheorie erhalten. Energie wird vollständig konserviert. Es gibt keine Perpetuum-Motion-Maschinen.
Ich sollte hinzufügen, dass die Frage lautete: Bleibt Energie erhalten, wenn Dinge in ein Schwarzes Loch fallen? Die Antwort besagt, dass Energie (in jeglicher Form), die in ein Schwarzes Loch fällt, zur Masse des Lochs beiträgt, und Masse ist eine der vielen Formen, die Energie annehmen kann, wobei der übliche Umrechnungsfaktor verwendet wird: E=mc² . Es beantwortet die Frage nicht wirklich.
An diesem Punkt wird diese Wegwerfantwort stark überbewertet. Ich muss darauf zurückkommen und die Dinge ein wenig erweitern, aber ich bewerte gerade die Abschlussprüfungen.

Um die Antwort von @ dmckee zu erweitern: Wenn wir eine Speacetime haben, in der sich die Materie in einem zentralen Bereich konzentriert, können wir einen insgesamt konservierten Energie-Impuls-Vektor namens ADM-Energie definieren. Es kann weiter gezeigt werden, dass sich die ADM-Energie nicht ändert, wenn die Materie in das Schwarze Loch fällt.

Erfüllen BHs alle Erhaltungsgesetze, wenn Sie Dinge hineinwerfen? Ich habe Leute sagen hören, dass es globale Symmetrien brechen könnte.
@innisfree: Es ist eine subtile Frage. Dinge wie die ADM-Energie sind für die gesamte Raumzeit definiert, an ihrer Grenze wird die von Ihnen gestellte Frage normalerweise in Bezug auf lokale Erhaltungsgesetze interpretiert, und die Koordinateninvarianz macht die lokale Erhaltung etwas schwierig.
@innisfree Kurz gesagt, ein isoliertes Schwarzes Loch lebt in einer "asymptotisch flachen" Raumzeit, und so können wir eine Zeitrichtung im Unendlichen eindeutig definieren, und so gelten alle üblichen Noetherschen Dinge. Eine andere Sichtweise ist, dass die Berücksichtigung des Gravitations-Rotverschiebungsfaktors gut definiert und unabhängig von der Art und Weise ist, wie Sie Material bewegen, soweit es den normalen Beobachter im Unendlichen interessiert.
@ChrisWhite: Die ADM-Energie ist etwas stärker als nur das Noethersche Zeug - da der ADM-Hamiltonian identisch Null minus Randbedingungen ist, ist der Wert der ADM-Energie buchstäblich der genaue Wert des Hamiltonian.
  1. Es verliert die Organisation, zB verwandelt sich Materie in reine Energie oder so etwas. Es ist nicht ganz klar, welche Form es gibt (einige meinen, es gebe überhaupt keine Form, aber es ist offensichtlich, dass sie nicht Paulis Ausschlussprinzip folgt). Das ist nichts Besonderes, es passiert die ganze Zeit - wenn Sie zum Beispiel Kohlenstoff verbrennen, erhalten Sie ein bisschen unorganisierte Energie (Wärme) und ein Kohlendioxidmolekül, das die Energie des freien Kohlenstoff- und Sauerstoffmoleküls abzüglich des Verlusts hat Wärme.
  2. Es gibt keinen Grund zu glauben, dass die Materie verloren gegangen ist – zum einen ist die Masse des Schwarzen Lochs genau die gleiche wie die der Materie, die das Schwarze Loch gebildet hat, also müssen sowohl Masse als auch Energie noch vorhanden sein. Zweitens haben wir gute Gründe zu der Annahme, dass Schwarze Löcher Strahlung abgeben und im Laufe der Zeit „verdampfen“ – für mikroskopisch kleine Schwarze Löcher ist dies so wichtig, dass sie nicht sehr lange existieren. Das ist ein Glück für uns, da wir ziemlich gute Beweise dafür haben, dass mikroskopisch kleine schwarze Löcher ständig in der oberen Erdatmosphäre entstehen. EDIT: Meine Schuld, das ist nicht wirklich wahr. Die Stringtheorie sagt voraus, dass dies wahr sein könnte, aber es scheint, dass wir dafür noch keine soliden Beweise haben.Wenn sie verdunsten, wird die gesamte eingeschlossene Energie wieder an unsere Umgebung abgegeben. Wenn das Universum kalt genug wird, wird dies schließlich allen Schwarzen Löchern passieren, sogar den gigantischen im Zentrum von Galaxien – aber es wird lange, lange Zeit dauern, und selbst dann nur, wenn sich das Universum weiter ausdehnt.
  3. Gesetze brechen nicht, und es gibt wenig Grund zu der Annahme, dass sie es tun würden. Was kaputt geht, sind einige Modelle - aber die meisten Physiker, die Sie fragen, werden Ihnen sagen, dass, wenn das Modell kaputt geht, es ein Problem des Modells ist, nicht der Realität. Wir wissen, dass Schwarze Löcher real sind, daher ist jedes Modell, das bei der Beschreibung eines Schwarzen Lochs zusammenbricht, falsch. Das bedeutet nicht, dass das Modell nutzlos ist – es bedeutet nur, dass Sie es nicht verwenden können, um Schwarze Löcher (und vermutlich andere, möglicherweise noch unentdeckte Phänomene) zu beschreiben.
"Das ist ein Glück für uns, da wir ziemlich gute Beweise dafür haben, dass mikroskopisch kleine Schwarze Löcher ständig in der oberen Erdatmosphäre entstehen." Über einen Hinweis würde ich mich freuen.
@TrevorAlexander Oh, mein Fehler. Ich muss mich an die Zeit der LHC-Angst falsch erinnert haben :) Ich werde das entfernen.
Nein, warte! Ich wollte eigentlich eine Quelle dafür, um niemanden zu widerlegen.
Bleibt Energie erhalten, wenn Dinge in ein Schwarzes Loch fallen?
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