Wie vernünftig ist die Schlussfolgerung, dass Materie, die auf ein Schwarzes Loch zufällt, aus der Sicht eines entfernten Beobachters niemals den Ereignishorizont überquert, weil ∆ t → 0 für v → c (gemäß der Lorentz-Transformation)?
Wenn das eine haltbare Ansicht ist, dann scheint sie das Informationsparadoxon zu lösen, weil einfallende Materie nie wirklich aus dem beobachtbaren Universum verloren geht. Da die einfallende Materie aus dem Betrachterrahmen am Ereignishorizont verbleibt, stellt sie negative (Gravitations-) Energie dar, die die Energie in der zugrunde liegenden Hawking-Strahlung ausgleicht und so die Erhaltung von Materie / Energie bewahrt.
Vorhandene Threads auf StackExchange weisen auf sehr unterschiedliche Antworten darauf hin (z. B. Black Hole Event Horizon ). Diese Abweichungen scheinen weitgehend durch die Inkompatibilität der Quantenmechanik und der allgemeinen Relativitätstheorie bestimmt zu sein.
Ich frage mich also, ob diese klassische Sichtweise von Schwarzen Löchern als richtig oder falsch angesehen werden kann, im Gegensatz zu „einfach“ unvereinbar mit der Quantenmechanik.
Meine Interpretation ist, dass Sie den folgenden Einwand gegen das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs erheben:
Laut Beobachtern, die weit vom Loch entfernt sind, brauchen Kausallinien unendliche Koordinatenzeit, um den Ereignishorizont zu überqueren. Einfallende Informationen gehen für diese Beobachter also nie verloren, sondern nur sehr stark rotverschoben; im Wesentlichen bleibt es am Horizont "gemalt", sehr undeutlich, aber für immer. Daher gibt es kein Paradoxon, nur ein Missverständnis darüber, wie Koordinaten funktionieren.
Es gibt mehrere Antworten auf diesen Standard, aber oft nicht diskutierten Einwand.
Reale Materie ist quantisiert . Die exponentielle Rotverschiebung führt also schließlich dazu, dass ein „letztes Quantum“ in das Loch fällt. Irgendwann fällt es rein, und die Sache ist wirklich weg.
Schicksal des Lochs nach dem Zerfall . Schwarze Löcher senden Hawking-Strahlung aus, die ihre Masse verringert. Schließlich reduziert es ihre Masse auf Null und die Löcher verschwinden. Danach bleibt nur noch die Hawking-Strahlung übrig. Aber der Theorie nach ist die Strahlung genau thermisch, so dass Informationen schließlich verloren gehen, selbst nach entfernten Beobachtern: Wir haben mit einem Haufen Materie begonnen und endeten mit einem Strahlungsfeld, dessen Temperatur nur von der Gesamtmasse der Materie abhängt .
Man könnte dann die folgende ebenfalls standardmäßige Antwort auf Einwand 2 anbieten:
Dieser Einwand zeigt nur, dass bei der eigentlichen Zerstörung des Lochs etwas Seltsames passieren muss. Aber das ist offensichtlich ein Quantengravitationseffekt. Daher besteht keine Notwendigkeit, unser Verständnis davon zu ändern, was mit dem Loch vor dem Zerfall passiert: Es bleibt einfach am Horizont gezeichnet, bis das Loch zerstört ist.
Einige kanonische Antworten sind:
Reste wirken absurd . Wenn diese Antwort ernst genommen würde, würde dies im Wesentlichen bedeuten, dass alle Informationen über das Schwarze Loch – ein Objekt mit potenziell beliebiger Masse! - kann irgendwie in einem Volumen im Planck-Maßstab enthalten sein. Das wäre sehr merkwürdig.
Zeitskala der Seite . Es kann gezeigt werden, dass etwa die erste Hälfte der Schwarzloch-Informationen über die gleiche „Page“-Zeitskala emittiert werden muss, die benötigt wird, um etwa die Hälfte der Masse zu emittieren. Dies scheint zu implizieren, dass etwas kaum verstandenes vor sich geht, selbst wenn das Loch groß ist.
Ein erstes Problem ist, dass es in GR so etwas wie einen "Beobachterrahmen" nicht gibt, außer in schlampiger Sprache. Es gibt verschiedene Koordinatensysteme. Zwei Koordinatensysteme können für einen Beobachter beliebig übereinstimmen, sich aber an anderer Stelle unterscheiden. Und alle Koordinatensysteme sind gleichberechtigt, keines wird bevorzugt.
Was könnte den „Beobachterrahmen“ ersetzen? Der plausibelste Kandidat scheint die Verwendung harmonischer Koordinaten zu sein – sie vereinfachen wirklich wesentlich die Einstein-Gleichungen, werden in der Newtonschen Grenze und im PPN-Formalismus ( siehe hier ) oder in Choquet-Bruhats lokalem Existenz- und Eindeutigkeitsbeweis verwendet, ungefähr die einzigen vernünftiger Kandidat für bevorzugte Koordinaten. Um harmonische Koordinaten zu definieren, benötigt man einige Anfangswerte, da die harmonische Bedingung nur eine Evolutionsgleichung ist für sie, aber dies ist durch die Minkowski-Koordinaten vor dem Zusammenbruch gegeben. Das ergibt grob die Schwarzschild-Zeitkoordinate, es wäre also ein solches Koordinatensystem, bei dem die Materie des kollabierenden Sterns nie den Horizont erreicht.
Aus Sicht der klassischen GR ist der einzige Einwand, dass diese Koordinaten nicht die vollständige Lösung abdecken würden.
Bezieht man die Hawking-Strahlung in die Betrachtung ein, sollte man sich um das trans-Plancksche Problem kümmern (um daraus abzuleiten, dass die Hawking-Strahlung nach dem Kollaps länger als eine Sekunde anhält, muss man davon ausgehen, dass die semiklassische Theorie für Entfernungen von gültig bleibt von Planck-Länge oder so). Der Mainstream-Weg zur Lösung dieses Problems besteht darin, sich auf einige Ergebnisse von Boulware und andere zu verlassen, dass eine gewisse Hawking-Strahlung verbleibt, wenn man verschiedene Regularisierungen berücksichtigt. Das Problem besteht darin, dass diese Regularisierungen die Kovarianz brechen, daher bevorzugte Koordinaten erfordern und nur dann Hawking-Strahlung erhalten, wenn die bevorzugten Koordinaten diejenigen sind, die mit den einfallenden Beobachtern zusammenhängen. Wenn sie stationär sind, gibt es keine Hawking-Strahlung. Und wenn man sich auf Modifikationen von GR mit bevorzugten Koordinaten verlassen möchte, siehe oben für Kandidaten.
Wenn man dies ignoriert und Hawking-Strahlung annimmt, dann kann man die Idee, dass die BH verdampft, bevor sie gebildet wird, sogar in Phys. Rev. veröffentlichen, wie von Gerlach, PRD 14, 1479 (1976), und Zitate von Standard-Lehrbüchern wie Birrell erhalten , Davies, Quantenfelder in gekrümmter Raumzeit, also nahe genug, um haltbar zu sein.
Beachten Sie, dass die Eigenschaft "Schwarzes Loch" relativ zu einem Beobachter ist. Ein frei fallender Beobachter wird nichts Seltsames wie einen Ereignishorizont usw. bemerken. Diese Beobachter werden kein Informationsparadoxon haben. Aber ähnlich wird ein Beobachter, der relativ zum Schwarzen Loch ruht, auch kein Informationsparadoxon haben, da nichts jemals hineinfällt.
Einen Berechnungsansatz finden Sie hier: https://physics.stackexchange.com/a/171596/75518
Wenn Sie ein Raumschiff als v → c betrachten, dann sieht jemand in einem stationären Koordinatensystem, der das Raumschiff beobachtet, ebenfalls ∆ t → 0 (auf dem Raumschiff). Zu beachten ist, dass sich das Raumschiff nahe c immer noch vorwärts bewegt. Die Zeit wird nur für Dinge eingefroren, die sich auf dem Raumschiff bewegen (wie von jemandem in einem stationären Rahmen beobachtet), aber das Raumschiff selbst bewegt sich immer noch sehr schnell vorwärts.
Dasselbe passiert, wenn Materie in ein Schwarzes Loch fällt. Die Zeit verlangsamt sich für diese Materie (wie von einem entfernten Beobachter beobachtet), aber die Materie als Ganzes (sagen wir ein Raumschiff) bewegt sich immer noch mit einer Geschwindigkeit von annähernd c auf das Schwarze Loch zu.
Sie haben Recht, dass es diesbezüglich sehr unterschiedliche Ansichten (und viel Verwirrung) gibt. Dies ergibt sich (meiner Meinung nach) aus der Tatsache, dass Licht, das aus einem Schwarzen Loch entweicht, länger braucht, um zu entkommen, als hineinzufallen. Beispielsweise kann ein Photon genau am Ereignishorizont, das sich direkt vom Schwarzen Loch wegbewegt, nicht entkommen und kann theoretisch stationär sein. Ein Photon direkt außerhalb des Schwarzen Lochs entweicht sehr langsam und so weiter.
Dies hat den Effekt, dass ein entfernter Beobachter (der beispielsweise beobachtet, wie das Licht von der einfallenden Materie reflektiert wird) das Objekt niemals einfallen sieht. Dies liegt daran, dass das von der Materie reflektierte Licht immer länger braucht, um zum Beobachter zurückzukehren es nähert sich dem Ereignishorizont und im Wesentlichen verblasst das Bild, das sie sehen, langsam. Die eigentliche Materie hat den Ereignishorizont längst überschritten, aber der äußere Beobachter kann dies niemals sehen.
Nun kann man den Standpunkt einnehmen, dass Dinge tatsächlich geschehen, auch wenn niemand sie beobachtet, oder man kann den Standpunkt einnehmen, dass bei der Relativitätstheorie alles relativ zu einem Bezugsrahmen ist, sodass man etwas nur aus einem Bezugsrahmen heraus beschreiben kann Referenz (z. B. sieht der entfernte Beobachter nie, dass die Materie den Ereignishorizont überschreitet (und kein anderer Referenzrahmen tut dies auch), also tut es das nicht).
Also stimmen wir zu, dass Materie in ein Schwarzes Loch fällt. Dies löst das Informationsparadoxon nicht und meines Wissens gibt es keine zufriedenstellende Erklärung. Wir könnten sagen, dass uns entweder etwas in der Lösung fehlt ODER dass eine der Prämissen, auf denen sie beruht, falsch ist (es gibt also kein Paradoxon).
Eine der Prämissen ist, dass ein Schwarzes Loch verdunstet (aufgrund von Hawking-Strahlung) und daher Informationen über einfallende Teilchen verloren gehen. Hawking-Strahlung wird durch Vakuumfluktuationen um den Ereignishorizont herum verursacht, die virtuelle Teilchen erzeugen, von denen eines entweicht (mit positiver Energie (nicht zu verwechseln mit Ladung)) und eines in das Schwarze Loch fällt (das durch die Erhaltung von Energie hat negative Energie und bewirkt daher, dass das Schwarze Loch verdampft).
Meine Frage wäre, wenn die Energie für diese virtuellen Teilchen von außerhalb des Schwarzen Lochs käme (z. B. als unsichtbare Teilchen in den kleinen Raum eindrang, sagen wir Kollisionen dunkler Materie oder etwas anderes), gäbe es keine Notwendigkeit für Teilchen mit negativer Energie, Schwarze Löcher würde nicht verdunsten und es gäbe kein Informationsparadoxon?
Benutzer10851
QMechaniker