Glauben Physiker, dass die Singularitätssätze richtig sind?

Diese Frage basiert größtenteils auf dem letzten Beitrag des Reddit-Benutzers RobotRollCall , der einige fantastische Erklärungen für Phänomene in der Relativitätstheorie auf Laienebene gab. Vor etwa einem Jahr sagte sie:

Die kurze Antwort lautet, dass die "Singularität", von der Sie sprechen, ein mathematisches Artefakt ist, das nur unter bestimmten Bedingungen auftritt und von dem nicht sinnvoll behauptet werden kann, dass es existiert. Ein Schwarzes Loch besteht aus einem Ereignishorizont und sonst nichts.

Alles, was ich bisher gelesen habe, widerspricht dem jedoch. Soweit ich weiß, geben die Hawking-Penrose-Singularitätstheoreme nette (und ziemlich lockere / physikalische) Einschränkungen für eine Raumzeit, unter der schwarze Löcher echte Singularitäten bilden müssen. Ist dies der Fall, oder gibt es etwas, worüber ich bisher nicht nachgelesen habe, was darauf hindeutet, dass die Singularitätssätze im Allgemeinen nicht gelten? Ich bin mir bewusst, dass sie wirklich für klassische GR sind, aber macht die Quantenphysik sie ungültig?

Hier gibt es zwei subtil unterschiedliche Fragen: (1) "Kann Nicht-Quanten-GR selbstkonsistent Singularitäten auf sinnvolle Weise enthalten?" (worauf eine Antwort lauten könnte: "Ja, denken Sie an den Urknall ...") und (2) "Sind alle Singularitäten (nur Schwarze Löcher? Koordinaten sowie echte Singularitäten? Es gibt bereits Mehrdeutigkeiten) voraussichtlich maskiert irgendwie per QM?"
@ChrisWhite: Zu (1), es macht keinen Sinn zu fragen, ob GR selbstkonsistent ist (es ist nur eine Differentialgleichung), aber es macht Sinn zu fragen, ob es für Cauchy-Probleme Eindeutigkeit und Existenz gibt. Dies läuft auf globale Übertreibung hinaus (Hawking und Ellis, S. 206). Globale Hyperbolizität scheitert, wenn kosmische Zensur scheitert, aber sie scheitert nicht einfach, weil Singularitäten existieren.
Bezüglich des Titels scheinen sie das zu tun, da Penrose (2020) für seinen Singularitätssatz von 1970 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Ich mag die Antwort von user4552, weil sie kurz vor der Planck-Länge aufhört und dadurch solche kosmologischen Modelle der "Genese des Schwarzen Lochs" wie das von Nikodem Poplawski beschriebene torsionsbasierte Modell aufnehmen würde, dessen zahlreiche relevante Artikel (geschrieben zwischen 2010 und 2020) gruppiert sind nach sein Name auf der „Arxiv“-Seite von Cornell U. Das Interessante ist, dass die Singularitäten in den Schwarzen Löchern seines Modells alle gleich sein müssten, worüber ich hoffe, dass dieser Kommentar andere anregt.

Antworten (1)

Die häufigste Interpretation ist, dass diese Theoreme beweisen, dass wir beim Urknall und beim astrophysikalischen Kollaps eines Schwarzen Lochs wirklich so extreme Dichten wie die Planck-Dichte bekommen.

Ich glaube nicht, dass professionelle Physiker glauben, dass der Prozess der Bildung einer Singularität wie in den Singularitätstheoremen beschrieben bis zu Dichten jenseits der Planck-Dichte abläuft. Es ist allgemein anerkannt, dass unter diesen Bedingungen Quanteneffekte stark sind und wir der klassischen GR nicht vertrauen können.

Es gibt etwas mehr Spielraum für die Idee, dass die Dichte kurz vor der Planck-Dichte aufhören könnte. Es gibt ein Feld semiklassischer Schwerkraft (z. B. Visser 2009), und wenn Sie ihre Techniken ernst nehmen, ist es möglich, dass beim astrophysikalischen Kollaps eines Schwarzen Lochs die klassische GR weit unterhalb der Planck-Skala versagt. Ich denke, nur sehr wenige Relativisten oder Leute, die an der Quantengravitation arbeiten, würden bereit sein, ein Sixpack darauf zu setzen, dass dies richtig ist, weil es ernsthafte Fragen hinsichtlich der Gültigkeit der Techniken gibt, die in der semiklassischen Gravitation verwendet werden. (Sie müssen einige ziemlich verrückte Renormalisierungen vornehmen, und es gibt keinen Kontakt mit Experimenten.)

Die kurze Antwort lautet, dass die "Singularität", von der Sie sprechen, ein mathematisches Artefakt ist, das nur unter bestimmten Bedingungen auftritt und von dem nicht sinnvoll behauptet werden kann, dass es existiert. Ein Schwarzes Loch besteht aus einem Ereignishorizont und sonst nichts.

Der erste Satz ist ziemlich genau, wenn man bedenkt, dass es in einem Schwarzen Loch tatsächlich etwas sehr, sehr Dichtes gibt, und das frühe Universum war tatsächlich sehr, sehr dicht. Der zweite Satz klingt albern, obwohl er im Kontext vielleicht weniger absurd wäre. Masse-Energie ist in GR lokal erhalten, also muss die Masse des kollabierenden Körpers irgendwo drin sein.

Visser, „Klein, dunkel und schwer: Aber ist es ein Schwarzes Loch?“, http://arxiv.org/abs/0902.0346

Könnte das Originalzitat also genauer sein, wenn es sagen würde, dass wir kein vollständig akzeptiertes Modell haben, das uns sagt, was mit dem Inneren von Schwarzen Löchern los ist, aber es sieht so aus, als wäre es wahrscheinlich keine Singularität, wie Sie sie finden würden klassische GR?
@JohnnyMo1: Meiner Meinung nach ist das zu schwach. Wir haben eine ziemlich klare Vorstellung davon, dass es im Zentrum ein Objekt gibt, das sehr, sehr klein und sehr, sehr dicht ist, und es hat die gleiche Masse wie die Materie, die ursprünglich zusammengebrochen ist. Wenn Sie eine Sonnenmasse nehmen und durch die Planck-Dichte teilen, erhalten Sie ein Volumen von etwa 10 − 67 Kubikmeter.
@BenCrowell: Für einen außenstehenden Beobachter gibt es nichts jenseits des Horizonts. Und für einen frei fallenden Beobachter ist das "Ende" die Singularität (oder in der Nähe der Sigularität). Es kommt also darauf an, um welche Art von Beobachter es sich handelt. Die Welt ist nicht gleich, wie sie von verschiedenen Beobachtern gesehen wird.
Glauben Physiker, dass die Singularitätssätze richtig sind?
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