Gibt es GW-Kugeln wie Photonenkugeln um ein Schwarzes Loch?

Ich habe diese Frage gelesen:

Werden Gravitationswellen durch die Krümmung der Raumzeit beeinflusst (Gravitationslinseneffekt)?

Gravitationslinseneffekt der Schwerkraft

Können Gravitationswellen ein Schwarzes Loch umkreisen?

Das gibt keine zufriedenstellende Antwort.

Basierend auf diesen Antworten sollten GWs der Raumzeitkrümmung folgen, genau wie EM-Wellen.

Um ein Schwarzes Loch herum befindet sich eine sogenannte Photonenkugel, in der sich EM-Wellen in einer stabilen Umlaufbahn um das Schwarze Loch befinden.

Eine Photonenkugel[1] oder ein Photonenkreis[2] ist ein Bereich oder eine Region des Weltraums, in der die Schwerkraft so stark ist, dass Photonen gezwungen sind, sich in Umlaufbahnen zu bewegen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_sphere

Könnten GWs genau wie EM-Wellen um ein Schwarzes Loch kreisen?

Sowohl GWs als auch EM-Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, also könnte es theoretisch eine stabile Umlaufbahn geben.

Frage:

  1. Gibt es GW-Kugeln genau wie Photonenkugeln um ein Schwarzes Loch?
Ich habe einige Kommentare entfernt, die die Frage beantwortet haben, und Antworten darauf.

Antworten (2)

Könnten GWs genau wie EM-Wellen um ein Schwarzes Loch kreisen?

Im Prinzip ja, aber da Photonen als einzelne kleine Testteilchen behandelt werden können, während Gravitationswellen in der Praxis weit gestreut sind, werden sie nur aufgefächert. Linear gerichtete Gravitationswellen kann man zwar erzeugen, aber in der Natur sind sie eher selten.

Sowohl GWs als auch EM-Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, also könnte es theoretisch eine stabile Umlaufbahn geben.

Die Photonenkugel ist keine stabile, sondern eine instabile Umlaufbahn. Die letzte stabile Umlaufbahn eines Schwarzschild-Schwarzen Lochs liegt bei r=6M, während die Photonenkugel bei r=3M liegt. Das bedeutet, dass alle Photonen, die die Photonenkugel umkreisen, früher oder später entweder eintauchen oder wegfliegen, wenn die Raumzeit leicht gestört wird oder wenn sie nicht bis zur letzten Ziffer die idealen Anfangsbedingungen haben. Gravitationswellen stören die Raumzeit noch mehr als Photonen, daher wird es nicht zu viele Umdrehungen um die Photonenkugel geben.

Stichworte: Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenmechanik

Meine Antwort ist nur aus Sicht der Allgemeinen Relativitätstheorie, da ich nicht weiß, wie man Quantenmechanik mit Schwarzen Löchern kombiniert.

Vielen Dank. "Photonen können als einzelne kleine Testteilchen behandelt werden, während Gravitationswellen weit verbreitet sind, in der Praxis werden sie nur aufgefächert." Können Sie das bitte näher erläutern?
In GR behandeln wir Photonen als Punktteilchen, aber GWs werden als kontinuierliche Geometriewellen behandelt. In QM können Sie jedoch einen GW als einen Haufen Gravitons betreten, aber fragen Sie mich nicht wie. Ich weiß nicht, ob es im starken Feld gültige Kombinationen von GR und QM gibt
Ein ausreichend kleines Wellenpaket von GWs (oder jedes masselose Feld für diese Angelegenheit) kann (näherungsweise) mit geometrischer Optik beschrieben werden, was bedeutet, dass es einer lichtähnlichen Geodäte folgt.

Zunächst einmal sind Photonen quantenmechanische Einheiten. Es wird eine Photonenkugel genannt, weil es Photonen sind, die eingefangen sind, und es wird nicht in Begriffen der entstehenden elektromagnetischen Wellen beschrieben, afaik.

Gravitationswellen sind Lösungen der allgemeinen Relativitätstheorie und klassisch. Das Messboson für die Gravitation, sobald es endgültig quantisiert ist, ist das Graviton, also sollte es eine Gravitosphäre sein, keine Gravitationswellenkugel.

Folgt man der Straße der Hawking-Strahlung, die ebenfalls Gravitonen erwartet, kann man davon ausgehen, dass einige von ihnen auf die gleiche Weise wie die Photonen eingefangen werden (unter der Annahme, dass Gravitonen existieren). Siehe die Links hier.

Vielen Dank. Verstehe ich richtig, dass diese Gravitosphäre nicht nachweisbar wäre?
wir haben noch nicht einmal eine Photosphäre gesehen. Gravitonen zu entdecken wäre ein Wunder, aber wer weiß in der Zukunft?
Beachten Sie, dass „Photosphäre“ im Englischen die Oberflächenschicht eines Sterns ist, in der die letzte Lichtstreuung auftritt. Die instabilen Umlaufbahnen masseloser Teilchen um ein Schwarzes Schwartzchild-Loch bilden die „Photonenkugel“. Die Antwort ist jedoch richtig.
Das stimmt, ich hoffe, Anna V hat nichts dagegen, wenn ich das bearbeite und korrigiere. Ansonsten ist die Antwort richtig.
Es gibt nichts in der Ableitung der Photonenkugel, die Quantenmechanik erfordert oder verwendet: en.m.wikipedia.org/wiki/Photon_sphere . Sie sollte für jede elektromagnetische Schwingung gleichermaßen gelten.
QM wird nur benötigt, wenn Sie GWs als Gravitonen interpretieren
@dllahr In den Links, die ich gegeben habe, wurde die Hawking-Strahlung unter Verwendung einer effektiven Gravitationsa-Quantisierung abgeleitet, was Gravitonen bedeutet. (Ich weiß nicht, ob Hawking-Strahlung auch mit klassischer EM abgeleitet werden kann.) Die Photonenkugel wird unter Verwendung von Photonen abgeleitet, was wiederum der quantisierte Zustand von EM ist, also habe ich analog im effektiven Quantisierungsrahmen geantwortet.
@Yukterez danke für die Korrektur
@annav Wie dem auch sei, es gibt auch eine Ableitung der Photonenkugel ohne Rückgriff auf die Quantenmechanik
@dllahr Ich konnte beim Googeln keinen Link finden, der das gibt, was Sie behaupten. Kannst du einen Link geben?
@annav Der Abschnitt in "Ableitung für das Schwarze Loch von Schwarzchild" im obigen Wikipedia-Link ist das, worauf ich mich bezog
Die Photonenkugel ist ein klassisches (relativistisches) Phänomen (dh es existieren lichtähnliche gebundene Umlaufbahnen um Schwarze Löcher). Sie hat buchstäblich nichts mit Hawking-Strahlung oder Quantenphysik zu tun.
@mmeent Die Mainstream-Physik geht davon aus, dass die zugrunde liegende Ebene aller Natur quantenmechanisch ist, weshalb es solche Bemühungen gibt, die Schwerkraft endgültig zu quantifizieren. Daher macht es keinen Unterschied, dass ich eine Erklärung in Bezug auf die Quantenmechanik gebe, insbesondere da sie eine "Photonen" -Kugel genannt wird und Photonen quantenmechanische Teilchen sind und es in der klassischen Physik keine masselosen "Teilchen" gibt. Ich wäre Ihnen dankbar, wenn Sie mir einen Link geben würden, wo ich sehen kann, wie die Photonensphäre nur mit GR und klassischer Elektrodynamik abgeleitet wird.
@annav Fast jede Lehrbuchbehandlung von Schwarzen Löchern behandelt die Ableitung von lichtähnlichen gebundenen Umlaufbahnen, auch bekannt als Lichtring oder Photonsphäre. Siehe die Arbeit von Weatherall und Geroch für einen mathematisch rigorosen Beweis, dass ausreichend kompakte Wellenpakete jedes (klassischen) masselosen Feldes (die geeignete Energiebedingungen erfüllen) einer lichtähnlichen Geodäte folgen.
@annav Selbst wenn Sie auf einer quantenmechanischen Behandlung bestehen würden, hätte die (Nicht-)Existenz des Äquivalents einer Photonensphäre für Gravitonen absolut nichts mit Hawking-Strahlung zu tun. Zum Beispiel ist es (zumindest theoretisch) möglich, ultrakompakte Objekte zu haben, die kompakt genug sind, um eine Photonsphäre zu haben, aber nicht kompakt genug, um zu einem Schwarzen Loch zu kollabieren und einen Ereignishorizont zu haben. Das Fehlen eines Ereignishorizonts bedeutet auch, dass es keine Hawking-Strahlung geben würde.
Gibt es GW-Kugeln wie Photonenkugeln um ein Schwarzes Loch?
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